9. Определете промяната в изобарно-изотермичния потенциал на реакцията N 2 (g) + 2H 2 O (l) = NH 4 NO 2 (l) и дайте заключение за посоката на неговия поток при стандартни условия, ако за H 2 O (l) е равно на – 237,4 kJ/ mol, а за NH 4 NO 2 (l) е равно на – 115,8 kJ/mol.
Промяната в изобарно-изотермичния потенциал е по-малка от 0, следователно процесът може да протече спонтанно в посока на директна реакция.
14. Определете молекулярността и реда на химическа реакция, като използвате конкретни примери.
Молекулярността на реакцията се определя от минималния брой молекули, участващи едновременно в елементарния акт на дадена реакция. Молекулярността и редът на реакцията са числово еднакви само за най-простите реакции. За сложни процеси тези реакционни характеристики ще бъдат различни (редът на реакцията е по-малък от нейната молекулност). Следователно формалната концепция за реда на реакцията в повечето случаи не отразява нейния сложен механизъм, т.е. наличието на няколко междинни елементарни реакции (етапи). Въпреки това, познаването на експерименталния ред на реакцията позволява да се прецени нейният предложен механизъм чрез сравняване на изчислените и експериментално наблюдаваните стойности на n. Когато експериментално установеният ред на реакцията не съответства на броя молове реагенти, участващи в реакцията, това показва, че реакцията не е елементарен процес, а протича по сложен механизъм. За сложен механизъм скоростта на общата реакция се определя от скоростта на най-бавния етап на многоетапния процес. По този начин, ако една реакция протича в един етап, тогава нейният ред е равен на молекулярността; ако реакцията протича на няколко етапа, тогава редът на всеки етап от реакцията е равен на молекулярността само на този етап. Следователно експерименталното определяне на реда на реакцията може да служи като метод за изследване на нейния механизъм.
Ако за извършване на елементарен акт е необходима само една частица (молекула), тогава такава реакция се нарича мономолекулна.
За елементарен процес с едновременно участие на две частици реакцията ще се нарича бимолекулярна и т.н.
Например:
Реакцията е мономолекулна, редът на реакцията е 1/3.
C (t) + H 2 O (g) CO (g) + H 2 (g)
Реакцията е бимолекулярна, редът на реакцията е 2/2= 1.
Реакцията е тримолекулна, редът на реакцията е 2/3 (от три молекули реагиращи вещества се получават две молекули от реакционния продукт).
29. Промяната на свободната енергия, която придружава химическа реакция, нейната връзка с константата на равновесието. Изчисляване на топлинния ефект на реакцията.
Промяната в свободната енергия на Гибс или промяната в изобарно-изотермичния потенциал е максималната част от енергията на системата, която при дадени условия може да се превърне в полезна работа. Когато реакцията настъпва спонтанно.
В съответствие със закона за масовото действие за произволна реакция
a A + b B = c C + d D (1)
Уравнението на скоростта за предната реакция може да бъде написано:
, (2)
и за скоростта на обратната реакция
. (3)
Тъй като реакцията (1.33) протича отляво надясно, концентрациите на вещества А и В ще намаляват и скоростта на реакцията напред ще намалява. От друга страна, тъй като реакционните продукти C и D се натрупват, скоростта на реакцията отдясно наляво ще се увеличи. Идва момент, когато скоростите υ 1 и υ 2 стават еднакви, концентрациите на всички вещества остават непроменени, следователно,
Къде K c = k 1 / k 2 = 
.
Постоянната стойност Kc, равна на отношението на константите на скоростта на правата и обратната реакция, описва количествено състоянието на равновесие чрез равновесните концентрации на изходните вещества и продуктите на тяхното взаимодействие (до степента на техните стехиометрични коефициенти) и се нарича константа на равновесие. Равновесната константа е постоянна само за дадена температура, т.е. K c = f (T). Равновесната константа на химическа реакция обикновено се изразява като съотношение, чийто числител е произведението на равновесните моларни концентрации на реакционните продукти, а знаменателят е произведението на концентрациите на изходните вещества.
Ако реакционните компоненти са смес от идеални газове, тогава равновесната константа (K p) се изразява чрез парциалните налягания на компонентите:
K p = 
. (5)
От уравнение (6) следва, че K p = K c при условие, че реакцията протича без промяна на броя на моловете в газовата фаза, т.е. когато (c + d) = (a + b).
Ако реакция (1) протича спонтанно при постоянни P и T или V и T, тогава стойностите на G и тази реакция могат да бъдат получени от уравнението:
където Р А, Р В, Р С, Р D са парциалните налягания на изходните вещества и продуктите на реакцията.
Уравнение (7) се нарича уравнения на изотермата на химическата реакция на Вант Хоф. Тази връзка позволява да се изчислят стойностите на G и F на реакцията и да се определи нейната посока при различни концентрации на изходните вещества.
Трябва да се отбележи, че както за газови системи, така и за разтвори, когато в реакцията участват твърди вещества (т.е. за хетерогенни системи), концентрацията на твърдата фаза не е включена в израза за равновесната константа, тъй като тази концентрация е практически постоянна. Да, за реакция
2 CO (g) = CO 2 (g) + C (t)
равновесната константа се записва като
Зависимостта на равновесната константа от температурата (за температура T 2 спрямо температура T 1) се изразява чрез следното уравнение на Ван'т Хоф:
, (8)
къдетоН 0 – топлинен ефект на реакцията.
34. Осмоза, осмотично налягане. Уравнение на Вант Хоф и осмотичен коефициент.
Осмозата е спонтанното движение на молекулите на разтворителя през полупропусклива мембрана, която разделя разтвори с различни концентрации, от разтвор с по-ниска концентрация към разтвор с по-висока концентрация, което води до разреждане на последния. Като полупропусклива мембрана често се използва целофаново фолио, през чиито малки отвори могат избирателно да преминават само молекули на разтворителя с малък обем и се задържат големи или солватирани молекули или йони - за високомолекулни вещества и филм от меден фероцианид за нискомолекулни вещества. Процесът на пренос на разтворителя (осмоза) може да бъде предотвратен, ако се приложи външно хидростатично налягане към разтвор с по-висока концентрация (при равновесни условия това ще бъде т.нар. осмотично налягане, обозначено с буквата ). За изчисляване на стойността на в разтвори на неелектролити се използва емпиричното уравнение на Вант Хоф:
= C R T,
където C е молалната концентрация на веществото, mol/kg;
R – универсална газова константа, J/mol K.
Големината на осмотичното налягане е пропорционална на броя на молекулите (като цяло броя на частиците) на едно или повече вещества, разтворени в даден обем разтвор, и не зависи от тяхната природа и природата на разтворителя. В разтвори на силни или слаби електролити общият брой на отделните частици се увеличава поради дисоциацията на молекулите, следователно в уравнението за изчисляване на осмотичното налягане трябва да се въведе подходящ коефициент на пропорционалност, наречен изотоничен коефициент.
i C R T,
където i е изотоничният коефициент, изчислен като съотношението на сумата от броя на йоните и недисоциираните електролитни молекули към първоначалния брой молекули на това вещество.
Така че, ако степента на дисоциация на електролита, т.е. съотношението на броя молекули, разпаднати на йони към общия брой молекули на разтвореното вещество, е равно на и молекулата на електролита се разпада на n йони, тогава изотоничният коефициент се изчислява, както следва:
i = 1 + (n – 1) · ,(i > 1).
За силни електролити можем да приемем = 1, тогава i = n, а коефициентът i (също по-голям от 1) се нарича осмотичен коефициент.
Явлението осмоза е от голямо значение за растителните и животинските организми, тъй като мембраните на техните клетки по отношение на разтвори на много вещества имат свойствата на полупропусклива мембрана. В чиста вода клетката набъбва силно, в някои случаи до точката на разкъсване на мембраната, а в разтвори с висока концентрация на соли, напротив, тя намалява по размер и се набръчква поради голяма загуба на вода. Затова при консервирането на храните към тях се добавят големи количества сол или захар. Микробните клетки при такива условия губят значително количество вода и умират.
Осмотичното налягане осигурява движението на водата в растенията поради разликата в осмотичното налягане между клетъчния сок на корените на растенията (5-20 bar) и почвения разтвор, който се разрежда допълнително по време на напояване. Осмотичното налягане кара водата да се издига в растението от корените до върха. Така листните клетки, губейки вода, осмотично я абсорбират от стволовите клетки, а последните я вземат от кореновите клетки.
49. Изчислете ЕДС на медно-цинкова галванична клетка, в която концентрацията на C йониu 2 + е равно на 0,001 mol/l, а йониZn 2+ 0,1 mol/l. Когато правите изчисления, вземете предвид стандартните стойности на EMF:
ε o (Zn 2+ /Zn 0) = – 0,74 V и ε o (Cu 2 + /Cu 0) = + 0,34 V.
За изчисляване на стойността на EMF се използва уравнението на Nernst 
54. Методи за получаване на дисперсни системи, тяхната класификация и кратка характеристика. Кой метод за получаване на дисперсни системи е най-изгоден от термодинамична гледна точка?
Дисперсионен метод. Състои се от механично раздробяване на твърди вещества до определена дисперсия; дисперсия чрез ултразвукови вибрации; електрическа дисперсия под въздействието на променлив и постоянен ток. За получаване на дисперсни системи по метода на дисперсията широко се използват механични устройства: трошачки, мелници, хоросанчета, валяци, мелници за бои, шейкъри. Течностите се пулверизират и разпръскват с помощта на дюзи, мелници, въртящи се дискове и центрофуги. Разпръскването на газовете се извършва главно чрез барботиране през течност. В пенополимери, пенобетон и пеногипс газовете се произвеждат с помощта на вещества, които отделят газ при повишени температури или при химични реакции.
Въпреки широкото разпространение на дисперсионните методи, те не могат да бъдат използвани за получаване на дисперсни системи с размер на частиците -100 nm. Такива системи се получават чрез кондензационни методи.
Кондензационните методи се основават на процеса на образуване на дисперсна фаза от вещества в молекулярно или йонно състояние. Необходимо изискване за този метод е създаването на пренаситен разтвор, от който трябва да се получи колоидна система. Това може да се постигне при определени физични или химични условия.
Физически методи за кондензация:
1) охлаждане на пари от течности или твърди вещества по време на адиабатно разширение или смесването им с голям обем въздух;
2) постепенно отстраняване (изпаряване) на разтворителя от разтвора или замяната му с друг разтворител, в който диспергираното вещество е по-малко разтворимо.
По този начин физическата кондензация се отнася до кондензацията на водна пара върху повърхността на пренасяни във въздуха твърди или течни частици, йони или заредени молекули (мъгла, смог).
Заместването на разтворителя води до образуването на зол, когато към първоначалния разтвор се добави друга течност, която се смесва добре с оригиналния разтворител, но е лош разтворител за разтвореното вещество.
Методите на химическа кондензация се основават на извършване на различни реакции, в резултат на които неразтвореното вещество се утаява от свръхнаситен разтвор.
Химическата кондензация може да се основава не само на обменни реакции, но и на редокс реакции, хидролиза и др.
Дисперсните системи могат да бъдат получени и чрез пептизация, която се състои в превръщане на утайки, чиито частици вече имат колоидни размери, в колоиден „разтвор“. Разграничават се следните видове пептизация: пептизация чрез измиване на утайката; пептизация с ПАВ; химическа пептизация.
Например, прясно приготвена и бързо измита утайка от железен хидроксид се превръща в червено-кафяв колоиден разтвор чрез добавяне на малко количество разтвор на FeCl3 (адсорбционна пептизация) или HCl (разтваряне).
Механизмът на образуване на колоидни частици с помощта на метода на пептизация е проучен доста добре: химичното взаимодействие на частиците на повърхността се извършва по следната схема:
Следваща единица 
адсорбира Fe +3 или FeO + йони, следващите се образуват в резултат на хидролизата на FeCl 3 и ядрото на мицела получава положителен заряд. Формулата на мицела може да бъде написана като:
От термодинамична гледна точка най-благоприятният метод е дисперсията.
1) Коефициентът на дифузия за сферична частица се изчислява с помощта на уравнението на Айнщайн:
,
където N А е числото на Авогадро, 6 10 23 молекули/mol;
h – вискозитет на дисперсионната среда, N s/m 2 (Pa s);
r – радиус на частицата, m;
R – универсална газова константа, 8.314 J/mol K;
T – абсолютна температура, K;
номер 3.14.
2) Средно квадратично изместване:
·D·
където средно квадратично изместване (усреднена стойност на изместване) на дисперсна частица, m 2 ;
време, през което частицата се измества (продължителност на дифузия), s;
D коефициент на дифузия, m 2. s -1 .
·D·=2*12,24*10 -10 *5=12,24*10 -9 m 2
Отговор: 12,24*10 -9 m 2 .
74. Повърхностноактивни вещества. Опишете причините и механизма на проява на тяхната повърхностна активност.
При ниски концентрации повърхностноактивните вещества образуват истински разтвори, т.е. частиците се диспергират и се редуцират до отделни молекули (или йони). С увеличаване на концентрацията се появяват мицели. във водни разтвори органичните части на молекулите в мицелите се комбинират в течно въглеводородно ядро, а полярните хидратирани групи са във вода, докато общата площ на контакт на хидрофобните части на молекулите с водата е рязко намалена. Поради хидрофилността на полярните групи, заобикалящи мицела, повърхностното (междуфазово) напрежение на интерфейса ядро-вода се намалява до стойности, които осигуряват термодинамичната стабилност на такива агрегати в сравнение с молекулен разтвор и макрофазата на повърхностноактивното вещество.
При ниски мицеларни концентрации се образуват сферични мицели (мицели на Хартли) с течно аполярно ядро.
Повърхностната активност е свързана с химичния състав на веществото. По правило тя се увеличава с намаляване на полярността на повърхностноактивното вещество (за водни разтвори).
Според Langmuir по време на адсорбцията полярната група, която има висок афинитет към полярната фаза, се изтегля във водата и въглеводородният неполярни радикал се изтласква навън. произтичащото от това намаление на енергията на Гибс ограничава размера на повърхностния слой до дебелина на една молекула. в този случай се образува така нареченият мономолекулен слой.
В зависимост от структурата молекулите на ПАВ се разделят на нейонни, изградени на базата на естери, включително етокси групи, и йонни, на основата на органични киселини и основи.
Йонните повърхностноактивни вещества се дисоциират в разтвор, за да образуват повърхностно активни йони, например:
Ако по време на дисоциацията се образуват повърхностно активни аниони, повърхностно активните вещества се наричат анионни (соли на мастни киселини, сапуни). Ако по време на дисоциацията се образуват повърхностноактивни катиони, повърхностноактивните вещества се наричат катионни (соли на първични, вторични и третични амини).
Има повърхностно активни вещества, които в зависимост от pH на разтвора могат да бъдат катионни или аноактивни (протеини, аминокиселини).
Особеността на молекулите на повърхностно активното вещество е, че те имат висока повърхностна активност спрямо водата, което отразява силната зависимост на повърхностното напрежение на воден разтвор на повърхностноактивно вещество от неговата концентрация.
При ниски концентрации на ПАВ, адсорбцията е пропорционална на концентрацията.
Повърхностната активност е свързана с химичния състав на веществото. По правило тя се увеличава с намаляване на полярността на повърхностноактивното вещество (за водни разтвори). Например, за карбоксилните киселини стойността на активността е по-висока, отколкото за техните соли.
При изследване на хомоложни серии беше открита ясна зависимост на активността от дължината на въглеводородния радикал.
Въз основа на голямо количество експериментален материал в края на 19 век Duclos и Traube формулират правило: повърхностната активност в серия от хомолози се увеличава 3-3,5 пъти с увеличаване на въглеводородната верига с една CH 2 група.
С увеличаване на концентрацията адсорбцията на повърхността на течността първо се увеличава рязко и след това се приближава до определена граница, наречена лимитираща адсорбция.
Въз основа на този факт и голям брой изследвания, Langmuir изложи идеята за ориентацията на молекулите в повърхностния слой. Според Langmuir по време на адсорбцията полярна група, която има висок афинитет към полярната фаза - вода, се изтегля във водата, а въглеводородният неполярен радикал се изтласква навън. Полученото намаляване на енергията на Гибс ограничава размера на повърхностния слой до дебелина на една молекула. В този случай се образува така нареченият мономолекулен слой.
Мономолекулните филми на повърхността на водата могат да съществуват в три състояния: газообразно, течно и твърдо. Течните и твърди повърхностни филми се наричат още кондензирани филми.
Ако силите, действащи между молекулите във филма, са сравнително малки, тогава молекулите на повърхностно активното вещество се разпределят свободно по повърхността на водата, отдалечавайки се колкото е възможно повече една от друга, което определя повърхностното налягане, действащо в посока, обратна на повърхността напрежение, такъв филм може да се счита за двуизмерен газ, тъй като молекулите Този газ не могат да се откъснат от повърхността на водата и могат да се движат само в две измерения. Веществата, които образуват двуизмерни газообразни филми върху вода, включват например мастни киселини с брой въглеводородни атоми от 12 до 20-22, алифатни алкохоли и амини с не много високо молекулно тегло.
Ако тангенциалните сили между въглеводородните радикали на молекулите на повърхностно активното вещество в повърхностния филм са големи, тогава молекулите се слепват, образувайки големи кондензирани „острови“, в които топлинното движение на молекулите е възпрепятствано. В такива "острови" молекулите обикновено са ориентирани успоредно една на друга и перпендикулярно на повърхността на водата. Трябва да се отбележи обаче, че например с повишаване на температурата кондензираните филми могат да се превърнат в газообразни филми.
Кондензираните филми обикновено са течни и молекулите в тях се движат доста свободно. ако силите на взаимодействие между радикалите са толкова силни, че молекулите не могат да се движат, тогава кондензираните филми могат да се считат за твърди. Такива филми образуват карбоксилни киселини с брой въглеродни атоми над 20-24.
Наличието на свойства на твърдо състояние в повърхностните филми може да се провери чрез пръскане на прах върху повърхността. Ако филмът е твърд, тогава при внимателно издухване прахът остава неподвижен; ако филмът е течен, прахът се движи по повърхността.
Трябва да се отбележи, че освен газообразни и кондензирани филми, има и така наречените разтегнати филми, които заемат междинна позиция.
Такива филми могат да се образуват от кондензирани с повишаване на температурата. Смята се, че в опънатите филми въглеводородните радикали на молекулите на ПАВ не са ориентирани паралелно, а са преплетени един с друг, лежащи „плоско“ върху водата, което предотвратява неограниченото разпространение на филма, докато полярните групи се движат относително свободно в повърхностния слой.
Способността на веществата да образуват определени филми за йонни повърхностноактивни вещества зависи от рН на разтвора. Висшите мастни киселини в кисели и неутрални разтвори (т.е. с практически недисоциирани групи) при определена температура дават разтегнати филми на границата с въздуха. При същата температура в алкална среда на повърхността на разтвора се образуват газови филми, което се дължи на отблъскването на еднакви заряди на съседни групи, възникнали в резултат на тяхната дисоциация.
89. Напишете формулата за структурата на зол мицел, образуван в резултат на взаимодействието на посочените вещества (излишък от едно, след това друго вещество): CdCl 2 + Na 2 С; FeCl 3 + NaOH. Назовете съставните компоненти на мицела.
1) CdCl2 + Na2S
Излишъкът от CdCl2 дава мицел:
[ (CdCl 2) Cd 2+ Cl – ] + x Cl –
зародиш: (CdCl 2)
ядро: [ (CdCl 2) Cd 2+
гранула: [ (CdCl 2) Cd 2+ Cl – ] +
Излишъкът от Na 2 S дава мицел:
–xNa+
зародиш: (NaCl)
ядро: (NaCl)2Cl -
гранула: [ (CdCl 2) Cd 2+ Cl – ] +
2) FeCl3 + NaOH
Излишъкът на FeCl3 дава мицел:
[ (FeCl 3) Fe 3+ 2Cl – ] + x Cl –
зародиш: (FeCl 3)
ядро: (FeCl 3) Fe 3+
гранула: [ (FeCl 3) Fe 3+ 2Cl – ] +
Излишъкът от NaOH дава мицел:
–xNa+
зародиш: (NaCl)
ядро: 3 (NaCl) 3 Cl –
гранула: –
94. Защита на колоидни частици с IUD. Механизъм на защитно действие. Протеини, въглехидрати, пектини като колоидна защита.
Колоидна защита - стабилизиране на дисперсна система чрез образуване на адсорбционна защитна обвивка около частиците на дисперсната фаза. Протеините, пектините и въглехидратите действат като стабилизатори на дисперсни системи, предпазвайки системите от по-нататъшна коагулация или утаяване.
110. Пяни, условия на тяхното образуване и свойства. Ролята на пенообразуването за храна и примери за използване на пяна.
Пяните са висококонцентрирани дисперсни системи (обемна част на газа над 60-80%), в които дисперсната фаза е газ, а дисперсионната среда е течна или твърда (пенобетон, пенобетон, пенополимери и др.). Пяните са груби системи, размерът на мехурчетата в които е от 0,01 cm до 0,1 cm или повече. Най-често пени с течна дисперсионна среда се получават чрез диспергиране на газ в течност в присъствието на стабилизатор, който в този случай се нарича пенообразувател.
Хранителните продукти, които са пяна, включват такива пяни като бита сметана в балони; млечните шейкове също се приготвят чрез разбиване и първоначално неговите компоненти образуват пяна. С помощта на разпенване в хранително-вкусовата промишленост те извличат ценни примеси от разтвори, което е особено ефективно при сухи пени. Но при производството на захар пяната пречи на нормалното протичане на процесите и в този случай се извършва обезпеняване.
ЛИТЕРАТУРА
Ахметов Б. В. Проблеми и упражнения по физическа и колоидна химия. – Л.: Химия, 1989.
Гамеева О. С. Физическа и колоидна химия. – М.: Висше училище, 1983.
Евстратова К. И., Купина Н. А., Малахова Е. М. Физическа и колоидна химия. – М.: Висше училище, 1990.
Зимон А. Д., Лещенко Н. Ф. Колоидна химия. – М.: Химия, 2001.
Зимон А. Д., Лешченко Н. Ф. Физическа химия. – М.: Химия, 2000.
Киселев Е. В. Колекция от примери и задачи по физическа химия. – М.: Висше училище, 1983.
Knorre D. G. Физическа химия. – М.: Висше училище, 1990.
Stromberg A. G. Физическа химия. – М.: Висше училище, 2001.
Степин Б. Д. Международни системи от единици на физическите величини в химията. – М.: Висше училище, 1990.
Friedrichsberg D. A. Курс по колоидна химия. – Л.: Химия, 1995.
Хмелницки Р. А. Физическа и колоидна химия. – М.: Висше училище, 1988.
1.2. Методи за получаване на дисперсни системи
Известни са два метода за производство на дисперсни системи. В единия от тях твърдите и течните вещества се смилат (диспергират) фино в подходяща дисперсна среда, в другия се предизвиква образуването на частици от дисперсна фаза от отделни молекули или йони.
Наричат се методи за получаване на дисперсни системи чрез смилане на по-големи частици дисперсионно. Наричат се методи, базирани на образуването на частици в резултат на кристализация или кондензация кондензация.
Дисперсионен метод
Този метод съчетава преди всичко механични методи, при които преодоляването на междумолекулните сили и натрупването на свободна повърхностна енергия по време на процеса на дисперсия се извършва поради външна механична работа върху системата. В резултат на това твърдите частици се смачкват, изтриват, смачкват или разцепват.
В лабораторни и промишлени условия разглежданите процеси се извършват в трошачки, воденични камъни и мелници с различни конструкции. Топковите мелници са най-често срещаните. Това са кухи въртящи се цилиндри, в които се зареждат натрошеният материал и стоманени или керамични топки. Докато цилиндърът се върти, топките се търкалят, изтривайки материала, който се смачква. Раздробяването може да възникне и в резултат на удари с топка. Топковите мелници произвеждат системи, чиито размери на частиците са в доста широк диапазон: от 2-3 до 50-70 микрона. Кух цилиндър с топки може да се приведе в кръгово колебателно движение, което насърчава интензивно раздробяване на натоварения материал под въздействието на сложното движение на натрошените тела. Това устройство се нарича вибрационна мелница.
По-фина дисперсия се постига в колоидни мелници с различни конструкции, чийто принцип на работа се основава на развитието на разрушаващи сили в суспензия или емулсия под въздействието на центробежна сила в тясна междина между ротора, въртящ се с висока скорост, и неподвижната част на устройството - статора. Суспендираните големи частици изпитват значителна сила на разрушаване и по този начин се разпръскват.
Може да се постигне висока дисперсия ултразвукова дисперсия. Диспергиращият ефект на ултразвука е свързан с кавитация - образуване и пропадане на кухина в течност. Плъскането на кухини е придружено от появата на кавитационни ударни вълни, които разрушават материала. Експериментално е установено, че дисперсията е в пряка зависимост от честотата на ултразвуковите вибрации. Ултразвуковата дисперсия е особено ефективна, ако материалът е предварително фино смлян. Емулсиите, получени чрез ултразвуков метод, се характеризират с еднакъв размер на частиците на дисперсната фаза.
При раздробяване и смилане материалите се разрушават преди всичко в местата на якостни дефекти (макро- и микропукнатини). Следователно с напредването на смилането силата на частиците се увеличава, което обикновено се използва за създаване на по-здрави материали. В същото време увеличаването на якостта на материалите при тяхното раздробяване води до голям разход на енергия за по-нататъшно разпръскване. Унищожаването на материали може да бъде улеснено чрез използване на ефекта на Rebinder - адсорбционно намаляване на якостта на твърдите вещества. Този ефект е да се намали повърхностната енергия с помощта на повърхностноактивни вещества, което води до по-лесна деформация и разрушаване на твърдото вещество. Редукторите на твърдостта се характеризират с малки количества, които предизвикват ефекта на Rebinder и специфичност на действие. Добавките, които намокрят материала, помагат на средата да проникне в дефектите и с помощта на капилярни сили също улесняват разрушаването на твърдото вещество. Повърхностноактивните вещества не само допринасят за разрушаването на материала, но също така стабилизират диспергираното състояние, тъй като, покривайки повърхността на частиците, те предотвратяват обратното им слепване. Това също помага да се постигне силно разпръснато състояние.
Обикновено не е възможно да се постигне висока дисперсност с помощта на дисперсионния метод. Дисперсни системи, получени чрез дисперсионни методи, са брашно, трици, тесто, пудра захар, какао (зърна, прах), шоколад, пралини, марципанови маси, плодови и горски пюрета, суспензии, емулсии, пенести маси.
Кондензационен метод
Методът на кондензация се основава на процесите на възникване на хетерогенна фаза от хомогенна система чрез комбиниране на молекули, йони или атоми. Прави се разлика между химическа и физическа кондензация.
Химическа кондензация се основава на отделянето на слабо разтворимо вещество в резултат на химическа реакция. За да се получи нова фаза на колоидна степен на дисперсия, е необходим излишък на един от реагентите, използването на разредени разтвори и наличието на стабилизатор в системата.
По време на физическата кондензация се образува нова фаза в газова или течна среда при условия на свръхнаситено състояние на веществото. Кондензацията включва образуването на нова фаза върху съществуващи повърхности (стени на съд, частици от чужди вещества - кондензационни ядра) или върху повърхността на ядра, които възникват спонтанно в резултат на колебания в плътността и концентрацията на вещество в системата. . В първия случай кондензацията се нарича хетерогенна, във втория - хомогенна. По правило кондензацията възниква на повърхността на кондензационни ядра или ядра с много малки размери, така че реактивността на кондензираното вещество е по-голяма от макрофазите в съответствие с уравнението на Келвин за капилярна кондензация. Следователно, за да не се върне кондензираното вещество в първоначалната фаза и да продължи кондензацията, трябва да има свръхнасищане в системата.
1.3. Класификация на дисперсните системи
Дисперсните системи се класифицират по следните критерии:
степен на дисперсия;
агрегатно състояние на дисперсната фаза и дисперсионната среда;
структурни и механични свойства;
естеството на взаимодействието между дисперсната фаза и дисперсионната среда.
Класификация по степен на дисперсия
В зависимост от размера на частиците се разграничават високодисперсни, средно дисперсни и грубо дисперсни системи (Таблица 1.1).
Таблица 1.1
частици, m | дисперсност | ||
Силно разпръснати (колоидни системи) | Хидрозоли, аерозоли |
||
Средно дисперсно | Разтворимо кафе, пудра захар |
||
Груби | Повече от 10 -5 | ||
Верни решения | По-малко от 10 -9 |
Специфичната повърхност на частиците на дисперсната фаза е максимална в силно диспергирани системи, при преминаване към средно- и грубо диспергирани системи специфичната повърхност намалява (фиг. 1.3). Когато размерът на частиците е по-малък от 10 -9 m, границата между частицата и средата изчезва и се образуват молекулни или йонни разтвори (истински разтвори).
Въз основа на размера на частиците на дисперсната фаза, един и същ продукт може да принадлежи към различни дисперсни системи. Например, частиците на първокласното пшенично брашно са с размер (1-30)10 –6 m, т.е. брашното от този клас едновременно принадлежи към среднодисперсната и грубата система.
Класификация по състояние на агрегат
Дисперсната фаза и дисперсионната среда могат да бъдат във всяко едно от трите агрегатни състояния: твърдо (S), течно (L) и газообразно (G).
Всяка дисперсна система има свое обозначение и име: числителят показва агрегатното състояние на дисперсната фаза, а знаменателят показва дисперсионната среда. Възможни са осем варианта за дисперсни системи (Таблица 1.2), тъй като системата H/H не може да бъде хетерогенна.
Най-общо се наричат всички високодисперсни колоидни системи соли. Към думата sol се добавя префикс за характеризиране на дисперсионната среда. Ако дисперсионната среда е твърда – ксерозоли, течност – лиозоли(хидрозоли), газ – аерозоли.
В допълнение към простите дисперсни системи съществуват и сложни дисперсни системи, които се състоят от три или повече фази.
Например, тестото след месене е сложна дисперсна система, състояща се от твърди, течни и газообразни фази. Може да се представи като система от тип T, G, F/T. Зърната от нишесте, частици от зърнени черупки и набъбнали неразтворими протеини съставляват твърдата фаза. В несвързана вода се разтварят минерални и органични вещества (водоразтворими протеини, декстрини, захари, соли и др.). Някои от протеините, които набъбват за неопределено време, образуват колоидни разтвори. Мазнината в тестото е под формата на капчици. Газообразната среда се образува поради улавянето на въздушни мехурчета по време на месене и по време на процеса на ферментация.
Дисперсионната среда на шоколадовата маса е какаовото масло, а дисперсната фаза се състои от частици пудра захар и какаова маса, т.е. шоколадовата маса без пълнител е сложна дисперсна система T, T/F.
Сложните дисперсни системи включват индустриални аерозоли (смог), състоящи се от твърди и течни фази, разпределени в газообразна среда.
Таблица 1.2
Дисперсивен | Разпръснато | Разпръснато | Име на системата, |
Колоидното състояние е невъзможно |
|||
Течни аерозоли: мъгла, дезодорант |
|||
Твърди аерозоли, прахове: прах, дим, пудра захар, какао на прах, мляко на прах |
|||
Пяна, газови емулсии: газирана вода, бира, пяна (бира, сапун) |
|||
Емулсии: мляко, майонеза |
|||
Золи, суспензии: метални золи, естествени резервоари, какаова маса, горчица |
|||
Твърди дунапрени: пемза, полистиролова пяна, сирене, хляб, газиран шоколад, маршмелоу |
|||
Капилярни системи: масло, плодови пълнежи |
|||
Метални сплави, скъпоценни камъни |
Класификация по структурни и механични свойства
Разграничете свободно разпръснатиИ кохезионно разпръснатисистеми.
В свободно диспергираните системи частиците на дисперсната фаза не са свързани помежду си и се движат свободно в целия обем на системата (лиозоли, разредени суспензии и емулсии, аерозоли, почти всички насипни прахове и др.).
В кохезионно дисперсните системи частиците на дисперсната фаза влизат в контакт помежду си, образувайки рамка, която придава структурни и механични свойства на тези системи - здравина, еластичност, пластичност (гелове, желета, твърди пени, концентрирани емулсии и др.). Кохезионно диспергираните хранителни маси могат да бъдат под формата на междинни продукти (тесто, мляно месо) или готови хранителни продукти (извара, масло, халва, мармалад, топено сирене и др.).
Класификация по характер на взаимодействие
дисперсна фаза и дисперсионна среда
Всички дисперсни системи образуват две големи групи – лиофилни и лиофобни:
Лиофилен (хидрофилен) дисперсните системи се характеризират със значително преобладаване на силите на повърхностно взаимодействие на диспергираните и диспергираните фази над кохезионните сили. С други думи, тези системи се характеризират с висок афинитет на дисперсната фаза и дисперсионната среда и, следователно, ниски стойности на повърхностна енергия Жпов Те се образуват спонтанно и са термодинамично стабилни. Свойствата на лиофилните дисперсни системи могат да бъдат проявени от разтвори на колоидни повърхностноактивни вещества (сапуни), разтвори на съединения с високо молекулно тегло (протеини, полизахариди), критични емулсии, микроемулсии и някои золи.
Лиофобни (хидрофобен) – системи, в които междумолекулното взаимодействие между частицата и средата е малко. Такива системи се считат за термодинамично нестабилни. За тяхното формиране са необходими определени условия и външно въздействие. За да се увеличи стабилността, в тях се въвеждат стабилизатори. Повечето хранителни дисперсни системи са лиофобни.
Въпроси и задачи за затвърдяване на материала
Посочете характеристиките на дисперсните системи. Какво представлява дисперсната фаза и дисперсионната среда в следните системи: мляко, хляб, майонеза, масло, тесто?
Какви параметри характеризират степента на фрагментация на дисперсните системи? Как се променя специфичната повърхност при раздробяване на дисперсната фаза?
Изчислете специфичната повърхност (в m2/m3) на кубични захарни кристали с дължина на ръба 210 -3 m.
Диаметърът на маслените капки в сосовете зависи от начина на приготвянето им. При ръчно разклащане е 210 -5 m, а при машинно смесване - 410 -6 m.Определя се дисперсията и специфичната повърхност (m 2 /m 3) на маслените капки за всеки случай. Направете заключение за ефекта на размера на частиците върху специфичната повърхност.
Определете специфичната повърхност на мастните топчета и тяхното количество в 1 kg мляко със съдържание на мазнини 3,2%. Диаметърът на мастните топчета е 8,510 -7 m, плътността на млечната мазнина
900 кг/м3.
Каква е причината за излишната повърхностна енергия?
Какво е повърхностно напрежение? В какви единици се измерва? Назовете факторите, влияещи върху повърхностното напрежение.
Какви са известните методи за производство на дисперсни системи?
По какви критерии се класифицират дисперсните системи? Дайте класификация на дисперсните системи според степента на дисперсност и състоянието на агрегиране на фазите.
На какво основание дисперсните системи се делят на лиофобни и лиофилни? Какви свойства имат тези системи? Дай примери.
Глава2 . ЛИОФИЛИЗИРАНИ ДИСПЕРСНИ СИСТЕМИ
Най-разпространените и широко използвани лиофилни системи в хранително-вкусовата промишленост са разтвори на колоидни ПАВ и високомолекулни съединения.
2.1. Разтвори на колоидни ПАВ
Колоиднаса повърхностноактивни вещества, способни да образуват мицели в разтвори (от латински mica - мъничък) - сътрудници, състоящи се от голям брой молекули (от 20 до 100). Повърхностноактивните вещества с дълга въглеводородна верига, съдържаща 10-20 въглеродни атома, имат способността да образуват мицели.
Поради високата степен на асоцииране на молекулите между мицела и дисперсионната среда се появява интерфейс,
т.е. мицеларните повърхностно активни разтвори са хетерогенни системи. Но въпреки хетерогенността и голямата междинна повърхност, те са термодинамично стабилни. Това се дължи на факта, че молекулите на повърхностно активното вещество в мицелите са ориентирани от полярни групи към полярната среда, което причинява ниско междуфазово напрежение. Следователно повърхностната енергия на такива системи е ниска; това са типични лиофилни системи.
2.1.1. Класификация на колоидни ПАВ
по полярни групи
Според класификацията, приета на III Международен конгрес по ПАВ и препоръчана от Международната организация по стандартизация (ISO) през 1960 г., колоидните ПАВ се разделят на анионни, катионни, нейонни и амфотерни. Понякога се изолират и високомолекулни (полимерни), перфлуорирани и органосилициеви повърхностно активни вещества, но въз основа на химическата природа на молекулите, тези повърхностноактивни вещества могат да бъдат класифицирани в един от горните класове.
Анионните повърхностноактивни вещества съдържат една или повече полярни групи в молекулата и се дисоциират във воден разтвор, за да образуват дълговерижни аниони, които определят тяхната повърхностна активност. Те са по-добри от всички останали групи повърхностноактивни вещества в отстраняването на замърсявания от контактните повърхности, което определя използването им в различни почистващи препарати.
Полярните групи в анионните повърхностноактивни вещества са карбоксилни, сулфатни, сулфонатни и фосфатни.
Голяма група анионни ПАВ са производни на карбоксилни киселини (сапуни). Най-важни са соли на алкални метали на наситени и ненаситени мастни киселини с брой въглеродни атоми 12-18, получени от животински мазнини или растителни масла. Когато се използват при оптимални условия, сапуните са идеални повърхностно активни вещества. Основният им недостатък е чувствителността към твърда вода, което определя необходимостта от създаване на синтетични анионни повърхностно активни вещества - алкилсулфонати, алкилбензенсулфонати и др.
Анионните вещества съставляват по-голямата част от световното производство на повърхностно активни вещества. Основната причина за популярността на тези повърхностно активни вещества е тяхната простота и ниски производствени разходи.
Катионен са повърхностноактивни вещества, чиито молекули се дисоциират във воден разтвор, за да образуват повърхностноактивен катион с дълга хидрофобна верига и анион - обикновено халогенид, понякога анион на сярна или фосфорна киселина. Те включват амини с различна степен на заместване, кватернерни амониеви бази и други азотсъдържащи бази, кватернерни фосфониеви и третични сулфониеви бази. Катионните повърхностно активни вещества не намаляват толкова повърхностното напрежение, колкото анионните, но имат добра способност да адсорбират върху отрицателно заредени повърхности - метали, минерали, пластмаси, влакна, клетъчни мембрани, което определя използването им като антикорозионни и антистатични агенти, дисперсанти, кондиционери, бактерицидни и добавки, които намаляват слепването на торовете.
Нейонни повърхностно активни вещества не се дисоциират на йони във вода. Разтворимостта им се дължи на наличието в молекулите на хидрофилни етерни и хидроксилни групи, най-често полиетиленгликоловата верига. Това е най-обещаващият и бързо развиващ се клас повърхностноактивни вещества.
Нейонните повърхностно активни вещества, в сравнение с анионните и катионните, са по-малко чувствителни към соли, които причиняват твърдостта на водата. Този тип ПАВ прави препарата мек, безопасен и екологично чист (биоразградимостта на нейонните ПАВ е 100%). Нейонните повърхностно активни вещества съществуват само в течна или пастообразна форма и следователно не могат да се съдържат в твърди детергенти (сапуни, прахове).
Амфотерните (амфолитични) повърхностноактивни вещества съдържат и двата вида групи в молекулата: киселинни (най-често карбоксилни) и основни (обикновено аминогрупа с различна степен на заместване). В зависимост от pH на околната среда, те проявяват свойства като катионни повърхностноактивни вещества (при pH< 4), так и анионактивных (при рН 9-12). При
pH 4-9 те могат да се държат като нейонни съединения.
Този тип повърхностно активно вещество включва много естествени вещества, включително аминокиселини и протеини.
Амфотерните повърхностноактивни вещества се характеризират с много добри дерматологични свойства, омекотяват ефекта на анионните почистващи съставки и затова често се използват във висококачествени шампоани и козметика.
Повече подробности за класификацията на ПАВ и основните представители на всеки клас можете да намерите в.
2.1.2. Критична концентрация на мицели.
Структура и свойства на мицелите на ПАВ. Разтваряне
Концентрацията на повърхностно активното вещество, при която мицелите се появяват в разтвора, се нарича критична концентрация на мицели(KKM). Структурата и свойствата на мицелите на ПАВ се определят от междумолекулните взаимодействия между компонентите на системата.
Повечето експериментални данни показват, че в близост до CMC във водни разтвори мицелите са сферични образувания както в случай на катионни, така и на анионни активни и нейонни повърхностноактивни вещества. Когато мицелите се образуват в полярен разтворител, например вода, въглеводородните вериги на молекулите на повърхностно активното вещество се комбинират в компактно ядро, а хидратираните полярни групи, обърнати към водната фаза, образуват хидрофилна обвивка (фиг. 2.1, А). Диаметърът на такава мицела е равен на удвоената дължина на молекулата на повърхностно активното вещество, а числото на агрегация (броят на молекулите в мицела) варира от 30 до 2000 молекули. Силите на привличане на въглеводородните части на молекулите на повърхностно активното вещество във вода могат да бъдат идентифицирани с хидрофобни взаимодействия; отблъскването на полярните групи ограничава растежа на мицелите. В неполярните разтворители ориентацията на молекулите на повърхностно активното вещество е противоположна, т.е. въглеводородният радикал е обърнат към неполярната течност (фиг. 2.1, b).
Съществува динамично равновесие между молекулите на ПАВ в адсорбционния слой и в разтвора, както и между молекулите на ПАВ, включени в мицелите (фиг. 2.2).
Формата на мицелите и техните размери не се променят в доста широк диапазон на концентрация. Въпреки това, с увеличаване на съдържанието на повърхностноактивно вещество в разтвора, започва да се появява взаимодействие между мицелите и при концентрации, надвишаващи CMC 10 или повече пъти, те стават по-големи, като първо образуват цилиндрични мицели, а след това при по-високи концентрации - пръчковидни, дисковидни. и пластиновидни мицели с изразена анизометрия. При още по-високи концентрации на ПАВ в разтворите се появяват пространствени мрежи и системата става структурирана.
Стойността на CMC е най-важната характеристика на повърхностно активното вещество, зависи от много фактори: дължината и степента на разклоняване на въглеводородния радикал, наличието на примеси, pH на разтвора, съотношението между хидрофилните и хидрофобните свойства на повърхностноактивното вещество . Колкото по-дълъг е въглеводородният радикал и колкото по-слаба е полярната група, толкова по-ниска е стойността на CMC. Когато концентрацията на повърхностно активното вещество е по-висока от критичната, съответстваща на CMC, физикохимичните свойства се променят рязко и се появява пречупване в кривата на свойствата на състава. Следователно повечето методи за определяне на CMC се основават на измерване на всяко физикохимично свойство - повърхностно напрежение, електропроводимост, индекс на пречупване, осмотично налягане и др. - и установяване на концентрацията, при която се наблюдава рязка промяна в това свойство.
По този начин, изотерми на повърхностното напрежение разтвори на колоидни повърхностно активни вещества, вместо обичайното плавно движение, описано от уравнението на Шишковски, се открива пречупване в CCM (фиг. 2.3). При по-нататъшно увеличаване на концентрацията над CMC стойностите на повърхностното напрежение остават практически непроменени.
Крива на специфичната електропроводимост æ спрямо концентрацията сйонни колоидни повърхностноактивни вещества с CMC има рязко прекъсване (фиг. 2.4).
Едно от характерните свойства на разтворите на колоидни повърхностноактивни вещества, свързано с тяхната мицеларна структура, е солюбилизация– разтваряне в разтвори на колоидни ПАВ на вещества, които обикновено са неразтворими в дадена течност. Механизмът на разтваряне се състои в проникването на неполярни молекули на вещества, добавени към разтвора на повърхностно активното вещество, в неполярното ядро на мицела (фиг. 2.5) или обратно. В този случай въглеводородните вериги p 
се раздалечават и обемът на мицела се увеличава. В резултат на разтваряне въглеводородните течности се разтварят във водни разтвори на повърхностноактивни вещества: бензин, керосин, както и неразтворими във вода мазнини. Изключително голяма солюбилизираща активност имат жлъчните соли – натриев холат и натриев дезоксихолат, които разтварят и емулгират мазнините в червата.
Разтварянето е важен фактор в детергентното действие на повърхностноактивните вещества. Обикновено замърсителите са хидрофобни и не се намокрят от вода. Следователно, дори при високи температури, почистващият ефект на водата е много малък и за увеличаването му се добавят колоидни повърхностно активни вещества. Когато детергент влезе в контакт със замърсена повърхност, молекулите на повърхностно активното вещество образуват адсорбционен слой върху частиците мръсотия и повърхността, която се почиства. Молекулите на повърхностно активното вещество постепенно проникват между частиците мръсотия и повърхността, като насърчават отделянето на частиците мръсотия (фиг. 2.6). Замърсителят навлиза в мицела и вече не може да се утаи върху повърхността, която трябва да се измие.
РАЗПръскване
Разсейването може да бъде спонтанно или неспонтанно. Спонтанната дисперсия е характерна за лиофилните системи. По отношение на лиофобните системи спонтанната дисперсия е изключена; дисперсията в тях е възможна чрез изразходване на известна работа.
Характеризира се дисперсията степен на дисперсия ( а ) . Определя се от съотношението на размерите на изходния продукт и частиците на дисперсната фаза на получената система.
а = дн/ д k,(7,1)
дн, д k - диаметър на частиците преди и след смилане.
работа У, необходим за диспергиране на твърдо вещество или течност, се изразходва за деформиране на тялото У d и образуването на нов фазов интерфейс У a, което се измерва чрез работата на сцеплението. Деформацията е необходима предпоставка за разрушаването на едно тяло. Работата на дисперсията се определя по формулата:
У = УА + Уд = * дб + кV (7.2)
* - стойност, пропорционална или равна на повърхностното напрежение на границата,
дб- увеличаване на интерфейса между фазите в резултат на дисперсия,
V- обем на първоначалното тяло преди дисперсия,
к- коефициент, еквивалентен на работата на деформация за единица обем на тялото.
Използвайки техники на колоидна химия, енергията, необходима за дисперсията, може да бъде намалена. Такива методи включват адсорбционно намаляване на якостта. В резултат на адсорбцията на повърхностно активни вещества върху външните и вътрешните повърхности на твърдото тяло, междуфазното повърхностно напрежение се намалява и се улеснява деформацията на твърдото вещество.
Намаляването на енергията на дисперсията може да се постигне чрез следните методи: провеждане на процеса в течна среда, смилане с едновременна вибрация и използване на ултразвуков метод.
ПОЛУЧАВАНЕ НА ДИСПЕРСНИ СИСТЕМИ ОТ ПРОЦЕСИТЕ НА КОНДЕНЗАЦИЯ
Кондензационни методи : кондензация, десублимация, кристализация. Те се основават на образуването на нова фаза в условията на свръхнаситено състояние на вещество в газова или течна среда. В този случай системата преминава от хомогенна към разнородна. Кондензацията и десублимацията са характерни за газовата среда, а кристализацията е характерна за течната среда.
Необходимо условие за кондензация и кристализация - пренасищане и неравномерно разпределение на веществото в дисперсионната среда и образуване на кондензационни центрове (ембриони).
Степен на пренасищане b за разтвор и пара може да се изрази, както следва:
b w = s/s с, b p = r/r с (7.3)
p, c - налягане на пренаситените пари и концентрация на веществото в пренаситения разтвор, p с- равновесно налягане на наситени пари върху плоска повърхност, s с- равновесна разтворимост, съответстваща на образуването на нова фаза.
Кондензацията се улеснява от малки частици. Като ядра на кондензация на водна пара могат да служат например продуктите от горенето на самолетното гориво, почвените частици и др.
Когато няма кондензационни ядра, капките могат да съществуват в свръхохладено състояние. Когато парата кондензира при тези условия, ще се образуват не капчици, а кристали. Процесът на преход на газообразно вещество в твърдо, заобикаляйки течното състояние, се нарича десублимация.
сублимация -преходът на твърдо вещество в газ без преминаване през течност.
Методите на кондензация се основават на спонтанни процеси, които са придружени от намаляване на енергията на Гибс.
По време на нуклеацията и образуването на частици от свръхнаситен разтвор или газова фаза, химическият потенциал се променям, се появява фазов интерфейс, който става носител на излишната свободна повърхностна енергия.
Кондензацията може да бъде физическа или химическа.
Физическа кондензация - се извършва при понижаване на температурата на газова среда, съдържаща пари от различни вещества.
Изотермична дестилация : намаляване на размера на малките частици до пълното им изчезване и растеж на големи частици.
МЕМБРАНИ И МЕМБРАННИ ПРОЦЕСИ
Мембрани- полупропускливи прегради, през които се осъществява осмоза. Осмоза- спонтанен процес на прехвърляне на разтворител (дисперсионна среда) през мембрана от разтворител (по-малко концентриран или колоиден разтвор) в разтвор (или в по-концентриран разтвор).
Мембраните са тънки порести филми, те са двуизмерни силно диспергирани системи.
Най-често мембраните се използват за пречистване на течности от примеси чрез обратна осмоза (движението на разтворени примеси през мембрана под въздействието на външно налягане)
Фигура 7.2 Схема на осмоза (а), обратна осмоза (б), ултрафилтрация и диализа (в)
1. дисперсионна среда (чиста течност) течност, 2. колоиден T/L или истински разтвор, 3. мембрана, 4. поток от чиста течност (разтворител), 5. поток от примеси.
Ако се приложи налягане P от дисперсната система 2, течният поток от област 2 ще се премести в област 1. През мембрана 3 преминават само молекули на разтворителя (поради по-голямата им подвижност). Съдържанието на област 1 ще бъде обогатено с чиста течност, а в област 2 ще бъдат концентрирани примеси.
Посоката на движение на течността при обратна осмоза е противоположна на движението й при осмозата.
Работата, необходима за прилагане на обратната осмоза, се изразходва за принудително изтласкване на течност през порите:
У os = дР V (7.4)
дp е спадът на налягането от двете страни на мембраната,
V- обем на течността, преминаваща през мембраните.
д p = P - стр (7.5)
P - свръхналягане над разтвора,
стр- осмотичното налягане.
От равенство 7.5 следва, че P> стр. Това условие определя излишното налягане, необходимо за възникване на обратна осмоза.
С помощ диализа(7.2, в) дисперсната система се пречиства от примеси под формата на йони или молекули. Дисперсната система е разположена в дясната част 2 на съда, отделена от лявата част 1 с мембрана 3. Мембраната е пропусклива за молекули и йони, но задържа частици от дисперсната фаза. В резултат на дифузия примесите от зона с по-висока концентрация 2 спонтанно ще се преместят в област с по-ниска концентрация 1.
Пречистването на колоиден разтвор чрез диализа може да се интензифицира чрез прилагане на външно налягане p (7.2, c). В този случай процесът се нарича ултрафилтрация.
Обратната осмоза, диализата, ултрафилтрацията се използват за различни цели, но имат много общи неща; използва се подобно оборудване.
Основният принцип на работа на мембраната е селективната пропускливост, която се определя от размера на порите, свойствата на почистваните системи и външното налягане.
В допълнение към пречистването на разтворите, мембраните допринасят за равновесието на електролитите в присъствието на частици или йони, чиито размери не им позволяват да проникнат през порите, т.нар. мембранно равновесие, което е от практическо значение за разтворите на ВМС, в процесите на набъбване на веществата и в различни физиологични процеси.
Мембранната технология е много по-ефективна от други подобни технологии и изисква по-ниски разходи за енергия.
ПРИЧИНА ЗА МОЛЕКУЛАРНО КИНЕТИЧНИТЕ СВОЙСТВА
Всички молекулярно-кинетични свойства се дължат на хаотичното топлинно движение на молекулите на дисперсионната среда, което се състои от транслационни, ротационни и вибрационни движения на молекулите.
Молекулите имат различни кинетични енергии. При дадена температура обаче средната кинетична енергия на молекулите остава постоянна. Колебанията на стойностите на кинетичната енергия на молекулите на дисперсионната среда са причина за молекулярно-кинетичните свойства.
Молекулно-кинетичните свойства се проявяват в течни и газообразни дисперсионни среди.
БРАУНОВО ДВИЖЕНИЕ
Най-малките частици с незначителна маса изпитват неравномерни въздействия от молекулите на дисперсионната среда; фигурата показва получената сила Е, което кара частиците да се движат.
Фигура 7.3 Влиянието на молекулите на дисперсионната среда върху частица от дисперсната фаза.
Посоката и инерцията на тази сила непрекъснато се променят, така че частиците се движат по хаотичен начин.
Айнщайн и Смолуховски успяват да определят посоката на резултантната сила и да я свържат с молекулярно-кинетичните свойства на средата през 1907 г. независимо един от друг.
Техните изчисления се основават не на истинския път на частиците, а на изместването на частиците (фиг. 7.4).
Пътят на частицата се определя от прекъсната линия и отместването ххарактеризира промяната в координатата на частица за определен период от време. Средното изместване ще определи средното квадратично изместване на частицата:
(7.6)
x 1, x 2, x аз- частиците се изместват за определено време.
Теорията на Брауновото движение се основава на идеята за взаимодействието на произволна сила f( T) , който характеризира въздействията на молекулите и, и силите ЕT, в зависимост от времето и силата на триене, когато частиците на дисперсната фаза се движат в дисперсионна среда със скорост v. Уравнение на брауновото движение(уравнение на Ланжевин) има формата:
м(дv/ дT) + чv = ЕT + f( T) (7.7)
Където м- маса на частиците,ч- коефициент на триене при движение на частиците.
За големи периоди от време инерцията на частиците, т.е м(дv/ дT) може да се пренебрегне. След интеграция 7.7. при условие, че средното произведение на импулси на случайна сила е равно на нула, намерете средното изместване:
(7.8)
Където T- време, ч- вискозитет на дисперсионната среда, r-радиус на частиците на дисперсната фаза.
Брауновото движение е най-силно изразено в силно дисперсните системи. Разбирането на причините и развитието на теорията за брауновото движение е блестящо доказателство за молекулярната природа на материята.
ДИФУЗИЯ
дифузия- процес на спонтанно разпределение на вещество от зона с по-висока концентрация към област с по-ниска концентрация.
Видове дифузия:
1. молекулярно;
2. йонни;
3. дифузия на колоидни частици.
Йонната дифузия е свързана със спонтанното движение на йони. Образуването на дифузен слой от противойони върху повърхността на частиците от дисперсната фаза става по механизма на йонна дифузия.
Дифузията на високо диспергирани колоидни частици е показана на фиг. 7.5.н 1 > н 2 . Тоест дифузията върви отдолу нагоре. Дифузията се характеризира с определена скорост на движение на веществото през напречно сечение B, което е равно на дм/ дT.
На разстояние дx разликата в концентрацията ще бъден 2 - н 1 , тази стойност е отрицателна.
дн/ дx е концентрационният градиент.
Скорост на движение на материята:
дм = – д·( дн/ дх) · бдT (7.9)
д- коефициент на дифузия.
Уравнение 7.9 - основно уравнение на дифузияв диференциална форма. Валиден е за всички видове дифузия.В интегрален вид е приложим за два процеса: стационарни и нестационарни.
За стационарен процес градиентът на концентрация е постоянен. Интегрирайки 7.9., получаваме:
м = – д(дн/ дх) бT- Първият закон на Фик (7.10)
Физическо значение на коефициента на дифузия : Ако- дн/ дх= 1, V = 1, T= 1, тогава м = д, т.е. коефициентът на дифузия е числено равен на масата на дифузиращото вещество, когато градиентът на концентрацията, площта на напречното сечение на дифузионния поток и времето са равни на единица.
Колоидните частици се характеризират с минимален коефициент на дифузия.
Дифузията се определя количествено коефициент на дифузия, което е свързано със средното изместване:
х -,2 = 2 дr, r= x -.2 /(2 дT) (7.11)
д= кT/ (6 стрчr) (7.12)
к= Р/ нА .
От тази формула става ясно, че коефициентът на дифузия също зависи от формата на частиците, като по този начин, знаейки коефициента на дифузия, можете да определите размера на частиците на дисперсната фаза.
ОСМОЗА
Когато два разтвора с различни концентрации са разделени от полупропусклива преграда, възниква поток от разтворител от по-ниска концентрация към по-висока. Този процес се нарича осмоза.
1 - съд с разтвор, 2 - контейнер с чиста течност, 3 - полупропусклива преграда (мембрана).
Термодинамично обяснение на осмозата:
Химичен потенциал на чиста течностм 2 надвишава химическия потенциал на същата течност в разтворм 1 .Процесът протича спонтанно в посока на по-нисък химичен потенциал до изравняване на химичните потенциали.
В резултат на движението на течността в контейнер 1 се създава свръхналяганестр, Наречен осмотичен. Разтворителят, проникващ в зона 1, повишава нивото на течността до височина Н, което компенсира налягането на чистия разтворител.
Осмотичното налягане - свръхналягане над разтвора, което е необходимо, за да се предотврати преминаването на разтворителя през мембраната.
Осмотичното налягане е равно на налягането, което би произвела дисперсната фаза, ако тя, под формата на газ при същата температура, заемаше същия обем като колоидната система (разтвор). Осмотичното налягане възниква спонтанно като следствие от молекулярно-кинетичните свойства на дисперсионната среда.
Осмотично налягане за идеални неелектролитни разтвори:
стрV = РTлн(1 – х) (7.13)
V- моларен обем на разтворителя, x - молна част на разтвореното вещество.
В случай на разредени разтвори на неелектролити:
стрV = нРT (7.14)
Където н- брой молове разтворено вещество.
Ако масата на разтвореното вещество = р, маса = M, тогава н = р/M, тогава:
стр = н(РT/V) = (р/V)(РT/V)(7.15)
М= мна, м = 4/3 стрr 3 r (7.16)
r- плътност на частиците, м- молекулно тегло на частиците от дисперсната фаза, r- радиус на частиците на дисперсната фаза.
Тогава:
(7.17)
От тази формула следва, че осмотичното налягане е право пропорционално на концентрацията на дисперсната фаза и обратно пропорционално на размера на тези частици.
Осмотичното налягане на колоидните разтвори е незначително.
СЕДИМЕНТАЦИЯ
Утаяване- утаяване на частици от дисперсна фаза, обратна седиментация - плаване на частици.
Всяка частица в системата се въздейства от силата на гравитацията и повдигащата сила на Архимед:
Е ж = мж= vжrИ ЕА = vжr 0 (7.18)
Където r, r 0 - плътност на частиците на дисперсната фаза и дисперсионната среда, м- маса на частиците, v- обем на частиците, ж- ускорение на гравитацията.
Тези сили са постоянни и насочени в различни посоки. Резултантната сила, причиняваща утаяване, е:
Е sed = Е ж -ЕА = v( r - r 0 ) ж (7.19)
Ако r> r 0 , тогава частицата се утаява, ако напротив, тогава изплува.
Когато една частица се движи ламинарно, възниква съпротивление - сила на триене:
Е tr = B u (7.20)
B - коефициент на триене, u- скорост на движение на частиците.
Сила, действаща върху частица по време на движение:
Е = Есед - Е tr = vж(r - r 0 ) – Б u (7.21)
При увеличаване на скоростта и достатъчно голям коефициент на триене настъпва момент, когато силата на триене достигне силата, предизвикваща утаяване и движещата сила ще бъде равна на нула. След това скоростта на частицата става постоянна:
u = vж(r (7,23)
Познавайки количествата, включени в уравнението, можете лесно да намерите радиуса на частиците на дисперсната фаза.
Способността за утаяване се изразява чрез седиментационна константа:
С sed = u/ж (7.24)
Феноменът на седиментацията се използва широко в различни индустрии, включително често се използва за анализ на дисперсни системи.
Известни са два метода за производство на дисперсни системи. В единия от тях твърдите и течните вещества са фино смлени (диспергирани) в подходяща дисперсионна среда, в другия се предизвиква образуването на частици от дисперсионна фаза от отделни молекули или йони.
Наричат се методи за получаване на дисперсни системи чрез смилане на по-големи частици дисперсионно.Наричат се методи, базирани на образуването на частици в резултат на кристализация или кондензация кондензация.
23) Свойства на колоидите.
Тип I - суспензоиди(или необратими колоиди, лиофобни колоиди). Колоидни разтвори на метали, техните оксиди, хидроксиди, соли. Първичните частици на дисперсната фаза не се различават от структурата на съответното вещество и имат молекулна или йонна решетка. Това са високодисперсни системи с развита междуфазна повърхност. Те се различават от суспензиите по своята дисперсия. Те са наречени така, защото не могат да съществуват дълго време без стабилизатор.
Тип II – асоциативен (мицеларни колоиди) -полуколоиди. Частици от този тип възникват, когато има достатъчна концентрация на амфифилни молекули на вещества с ниско молекулно тегло в агрегати от молекули - мицели. Мицелите са клъстери от правилно подредени молекули, държани заедно от дисперсионни сили. Образуването на мицели е характерно за водни разтвори на детергенти и някои органични багрила. В други среди тези вещества се разтварят, за да образуват молекулни разтвори.
III тип - молекулярни колоиди -лиофилен (гръцки „филио“ - любов). Те включват естествени и синтетични високомолекулни вещества с молекулно тегло от десет хиляди до няколко милиона. Молекулите на тези вещества имат размер на колоидни частици, поради което такива молекули се наричат макромолекули.
Основната характеристика на колоидните частици е техният малък размер d: 1 nm< d < 10мкм
1) Диализа.Най-простото устройство за диализа - диализаторът - представлява торба, изработена от полупропусклив материал (колодий), в която се поставя диализираната течност. Торбата се спуска в съд с разтворител (вода). Чрез периодична или постоянна смяна на разтворителя в диализатора, примесите от електролити и неелектролити с ниско молекулно тегло могат да бъдат почти напълно отстранени от колоидния разтвор.
^2) Електродиализа- диализен процес, ускорен от действието на електрически ток. Електродиализата се използва за пречистване на колоидни разтвори, замърсени с електролити. Ако е необходимо да се пречистят колоидни разтвори от неелектролити с ниско молекулно тегло, процесът на електродиализа е неефективен. Процесът на електродиализа се различава малко от конвенционалната диализа.
^3) Ултрафилтрация- филтриране на колоидни разтвори през полупропусклива мембрана, която позволява преминаването на дисперсионна среда
примеси с ниско молекулно тегло и задържане на диспергирани фазови частици или макромолекули. За да се ускори процесът на ултрафилтрация, той се извършва с разлика в налягането от двете страни на мембраната: под вакуум или
високо кръвно налягане.
Ултрафилтрацията не е нищо повече от диализа, извършвана под налягане
24) Хидрофобни колоидни дисперсни системи.
Хидрофобни колоиди
дисперсни системи, в които дисперсното вещество не взаимодейства с дисперсната среда (вода). Вижте Хидрофилност и Хидрофобност.
дисперсни системи,образувания от две или повече фази (тела) със силно развита граница между тях. В Д. с. най-малко една от фазите - дисперсната фаза - е разпределена под формата на малки частици (кристали, нишки, филми или пластини, капки, мехурчета) в другата, непрекъсната фаза - дисперсионната среда. Д. с. Според основната характеристика - размер на частиците или (което е едно и също) дисперсност (определя се от съотношението на общата площ на междуфазната повърхност към обема на дисперсната фаза) - те се разделят на грубо (ниско) дисперсни и фино (високо) диспергирани или колоидни системи (колоиди). В грубите системи частиците имат размери от 10 -4 сми по-високи, в колоиди - от 10 -4 -10 -5 до 10 -7 см.
25) Електрофореза и електроосмоза.
Електроосмоза
Насоченото движение на течност в поресто тяло под въздействието на приложена потенциална разлика се нарича електроосмоза. Помислете например за електроосмотичното плъзгане на електролит в капилярни или мембранни пори. Да приемем със сигурност, че отрицателните йони са адсорбирани на повърхността и са фиксирани неподвижно, а положителните йони образуват дифузната част на EDL. Външното поле E е насочено по повърхността. Електростатичната сила, действаща върху произволен елемент от дифузната част на EDL, предизвиква движението на този елемент по повърхността. Тъй като плътността на заряда в дифузната част на EDL F(x) се променя в зависимост от разстоянието до повърхността x (фиг. 1), разложените слоеве течен електролит се движат с различна скорост. Стационарно състояние (постоянна скорост на потока във времето) ще бъде постигнато, когато електростатичната сила, действаща върху произволен слой течност, се компенсира от силите на вискозно съпротивление, възникващи поради разликата в скоростта на движение на слоеве течност, разположени на различни разстояния от повърхността. Хидродинамичните уравнения, описващи движението на течност при постоянен вискозитет на течността и нейната диелектрична константа, могат да бъдат решен точно, резултатът от решението е разпределението на скоростта на потока:
Тук е стойността на електрическия потенциал на разстояние от повърхността, където скоростта на флуидния поток става нула (така наречената плъзгаща се равнина).
Електрофореза
Насоченото движение на частици от дисперсната фаза под действието на приложена потенциална разлика се нарича електрофореза.
Електрофоретичното движение на частици в електролит има природа, подобна на електроосмозата: външно електрическо поле увлича йони от движещата се част на EDL, принуждавайки слоевете течност в съседство с частиците да се движат спрямо повърхността на частиците. Въпреки това, поради масивния обем на течността и малкия размер на суспендираните частици, тези движения се намаляват при липса на външни сили до движението на частица в неподвижна течност. За непроводими частици с плоска повърхност в системи с тънка дифузна част на EDL скоростта на електрофорезата съвпада с електроосмотичната скорост на плъзгане, взета с обратен знак. За проводящи сферични частици скоростта на електрофорезата може да бъде изчислено по уравнението:
където е електрическата проводимост на частицата.
26) Структура на мицелите на золите.
Структура на колоиден мицел
Лиофобните колоиди имат много висока повърхностна енергия и следователно са термодинамично нестабилни; това прави възможен спонтанният процес на намаляване на степента на дисперсия на дисперсната фаза (т.е. комбиниране на частици в по-големи агрегати) - коагулация на золите.Въпреки това золите имат присъщата способност да поддържат степента на дисперсия - агрегативна стабилност, което се дължи, първо, на намаляване на повърхностната енергия на системата поради наличието на двоен електрически слой върху повърхността на частиците от дисперсната фаза и, второ, на наличието на кинетични пречки за коагулация във формата на електростатично отблъскване на частици от дисперсна фаза с еднакъв електрически заряд.
AgNO 3 + KI ––> AgI + KNO 3
27) Коагулация на хидрофобни золове.
Хидрофобните дисперсни системи се характеризират с кинетична агрегативна стабилност, определяща се от скоростта на процеса на коагулация. Кинетиката на коагулацията се определя от уравнението на Смолуховски:
където е общият брой на частиците дисперсна фаза по време τ ;
Начален брой частици; - половин време на коагулация; ^K– константа на коагулационната скорост.
28) Съединения с високо молекулно тегло. Структура. Разтваряне и подуване
Разтвори на съединения с високо молекулно тегло (HMW)
Съединенията с високо молекулно тегло са вещества с молекулно тегло от 10 000 до няколко милиона amu.
Размерите на BMC молекулите в разширено състояние могат да достигнат 1000 nm, т.е. сравними с размерите на частиците в колоидни разтвори и микрохетерогенни системи.
Точката на кипене на VMC е значително по-висока от температурата на разлагане, така че те съществуват, като правило, само в течно или твърдо състояние
Макромолекулите на IUD са гигантски образувания, състоящи се от стотици и хиляди атоми, химически свързани един с друг.
Всички IUD могат да бъдат разделени по произход на естествени, образувани по време на биохимичен синтез, и синтетични, получени изкуствено чрез полимеризация или поликондензация.
В зависимост от структурата на полимерната верига ВМС се делят на линейни, разклонени и пространствени.
Подобно на истинските разтвори на нискомолекулни вещества, HMC разтворите се образуват спонтанно и са термодинамично стабилни. Това е тяхната разлика от лиофобните колоидни системи. Термодинамичната стабилност се дължи на благоприятното съотношение на факторите енталпия и ентропия.
VMC имат редица свойства, характерни за дисперсните системи: те са способни да образуват асоциати, чийто размер е сравним с размера на частиците зол (1-100 nm), разпръскват светлина, насърчават образуването на емулсии, суспензии и пени, те се характеризират чрез дифузия и брауново движение. В същото време, за разлика от лиофобните золове, няма хетерогенност в разтворите на IUD, т.е. няма голяма междинна повърхност.
Специфично свойство, уникално за IUD, е подуване при взаимодействие с разтворител. Подуването може да бъде ограничено или неограничено. Последното води до разтваряне на полимера.
Има голям брой спирали, които се дисоциират в разтвор, за да образуват йони с високо молекулно тегло; те се наричат полиадектролити. В зависимост от естеството на полимерните групи полиелектролитите биват катионни, анионни и амфотерни. Последните съдържат както киселинни, така и основни групи. В зависимост от pH на околната среда, те се дисоциират като киселини или основи. Състоянието, в което се компенсират положителните и отрицателните заряди в протеиновата молекула, се нарича изоелектрично, а стойността на pH, при което молекулата преминава в изоелектрично състояние, се нарича изоелектрична точка на протеина (IPP).
Известни са два метода за производство на дисперсни системи. В единия от тях твърдите и течните вещества са фино смлени (диспергирани) в подходяща дисперсионна среда, в другия се предизвиква образуването на частици от дисперсионна фаза от отделни молекули или йони.
Методите за получаване на дисперсни системи чрез смилане на по-големи частици се наричат дисперсионни. Методите, базирани на образуването на частици в резултат на кристализация или кондензация, се наричат кондензация.
Дисперсионни методи
Тази група методи обединява преди всичко механични методи, при които преодоляването на междумолекулните сили и натрупването на свободна повърхностна енергия по време на процеса на дисперсия възниква поради външна механична работа върху системата. В резултат на това твърдите тела се смачкват, абразират, смачкват или разцепват и това е характерно не само за лабораторни или промишлени условия, но и за дисперсионни процеси, протичащи в природата (резултат от смачкване и абразия на твърди скали под действието на прибоя сили, приливни явления, процеси на изветряне и излугване и др.).
В лабораторни и промишлени условия разглежданите процеси се извършват в трошачки, воденични камъни и мелници с различни конструкции. Топковите мелници са най-често срещаните. Това са кухи въртящи се цилиндри, в които се зареждат натрошеният материал и стоманени или керамични топки. Докато цилиндърът се върти, топките се търкалят, изтривайки материала, който се смачква. Раздробяването може да възникне и в резултат на удари с топка. Топковите мелници произвеждат системи, чиито размери на частиците са в доста широк диапазон: от 2 - 3 до 50 - 70 микрона. Кух цилиндър с топки може да се приведе в кръгово колебателно движение, което насърчава интензивно раздробяване на заредения материал под действието на сложното движение на мелещите тела. Това устройство се нарича вибрационна мелница.
По-фина дисперсия се постига в колоидни мелници с различни конструкции, чийто принцип на работа се основава на развитието на разрушаващи сили в суспензия или емулсия под въздействието на центробежна сила в тясна междина между ротора, въртящ се с висока скорост, и неподвижната част на устройството - статора. Суспендираните големи частици изпитват значителна сила на разрушаване и по този начин се разпръскват. Типът колоидна мелница, който се използва широко днес, е показан на фиг. 1 (виж приложението). Тази мелница се състои от ротор, който е коничен диск 1, разположен върху вал 2, и статор 3. Роторът се задвижва във въртене от специален вертикално разположен двигател, обикновено извършващ около 9000 оборота в минута. Работните повърхности на ротора и статора 4 са шлифовани една към друга и дебелината на междината между тях е около 0,05 mm. Грубата суспензия се излива в мелницата през тръба 5 под въртящия се диск от центробежната сила, развита в резултат на въртене на ротора, изтласква се през процепа и след това се отстранява от мелницата през тръба 6. Когато течността премине в под формата на тънък филм през процепа, частиците, суспендирани в течността, изпитват значителни сили на срязване и се смачкват. Степента на дисперсия на получената система зависи от дебелината на междината и скоростта на въртене на ротора: колкото по-малка е междината и колкото по-висока е скоростта, толкова по-голяма е силата на срязване и, следователно, толкова по-висока е дисперсията.
Висока дисперсия може да се постигне чрез ултразвукова дисперсия. Диспергиращият ефект на ултразвука е свързан с кавитацията - образуването и затварянето на кухини в течност. Плъскането на кухини е придружено от появата на кавитационни ударни вълни, които разрушават материала. Експериментално е установено, че дисперсията е в пряка зависимост от честотата на ултразвуковите вибрации. Ултразвуковата дисперсия е особено ефективна, ако материалът е предварително фино смлян. Емулсиите, получени чрез ултразвуков метод, се отличават с еднаквост на размерите на частиците на дисперсната фаза.
Дисперсионните методи за производство на золи включват метода на Бредиг, който се основава на образуването на волтова дъга между електроди от диспергиран метал, поставен във вода. Същността на метода е пръскането на електродния метал в дъгата, както и кондензацията на метални пари, образувани при високи температури. Следователно електрическият метод съчетава характеристиките на дисперсионния и кондензационния метод. Методът на електроспрей е предложен от Бредиг през 1898 г. Бредиг включва амперметър, реостат и два диспергиращи се метални електрода във верига с постоянен ток с мощност 5-10 A и напрежение 30-110 V. Той потопи електродите в съд с вода, охладен отвън с лед. Схематичната структура на устройството, използвано от Bredig, е показана на фиг. 2 (виж приложението). Когато токът преминава през електродите между тях под вода, възниква волтова дъга. В този случай в близост до електродите се образува облак от силно диспергиран метал. За да се получат по-стабилни золи, е препоръчително да се въведат следи от стабилизиращи електролити, като хидроксиди на алкални метали, във водата, в която са потопени електродите.
По-общ е методът на Сведберг, който използва високоволтов осцилиращ разряд, предизвикващ прескачане на искра между електродите. Този метод може да се използва за получаване не само на хидрозоли, но и на органозоли от различни метали.
При раздробяване и смилане материалите се разрушават предимно в местата на якостни дефекти (макро- и микропукнатини). Следователно с напредването на смилането силата на частиците се увеличава, което обикновено се използва за създаване на по-здрави материали. В същото време увеличаването на якостта на материалите при тяхното раздробяване води до голям разход на енергия за по-нататъшно разпръскване. Разрушаването на материалите може да бъде улеснено чрез използване на ефекта на Ребиндер - адсорбционно намаляване на якостта на твърдите вещества. Този ефект се състои в намаляване на повърхностната енергия с помощта на повърхностноактивни вещества, което води до по-лесна деформация и разрушаване на твърдото вещество. Като такива повърхностноактивни вещества, наречени в този случай редуктори на твърдостта, могат да се използват например течни метали за разрушаване на твърди метали, органични вещества за намаляване на якостта на органични монокристали. Редукторите на твърдостта се характеризират с малки количества, предизвикващи ефекта на Rebinder и специфичност на действие. Добавките, които намокрят материала, помагат на средата да проникне в дефектите и с помощта на капилярни сили също улесняват разрушаването на твърдото вещество. Повърхностноактивните вещества не само допринасят за разрушаването на материала, но също така стабилизират диспергираното състояние, тъй като като покриват повърхността на частиците, те по този начин предотвратяват тяхното слепване или сливане (за течности). Това също помага да се постигне силно разпръснато състояние.
Използвайки дисперсионни методи, обикновено не е възможно да се постигне много висока дисперсия. Чрез кондензационни методи се получават системи с размери на частиците от порядъка на 10-6 - 10-7 cm.
дисперсна система хомогенна среда
