第一节 分散系及其分类
物质除了以气态、液态和固态的形式单独存在以外,大多数是以一种(或几种)物质分散在另一种物质中构成混合体系的形式存在的。例如:氯化钠分散在水中形成生理盐水,黏土微粒分散在水中形成泥浆,奶油、蛋白质和乳糖分散在水中形成牛奶,水滴分散在空气中就形成了雾。这些混合体系称为分散系。在分散系中,被分散了的物质称为分散质,它是不连续的;容纳分散质的物质称为分散剂,它是连续的。如生理盐水,氯化钠是分散质,水是分散剂。在分散系内,分散质和分散剂可以是气体、液体和固体三种聚集状态中的任何一种,这样就可以组成多种不同的分散系。按分散质和分散剂的聚集状态不同,分散系可分为表1-1所示的几类。
表1-1 分散系按聚集状态的分类
按分散质粒子直径的大小,常把液态分散系分为三类:低分子或离子分散系、胶体分散系和粗分散系,见表1-2。
表1-2 分散系按分散质粒子直径大小的分类
人们用观察和实验等方法进行科学研究及生产实践时,首先要确定研究对象,这种被划分出来作为研究的对象称为系统。在一个系统中,物理性质和化学性质完全相同并且组成均匀的部分称为相。相和态是两个不同的概念,态是指物质的聚集状态,例如乙醚和水构成的系统,只有一个态——液态,却包含两个相。相和组分也不是一个概念,如冰、水、水蒸气的化学组成相同,却是三相。在明确相的概念基础上,我们讨论以上三种分散系。
1.低分子或离子分散系
在低分子或离子分散系中,分散质粒子的直径<1nm,它们是一般的分子或离子,与分散剂的亲和力极强,因而组成了均匀、无界面、高度分散、高度稳定的单相系统。
2.胶体分散系
在胶体分散系中,分散质的粒子直径为1~100nm,它包括溶胶和高分子化合物溶液两种类型。
(1)溶胶 其分散质粒子是由一般的分子组成的小聚集体,这类难溶于分散剂的固体分散质高度分散在液体分散剂中,所形成的分散系称为溶胶(或称为胶体)。例如氯化银溶胶、氢氧化铁溶胶、硫化砷溶胶等。在溶胶中,分散质和分散剂的亲和力不强,因而溶胶是高度分散的、不均匀、比较稳定的多相系统。
(2)高分子溶液 如淀粉溶液、纤维素溶液、蛋白质溶液等,分散质粒子是单个的大分子,与分散剂的亲和力强,故高分子溶液是高度分散、稳定的单相系统。
3.粗分散系
在粗分散系中,分散质粒子直径>100nm,是一个极不稳定的多相系统。按分散质的聚集状态不同,粗分散系可以分为乳浊液和悬浊液。液体分散质分散在液体分散剂中,称为乳浊液,如牛奶。固体分散质分散在液体分散剂中,称为悬浊液,如泥浆。由于分散质的粒子大,容易聚沉,分散质也容易从分散剂中分离出来。
虽然这三类分散系的性质有明显差异,但是划分它们的界线是相对的。因此,分散系之间性质和状态的差异也是逐步过渡的。
本章将重点讨论溶液和胶体分散系的一些基本知识。