staje ona być podobna do tej samej materii w postaci zwartej. Z tego powodu stan, w którym występuje odpowiednio duży stosunek liczby atomów powierzchniowych do liczby atomów wewnątrz cząstek rozdrobnionych jest przedmiotem specjalnych badać. Ten stan materii nosi obecnie nazwę stanu koloidalnego. Cechą charakterystyczną stanu koloidalnego jest odpowiedni stopień rozdrobnienia (dyspersji). Według Ostwalda stopień dyspersji (D) układu jest określony przez stosunek całkowitej powierzchni (S) fazy rozdrobnionej do zajmowanej przez tę fazę objętości (V)
Załóżmy, że substancja mająca formę sześcianu o krawędzi 1 -10~2 m (1 cm) ulega rozdrobnieniu na sześcienne cząstki o wymiarze odpowiadającym najmniejszym cząstkom koloidalnym (1 • 10-9 m) — tab. 1. Dane zestawione w tab. 1 wskazują w jaki sposób wzrasta stopień dyspersji D i powierzchnia całkowita S wskutek rozdrobnienia cząstki makroskopowej na cząstki o wymiarze charakteryzującym stan koloidalny.
Tabela 1. Wpływ rozdrobnienia na stopień dyspersji układu
Krawędź |
Liczba |
o | ||
sześcianu |
czÄ…stek |
S = 6a2-n |
V = a3-n |
D = v |
a |
n | |||
H |
[m2] |
[m3] |
[m-1] | |
1-10"2 |
i |
6-10-4 |
10-® |
6-102 |
o 1 O l-H |
1021 |
6-103 |
lO-6 |
6-109 |
Jeżeli substancja znajdująca się w stanie zdyspergowanym jest równomiernie rozproszona w całej masie drugiej substancji, to powstały układ nosi nazwę układu dyspersyjnego, przy czym substancję zdyspergo-waną przyjęto nazywać fazą rozproszoną, a ośrodek w którym ta faza jest rozproszona— ośrodkiem dyspersyjnym. Wszystkie układy dyspersyjne można podzielić na grupy w zależności od wymiarów cząstek fazy rozproszonej.
1. Układy o rozdrobnieniu mechanicznym (układy makrodyspersyjne) — zawiesiny: są to układy dyspersyjne o wymiarach cząstek fazy rozproszonej większych od 200 nm (tj. 2 -10-7 m). Do tych układów należą suspensje i emulsje. Suspensjami nazywamy układy dyspersyjne o'rozdrobnieniu mechanicznym składające się z cząstek ciała stałego jako fazy rozproszonej w ciekłym ośrodka dyspersyjnym np. zawiesina gliny w wodzie. Emulsjami natomiast nazywamy układy dyspersyjne o rozdrobnieniu mechanicznym dwóch niemieszających się cieczy, np. oleje, benzen, toluen w wodzie, cząstki tłuszczu w mleku itd.
2. Układy koloidalne są to układy dyspersyjne, w których wymiary cząstek fazy rozproszonej zawarte są w granicach od i do 200 nm (10~9 do 2 • 10~T m). Thkie cząstki przechodzą przez bibuły filtracyjne, ale nie przenikają przez półprzepuszczalne błony (np. błony zwierzęce i roślinne). Cząstek tych nie można zobaczyć w zwykłym mikroskopie, dają się natomiast rozpoznać za pomocą ultramikroskopu.
3. Układy o rozdrobnieniu cząsteczkowym — cząstki fazy rozproszonej posiadają wymiary poniżej 1 nm. Są to roztwory rzeczywiste różnych niee-lektrolitów np. mocznika, cukru, alkoholu itp. w wodzie. Roztwory różnych silnych elektrolitów są układami o rozdrobnieniu jonowym. Tak więc układy koloidalne graniczą z jednej strony z układami o rozdrobnieniu mechanicznym, z drugiej zaś strony z układami o rozdrobnieniu cząsteczkowym (lub cząsteczkowo-jonowym).
Mówiąc o wymiarach cząstek różnych układów dyspersyjnych, celowe jest porównanie wymiarów niektórych atomów, jonów i cząsteczek z wymiarami niektórych organizmów o mikroskopowych wielkościach (tab. 2).
Tabela 2. Wymiary niektórych cząstek i organizmów
Nazwa |
Wymiary [nm] |
Atom wodoru |
0,01 |
Jon sodu |
0,26 |
CzÄ…steczka alkoholu |
0,5 |
CzÄ…steczka hemoglobiny |
3,5 |
Cząsteczka koloidalnego złota |
2-130 |
Wirusy |
10-300 |
Chromosomy |
200-3500 |
Bakterie |
400-15000 ; |
Erytrocyty |
7500 |
Wraz ze zmianą wymiarów cząstek od makrorozdrobnienia do rozdrobnienia cząsteczkowego i na odwrót będą odpowiednio zmieniać się
149