Дисперсность — свойство материала¶

Дисперсность — это характеристика материала, описывающая степень его измельчённости, то есть размер (или распределение размеров) частиц, волокон, капель или других структурных элементов, из которых он состоит. Понятие применяется в химии, физике, геологии, материаловедении и пищевой промышленности. Дисперсность характеризует не абсолютный размер частиц, а соотношение между фазами в дисперсной системе: чем мельче дисперсная фаза, тем выше дисперсность системы.

¶Дисперсные системы

В физической химии дисперсность изучается в контексте дисперсных систем — гетерогенных систем, состоящих из двух фаз: дисперсной (раздробленной) и дисперсионной (среды, в которой частицы распределены). По размеру частиц дисперсные системы делят на классы:

Чем выше дисперсность, тем больше удельная поверхность системы — суммарная площадь поверхности всех частиц на единицу массы. Удельная поверхность определяет скорость химических реакций, адсорбционную способность, вязкость и другие свойства материала.

¶Методы определения

Размер частиц и их распределение по величине определяют различными методами:

• Микроскопический — прямое наблюдение под оптическим или электронным микроскопом. Позволяет визуально оценить форму и размер частиц.
• Седиментационный — измерение скорости осаждения частиц в жидкости по закону Стокса. Используется для грубодисперсных систем.
• Диффузионный — анализ броуновского движения частиц.
• Спектральный — рассеяние света (метод Динса), рентгеноструктурный анализ, динамическое светорассеяние.
• Газовая адсорбция — метод БЭТ (Брунауэра, Эмметта и Теллера) для определения удельной поверхности порошков.

В промышленности широко применяют ситовый анализ — просеивание порошка через набор сит с заданными размерами ячеек.

¶Классификация по дисперсности

Материалы классифицируют по степени измельчённости. В металлургии и горной промышленности, например, различают:

• Дроблёные продукты — куски размером от 100 мм и более;
• Щебень — фракции 5–120 мм;
• Песок — частицы 0,05–5 мм;
• Пыль — частицы менее 0,05 мм;
• Аэрозоли — взвешенные в воздухе частицы менее 0,001 мм.

В пищевой промышленности дисперсность муки, какао-порошка, сухих смесей регламентируется ГОСТами и определяет качество готового продукта: от неё зависит скорость растворения, вкусовые свойства, однородность теста.

¶Значение дисперсности

Дисперсность напрямую влияет на физико-химические свойства материала:

• Растворимость — чем выше дисперсность, тем быстрее и полнее растворяется вещество (порошок растворяется быстрее кристалла той же массы).
• Реакционная способность — увеличение удельной поверхности ускоряет химические реакции. Это принципиально для катализа, где наноразмерные частицы катализатора обеспечивают высокую активность.
• Свойства суспензий и эмульсий — дисперсность определяет устойчивость, вязкость, оседание частиц.
• Прочность и плотность материалов — в материаловедении размер зёрен влияет на механические свойства металлов и керамики (закон Холла — Печа).

¶Дисперсность в геологии

В геологии дисперсность характеризует степень измельчённости горных пород и почв. Осадочные породы классифицируют по размеру обломков: от галечников и гравия до глин и илов. Дисперсность почвы — важный агрономический показатель: она определяет влагоёмкость, воздухопроницаемость, плодородие. Тяжёлые глинистые почвы с низкой дисперсностью плохо пропускают воду, тогда как лёгкие супесчаные — быстро её теряют.

¶Смежные понятия

Понятие дисперсности тесно связано с рядом терминов:

• Диспергирование — процесс измельчения вещества до получения высокодисперсной системы (молотковая дробилка, мельница, ультразвуковое диспергирование).
• Полидисперсность — система, частицы которой имеют разный размер (в отличие от монодисперсной, где размеры частиц одинаковы).
• Наноматериалы — материалы с дисперсностью на уровне единиц и десятков нанометров, обладающие уникальными свойствами.

Источники:

• Глущенко В. П., Тяглов Б. А. Физическая химия
• Реми Г. Курс общей химии
• ГОСТ 25607-2009. Смеси противопожарные. Классификация и общие технические требования
• Липатов Ю. С. Физическая химия дисперсных полимерных систем