Взвесь — дисперсная система в химии¶

Взвесь — это гетерогенная дисперсная система, состоящая из твёрдых частиц, распределённых в жидкой или газообразной среде, которые достаточно велики, чтобы не проявлять свойства истинного раствора, но достаточно малы, чтобы оставаться во взвешенном состоянии относительно длительное время. Частицы взвеси не растворяются в среде и не образуют с ней молекулярных связей; они удерживаются в состоянии рассеяния за счёт броуновского движения и восходящих конвективных потоков. Размер частиц во взвеси, как правило, находится в диапазоне от 10⁻⁷ до 10⁻³ метра, то есть превышает предел дисперсности истинных коллоидных растворов.

¶Классификация

По агрегатному состоянию дисперсионной среды и дисперсной фазы взвеси подразделяются на несколько типов:

Наиболее распространённым типом является суспензия — взвесь твёрдых частиц в жидкой среде. Примером природной суспензии служит мутная вода в реке после ливня, содержащая взвешенные частицы глины и ила.

¶Свойства

Взвеси обладают рядом характерных свойств, отличающих их и от истинных растворов, и от коллоидных систем:

• Неспособность к самопроизвольной диффузии — частицы взвеси не мигрируют по градиенту концентрации, в отличие от молекул или ионов в растворе.
• Седиментация — под действием силы тяжести частицы неизбежно оседают на дно сосуда. Скорость оседания описывается формулой Стокса: $v = \frac{2r^2(\rho_1 - \rho_2)g}{9\eta}$, где $r$ — радиус частицы, $\rho_1$ и $\rho_2$ — плотности частицы и среды, $g$ — ускорение свободного падения, $\eta$ — вязкость среды.
• Фильтруемость — частицы взвеси задерживаются фильтровальной бумагой, тогда как молекулы и ионы истинного раствора проходят сквозь неё.
• Тиндалловский эффект — слабое рассеяние света, характерное для крупных частиц; интенсивность рассеяния существенно ниже, чем у коллоидных систем.
• Неограниченная термодинамическая неустойчивость — взвесь не является равновесной системой и при отсутствии внешних воздействий неизбежно разделяется на фазы.

¶Стабилизация взвесей

Для предотвращения быстрой седиментации в промышленности и лабораторной практике применяются методы стабилизации:

1. Механическая стабилизация — увеличение вязкости дисперсионной среды добавлением загустителей (крахмал, целлюлоза, бентонит). По формуле Стокса скорость оседания обратно пропорциональна вязкости, поэтому её повышение замедляет оседание частиц.
2. Коллоидная стабилизация — введение поверхностно-активных веществ (ПАВ), которые адсорбируются на поверхности частиц и создают барьер, препятствующующу агрегации.
3. Электростабилизация — обеспечение одинакового заряда поверхности частиц, что приводит к их взаимному отталкиванию.

В лабораторной практике для кратковременного удержания частиц во взвешенном состоянии используют встряхивание или механическое перемешивание, однако после прекращения воздействия система вновь начинает расслаиваться.

¶Применение

Взвеси имеют широкое практическое значение в различных областях:

• Фармацевтика — лекарственные суспензии представляют собой взвеси мелкодисперсных твёрдых веществ в жидкой основе, предназначенные для перорального или наружного применения. Стабилизация суспензий достигается введением загустителей и ПАВ.
• Строительство — цементное молочко и бетонные смеси являются взвесями; свойства взвеси определяют подвижность и удобоукладываемость бетона.
• Пищевая промышленность — молоко, некоторые соусы, кетчупы по строению близки к взвесям или эмульсиям.
• Геология и география — речные наносы, ледниковые отложения формируются из взвешенных в воде частиц, переносимых течением.
• Атмосферные процессы — туман и облака являются взвесями жидких капель в воздухе; ядра конденсации (пылевые частицы) играют ключевую роль в формировании облачности.
• Аналитическая химия — метод гравиметрического анализа основан на осаждении определяемого компонента в форме малорастворимого соединения, последующей фильтрации и взвешивании осадка.

¶Взвесь и коллоидный раствор

Важно проводить различие между взвесью и коллоидным раствором (золем). Коллоидные частицы имеют размеры 10⁻⁹—10⁻⁷ метров, обладают значительной удельной поверхностью, проявляют тиндалловский эффект ярко выраженно и способны к самопроизвольной диффузии. Взвеси, напротив, состоят из более крупных частиц, не обладают этими свойствами и неустойчивы в термодинамическом отношении. На практике граница между коллоидными системами и взвесями условна и определяется характером поведения системы: если частицы оседают под действием силы тяжести и не проявляют коллоидных свойств, систему относят к взвесям.

¶См. также

• Дисперсные системы
• Коллоидная химия
• Суспензия (химия)
• Аэрозоли
• Флокуляция

¶Источники

• Реми Г. Курс общей химии. — М.: Мир, 1966.
• Кассирский И. А., Платонова Г. Л. Фармацевтическая химия. — Л.: Медицина, 1977.
• Фрумкин А. Н. Избранные труды. Коллоидная химия. — М.: Наука, 1991.
• Шермергор Т. Д. Теория дисперсных систем. — М.: Высшая школа, 1974.
• ГОСТ 24104-2001. Лабораторные весы. Общие технические требования.