Влияние дисперсности на свойства вещества

Основными критериями ультрадисперсного (коллоидного) состояния являются следующие:

· Малая кинетическая подвижность частиц вследствие высокой массы частицы по сравнению с молекулой.

· Гетерофазность.

· Адсорбционные явления на поверхности.

· Стабилизация системы за счет снижения поверхностной энергии третьим компонентом.

· Высокая чувствительность к малым добавкам электролитов.

Высокодисперсные системы характеризуются особыми свойствами. Вследствие малого размера частицы в них не оседают. Рассеяние света такими системами приводит к их мутности.

Высокая удельная поверхность таких систем приводит к возрастанию роли поверхностных слоев. По мере дробления в системе происходят качественные изменения. При переходе от грубо дисперсных систем к высокодисперсным системы приобретают седиментационную устойчивость, возрастает прочность и растворимость, растет взрывоопасность. Из-за увеличения кривизны поверхности увеличивается химическая активность. Ультрадисперсные частицы могут на воздухе воспламеняться. С увеличением степени дисперсности изменяются все свойства вещества.

С изменением дисперсности изменяются условия протекания многих химических реакций. Так, реакция обжига известняка с повышением дисперсности сдвигается вправо:

Удаление кристаллизационной воды из грубодисперсного оксида алюминия происходит при , а из коллоидного оксида - на ниже, т. е. при . Коллоидное золото растворяется в соляной кислоте.

Другим примером влияния дисперсности на свойства является изменение свойств воды при дроблении. С уменьшением размера капель воды давление пара над каплей увеличивается. При диаметре капель, равном , отношение давления пара над каплей при данной температуре к давлению над плоской поверхностью воды . Повышенному давлению пара отвечает пониженная температура замерзания капель воды. Это явление имеет большое значение в живой природе, обеспечивая жизнеспособность растений при низкой температуре.

В ультрадисперсных твердых частицах размером может происходить коренная перестройка расположения атомов. Из-за большой кривизны поверхности возникают значительные внутренние напряжения, что приводит к изменению физических свойств веществ. Так, температура плавления серебра сильно зависит от размера частиц и равна: при размере частиц - , - , тогда как крупные частицы серебра плавятся при .

В высокодисперсных системах повышается температура перехода в сверхпроводящее состояние. Возникает возможность получения высокотемпературных сверхпроводников.

Явление сверхпроводимости было открыто в 1911 году голландским физиком Камерлинг-Онессом. Он обнаружил, что при температуре, близкой к абсолютному нулю, ртуть почти полностью теряет электрическое сопротивление, т.е. переходит в сверхпроводящее состояние. Для практического использования явления сверхпроводимости, например с целью передачи электроэнергии без потерь на большие расстояния, необходимо получать сверхпроводники при более высокой температуре. В 1986-87 годах в Швейцарии, США, Японии, СССР был открыт класс новых керамических материалов, сверхпроводящих при температуре жидкого азота. Эти материалы изготовлены на основе иттрия и являются дисперсными системами.

В последнее время обнаружены неустойчивые фазы новых керамических материалов, в которых наблюдаются переходы, начинающиеся при . Чтобы сделать их практически доступными, нужно изучить их фазовую структуру и свойства. Уже в настоящее время возможно применение этих материалов в сверхпроводниковой электронике и вычислительной технике.

Таким образом, в высокодисперсном состоянии вещество обладает особыми свойствами. Это состояние является промежуточным между свободными атомами или молекулами и массивными образцами.