Sistema de dispersión

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Sistema disperso (del latín  dispersio  "dispersión") - formaciones de fases (cuerpos) , que prácticamente no se mezclan y no reaccionan químicamente entre sí. En un caso típico de un sistema de dos fases, la primera de las sustancias ( la fase dispersa ) se distribuye finamente en la segunda ( el medio de dispersión ). Si hay varias fases, se pueden separar físicamente entre sí ( centrifugar , separar , etc.).

Por lo general, los sistemas dispersos son soluciones coloidales (soles) . Los sistemas dispersos incluyen también el caso de un medio sólido disperso en el que se encuentra la fase dispersa. Las soluciones de compuestos macromoleculares también tienen todas las propiedades de los sistemas dispersos.

Clasificación de sistemas dispersos

La clasificación más general de los sistemas dispersos se basa en la diferencia en el estado de agregación del medio de dispersión y la(s) fase(s) dispersa(s). Las combinaciones de tres tipos de estados agregados permiten distinguir nueve tipos de sistemas dispersos de dos fases. Para abreviar, generalmente se denotan por una fracción, cuyo numerador indica la fase dispersa y el denominador indica el medio de dispersión; por ejemplo, para el sistema "gas en líquido", se adopta la designación G/L.

Designacion Fase dispersa Medio de dispersión Nombre y ejemplo
Y/Y gaseoso gaseoso Mezcla siempre homogénea (aire, gas natural)
F/G Líquido gaseoso Aerosoles: nieblas , nubes
T/A sólido gaseoso Aerosoles (polvo, humos), sustancias en polvo
G/F gaseoso Líquido Emulsiones y espumas de gas
F/F Líquido Líquido Emulsiones: aceite , crema , leche , sangre
V/F sólido Líquido Suspensiones y soles: pulpa , limo , suspensión , pasta
G/T gaseoso sólido Cuerpos porosos: espumas poliméricas , piedra pómez
PIE Líquido sólido Sistemas capilares (cuerpos porosos llenos de fluido): suelo , suelo
T/T sólido sólido Sistemas heterogéneos sólidos: aleaciones , hormigón , vitrocerámicas , materiales compuestos

Según las propiedades cinéticas de la fase dispersa, los sistemas dispersos de dos fases se pueden dividir en dos clases:

A su vez, estos sistemas se clasifican según el grado de dispersión .

Los sistemas con partículas de la fase dispersa del mismo tamaño se denominan monodispersos y los sistemas con partículas de diferentes tamaños se denominan polidispersos. Por regla general, los sistemas reales que nos rodean son polidispersos.

También hay sistemas dispersos con un mayor número de fases: sistemas dispersos complejos. Por ejemplo, cuando hierve un medio de dispersión líquido con una fase sólida dispersa, se obtiene un sistema trifásico "vapor - gotas - partículas sólidas" [ 1 ] .

Otro ejemplo de un sistema disperso complejo es la leche , cuyos principales componentes (sin contar el agua ) son la grasa , la caseína y el azúcar de la leche . La grasa está en forma de emulsión y cuando la leche está reposando, sube gradualmente a la parte superior ( crema ). La caseína está contenida en forma de solución coloidal y no se libera espontáneamente, pero puede precipitarse fácilmente (en forma de requesón ) cuando la leche se acidifica, por ejemplo, con vinagre. En condiciones naturales, la liberación de caseína se produce durante el agriado de la leche . Finalmente, el azúcar de la leche está en forma de solución molecular y se libera solo cuando el agua se evapora.

Sistemas libremente dispersos

Los sistemas libremente dispersos se subdividen según el tamaño de las partículas en:

Nombre Tamaño de partícula, m Las principales características de los sistemas heterogéneos.
Ultramicroheterogéneo 10 −9 …10 −7 - heterogénea;

- las partículas pasan por el filtro de papel y no pasan por el ultrafiltro

– las partículas no son visibles en un microscopio óptico, pero son visibles en un microscopio electrónico y se detectan en un ultramicroscopio

- relativamente estable cinéticamente

- luz dispersa transparente (da un cono de Faraday-Tyndall)

microheterogéneo 10 −7 …10 −5
Grueso más de 10 −5

Los sistemas ultramicroheterogéneos también se denominan coloidales o soles . Dependiendo de la naturaleza del medio de dispersión, los soles se dividen en soles sólidos, aerosoles (soles con un medio de dispersión gaseoso) y liosoles (soles con un medio de dispersión líquido). Los sistemas microheterogéneos incluyen suspensiones , emulsiones , espumas y polvos. Los sistemas de dispersión gruesa más comunes son los sistemas de gas sólido (por ejemplo, arena ).

Los sistemas coloidales juegan un papel muy importante en la biología y la vida humana. En los fluidos biológicos del cuerpo, varias sustancias se encuentran en estado coloidal. Los objetos biológicos ( células musculares y nerviosas , sangre y otros fluidos biológicos) pueden considerarse soluciones coloidales. El medio de dispersión de la sangre es el plasma  , una solución acuosa de sales inorgánicas y proteínas .

Sistemas dispersos conectados

Materiales porosos

Los materiales porosos se subdividen por tamaño de poro, según la clasificación de M. M. Dubinin , en:

Nombre Tamaño de partícula, µm
microporoso menos de 2
mesoporoso 2-200
Macroporoso mas de 200

De acuerdo con la recomendación de la IUPAC , los materiales porosos con tamaños de poro de hasta 2 nm se denominan microporosos, mesoporosos, de 2 a 50 nm, macroporosos, de más de 50 nm.

Según su estructura, los materiales porosos se dividen en corpusculares y esponjosos . Los cuerpos corpusculares están formados por la fusión de elementos estructurales individuales (generalmente de diferentes formas y tamaños), tanto no porosos como aquellos con porosidad primaria ( cerámica porosa , papel , tela , etc.); los poros aquí son los espacios entre las estructuras de los elementos. Los cuerpos esponjosos son los espacios entre estas partículas y sus conjuntos. Los cuerpos esponjosos pueden formarse como resultado de reacciones topoquímicas , lixiviación de algunos componentes de sistemas heterogéneos sólidos, descomposición pirolítica de sólidos, erosión superficial y volumétrica ; sus poros suelen representar una red de canales y cavidades de varias formas y secciones transversales variables [2] .

De acuerdo con las características geométricas, las estructuras porosas se dividen en regulares (en las que se observa la alternancia regular de poros o cavidades individuales y canales que los conectan en el volumen del cuerpo) y estocásticas (en las que la orientación, forma, tamaño, disposición mutua y las relaciones de los poros son aleatorias). La mayoría de los materiales porosos se caracterizan por una estructura estocástica. La naturaleza de los poros también importa: los poros abiertos se comunican con la superficie del cuerpo para que el líquido o el gas puedan filtrarse a través de ellos; los poros sin salida también se comunican con la superficie del cuerpo, pero su presencia no afecta la permeabilidad del material; poros cerrados [2] .

Sistemas heterogéneos sólidos

Un ejemplo característico de sistemas heterogéneos sólidos son los materiales compuestos (composites) ampliamente utilizados recientemente: materiales sólidos, pero no homogéneos, creados artificialmente que constan de dos o más componentes con interfaces claras entre ellos. En la mayoría de estos materiales (a excepción de los estratificados), los componentes pueden dividirse en una matriz y elementos de refuerzo incluidos en ella ; en este caso, los elementos de refuerzo suelen ser los responsables de las características mecánicas del material, y la matriz asegura el funcionamiento conjunto de los elementos de refuerzo. Entre los materiales compuestos más antiguos se encuentran el adobe , el hormigón armado , el bulat , el papel maché . En la actualidad se utilizan ampliamente los plásticos reforzados con fibra , fibra de vidrio , cermets , los cuales han encontrado aplicación en diversos campos de la tecnología.

Movimiento de sistemas dispersos

La mecánica de los medios multifásicos se ocupa del estudio del movimiento de sistemas dispersos . En particular, las tareas de optimización de varios dispositivos de calor y energía ( turbinas de vapor , intercambiadores de calor , etc.), así como el desarrollo de tecnologías para aplicar varios recubrimientos , hacen que el problema del modelado matemático de los flujos cercanos a la pared de una gota de gas-líquido mezcla un problema urgente . A su vez, una variedad significativa en la estructura de los flujos cercanos a la pared de medios multifásicos, la necesidad de tener en cuenta varios factores (inercia de gota, formación de película líquida, transiciones de fase, etc.) requieren la construcción de modelos matemáticos especiales de medios multifásicos. , que actualmente se están desarrollando activamente [3] .

Las posibilidades de estudio analítico de flujos dinámicos de gases no estacionarios de medios dispersos multifásicos, en los que la fase gaseosa portadora incluye pequeñas inclusiones sólidas o líquidas ("partículas"), son muy limitadas, y los métodos de la mecánica computacional vienen al caso . adelante [4] . Al mismo tiempo, el estudio de tales flujos en presencia de transiciones de fase intensas adquiere una relevancia significativa  , por ejemplo, en el análisis de situaciones de emergencia en los sistemas de refrigeración de centrales nucleares , el estudio de erupciones volcánicas y en una serie de tecnologías. aplicaciones, incluida la optimización de dispositivos que permiten la creación de chorros multifásicos de alta velocidad [1] .

Véase también

Notas

  1. ↑ 1 2 Osiptsov  A. _  _ - 1992. - V. 30, núm. 3 . - S. 583-591 .
  2. ↑ 1 2 Fandeev V.P., Samokhina K.S.  Métodos para estudiar estructuras porosas  // Naukovedenie. - 2015. - V. 7, N° 4 (29) . - S. 101-122 . -doi : 10.15862 / 34TVN415 .
  3. ↑ Osiptsov A. N. , Korotkov D. V.  Capa límite en un medio de gota de vapor en la superficie frontal de un cuerpo romo caliente  // Termofísica de altas temperaturas. - 1998. - T. 36, núm. 2 . - S. 291-297 .
  4. ↑ Gubaidullin A. A., Ivandaev A. I., Nigmatulin R. I.  Método modificado de "partículas grandes" para calcular procesos de ondas no estacionarias en medios dispersos multifásicos  // Journal of Computational Mathematics and Mathematical Physics . - 1977. - V. 17, No. 2 . - S. 1531-1544 .

Literatura

  • Deich M. E. , Filippov G. A. Dinámica de gases de medios bifásicos. — M .: Energoizdat , 1981. — 472 p.
  • Morozova E. Ya. Química coloidal. Notas de lectura. 3ra ed./ Ministerio de Salud de la República de Bielorrusia. - Vitebsk: VSMU , 2012. - 86 p. - ISBN 978-985-466-527-6 .
  • Nigmatulin R. I. Fundamentos de la mecánica de medios heterogéneos. — M .: Nauka , 1978. — 336 p.
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