一种物质或几种物质分散在另一种物质中所形成的系统称为分散系。其中被分散的物质称为分散质(分散相),分散质所处的介质称为分散剂(或分散介质)。
按分散质粒子的大小,可将分散系分成三类:真溶液、胶体分散系和粗分散系。当分散质粒子的直径小于1 nm(相当于分子或离子大小)时所形成的均匀的稳定体系称为真溶液。
当分散质粒子的直径大于100nm时所形成的分散系为粗分散系。粗分散系为多相不稳定体系。
分散质粒子大小介于1~100nm的分散系为胶体分散系。胶体分散系中的分散质粒子通常是众多分子(或离子)的聚集体,为多相体系。
物质的分散程度影响着物质的某些物理化学性质,而物质的分散程度与物质的表面积大小有直接的关系。某一物质被分散得越细,分散程度越高,总表面积就越大,通常用比表面的大小表示物质的分散度。
比表面积am是单位质量的固体所拥有的表面积。
式中,A-物质总表面积,m-物质总质量。
或是单位体积物体所拥有的表面积av。
式中,A-物质总表面积,V-物质总体积。
任何物质都具有表面,物质表面上的质点与内部质点受到的作用力不同。物质内部质点所受合力为0,而表面分子所受合力不为0,合力方向指向物质内部(下图),因而表面的质点都有向内迁移,使表面积减小的趋势。
物质表面上的质点与内部质点受到的作用力
如果把内部分子拉向表面,就必须吸收能量,克服指向物质内部的力。当这些内部分子转移出来,形成新表面时,这部分能量就转变成表面层分子的势能,因而表面层分子比内部分子的能量高,高出部分的能量称为表面能。显然,物质分散程度越大,比表面越大,表面能就越高。液体和固体都有自动减小表面能的能力。通常以凝聚和吸附的途径来降低物质的表面能。[2]
物质的分散度愈大,其表面积和比表面也愈大,相应的表面吉布斯自由能亦愈大。从热力学观点来看,这类高分散系统就愈不稳定。必然会引起系统的物理化学性质如蒸气压、沸点、熔点及其溶解度的变化,进而出现过冷、过热、过饱和及化学活性改变等各种表面现象。
液体蒸气压的大小决定于液体分子向空间逃逸的倾向,这种倾向不仅与液体的本性和温度有关,而且还与液体的分散度(即曲率半径)有关。若在一块平板玻璃上放置一些大小不等的水滴,然后罩上玻璃罩,放置一段时间后,可以发现小水滴愈来愈小直至消失,而大水滴逐渐变大,这个现象说明半径小的小水滴的蒸气压比半径大的大水滴的蒸气压大。液体饱和蒸气压与曲率半径之间的定量关系可以用热力学方法导出:
式中,pr-半径为r微小液滴的饱和蒸气压;
p0-平面液体的饱和蒸气压;
M-液体摩尔质量;