Czym są rozproszone systemy?

System rozproszony jest mieszaniną dwóch lub więcej substancji, prostych lub złożonych, w których występuje faza nieciągła.

Dyspersje są systemami, w których substancja jest rozproszona w innej substancji. Dyspersje mogą być jednorodne lub niejednorodne; faza rozproszona, typowo pewna cząstka, może lub nie może być odróżniona od ośrodka, w którym jest rozproszona.

Dyspersje można znaleźć w wielu substancjach w przemyśle farmaceutycznym. Od roztworów dość dużych cząsteczek, takich jak albumina i polisacharydy, po ciekłe zawiesiny nanokrystaliczne i mikro oraz emulsje i zawiesiny gruboziarniste.

Dysponując fizycznie wyróżniającymi się fazami, dyspersje mają inne właściwości niż prawdziwe rozwiązania, takie jak agregacja i regulacja cząstek.

W każdym systemie rozproszonym występują dwa różne wyrażenia: rozproszone i dyspergujące. Faza rozproszona odnosi się do fazy rozproszonej w drugiej fazie, zwanej dyspergatorem.

Rozproszone układy można sklasyfikować na kilka różnych sposobów, w tym jak duże są cząstki w stosunku do cząstek fazy ciągłej, niezależnie od tego, czy występują opady.

Główne typy systemów rozproszonych

Zawieszenia

Zawiesina jest niejednorodną mieszaniną zawierającą cząstki stałe, które są wystarczająco duże, aby mogły zostać osadzone.

W zawiesinach heterogeniczna mieszanina pokazuje rozpuszczone cząstki zawieszone w ośrodku i nie do końca rozpuszczone. Mogą to być makroskopowe lub grube dyspersje lub drobne dyspersje.

Cząstki zawiesiny są widoczne gołym ludzkim okiem. W zawiesinach cząstki pływają swobodnie w rozpuszczalniku.

Faza wewnętrzna (ciało stałe) jest rozpraszana przez fazę zewnętrzną (płyn) poprzez mechaniczne mieszanie, z użyciem pewnych substancji pomocniczych lub środków zawieszających.

Wyraźnym przykładem zawiesiny jest piasek lub ziemia w wodzie. Cząsteczki zawieszone na ziemi będą widoczne pod mikroskopem i ostatecznie osiądą w miarę upływu czasu, jeśli nie zostaną naruszone.

Ta właściwość różnicuje koloidy od zawiesin, ponieważ w koloidach cząstki są mniejsze i nie osiadają.

Z kolei koloidy i zawiesiny różnią się od roztworów, ponieważ rozpuszczona substancja nie występuje w postaci stałej, a rozpuszczalnik i substancja rozpuszczona są jednorodnie zmieszane.

Zawieszenie kropelek cieczy lub stałych drobnych cząstek w gazie nazywa się aerozolem. Na przykład w atmosferze można znaleźć cząsteczki ziemi, soli morskiej, azotanów i kropli chmur.

Zawiesiny są klasyfikowane na podstawie ich fazy rozproszonej i ośrodka dyspersyjnego. Ośrodek rozpraszający jest zasadniczo ciałem stałym, podczas gdy faza rozproszona może być cieczą, gazem lub ciałem stałym.

Z termodynamicznego punktu widzenia zawiesiny są niestabilne. Można go jednak ustabilizować w pewnym okresie czasu, co determinuje jego żywotność. Jest to przydatne w przemyśle, jeśli chodzi o ustanowienie produktu wysokiej jakości dla konsumentów.

Koloidy lub układy koloidalne

Koloid jest mieszaniną, w której substancja nierozpuszczalnych cząstek rozproszona mikroskopowo jest zawieszona w innej substancji.

Czasami colidy mogą wyglądać jak rozwiązanie, więc są identyfikowane i charakteryzowane przez ich fizyczne i chemiczne właściwości transportowe.

W przeciwieństwie do rozwiązania, w którym rozpuszczalnik i substancja rozpuszczona stanowią tylko jedną fazę, koloid ma fazę rozproszoną (zawieszone cząstki) i fazę ciągłą (ośrodek zawiesiny).

Aby zakwalifikować się jako koloid, mieszanina nie powinna osiadać lub powinna zająć dużo czasu, aby wyraźnie się osiedlić.

Cząstki fazy rozproszonej mają średnicę około 1 i 1000 nanometrów. Cząstki te są zwykle widoczne pod mikroskopem.

Homogeniczne mieszaniny z fazą rozproszoną w tej wielkości można nazwać aerozolami koloidalnymi, emulsjami koloidalnymi, piankami koloidalnymi, dyspersjami koloidalnymi lub hydrosolami.

Na cząstki fazy rozproszonej poważnie wpływa powierzchnia chemiczna obecna w koloidie.

Niektóre koloidy są przezroczyste dzięki efektowi Tyndalla, czyli rozpraszaniu cząstek lekkich w koloidie. Inne koloidy mogą być nieprzezroczyste lub mogą mieć delikatny kolor. W niektórych przypadkach koloidy można uznać za jednorodne mieszaniny.

Koloidy można podzielić na:

• Koloidy hydrofilowe: Cząsteczki koloidalne są przyciągane bezpośrednio do wody. Nazywane są także odwracalnymi słońcami.
• Hydrofobowe koloidy: są przeciwieństwem powyższych; hydrofobowe koloidy są odpychane przez wodę. Nazywane są także nieodwracalnymi słońcami.

Prawdziwe rozwiązania

Roztwór jest jednorodną mieszaniną złożoną z dwóch lub więcej substancji. W takich mieszaninach substancja rozpuszczona jest substancją, która rozpuszcza się w innej substancji - znanej jako rozpuszczalnik.

Proces łączenia rozwiązania zachodzi w skali, w której występują skutki polaryzacji chemicznej, co skutkuje specyficznymi interakcjami z solwatacją.

Zazwyczaj roztwór przyjmuje fazę rozpuszczalnika, gdy rozpuszczalnikiem jest największa frakcja mieszaniny. Stężenie substancji rozpuszczonej w roztworze jest masą substancji rozpuszczonej wyrażoną jako procent masy w całym roztworze.

Cząstek substancji rozpuszczonej w roztworze nie można obserwować gołym okiem; rozwiązanie nie pozwala na rozpraszanie promieni świetlnych. Rozwiązania są stabilne, składają się z jednej fazy, a ich substancji rozpuszczonej nie można oddzielić przez filtrowanie.

Roztwory mogą być jednorodne, w których składniki mieszaniny tworzą jedną fazę lub niejednorodną, ​​w której składniki mieszaniny mają różne fazy.

Właściwości mieszaniny, takie jak stężenie, temperatura i gęstość, mogą być równomiernie rozłożone w całej objętości, ale tylko przy braku zjawisk dyfuzji lub po jej zakończeniu.

Istnieje kilka rodzajów rozwiązań, w tym:

• Roztwory gazowe, takie jak powietrze (tlen i inne gazy rozpuszczone w azocie)
• Płynne roztwory, takie jak gaz w cieczy (dwutlenek węgla w wodzie), ciecz w cieczy (etanol w wodzie) i ciało stałe w cieczy (cukier w wodzie)
• Stałe roztwory, takie jak gaz w ciałach stałych (wodór w metalach), ciecze w ciałach stałych (heksan w parafinie) i ciało stałe w ciałach stałych (stopy i polimery)