التشتت (الكيمياء)

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة
تعريف الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية

مادة تتكون من أكثر من طور حيث يتكون أحد الطورين على الأقل من مجالات طور مقسمة بدقة، غالبًا في نطاق الحجم الغرواني ، موزعة في جميع أنحاء طور مستمر . [1]

ملاحظة 1 : تعديل التعريف في المرجع [2]

التشتت هو نظام يتم فيه تشتت الجسيمات الموزعة من مادة واحدة في طور مستمر من مادة أخرى. قد تكون المرحلتان في نفس حالة المادة أو في حالات مختلفة .

يتم تصنيف التشتتات بعدة طرق مختلفة، بما في ذلك حجم الجسيمات بالنسبة لجزيئات الطور المستمر، وما إذا كان يحدث ترسيب أم لا ، ووجود حركة براونية . بشكل عام، تسمى التشتتات التي تحتوي على جسيمات كبيرة بما يكفي للترسيب بالمعلقات ، بينما تسمى التشتتات التي تحتوي على جسيمات أصغر بالغرويات والمحاليل.

البنية والخصائص

لا تظهر التشتتات أي بنية؛ أي أن الجسيمات (أو في حالة المستحلبات: القطرات) المنتشرة في المصفوفة السائلة أو الصلبة ("وسط التشتت") يُفترض أنها موزعة إحصائيًا. لذلك، بالنسبة للتشتتات، يُفترض عادةً أن نظرية التسرب تصف خصائصها بشكل مناسب.

ومع ذلك، لا يمكن تطبيق نظرية التسرب إلا إذا كان النظام الذي ينبغي لها وصفه في حالة توازن ترموديناميكي أو قريب منها . لا يوجد سوى عدد قليل جدًا من الدراسات حول بنية المستحلبات، على الرغم من وفرتها في النوع واستخدامها في جميع أنحاء العالم في تطبيقات لا حصر لها (انظر أدناه).

فيما يلي، سيتم مناقشة مثل هذه المستحلبات ذات قطر الطور المشتت الذي يقل عن 1 ميكرومتر فقط. لفهم تكوين وخصائص مثل هذه المستحلبات (بما في ذلك المستحلبات)، يجب أن نضع في الاعتبار أن الطور المشتت يُظهِر "سطحًا"، وهو مغطى ("مبلل") بـ "سطح" مختلف، وبالتالي، يشكل واجهة (كيمياء) . يجب إنشاء كلا السطحين (وهو ما يتطلب قدرًا هائلاً من الطاقة)، ​​ولا يعوض التوتر السطحي (الفرق في التوتر السطحي) عن مدخلات الطاقة، إن وجد.

تشير الأدلة التجريبية إلى أن التشتتات لها بنية مختلفة تمامًا عن أي نوع من التوزيع الإحصائي (والتي ستكون خصائص لنظام في حالة توازن ترموديناميكي )، ولكنها في المقابل تعرض هياكل مشابهة للتنظيم الذاتي ، والتي يمكن وصفها بالديناميكا الحرارية غير المتوازنة . [3] وهذا هو السبب في أن بعض التشتتات السائلة تتحول إلى هلاميات أو حتى صلبة عند تركيز طور مشتت فوق تركيز حرج (يعتمد على حجم الجسيمات والتوتر السطحي). كما تم تفسير الظهور المفاجئ للتوصيل في نظام طور موصل مشتت في مصفوفة عازلة.

وصف التشتت

التشتت هو عملية يتم من خلالها فصل الجسيمات المتكتلة عن بعضها البعض (في حالة التشتت الصلب في سائل)، ويتم إنشاء واجهة جديدة بين السطح الداخلي لوسط التشتت السائل وسطح الجسيمات المشتتة. يتم تسهيل هذه العملية من خلال الانتشار الجزيئي والحمل الحراري . [ 4]

فيما يتعلق بالانتشار الجزيئي، يحدث التشتت نتيجة لتركيز غير متساوٍ للمادة المدخلة في جميع أنحاء الوسط السائب. عندما يتم إدخال المادة المشتتة لأول مرة في الوسط السائب، فإن المنطقة التي يتم إدخالها فيها تحتوي بعد ذلك على تركيز أعلى لتلك المادة من أي نقطة أخرى في الوسط السائب. يؤدي هذا التوزيع غير المتساوي إلى تدرج تركيز يدفع تشتت الجسيمات في الوسط بحيث يكون التركيز ثابتًا عبر الوسط السائب بالكامل. فيما يتعلق بالحمل الحراري، تسهل الاختلافات في السرعة بين مسارات التدفق في الوسط السائب توزيع المادة المشتتة في الوسط.

على الرغم من أن ظاهرتي النقل تساهمان في تشتت المادة في الكتلة، فإن آلية التشتت مدفوعة في المقام الأول بالحمل الحراري في الحالات التي يكون فيها تدفق مضطرب كبير في الكتلة. [5] الانتشار هو الآلية السائدة في عملية التشتت في حالات عدم وجود اضطراب في الكتلة أو قلة الاضطراب فيها، حيث يكون الانتشار الجزيئي قادرًا على تسهيل التشتت على مدى فترة طويلة من الزمن. [4] تنعكس هذه الظواهر في الأحداث الشائعة في العالم الحقيقي. ستنتشر الجزيئات الموجودة في قطرة من تلوين الطعام المضافة إلى الماء في النهاية في جميع أنحاء الوسط بالكامل، حيث تكون تأثيرات الانتشار الجزيئي أكثر وضوحًا. ومع ذلك، فإن تحريك الخليط بملعقة سيخلق تدفقات مضطربة في الماء تعمل على تسريع عملية التشتت من خلال التشتت الذي يهيمن عليه الحمل الحراري.

درجة التشتت

يشير مصطلح التشتت أيضًا إلى الخاصية الفيزيائية لدرجة تكتل الجسيمات معًا في تكتلات أو مجموعات. في حين يتم استخدام المصطلحين غالبًا بالتبادل، وفقًا لتعريفات ISO لتكنولوجيا النانو، فإن التكتل هو مجموعة قابلة للعكس من الجسيمات المرتبطة بشكل ضعيف، على سبيل المثال بواسطة قوى فان دير فالز أو التشابك الفيزيائي، في حين أن المجموع يتكون من جسيمات مرتبطة أو مندمجة بشكل لا رجعة فيه، على سبيل المثال من خلال الروابط التساهمية . [6] يتضمن التقدير الكامل للتشتت حجم وشكل وعدد الجسيمات في كل تكتل أو مجموعة، وقوة القوى بين الجسيمات، وبنيتها العامة، وتوزيعها داخل النظام. ومع ذلك، يتم تقليل التعقيد عادةً عن طريق مقارنة توزيع الحجم المقاس للجسيمات "الأولية" بتوزيع التكتلات أو المجموعات. [7] عند مناقشة معلقات الجسيمات الصلبة في الوسائط السائلة، غالبًا ما يتم استخدام جهد زيتا لقياس درجة التشتت، حيث يتم اعتبار المعلقات التي تمتلك قيمة مطلقة عالية لجهد زيتا مشتتة جيدًا.

أنواع التشتت

يصف المحلول خليطًا متجانسًا حيث لن تستقر الجسيمات المشتتة إذا ترك المحلول دون إزعاج لفترة طويلة من الزمن.

الغرواني هو خليط غير متجانس حيث تكون الجسيمات المشتتة في اتجاه واحد على الأقل ذات بعد يتراوح تقريبًا بين 1 نانومتر و1 ميكرومتر أو في النظام توجد انقطاعات على مسافات بهذا الترتيب. [8]

التعليق هو تشتت غير متجانس لجسيمات أكبر في وسط. وعلى عكس المحاليل والغرويات، إذا تُرِكَت الجسيمات المعلقة دون إزعاج لفترة طويلة من الزمن، فسوف تترسب خارج الخليط.

على الرغم من أن المعلقات من السهل نسبيًا التمييز بينها وبين المحاليل والغرويات، فقد يكون من الصعب التمييز بين المحاليل والغرويات لأن الجسيمات المنتشرة في الوسط قد تكون صغيرة جدًا بحيث لا يمكن للعين البشرية التمييز بينها. بدلاً من ذلك، يتم استخدام تأثير تيندال للتمييز بين المحاليل والغرويات. نظرًا للتعريفات المختلفة المبلغ عنها للمحاليل والغرويات والمعلقات المقدمة في الأدبيات، فمن الصعب تسمية كل تصنيف بنطاق حجم جسيم معين. يحاول الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية توفير تسمية قياسية للغرويات كجسيمات في نطاق حجمي له بعد يتراوح تقريبًا بين 1 نانومتر و1 ميكرومتر. [9]

بالإضافة إلى التصنيف حسب حجم الجسيمات، يمكن أيضًا تصنيف التشتتات من خلال الجمع بين الطور المشتت والطور المتوسط ​​الذي يتم تعليق الجسيمات فيه. الهباء الجوي هو سوائل موزعة في غاز، والمحاليل هي مواد صلبة في سوائل، والمستحلبات هي سوائل موزعة في سوائل (وبشكل أكثر تحديدًا تشتت سائلين غير قابلين للامتزاج)، والهلاميات هي سوائل موزعة في مواد صلبة.

مراحل المكونات خليط متجانس خليط غير متجانس

المواد المتفرقة
وسط مستمر		 الحل: تأثير
التشتت الرايلي على الضوء المرئي 		الغرواني (جسيمات أصغر):
تأثير تيندال على الضوء المرئي بالقرب من السطح 		التعليق (الجسيمات الأكبر):
لا يوجد تأثير كبير على الضوء المرئي
الغاز الغاز خليط الغازات: الهواء ( الأكسجين والغازات الأخرى في النيتروجين ) ليس ممكنا
سائل الهباء الجوي : الضباب ، الرذاذ ، البخار ، بخاخات الشعر ، الهواء الرطب الهباء الجوي: المطر (ينتج أيضًا قوس قزح عن طريق الانكسار على قطرات الماء)
صلب الهباء الجوي الصلب: الدخان ، السحابة ، الجسيمات الهوائية الهباء الجوي الصلب: الغبار ، العواصف الرملية ، الضباب الجليدي ، التدفقات البركانية
الغاز سائل الأكسجين في الماء الرغوة : كريمة مخفوقة ، كريم حلاقة الرغوة المتدفقة، الماء المغلي، المشروبات الغازية والمشروبات الغازية
سائل المشروبات الكحولية ( الكوكتيلات )، الشراب المستحلب : مستحلب صغير ، مستحلب صغير ، حليب ، مايونيز ، كريم اليدين ، صابون مرطب مستحلب غير مستقر لفقاعة صابون (عند درجة حرارة الغرفة، مع تأثير قزحي على الضوء الناجم عن تبخر الماء؛ لا يزال تعليق السوائل قائمًا عن طريق التوتر السطحي مع الغاز داخل وخارج الفقاعة وتأثيرات المواد الخافضة للتوتر السطحي تتناقص مع التبخر؛ أخيرًا سوف تنفجر الفقاعة عندما لا يكون هناك المزيد من المستحلب وسوف يتفوق تأثير قص المذيلات على التوتر السطحي المفقود بسبب تبخر الماء منها)
صلب السكر في الماء محلول : حبر مصطبغ ، دم الطين ( التربة أو جزيئات الطين أو الطمي المعلقة في الماء، الصهارة البركانية ، الرمال المتحركة )، الجص الرطب / الأسمنت / الخرسانة ، مسحوق الطباشير المعلق في الماء، تدفق الحمم البركانية (مزيج من الصخور المذابة والصلبة)، الآيس كريم الذائب
الغاز صلب الهيدروجين في المعادن الرغوة الصلبة: الهلام الهوائي ، الستايروفوم ، الخفاف
سائل الملغم ( الزئبق في الذهب ) والهكسان في شمع البارافين الهلام : الآجار ، الجيلاتين ، هلام السيليكا ، الأوبال ؛ الآيس كريم المجمد
صلب السبائك والمواد الملينة في البلاستيك محلول صلب: زجاج التوت البري الصخور الطبيعية، الجص/الأسمنت/الخرسانة المجففة، فقاعات الصابون المجمدة

أمثلة على التشتت

الحليب هو مثال شائع الاستشهاد به للمستحلب ، وهو نوع محدد من تشتت سائل واحد في سائل آخر حيث يكون السائلان غير قابلين للامتزاج. توفر جزيئات الدهون المعلقة في الحليب طريقة لتوصيل الفيتامينات والمواد المغذية المهمة القابلة للذوبان في الدهون من الأم إلى المولود الجديد. [10] تعمل المعالجة الميكانيكية أو الحرارية أو الإنزيمية للحليب على التلاعب بسلامة هذه الكريات الدهنية وتؤدي إلى مجموعة متنوعة من منتجات الألبان. [11]

السبائك المعززة بتشتت الأكسيد (ODS) هي مثال لتشتت جزيئات الأكسيد في وسط معدني، مما يحسن من تحمل المادة لدرجات الحرارة المرتفعة. لذلك، فإن هذه السبائك لها العديد من التطبيقات في صناعة الطاقة النووية، حيث يجب أن تتحمل المواد درجات حرارة عالية للغاية للحفاظ على التشغيل. [12]

إن تدهور طبقات المياه الجوفية الساحلية هو نتيجة مباشرة لتسرب مياه البحر إلى طبقات المياه الجوفية وانتشارها في أعقاب الاستخدام المفرط لطبقات المياه الجوفية. فعندما يتم استنفاد طبقة المياه الجوفية للاستخدام البشري، يتم تجديدها بشكل طبيعي عن طريق المياه الجوفية التي تنتقل من مناطق أخرى. وفي حالة طبقات المياه الجوفية الساحلية، يتم تجديد إمدادات المياه من الحدود البرية من جانب واحد والحدود البحرية من الجانب الآخر. وبعد التفريغ المفرط، تدخل المياه المالحة من حدود البحر إلى طبقة المياه الجوفية وتنتشر في وسط المياه العذبة، مما يهدد قابلية طبقة المياه الجوفية للاستخدام البشري. [13] وقد تم اقتراح العديد من الحلول المختلفة لتسرب مياه البحر إلى طبقات المياه الجوفية الساحلية، بما في ذلك الأساليب الهندسية لإعادة الشحن الاصطناعي وتنفيذ الحواجز المادية على حدود البحر. [14]

تُستخدم المواد الكيميائية المشتتة في حالات الانسكابات النفطية للتخفيف من آثار الانسكابات وتعزيز تحلل جزيئات النفط. تعمل المواد الكيميائية المشتتة على عزل برك النفط الموجودة على سطح الماء إلى قطرات أصغر تنتشر في الماء، مما يقلل من التركيز الكلي للنفط في الماء لمنع أي تلوث أو تأثير إضافي على الأحياء البحرية والحياة البرية الساحلية. [15]

مراجع

  1. ^ Slomkowski, Stanislaw; Alemán, José V.; Gilbert, Robert G.; Hess, Michael; Horie, Kazuyuki; Jones, Richard G.; Kubisa, Przemyslaw; Meisel, Ingrid; Mormann, Werner; Penczek, Stanisław; Stepto, Robert FT (2011). "مصطلحات البوليمرات وعمليات البلمرة في الأنظمة المشتتة (توصيات الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية 2011)" (PDF) . الكيمياء البحتة والتطبيقية . 83 (12): 2229–2259. doi :10.1351/PAC-REC-10-06-03. S2CID  96812603. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2013-10-20 . تم الاسترجاع في 2013-07-18 .
  2. ^ ريتشارد جي جونز؛ إدوارد إس ويلكس؛ دبليو فال ميتانومسكي؛ ياروسلاف كاهوفيتش؛ مايكل هيس؛ روبرت ستيبتو؛ تاتسوكي كيتاياما، محررون (2009). مجموعة مصطلحات وتسميات البوليمر (توصيات الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية 2008) (الطبعة الثانية). RSC Publ. ص. 464. ISBN 978-0-85404-491-7.
  3. ^ NALWA, H (2000)، "فهرس المجلد 3"، Handbook of Nanostructured Materials and Nanotechnology ، Elsevier، ص 585-591، doi :10.1016/b978-012513760-7/50068-x، ISBN 9780125137607، S2CID  183806092
  4. ^ ab Jacob., Bear (2013). Dynamics of Fluids in Porous Media . Dover Publications. ISBN 978-1306340533. OCLC  868271872.
  5. ^ Mauri, Roberto (مايو 1991). "التشتت والحمل الحراري والتفاعل في الوسائط المسامية". Physics of Fluids A: Fluid Dynamics . 3 (5): 743–756. Bibcode :1991PhFlA...3..743M. doi :10.1063/1.858007. ISSN  0899-8213.
  6. ^ ستيفانياك، ألكسندر ب. (2017). "المقاييس الأساسية والأجهزة المستخدمة في توصيف المواد النانوية المصنعة". في مانسفيلد، إليزابيث؛ كايزر، ديبرا ل.؛ فوجيتا، دايسوكي؛ فان دي فورد، مارسيل (المحررون). علم القياس وتوحيد معايير تكنولوجيا النانو . وايلي-في سي إتش فيرلاغ. ص. 151-174. doi :10.1002/9783527800308.ch8. ISBN 9783527800308.
  7. ^ Powers, Kevin W.; Palazuelos, Maria; Moudgil, Brij M.; Roberts, Stephen M. (2007-01-01). "Characterization of the size, shape, and state of dispersion of nanoparticles for poisonological studies". Nanotoxicology . 1 (1): 42–51. doi :10.1080/17435390701314902. ISSN  1743-5390. S2CID  137174566.
  8. ^ IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book"). Compiled by AD McNaught and A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). النسخة الإلكترونية (2019-) أنشأها SJ Chalk. ISBN 0-9678550-9-8 . https://doi.org/10.1351/goldbook. 
  9. ^ IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book"). Compiled by AD McNaught and A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). النسخة الإلكترونية (2019-) أنشأها SJ Chalk. ISBN 0-9678550-9-8 . https://doi.org/10.1351/goldbook. 
  10. ^ سينغ، هارجيندر؛ جاليير، صوفي (يوليو 2017). "مستحلب الطبيعة المعقد: الكريات الدهنية في الحليب". هيدروكولويدات الغذاء . 68 : 81-89. doi :10.1016/j.foodhyd.2016.10.011. ISSN  0268-005X.
  11. ^ لوبيز، كريستيل (2005-07-01). "التركيز على البنية الفوق جزيئية لدهون الحليب في منتجات الألبان" (PDF) . التكاثر والتغذية والتنمية . 45 (4): 497-511. doi : 10.1051/rnd:2005034 . ISSN  0926-5287. PMID  16045897.
  12. ^ مختبر أوك ريدج الوطني؛ الولايات المتحدة؛ وزارة الطاقة؛ الولايات المتحدة؛ وزارة الطاقة؛ مكتب المعلومات العلمية والتقنية (1998). تطوير الفولاذ الفريتية المعززة بتشتت الأكسيد للاندماج. واشنطن العاصمة: الولايات المتحدة. وزارة الطاقة. doi :10.2172/335389. OCLC  925467978. OSTI  335389.
  13. ^ فريند، إميل أو. (يونيو 1982). "تسرب مياه البحر في أنظمة المياه الجوفية الساحلية المستمرة". التقدم في موارد المياه . 5 (2): 89-97. رمز Bibcode :1982AdWR....5...89F. doi :10.1016/0309-1708(82)90050-1. ISSN  0309-1708.
  14. ^ لويون، روجر؛ مومي، كازورو؛ ناكاجاوا، كاي (2011). "تأثيرات آبار إعادة الشحن وحواجز التدفق على تسرب مياه البحر". المياه الجوفية . 49 (2): 239-249. doi :10.1111/j.1745-6584.2010.00719.x. ISSN  1745-6584. PMID  20533955. S2CID  205907329.
  15. ^ Lessard, RR; DeMarco, G (فبراير 2000). "أهمية المواد المشتتة للانسكاب النفطي". نشرة علوم وتكنولوجيا الانسكاب . 6 (1): 59–68. doi :10.1016/S1353-2561(99)00061-4.
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=التشتت_(الكيمياء)&oldid=1223260770"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate