Dispertsio (kimika)

Dispertsioa material baten partikula banatuak beste material baten fase jarraitu batean barreiatzen dituen sistema da. Bi faseak egoera berean edo materiaren egoera ezberdinetan egon daitezke.

Dispertsioak modu ezberdinetan sailkatzen dira, partikulen tamaina fase jarraituko partikulen aldean, prezipitazioa gertatzen den ala ez, eta mugimendu browndarraren presentzia barne. Oro har, sedimentatzeko nahiko handiak diren partikulen dispertsioei esekidura deitzen zaie, partikula txikiagoei koloide eta disoluzio deitzen zaien bitartean.

Egitura eta propietateak 
Dispertsioek ez dute inolako egiturarik; hau da, matrize likidoan edo solidoan (sakabanaketa-euskarria) barreiatutako partikulak (edo emultsioen kasuan: tantak) estatistikoki banatuta daudela suposatzen da. Hori dela eta, dispertsioetarako, perkolazioaren teoriak haien propietateak egoki deskribatzen dituela suposatzen da, orokorrean.

Hala ere, perkolazioaren teoria deskribatu nahi den sistema oreka termodinamikoan edo gertu badago soilik aplikatu daiteke. Dispertsioen (emultsioen) egiturari buruzko ikerketa oso gutxi daude, nahiz eta mota ugari izan eta mundu osoan zehar hainbat aplikaziotan erabili.

Jarraian, fase dispertsioan 1 µm baino diametroa txikiagoa duten dispertsioak baino ez dira eztabaidatuko. Dispertsio horien eraketa eta propietateak ulertzeko (emultsioak barne), kontuan izan behar da barreiatutako faseak «azalera» bat erakusten duela, «hezea» eta «gainazal» ezberdin batez estalita, beraz, interfase (kimika) bat osatzen ari dena. Gainazal biak sortu behar dira (energia kopuru handia eskatzen duena), eta interfase-tentsioak (azaleko tentsioaren aldea) ez du energia-sarrera konpentsatzen, egiten badu.

Ebidentzia esperimentalek iradokitzen dute dispertsioek oso egitura desberdina dutela edozein banaketa estatistikotik (oreka termodinamikoko sistema baten ezaugarria litzatekeena), baina, aitzitik, autoantolakuntzaren antzeko egiturak erakusten dituzte,  termodinamika oreka ezaren bidez deskriba daitezkeenak. Horregatik, sakabanaketa likido batzuk gel edo solido bilakatzen dira kontzentrazio kritikotik gorako fase barreiatuaren kontzentrazioan (partikulen tamainaren eta aurpegi-tentsioaren arabera). Era berean, matrize isolatzaile batean barreiatutako fase eroaleko sistema batean eroankortasunaren bat-bateko agerpena argitu da.

Dispertsio-prozesua 
Dispertsioa aglomeratutako partikulak (likido batean barreiatzen den solido baten kasuan) elkarrengandik bereizten dituen prozesu bat da, eta, sakabanaketa-bitarteko likidoaren barne-gainazalaren eta sakabanatutako partikulen gainazalaren artean, interfaze berri bat sortzen da. Prozesu hori difusio molekularraren eta konbekzioaren bidez errazten da.

Difusio molekularrari dagokionez, sakabanaketa ontziratu gabeko medioan sartutako materialaren kontzentrazio irregular baten ondorioz gertatzen da. Sakabanatuta dagoen materiala, ontziratu gabeko medioan lehen aldiz sartzen denean, sartzen den eskualdeak material horren kontzentrazio handiagoa du materialaren beste edozein lekutan baino. Banaketa irregular horrek kontzentrazio-gradientea sortzen du, eta horrek partikulen sakaanaketa bultzatzen du medioan, kontzentrazioa konstantea izan dadin bolumen osoan. Konbekzioari dagokionez, masaren fluxu-bideen arteko abiadura aldaketek erraztu egiten dute sakabanatutako materiala medioan banatzea.

Bi garraio-fenomenoek material bat masan barreiatzen laguntzen badute ere, sakabanaketa-mekanismoa konbekzioz gidatzen da, batez ere masan fluxu nahasi handia dagoen kasuetan. Sakabanaketa-prozesuan difusioa da mekanismo nagusia masaren turbulentzia gutxi edo bat ere ez dagoen kasuetan, non difusio molekularrak denbora luzean sakabanatzea erraztu dezakeen. Fenomeno horiek mundu errealeko gertakari arruntetan islatzen dira. Urari gehitutako elikagaien koloratzaile tanta baten molekulak, azkenean, medio osoan barreiatuko dira, non difusio molekularraren ondorioak nabarienak diren. Hala ere, nahasketa koilara batekin eragitean, konbekzioa nagusi den sakabanaketaren bidez prozesua bizkortuko duten jario nahasia sortuko da uretan.

Dispertsio-maila 
Dispertsio terminoak partikulak aglomeratu edo agregatuetan elkartzen diren mailaren propietate fisikoari ere egiten dio erreferentzia. Askotan bi terminoak elkarren artean erabili ohi diren arren, ISO nanoteknologiaren definizioen arabera, aglomeratua lotzen diren partikulen bilduma itzulgarria da, esaterako, van der Waals-en indarren edo korapilatze fisikoaren bidez; agregatu bat, berriz, modu itzulezinean loturiko edo batutako partikulek osatzen dute, adibidez, lotura kobalenteen bidez. Dispertsioaren kuantifikazio osoa  izango litzateke: aglomeratu edo agregatu bakoitzeko partikulen tamaina, forma eta kopurua, partikulen arteko indarren indarra, haien egitura orokorra eta sistemaren barruan duten banaketa. Dena den, konplexutasuna murrizten da normalean partikula «primarioen» neurtutako tamaina-banaketa aglomeratuen edo agregatuenarekin alderatuz. Komunikabide likidoetan dauden partikula solidoen suspentsioei buruz hitz egiten denean, gehienetan, zeta potentziala erabiltzen da dispertsio-maila kuantifikatzeko, zeta-potentzialaren balio absolutu handiko suspentsioak ondo sakabanatuta daudela iritzita.

Dispertsio motak 
Disoluzio batek beste batean sakabanatutako material baten nahasketa homogeneoa deskribatzen du. Sakabanatuta dauden partikulak ez dira finkatuko disoluzioa denbora luzez ukitu gabe uzten bada.

Koloidea fase bat beste batean egindako nahaste heterogeneoa da, non partikulak sakabanatuta egon ohi diren. Disoluzioak bezala, sakabanatutako partikulak ez dira finkatuko hura denbora luzez ukitu gabe uzten bada.

Suspentsioa partikula handiagoen sakabanaketa heterogeneoa da medio batean. Disoluzioak eta koloideak ez bezala, denbora luzez gelditzen badira, esekitako partikulak nahastetik kanpo finkatuko dira.

Suspentsioak, disoluzioetatik eta koloideetatik bereizteko nahiko errazak diren arren, zaila izan daiteke disoluzioak koloideetatik bereiztea, medioan barreiatutako partikulak txikiegiak izan daitezkeelako giza begiak bereizi ahal izateko. Horren ordez, Tyndall efektua erabiltzen da disoluzioak eta koloideak bereizteko. Literaturan emandako disoluzioen, koloideen eta suspentsioen hainbat definizio direla eta, zaila da sailkapen bakoitza partikula-tamaina-tarte zehatz batekin etiketatzea.

Partikulen tamainaren sailkapenaz gain sakabanaketa-fasearen eta partikulak esekita dauden fase ertainaren konbinazioaren bidez ere etiketa daitezke dispertsioak. Aerosolak gas batean sakabanatutako likidoak dira; solidoak likidoetan dauden solidoak dira; emultsioak likidoetan barreiatutako likidoak dira (zehazkiago, nahasi ezin diren bi likidoren barreiapena), eta gelak solidoetan barreiatutako likidoak dira.

Dispertsioen adibideak 
Esnea emultsio baten adibidea da, likido baten sakabanaketa mota espezifikoa beste likido batean, non bi likido nahasezinak diren. Esnean esekita dauden gantz molekulek bitamina eta nutriente liposoluble garrantzitsuak emateko modua eskaintzen dute amarengandik jaioberrira. Esnearen tratamendu mekaniko, termiko edo entzimatikoek gantz-globulu horien osotasuna manipulatzen dute, eta, ondorioz, esneki ugari sortzen dira.

Oxido-dispertsioa indartzeko (ODS) aleazioa oxido-partikulak metalezko medio batean barreiatzeko adibide bat da, eta horrek materialaren tenperatura altuko tolerantzia hobetzen du. Hori dela eta, aleazio horiek hainbat aplikazio dituzte energia nuklearraren industrian, non materialek, funtzioa mantentzeko, oso tenperatura altuak jasan behar dituzten.

Kostaldeko akuiferoen degradazioa, akuiferoa gehiegi erabiltzearen ondoren, itsasoko ura sartzearen eta sakabanatzearen ondorio zuzena da. Akuiferoa gizakiaren erabilerarako agortzen denean, beste eremu batzuetatik mugitzen diren lurpeko urak berritzen dira, berez. Kostaldeko akuiferoen kasuan, ur-hornidura berritzen da, bai lur-mugatik alde batetik, bai itsaso-mugatik beste aldetik. Gehiegizko isurketaren ondoren, itsasoaren mugako ur gaziak akuiferoan sartuko dira, eta ur gezako medioan barreiatuko dira, gizakiak erabiltzeko akuiferoaren bideragarritasuna mehatxatuz. Itsasoko ura kostaldeko akuiferoetan ez sartzeko hainbat irtenbide ezberdin proposatu dira, besteak beste, karga artifizialaren ingeniaritza metodoak zein itsas mugan hesi fisikoak ezartzea.

Sakabanatzaile kimikoak petrolio-isurietan erabiltzen dira isurketaren ondorioak arintzeko eta petrolio-partikulen degradazioa sustatzeko. Sakabanatzaileek, ur-azalean dauden olio-putzuak, uretan barreiatzen diren tanta txikiagoetan isolatzen dituzte modu eraginkorrean, eta uretako petrolio-kontzentrazio orokorra murrizten dute, itsasoko biologian eta kostaldeko faunan kutsadura edo eragin gehiago saihesteko.

Erreferentziak

Kanpo estekak

Kimika koloidal
Soluzioak
Nahasketa kimikoak