В природе не существует абсолютно чистых веществ. Даже те вещества, которые мы считаем чистыми, всегда содержат хотя бы небольшое количество примесей. Наличие примесей порой очень сильно меняет свойства веществ. Например, железо с очень низким содержанием примесей ("особо чистое" железо) - мягкий и ковкий металл, который практически не подвергается коррозии, но в виде тонкораздробленного порошка самовозгорается на воздухе. В то же время сталь - однородный сплав железа с углеродом - это твердое, упругое, легко ржавеющее во влажном воздухе вещество, загорающееся лишь при нагревании выше 1500 °С.

Получение индивидуальных веществ высокой чистоты, как правило, представляет собой технически сложную задачу.

Очевидно, нас окружают главным образом не индивидуальные вещества, а их смеси того или иного качественного и количественного состава, иначе говоря, дисперсные системы. Рассмотрим виды дисперсных систем, существующих в природе.

Смеси веществ по степени дисперсности (дисперсность - характеристика размеров частиц данного вещества) условно разделяют на грубодисперсные, или механические смеси (размер частиц свыше 100 нм), коллоидные растворы (размер частиц 1-100 нм) и истинные растворы, размер частиц которых определяется размером ионов и молекул.

Механические смеси (взвеси) и коллоидные растворы являются многофазными (гетерогенными) системами, в которых частицы одного или нескольких веществ распределены в какой-либо среде. Механические смеси в зависимости от агрегатного состояния среды и распределенных в ней других веществ имеют свои особые названия: суспензия, эмульсия, аэрозоль, пена.

Суспензия - взвесь частиц одного или нескольких твердых веществ в жидкой среде. Обычно твердые частицы настолько велики, что они постепенно оседают под действием силы тяжести. Размеры взвешенных частиц суспензий более 1000 нанометров (1 нм = 1 · 10⁻⁹ м). Устойчивые суспензии образуются в тех случаях, когда плотности твердой и жидкой фаз почти не различаются или на твердых частицах адсорбируются полярные молекулы жидкой фазы или ионы растворенных веществ. Одноименно заряженные твердые частицы при своем движении уже не сталкиваются и не слипаются. Примеры суспензии - известковое молоко, гуашевые краски и другие краски, содержащие минеральные пигменты, фруктовый сок с мякотью и т.д.

Эмульсия - взвесь капель одной или нескольких жидких фаз в среде другой по составу жидкой фазы. Эмульсии со временем разрушаются, капли при соприкосновении друг с другом сливаются, и система постепенно расслаивается снова на несмешивающиеся жидкости. Широко известные примеры эмульсий - молоко (капельки жира в воде), водно-эмульсионные (латексные) краски, а также косметические кремы, лекарственные мази, бытовые хозяйственные препараты.

Аэрозоли - взвесь жидких или твердых частиц в газообразной среде. К аэрозолям относятся туман, дым и пыль. Наиболее мелкие частицы (менее 100 нм) содержатся в дыме. Частицы твердых веществ в аэрозолях часто несут определенный заряд: оксиды металлов (Fe₂O₃, MgO, ZnO, Cr₂O₃ и др.) образуют отрицательно заряженную пыль, а кислотные оксиды и неметаллы (SiO₂, C, S₈, TiO₂ и др.) - положительно заряженную.

Пены образуются при распределении пузырьков газа в жидкой или твердой среде. Такие примеры этого явления, как образование мыльной пены, хорошо известны. При включении пузырьков газа, частиц жидкого вещества или твердой примеcи в твердую основу мы наблюдаем окклюзию (пример - пенопласт).

Коллоидные растворы (или золи) - системы, включающие среду, где распределены очень мелкие (микрогетерогенные) частицы, участвующие в интенсивном беспорядочном движении. Это явление (броуновское движение) открыл английский ученый, ботаник Р. Броун (1773-1858). В коллоидном растворе взвешенные частицы равномерно распределены по объему и очень медленно осаждаются (коагулируют).

Золи кажутся однородными и прозрачными, но при боковом освещении рассеивают свет. Это явление носит название "эффект Тиндаля", по имени открывшего его английского физика Дж. Тиндаля (1820-1893).

В качестве примера коллоидного раствора можно привести раствор серы в воде, образующийся сразу после смешения сероводородной воды с небольшим количеством хлорной воды.

В дальнейшем в данном пособии мы будем рассматривать только истинные растворы.

Истинные растворы - это однофазные (гомогенные) системы переменного состава, содержащие атомы, ионы или молекулы и состоящие из них небольшие устойчивые группы (ассоциаты). Истинные растворы могут быть газообразными (смесь газов в атмосфере Земли, состоящая из азота, кислорода, диоксида углерода, аргона и других газов, азотоводородная смесь в промышленном синтезе аммиака и др.), жидкими (морская вода - раствор хлорида натрия, сульфата натрия и других солей в воде, нефть - смесь углеводородов и др.) и твердыми (сплавы металлов, минералы и т.п.).