Укажите что в полученной вами дисперсной системе суспензия является дисперсионной средой
Практическая работа «Приготовление суспензии карбоната кальция в воде. Получение эмульсии растительного масла. Ознакомление со свойствами дисперсных систем»
Просмотр содержимого документа
«Практическая работа «Приготовление суспензии карбоната кальция в воде. Получение эмульсии растительного масла. Ознакомление со свойствами дисперсных систем»»
Практическое Занятие 1
(Практическая РАБОТА 1)
Дата проведения: _________________
Учебное время: 2 часа
Формируемые метапредметные и предметные результаты: М1; М2; П2
Формируемые ОК: ОК 1; ОК 2; ОК 3.
Тема занятия (работы): Приготовление суспензии карбоната кальция в воде. Получение эмульсии растительного масла. Ознакомление со свойствами дисперсных систем
Цели занятия (работы)
Приобретение умений получения эмульсий и суспензий
Материально-техническое и информационное обеспечение:
наглядные пособия: схемы подъёма, мультимедийная презентация.
раздаточный материал: инструкционно-технологическая карта (рабочая тетрадь).
технические средства (оборудование): ноутбук
Порядок выполнения работы
Инструктаж по технике безопасности
Ознакомиться с теоретической справкой
Сдать отчет (собеседование)
Дисперсные системы – это системы, в которых мелкие частицы вещества, или дисперсная фаза, распределены в однородной среде (жидкость, газ, кристалл), или дисперсионной фазе
Дисперсной называется гетерогенная (неоднородная) система, в которой одно вещество в виде очень мелких частиц относительно равномерно распределено в объеме другого.
Дисперсная фаза – это вещество, которое присутствует в меньшем количестве и распределяется в объеме другого.
Организмы животных и растений, гидросфера, земная кора и недра, космическое пространство часто представляют собой вещества в раздробленном, или, как говорят, дисперсном, состоянии. Большинство веществ окружающего нас мира существует в виде дисперсных систем: почвы, ткани живых организмов, пищевые продукты и др. Химия дисперсного состояния довольно новая наука
Диспе́рснаясисте́ма — это образования из двух или более фаз (тел), которые совершенно или практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически. Первое из веществ (дисперсная фаза) мелко распределено во втором (дисперсионная среда). Если фаз несколько, их можно отделить друг от друга физическим способом (центрифугировать, сепарировать и т. д.).
Наиболее общая классификация дисперсных систем основана на различии в агрегатном состоянии дисперсионной среды и дисперсной фазы. Сочетания трех видов агрегатного состояния позволяют выделить девять видов дисперсных систем. Для краткости записи их принято обозначать дробью, числитель которой указывает на дисперсную фазу, а знаменатель на дисперсионную среду, например для системы «газ в жидкости» принято обозначение Г/Ж.
Дисперсная фаза Дисперсионная среда Название и пример
Г/Г Газообразная Газообразная Дисперсная система не образуется
Ж/Г Жидкая Газообразная Аэрозоли: туманы, облака
Т/Г Твёрдая Газообразная Аэрозоли (пыли, дымы), порошки
Г/Ж Газообразная Жидкая Газовые эмульсии и пены
Ж/Ж Жидкая Жидкая Эмульсии: нефть, крем, молоко
Т/Ж Твёрдая Жидкая Пульпа, ил, взвесь, паста
Г/Т Газообразная Твёрдая Пористые тела
Ж/Т Жидкая Твёрдая Жидкость в пористых телах, грунт, почва
Т/Т Твёрдая Твёрдая Сплавы, бетон,
Дисперсные системы с газообразной дисперсионной средой называют аэрозолями. Туманы представляют собой аэрозоли с жидкой дисперсной фазой (Г1 — Ж2), а пыль и дым — аэрозоли с твердой дисперсной фазой (Г1 — Т2); пыль образуется при диспергировании веществ, а дым — при конденсации летучих веществ.
Пены — это дисперсия газа в жидкости (Ж1 — Г2), причем в пенах жидкость вырождается до тонких пленок, разделяющих отдельные пузырьки газа. Эмульсиями называют дисперсные системы, в которых одна жидкость раздроблена в другой, нерастворяющей ее жидкости (Ж1 — Ж2). Низкодисперсные системы твердых частиц в жидкостях (Ж1 — Т2) называют суспензиями, или взвесями, а предельно-высокодисперсные — коллоидными растворами, или золями, часто лиозолями, чтобы подчеркнуть, что дисперсионной средой является жидкость (от греч. «лиос» — жидкость). Если дисперсионной средой является вода, то такие золи называют гидрозолями, а если органическая жидкость — органозолями.
В твердой дисперсионной среде могут быть диспергированы газы, жидкости или твердые тела. К системам T1—Г2 (твердые пены) относятся пенопласты, пенобетон, пемза, шлак, металлы с включением газов. Как своеобразные твердые пены можно рассматривать и хлебобулочные изделия. В твердых пенах газ находится в виде отдельных замкнутых ячеек, разделенных дисперсионной средой. Примером системы T1—Ж2 является натуральный жемчуг, представляющий собой карбонат кальция, в котором коллоидно-диспергирована вода.
Большое практическое значение имеют дисперсные системы типа T1—Т2. К ним относятся важнейшие строительные материалы (например, бетон), а также металлокерамические композиции (керметы) и ситаллы.
К дисперсным системам типа T1—T2 относятся также некоторые сплавы, цветные стекла, эмали, ряд минералов, в частности некоторые драгоценные и полудрагоценные камни, многие изверженные горные породы, в которых при застывании магмы выделились кристаллы.
Цветные стекла образуются в результате диспергирования в силикатном стекле примесей металлов или их оксидов, придающих стеклу окраску. Например, рубиновое стекло содержит 0,01—0,1% золота с размером частиц 4—30 мкм. Условия получения ярко-красных рубиновых и других окрашенных стекол изучались еще М. В. Ломоносовым. Эмали — это силикатные стекла с включениями пигментов (SnO2, TiO2, ZrO2), придающих эмалям непрозрачность и окраску. Драгоценные и полудрагоценные камни часто представляют собой оксиды металлов, диспергированные в глиноземе или кварце (например, рубин — это Сr2О3, диспергированный в Аl2О3).
Суспензия относится к дисперсной системе ВЗВЕСИ, и состоит из жидкости и распределенного в ней твердого вещества с размером частиц более 100 нм. Если порошок поместить в жидкость и перемешать, то получится суспензия, а при высушивании суспензия снова превращается в порошок.
Концентрированные суспензии (пасты) могут быть получены как в результате оседания более разбавленных суспензий, так и непосредственно растиранием порошков или массивных твердых тел с жидкостями
Эмульсия относится к дисперсной системе ВЗВЕСИ. Эму́льсия (новолат. emulsio, от лат. emulgeo — дою, выдаиваю) — дисперсная система с жидкой дисперсионной средой и жидкой дисперсной фазой. Эмульсии состоят из несмешиваемых жидкостей. Например, молоко — одна из первых изученных эмульсий, в нём капельки жира распределены в водной среде. Они постепенно поднимаются на поверхность, поскольку их плотность меньше, чем плотность воды. В молоке за несколько часов образуется слой сливок. Молоко является не устойчивой эмульсией. Получение устойчивых концентрированных эмульсий возможно только в присутствии специальных эмульгаторов.
К эмульгаторам, способным образовывать прочные защитные пленки, относятся высокомолекулярные соединения, например, сапонин, белки (желатин, казеин), каучук, смолы, соли жирных кислот (мыла) и др. Наибольший интерес представляют собой желатированные или твердые эмульсии. Желатированные эмульсии характеризуются большой устойчивостью, прочностью и другими механическими свойствами. Примерами таких эмульсий являются консистентные смазки, маргарин, сливочное масло, густые кремы. Обычными эмульсиями являются жидкости, применяемые при обработке металлов.
Эмульсии играют большую роль при мыловарении, в технологии пищевых продуктов (сливочное масло, маргарин), при переработке натурального каучука, в живописи. В виде эмульсий получают смазочно-охлаждающие жидкости, битумные материалы, пропиточные композиции, пестицидные препараты, лекарственные и косметические средства.
5.1. Повторите теоретический материал по теме и кратко сформулируйте понятия: суспензия, эмульсия.
5.2 Проведите опыты на тему «Получение суспензий и изучение их свойств» и сделайте выводы.
1. В пробирку насыпать половину чайной ложки мела. Добавить в пробирку 4-5 мл воды, затем энергично встряхнуть содержимое. Ответьте на вопросы:
— Можно ли назвать образующуюся систему раствором? Почему? ________________________________________________________________________________________________________________________________________
— Чем обусловлено расслоение суспензии?
— Стала ли жидкость над осадком абсолютно прозрачной? Почему?
— Для чего перед использованием меловую побелку фильтруют через слой марли или ткани?
2.Получение и свойства эмульсий. В пробирку наливают 2-3 мл воды и 1 мл растительного масла. Что наблюдаете? Закрывают пробирку пробкой и интенсивно встряхивают. Что наблюдаете? Ответьте на вопросы:
— О чем свидетельствует помутнение полученной системы?
— Наблюдается ли расслоение образовавшейся эмульсии?
— Почему опасно попадание воды в систему смазки двигателя автомобиля?
5.3.Заполните таблицу и ответьте на контрольные вопросы.
Химия. 11 класс
Конспект урока
Урок № 6. Дисперсные системы
Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён изучению истинных растворов и дисперсных систем: способам выражения концентрации растворов, видам дисперсных систем, их свойствам, способам коагуляции золей, строению гелей.
Гель – полутвёрдая трёхмерная ячеистая структура, каркас которой образован коллоидными частицами, а в прослойках между частицами удерживается дисперсионная среда.
Дисперсионная среда – сплошная фаза, составная часть дисперсной системы, в которой равномерно распределены частицы дисперсной фазы.
Дисперсная система – гетерогенная система, состоящая, как минимум, из двух фаз, одна из которых мелко раздроблена и равномерно распределена в другой, сплошной фазе.
Дисперсная фаза – мелко раздробленные частицы, равномерно распределённые в дисперсионной среде.
Гетерогенная система – неоднородная система, в которой компоненты находятся в разных фазах и между ними существует видимая граница раздела фаз.
Гомогенная система – однородная система, все компоненты которой находятся в одной фазе, граница раздела фаз между компонентами отсутствует.
Истинный раствор – гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов, состав которой в определённых пределах можно изменять без нарушения однородности.
Коагуляция – процесс слипания коллоидных частиц в более крупные агрегаты.
Опалесценция – изменение окраски бесцветного коллоидного раствора с желтоватой в проходящем свете на голубую в отраженном свете.
Седиментация – процесс оседания крупных частиц дисперсной фазы.
Фаза – часть системы, однородная по составу и свойствам, отделённая от окружающей среды видимой границей раздела.
Электрофорез – движение коллоидных частиц золя в постоянном электрическом поле к одному из электродов.
Эмульсия – грубодисперсная система, в которой одна жидкая фаза в виде отдельных мелких капель равномерно распределена в другой жидкости, при этом жидкости взаимно нерастворимы.
Эффект Тиндаля – образование светлого конуса в отраженном свете при прохождении через дисперсную систему луча света.
Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.
1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тестов по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.
2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс : учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М. : Просвещение. – 2018. – 352 с.
Открытые электронные ресурсы:
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ
Истинным раствором называется гомогенная система, состоящая из нескольких компонентов, состав которой в определённых пределах можно менять без нарушения однородности.
Растворимостью называется такое количество вещества, которое можно при данной температуре растворить в 100 г растворителя. Абсолютно нерастворимых веществ в природе не существует.
Молярная концентрация показывает количество растворённого вещества в 1 литре раствора. Сокращенно молярная концентрация, или молярность, обозначается буквой М, например, 1 М – один моль на литр. 
моль/л.
Для того, чтобы найти молярную концентрацию по величине известной массовой доли, необходимо знать плотность раствора. При этом массовая доля должна быть выражена не в процентах, а в долях, а плотность – в г/л.
, моль/л.
С истинными растворами мы постоянно встречаемся в жизни. Пьём чай с сахаром, консервируем овощи. В сельском хозяйстве используют растворы минеральных удобрений и средств для борьбы с вредителями и болезнями растений. Растворы используют в промышленности, в медицине, в учебных и научно-исследовательских химических лабораториях.
Дисперсной называется гетерогенная система, состоящая, как минимум, из двух фаз, одна из которых мелко раздроблена и равномерно распределена во второй, сплошной фазе. В отличие от истинных растворов, дисперсная система неоднородна, а между составляющими её фазами всегда существует граница раздела. Мелкораздробленная фаза называется дисперсной фазой, а сплошная фаза – дисперсионной средой. В зависимости от размера частиц дисперсной фазы различают грубодисперсные (размер частиц больше 100 нм) и тонкодисперсные (от 1 до 100 нм), или коллоидные системы. Если размер частиц дисперсной фазы становится меньше 1 нм, система перестает быть гетерогенной, образуется истинный раствор. В истинном растворе вещество раздроблено до отдельных молекул или ионов. В зависимости от агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды дисперсные системы разделяют на суспензии, эмульсии, пены и аэрозоли. В суспензии твёрдые частицы распределены в жидкости. Эмульсия состоит из мелких капель жидкости, равномерно распределённых в другой жидкости, причем эти жидкости взаимно нерастворимы. Пена – это мелкие пузырьки газа в жидкости. Аэрозоль представляет собой газообразную среду, в которой распылены мелкие твёрдые или жидкие частицы.
Получение и свойства коллоидных растворов
Тонкодисперсные коллоидные системы получили название «золь». Золи могут быть образованы как неорганическими веществами, так и органическими макромолекулами, размеры которых превышают 1 нм, например, белками. Приготовить золь можно смешиванием малорастворимого вещества с растворителем (раствор крахмала, яичного белка), так и с помощью химических реакций ионного обмена, гидролиза, окисления-восстановления, в которых один из продуктов реакции не растворяется в жидкости.
Если в U-образную стеклянную трубку налить золь гидроксида железа и погрузить в каждое колено трубки графитовые электроды, подсоединив их к источнику постоянного электрического тока, то жидкость в одном колене станет светлее, в другом интенсивность окраски увеличится. Происходит это, так как коллоидные частицы движутся в постоянном электрическом поле к одному из электродов. Это явление получило название «электрофорез».
Образование заряда на поверхности коллоидных частиц
Для золей, как и для истинных растворов, характерно броуновское движение, а тяжёлые и крупные частицы грубодисперсных систем в броуновском движении не участвуют. Одноимённые заряды коллоидных частиц препятствуют их слипанию, поэтому золи длительное время остаются устойчивыми. Размеры частиц дисперсной фазы в грубодисперсных системах слишком большие, со временем они оседают – происходит седиментация.
Коагуляция коллоидных растворов
Если к золю добавить раствор электролита, произойдет нейтрализация заряда коллоидных частиц. Золь потеряет устойчивость, частицы начнут слипаться. Слипание коллоидных частиц называется коагуляцией. Коагуляцию можно вызвать длительным нагреванием золя, а также сливанием золей с противоположно заряженными частицами. Если коллоидные частицы слабо взаимодействуют с дисперсионной средой, то в результате коагуляции образуется осадок. Если коллоидные частицы хорошо взаимодействуют с растворителем, то они захватывают часть жидкости, в результате образуется гель. Гель – трёхмерная ячеистая структура, каркас которой образован коллоидными частицами, а в ячейках удерживается жидкость.
Дисперсные системы в природе и на службе у человека
Коллоидные растворы широко распространены в природе. Плазма крови, яичный белок, сырая нефть, речная и озёрная вода, почвенный раствор являются золями. Дисперсными системами являются облака, туман, дым, морская пена, молоко, газированная вода. В промышленности и быту человек использует эмульсионные краски, клеи, лаки, косметические и лечебные гели и шампуни. В пищевой промышленности дисперсными системами являются тесто, желе, студни, соусы, бульоны, мармелад, суфле. Без преувеличения можно сказать, что коллоидная химия – это химия реальных систем.
ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ
1. Приготовление насыщенного раствора
Условие задачи: Для приготовления насыщенного раствора поваренной соли надо в 100 г воды растворить 36 г хлорида натрия. Какое количество (моль) поваренной соли будет растворено в 360 г насыщенного раствора? Ответ запишите с точностью до десятых долей.
Шаг первый: найдём массу насыщенного раствора соли, в котором растворено 36 г хлорида натрия. Для этого сложим массу растворителя и растворённого вещества:
Шаг второй: найдём массу хлорида натрия, которая содержится в 360 г насыщенного раствора. Для этого составим пропорцию:
В 136 г насыщенного раствора содержится 36 г хлорида натрия;
в 360 г такого же раствора содержится т г хлорида натрия.
т = (360·36) : 136 = 95,3 (г).
Шаг третий: вычислим молярную массу хлорида натрия:
М = 23 + 35 = 58 (г/моль).
Шаг четвертый: найдём, сколько моль хлорида натрия содержится в 95,3 г.
Для этого массу хлорида натрия разделим на его молярную массу:
2. Расчёт объёма раствора, который можно приготовить из раствора известной концентрации
Шаг первый: найдём массу 200 мл 12%-ного раствора.
Для этого умножим объём раствора на его плотность:
Шаг второй: найдём массу гидроксида натрия, которая содержится в 226 г 12%-ного раствора.
Для этого составим пропорцию:
В 100 г раствора содержится 12 г гидроксида натрия;
в 226 г раствора содержится т г гидроксида натрия.
т = (226·12) : 100 = 27,12 (г)
Шаг третий: найдём количество моль гидроксида натрия, которое содержится в 27,12 г.
Для этого вычислим молярную массу гидроксида натрия:
М = 23 + 16 + 1 = 40 (г/моль).
Теперь разделим массу гидроксида натрия на его молярную массу:
27,12 : 40 = 0,68 (моль).
Шаг четвёртый: Найдём объём раствора, в котором это количество гидроксида натрия составит концентрацию 0,5 М.
Для этого составим пропорцию:
в 1000 мл раствора содержится 0,5 моль гидроксида натрия;
в V мл раствора содержится 0,68 моль гидроксида натрия.
Понятие дисперсных систем и их классификация
Дисперсные системы — что это такое в химии
Чистые вещества встретить в природном мире практически невозможно. В большинстве случаев они представляют собой гомогенную субстанцию, содержащую в своем составе частицы различных примесей. При этом не является обязательным наличие двух компонентов в смеси. Их количество может быть любым. Если одно вещество равномерно распределено в другом и не растворяется в нем, то такая система называется дисперсной системой.
Дисперсная система — гетерогенная (не однородная система), состоящая минимум из двух компонентов (фаз), один из которых (называемый дисперсной фазой) равномерно распределен по объему другого (называемого дисперсионной средой).
В составе типичной двухфазной системы выделяют:
В том случае, когда в системе несколько фаз, их можно отделить друг от друга. Для этого используют разные физические способы, к примеру, центрифугирование, сепарация. Типичные дисперсные системы относятся к коллоидным растворам (золям).
Характеристика и особенности строения
Дисперсные системы являются гетерогенными смесями, в которых одно или более веществ распределены в другом. Каждый компонент системы обладает собственными свойствами. После извлечения его из системы его состояние будет соответствовать начальному.
Вещество, содержание которого в дисперсной системе выше, называют дисперсионной средой.
Второстепенное вещество является дисперсной фазой. В дисперсной системе не наблюдается взаимное взаимодействие между частицами. При этом имеется некая прослойка, которая их разделяет. Функцию этой прослойки выполняет вещество, образующее дисперсионную среду. В связи с этим системы называют гетерогенными или неоднородными.
В качестве примеров дисперсных систем можно привести:
Перечисленные системы могут обладать любым агрегатным состоянием. В некоторых случаях допускается наличие одновременно нескольких фаз. Выделить их можно с использованием центрифуги или сепарированием.
Дисперсная фаза — вещество, равномерно распределенное в окружающей ее дисперсионной среде и не взаимодействующее с ней либо с другой дисперсной фазой при ее наличии в дисперсной системе.
Дисперсная фаза может состоять из аналогичных или неодинаковых по величине частиц, капель, либо пузырьков, которые расположены на некотором расстоянии друг от друга. По кинетическим свойствам (подвижность фазы), выделяют следующие типы дисперсных систем:
Свойства, которые характеризуют дисперсные системы, зависят от одного ключевого фактора. В результате их формирования образуется четкая межфазная граница.
В природе чаще можно встретить грубодисперсные системы. В этом случае фазу и среду различают при рассмотрении под микроскопом, а иногда и невооруженным глазом.
Рассмотренные системы характеризуются следующими показателями:
В окружающей среде дисперсные системы встречаются повсеместно. Они могут быть природного и естественного происхождения. Существуют системы, выводимые в искусственном виде. В основе разных лекарственных составов, минеральных и химических удобрений, технологических процессов лежит явление дисперсности.
Классификация дисперсных систем
Дисперсные системы являются образованиями, в состав которых включено две фазы и более, почти не смешивающихся и не взаимодействующих друг с другом. В одном веществе, определяемом как дисперсионная среда, распределено другое вещество в виде дисперсной фазы. В зависимости от размеров частиц дисперсной фазы, системы классифицируют таким образом:
За основу максимально полной классификации дисперсных систем принимают агрегатное состояние среды и фазы. Благодаря сочетаниям трех типов агрегатного состояния, выделяют девять разновидностей двухфазных дисперсных систем.
Краткая запись таких систем имеет вид дроби с числителем, указывающим на дисперсную фазу, и знаменателем, определяющим дисперсионную среду. В качестве примера можно привести обозначение Г/Ж для системы «газ в жидкости».
Исходя из характера кинетических свойств фазы, двухфазные дисперсные системы разделяют на два класса:
Рассмотренные дисперсные системы разделяют согласно степени дисперсности. В том случае, когда частицы дисперсной фазы в системе обладают идентичными размерами, такую систему называют монодисперсной. Если частицы фазы отличаются по размерам, то система является полидисперсной. Чаще в реальном мире можно встретить полидисперсные системы.
Существуют примеры дисперсных систем, которые отличаются большим количеством фаз. Такие комплексы называют сложными дисперсными системами. В качестве примера можно рассмотреть процесс вскипания жидкой дисперсионной среды с твердой дисперсной фазой, который приводит к образованию трехфазной системы «пар — капли — твердые частицы».
К сложным дисперсным системам можно отнести молоко. В веществе содержатся в большой концентрации, за исключением воды, жир, казеин, молочный сахар. Жир в молоке имеет вид эмульсии, в процессе хранения продукта он медленно поднимается наверх, образуются сливки.
Казеин является коллоидным раствором и не способен самостоятельно выделяться. С другой стороны, казеин достаточно просто выпадает в осадок в процессе подкисления молока, к примеру, с помощью уксуса. В результате образуется творог. Естественное выделение казеина можно наблюдать, когда молоко скисает. Молочный сахар в молоке представляет собой молекулярный раствор, который способен выделяться только в процессе испарения воды.
Классификация свободнодисперсных систем в зависимости от размеров частиц:
Ультрамикрогетерогенные системы по-другому называют коллоидными или золями. Исходя из того, какова природа дисперсионной среды, золи классифицируют следующим образом:
Микрогетерогенные системы представлены следующими типами:
Среди наиболее распространенных грубодисперсных систем можно отметить комплексы «твердое тело — газ». Примером такой системы является песок.
Взвеси — являются дисперсионными системами, в которых фазы хорошо различимы визуально даже невооруженным глазом.
Ключевой характеристикой взвесей служит непрозрачность. При необходимости отделения среды и второстепенного вещества допустимо использовать стандартные фильтры или провести процедуру отстаивания. Классификация взвесей:
Взвеси обладают большим значением для хозяйственной деятельности человека и природных процессов. В производстве активно применяют растворы. В окружающей среде распространены натуральные водные соединения, благодаря которым образуются почвы, и грунт насыщается питательными веществами. Взвеси являются непосредственными участниками жизнедеятельности всех живых существ.
Коллоидные системы важны для биологии и жизни человека. Биологические жидкости организма состоят из веществ, которые находятся в коллоидном состоянии. Такие биологические объекты, как клетки мышц и нервов, рассматривают в качестве коллоидных растворов. Дисперсионная среда крови представлена в виде плазмы, то есть водного раствора неорганических солей и белков.
Коллоидные системы отличаются от взвесей тем, что их разделение возможно лишь при наличии современного оборудования и специальных препаратов. Визуально данные комплексы можно идентифицировать, как однородные субстанции. По этой причине затруднено определение дисперсности коллоидных систем. Выделяют следующие типы:
Коллоидные системы имеют большое значение для химии. Данные системы получают с помощью смешивания в специальной технике. Производство подобных структур способствует созданию множества медицинских средств, удобрений и других полезных материалов.
Типы растворов высокомолекулярных веществ:
Принадлежность к той или иной группе определяется качествами высокомолекулярного вещества такими, как:
Свойства высокомолекулярных веществ:
Самопроизвольное образование характерно для определенных полимерных растворов. В том случае, когда набухание выполняется неорганическим методом, дисперсная система прекращает свое существование. Это связано с полным растворением фазы в среде, что сопровождается химической реакцией. Если метод набухания органический, то можно наблюдать получение студня.
Отдельно выделяют связнодисперсные системы, к которым относят пористые материалы. В зависимости от размеров пор, данные вещества классифицируют таким образом (классификация М.М. Дубинина):
Согласно рекомендациям ИЮПАК, микропористыми называют пористые материалы с размерами пор до 2 нм, мезопористыми — от 2 до 50 нм, макропористыми — свыше 50 нм.
Классификация пористых материалов в зависимости от структуры:
В зависимости от геометрических признаков пористые структуры классифицируют следующим образом:
Большинство пористых материалов обладают стохастической структурой.
В качестве примера твердых гетерогенных систем можно привести композитные материалы. Композиты являются искусственно полученными сплошными, но неоднородными структурами. В состав данных материалов может быть включено два компонента и более. Отличительной особенностью являются четкие границы раздела между составными элементами. Кроме слоистых, большинство компонентов композитных материалов подразделяются на следующие группы:
Старейшими композитами являются саман, железобетон, булат, папье-маше. В современной промышленности активно практикуют применение фиброармированных пластиков, стеклопластика, металлокерамики.
Движение дисперсных систем
Движение дисперсных систем изучает наука механика многофазных сред. К примеру, для исследования в области пристеночных течений системы «газ — жидкие капли» используют математическое моделирование. На основе полученных данных разрабатывают технологии нанесения разнообразных покрытий и оптимизируют различное теплоэнергетическое оборудование — такое, как паротурбинные установки и теплообменники.
С другой стороны, наличие разных типов структуры пристеночных течений многофазных сред делает необходимым учет различных факторов — таких, как инерционность капель, формирование жидкой пленки, фазовые переходы. Данные задачи решают путем конструирования особых математических моделей многофазных сред, разработки которых активно ведутся в настоящее время.
Возможности для изучения аналитическим методом нестационарных газодинамических течений многофазных дисперсных сред с несущей фазой в виде газа, которая включает в себя мелкие частицы твердого или жидкого вещества, значительно ограничены. В этом случае предпочтение отдается способам вычислительной механики.
Актуальны исследования подобных течений, когда существуют интенсивные фазовые переходы. В качестве примера можно привести:
При рассмотрении свободнодисперсных систем, среда в которых представлена в газообразном или жидком агрегатном состоянии — например, аэрозолей, коллоидных растворов, газовых эмульсий, мицеллярных растворов поверхностно-активных веществ, — можно сделать вывод о подвижности дисперсных частиц. Они могут совершать вращательные движения, колебания с неодинаковой амплитудой.
Подвижность дисперсных частиц, особенно высокодисперсных и ультрадисперсных, является фундаментальным свойством свободнодисперсных систем. Дисперсные частицы движутся за счет различных факторов. Процесс определяется размером частиц. Для высокодисперсных частиц характерны малые размеры, что способствует их активному участию в броуновском движении. Такое явление рассматривают в качестве проявления молекулярно-кинетических свойств дисперсных систем.
Другим молекулярно-кинетическим свойством является диффузия дисперсных частиц, в процессе которой они перемещаются по причине неодинаковой концентрации в разных участках дисперсной системы. Благодаря диффузии, концентрация частиц постепенно становится однородной. Согласно второму началу термодинамики, при диффузии можно наблюдать увеличение энтропии дисперсной системы.
Дисперсные частицы, обладающие большими размерами (в том числе, твердые частицы, капли, газовые пузыри), почти не принимают участия в броуновском движении. Таким образом, для грубодисперсных систем не характерны молекулярно-кинетические свойства. Данный признак позволяет квалифицировать системы на высокодисперсные и грубодисперсные.
Основная причина движения крупных дисперсных частиц заключается в разнице между плотностями дисперсной фазы и дисперсионной среды. В том случае, когда плотность дисперсной фазы больше, частицы медленно выпадают в осадок в результате воздействия силы тяжести. Такое явление называют седиментацией. Частицы, которые обладают меньшим весом, всплывают на поверхность. Тогда процесс называют обратной седиментацией.
На движение дисперсных частиц оказывают влияния другие внешние силы. Большое значение для коллоидной химии имеет движение заряженных частиц дисперсной фазы в электрическом поле. Такой процесс носит название электрофорез.
В отдельную группу выделяют перемещения дисперсных частиц, происходящие совместно с движущейся дисперсионной средой. Данные потоки являются двухфазными и обладают рядом существенных отличий от однофазных потоков газов или жидкостей.
К примеру, наличие в жидком веществе малого количества дисперсных частиц способствует увеличению степени вязкости дисперсной системы в сравнении с аналогичными показателями дисперсионной среды.