pe tema: "Clasificarea sistemelor dispersate în stare agregată. Caracteristici ale fiecărui sistem »
Finalizat: student gr. E - 2
Verificat: Bubnova OA
1. Conceptul de sisteme de dispersie
2. Clasificarea sistemelor dispersate
2.1 Sisteme dispersate sub formă brută
2.2 Sisteme coloidale
Lista literaturii utilizate
1. Conceptul de sisteme de dispersie
Nu toate substanțele sunt solubile unul în celălalt, adică formează soluții reale. Desigur, puteți să distrugeți în mod artificial o substanță și să o distribuiți în volumul celuilalt, dar în orice caz un astfel de sistem va fi eterogen. De exemplu, puteți rupe lichidul în cele mai mici picături și le puteți pulveriza în mediul de gaze (de exemplu, folosind o cutie de aerosoli). Sistemul rezultat nu poate fi numit soluție, chiar și cele mai mici picături de lichid vor fi separate de gaz prin interfața a două faze: lichide și gazoase.
Un sistem similar este o pastă de dinți: particule fine dintr-un solid sunt distribuite într-un lichid. Astfel de sisteme de substanțe se numesc sisteme de dispersie.
Dispersivul se numește sisteme eterogene, în care o substanță sub formă de particule foarte mici este distribuită uniform în volumul celuilalt.
Această substanță, care este distribuită în volumul celeilalte, se numește faza de dispersie. A doua substanță se numește mediul de dispersie.
În funcție de starea agregată a fazei dispersate și a mediului de dispersie, se disting opt tipuri de sisteme de dispersie.
2. Clasificarea sistemelor dispersate
Prin mărimea particulelor fazei dispersate, se disting sisteme (suspensii) dispersate cu granulație mai mare de 500 nm și dispersate fin (soluții coloidale sau coloizi) cu dimensiuni de particule de la 1 la 500 nm.
Sistemele dispersate sunt, de asemenea, clasificate în funcție de gradul de interacțiune dintre mediul de dispersie și faza dispersată. Dacă această interacțiune este foarte slab exprimată, sistemul este numit lyofob (în cazul apei, hidrofob). Un exemplu de sistem hidrofob poate fi "terciul de bariți" - un precipitat de sulfat de bariu obținut prin amestecarea soluțiilor care conțin un cation de bariu și un anion sulfat. Dacă faza dispersată și mediul de dispersie "gravitează" unul pe celălalt (de exemplu, formează legături de hidrogen), se formează un sistem de dispersie liofil (hidrofil). Astfel de sisteme se formează în mod spontan și sunt foarte stabile. Acestea includ soluții de compuși cu înaltă moleculară, de exemplu, proteine. Multe proteine globulare sunt dispersate în soluții apoase la molecule individuale, dar deoarece dimensiunile lor sunt zeci de nanometri, soluția nu poate fi considerată reală - este un sistem dispersat.
O varietate de sisteme de dispersie.
Stânci, sticlă colorată, câteva aliaje.
2.1 Sisteme dispersate sub formă brută
Coeficientul de solubilitate al carbonatului de calciu (creta) este foarte mic (6,2-10 "4 g / 100 g H2O).
Să încercăm să pregătim un sistem dispersat de la această substanță și apă. Pe cât posibil, vom clăti bine creta din mortar, îl vom transfera într-un pahar de apă și îl vom amesteca. Obținem un lichid turbid - un sistem dispersat, numit suspensie. Cu toate acestea, va trece puțin timp și creta se va depune pe fundul sticlei, lichidul va deveni transparent. Sub acțiunea gravitației, particulele de solid sunt sedimentate. Aceasta este o dovadă minunată că sistemul nostru sa dovedit a fi Coarse. Un sistem dispersat de carbonat de apă calciu poate fi obținut chimic prin trecerea dioxidului de carbon prin apa de var (soluție de hidroxid de calciu). Soluția devine tulbure. Sistemul rezultat este, de asemenea, grosier, după un timp scurt ca urmare a precipitării carbonatului de calciu, se va rupe.
Sistemele dispersate discret cu o fază dispersată solid și un mediu de dispersie lichidă se numesc suspensii. Suspensiile sunt multe vopsele, vopsea, mortar (mortar de ciment, beton). Un grup special constă în sisteme cu dispersie grosieră în care concentrația fazei dispersate este relativ mare. Exemple de astfel de sisteme pot servi ca paste (inclusiv dentare), creme, unguente.
Suspensiile în care sedimentarea este foarte lentă din cauza diferenței mici în densitățile mediului de dispersie și a fazei dispersate sunt numite suspensii. Apa dintr-o băltoacă murdară, câți nu se apără, rămâne întotdeauna neclară, în starea suspendată sunt cele mai mici particule de praf.
Un sistem de dispersie grosier poate fi obținut din două lichide nemiscibile. Dacă câteva picături de ulei vegetal sunt agitate puternic într-o eprubetă cu mai multe mililitri de apă, se formează un sistem dispersat turbid - o emulsie. De-a lungul timpului, se va rupe, pentru că este un sistem aspru dispersat.
Exemple de emulsii sunt unele lichide de răcire lubrifiante, preparate pesticide, medicamente și produse cosmetice. De exemplu, în practica medicală, emulsiile de grăsime sunt utilizate pentru a furniza energie pentru un organism care postează sau slab prin perfuzie intravenoasă. Emulsiile biologice tipice sunt picături de grăsime din limf, sânge. Sucul galben de copaci din cauciuc (latex) este, de asemenea, o emulsie. În tehnologia chimică, polimerizarea emulsiei este larg utilizată ca principală metodă pentru producerea de cauciuc, polistiren, acetat de polivinil.
2.2 Sisteme coloidale
Coloizii ocupă o poziție intermediară între sistemele dispersate și soluțiile reale.
Pe baza tabelului, puteți verifica dacă sistemele disperse sunt extrem de diverse. Putem spune că ele formează baza întregii lumi vii. Prevalența lor în viața de zi cu zi, în tehnologie, în industrie este, de asemenea, foarte mare.
Sistemele coloidale pentru biologie și medicină au o mare importanță. Compoziția oricărui organism viu include substanțe solide, lichide și gazoase, care se află în relația cea mai complexă una cu cealaltă și cu mediul. Citoplasma celulelor posedă proprietăți caracteristice substanțelor lichide și gelate. Din punct de vedere chimic, corpul ca întreg este un set complex de multe sisteme coloidale, inclusiv coloizi lichizi și geluri.
Dacă particulele fazei dispersate sunt suficient de mici, sistemul coloidal seamănă cu o soluție adevărată, de unde rezultă și denumirea - soluția coloidală. Astfel de sisteme sunt formate, de exemplu, prin dizolvarea unei mici cantități de albus de ou în apă.
Soluțiile coloidale, ca regulă, sunt opalescente, adică împrăștie lumina incidentă din cauza particulelor fazei dispersate, ale căror dimensiuni sunt comparabile cu lungimea de undă a radiației. În acest caz, soluția coloidală, așa cum a fost iluminată, pare să se aprindă. O manifestare caracteristică a opalescenței este efectul Tyndall. Aceasta constă în apariția într-o soluție coloidală a unei căi luminoase atunci când un fascicul de lumină trece prin ea. Acest efect poate fi observat prin lăsarea unui mic aerosol pe fasciculul cu laser.
Există mai multe modalități de bază de a obține soluții coloidale. Prima dintre acestea este dispersia sau, mai simplu, zdrobirea materiei în particule mici într-un mediu dispersiv sau în afara ei. O astfel de zdrobire poate fi efectuată mecanic cu ajutorul unor mașini speciale - mori de coloizi. Astfel, se obțin, de exemplu, vopsele de rimel, acuarelă lichidă, emulsie în apă și dispersie în apă. Strivirea se poate face cu ajutorul unui curent electric (soluții coloidale de argint, aur, platină) sau ultrasunete (soluții coloidale de gips, grafit, rășini).
Cea de-a doua metodă de obținere a coloidelor este chimică, se bazează pe realizarea diferitelor reacții care conduc la formarea de substanțe insolubile în lichid.
Când soluțiile foarte diluate de azotat de argint și clorură de sodiu sunt drenate, este posibil să se obțină o soluție coloidală de clorură de argint:
Cu reacția reacției dintre soluțiile de tiosulfat de sodiu și acid, se poate obține o soluție coloidală de sulf:
Prin recuperarea sării de aur cu formaldehidă se poate obține o soluție coloidală a acestui metal:
Cele mai importante tipuri de sisteme coloidale sunt solurile și gelurile.
Cenușa sunt sisteme coloidale în care mediul de dispersie este un lichid, iar faza dispersată este solidă. Particulele separate ale solului sunt izolate unul de celălalt prin mediul de dispersie. De-a lungul timpului, pot crește împreună, se ciocnesc unul cu celălalt. Acest fenomen se numește coagulare. Ca urmare a acțiunii de gravitate, aceste particule precipită și are loc sedimentarea acestora.
În plus față de coagulare, cu depozitare prelungită, soluțiile hidrofilice pot fi transformate în geluri - o stare coloidală gelatinoasă specială. În acest caz, particulele individuale de sol se leagă una de alta, formând o rețea spațială continuă. Particulele solventului intră în celulele rețelei. Se pare că faza dispersată și mediul de dispersie schimbă rolurile! Faza solidă devine continuă, iar particulele lichide sunt izolate. Sistemul de dispersie își pierde fluiditatea, obținând noi proprietăți mecanice. Când este încălzită, gelul poate deveni din nou un sol.
Gelele sunt distribuite pe scară largă în viața noastră de zi cu zi. Oricine cunoaște geluri alimentare (marshmallow, marmeladă, rece), cosmetice (gel de duș, creme), medicale (unguente, paste). Cu toate acestea, puțini știu că cartilajul, tendoanele, părul sunt geluri organice, iar opalul, perlele, carnelianul, calcedonia sunt minerale.
Pentru unele geluri, fenomenul de sinesire (sau stratificare) este caracteristic - descărcarea spontană a fluidului. În același timp, grila spațială a gelului este compactată, volumul său scade, se formează așa numita colocviu greu). Programele descrise schematic sunt prezentate în figură.
Cel mai adesea, cu fenomenul de sinesire este necesar să se lupte, deoarece determină durata de valabilitate a produselor alimentare, cosmetice, geluri medicale. De exemplu, în timpul depozitării prelungite, tortul de marmeladă sau "laptele de pasăre" va izola lichidul și va deveni impropriu pentru consum. Cu toate acestea, în unele cazuri, sinezirea este o mare binecuvântare.
Datorită sinerei biologice observăm un fenomen cum ar fi coagularea sângelui, esența căruia este transformarea unei proteine fibrinogene solubile într-un fibrin insolubil.
Procesele prezentate în figură sunt reversibile. Din coloidul solid este gelatina (produs de origine proteine), atunci când gonflat în gel de apă caldă pe bază de gelatină format - jeleu. Dar rețetele sunt întotdeauna avertizează că nu vă poate aduce la un jeleu fiert, în caz contrar, gelul se va transforma într-un sol, iar dispersia fluidității nou dobândi.
Particulele fazei dispersate a soluțiilor coloidale deseori nu se depun, chiar și în timpul depozitării prelungite. De ce se întâmplă acest lucru? Primul motiv este acela că particulele coloidale mici, datorate mișcării termice, se ciocnesc în mod constant cu moleculele mediului de dispersie, schimbând direcția mișcării, adică nu se observă o diminuare. Dar de ce, atunci când coliziunea particulelor dintr-o fază de dispersie, are loc coagularea lor, o extindere, care ar duce în mod inevitabil la stratificarea coloidului? Încărcarea electrică de pe suprafața particulelor coloidale împiedică aderența, toate se dovedesc a fi aceleași, fapt care duce la repulsia lor reciprocă. Rămâne să aflăm cum se formează această taxă? Pentru aceasta, să luăm în considerare structura unei particule coloidale.
Particulele fazei dispersate de soluri se numesc miceli. Dacă excludem influența solventului în care se formează sistemul coloidal, atunci schema simplificată a structurii micelii solului de clorură de argint (cu un exces de anioni de clorură) poate fi reprezentată după cum urmează. Să presupunem că solul de clorură de argint este obținut prin drenarea soluțiilor foarte diluate de clorură de potasiu și azotat de argint, cu clorură de potasiu luată în exces.
Când cationii de argint interacționează cu anionii de clor, se formează particule de clorură de argint insolubilă în apă. Deoarece soluțiile sunt foarte diluate, microcristalele sunt de dimensiuni coloidale, foarte mici. Un astfel de microcristal formează miezul micelii.
Creșterea cristalului încetează atunci când concentrația de ioni de argint scade practic la zero în soluție. Dar anionii de clor sunt prezenți în abundență. Unele dintre ele sunt adsorbite pe suprafața nucleului, completându-și grâul. Anionii de clor în acest caz se numesc ioni determinanți potențiali. Acestea determină prezența unei încărcări negative a agregatului nucleului cu un exces de ioni C1-i. Dacă în soluție există un azotat de argint în exces, cationii Ag + ar fi ionii determinanți potențiali.
Firește, după apariția taxei este constituită din particule din soluția începe să atragă ionii cu semn opus - cationi de potasiu (contraioni), așa-numitul strat dublu electric. Unele dintre contraioni sunt foarte atrase de agregat, formând un strat de adsorbție. O porțiune din micelă, incluzând miezul, potențialul de determinare a ionului și stratul de adsorbție, se numește granule. Ioni K +. care nu intră în stratul de adsorbție, sunt mai puțin legați de granule și pot disocia în soluție. Ele formează un strat difuz de contraioni.
În general, micelul este o particulă neutră din punct de vedere electric, dar datorită tranziției unora dintre ionii stratului difuz în soluție, granulele au o încărcătură negativă excesivă pe suprafață, ceea ce previne coagularea acestora în particule mai mari.
Structura micelii poate fi reprezentată folosind formula. Pașii secvențiali în formularea formulării micelilor sunt după cum urmează.
1) Miezul micelui constă din particule de m AgCl care formează un microcristal: m [AgCl].
2) Ionii care determină potențialul sunt adsorbiți pe suprafața nucleului; Să presupunem că pentru exemplul nostru numărul lor este n: m [AgCl] • nCl-.
3) Apoi urmează un strat de contraioni. Numărul lor total este, de asemenea, egal cu n, dar o parte (de exemplu, x) din ele formează un strat difuz, restul (n - x) împreună cu nucleul și ionii determinanți ai potențialului alcătuiesc granulele. O parte a formulei referitoare la granulele de micelă este inclusă în bretele curbate. Încărcarea granulelor în această micelă este de x
Astfel, formula micelui solului clorurii de argint în anionii de clor în exces este după cum urmează:
Cunoscând structura micelii, puteți controla procesul de coagulare. Cum poți "forța" particulele coloidale să coaguleze? Evident, este necesar să le lipsească de încărcătura de suprafață. Acest lucru se poate realiza cu ajutorul soluțiilor electrolitice. Într-adevăr, dacă, de exemplu, la soluția de clorură de argint se adaugă o soluție de sulfat de aluminiu, cationii A1 3+ neutralizează încărcarea negativă a peletei, micelii se coalizează și se reglează prin gravitate. În mod evident, la concentrații egale, ionul de aluminiu încărcat triplu are o capacitate mai mare de coagulare decât, de exemplu, un ion ion de litiu încărcat singular.
În unele cazuri, dimpotrivă, este necesar să se mențină stabilitatea sistemului coloidal sau să se transforme coagulatul într-un sol. Rețineți, de exemplu, principiul acțiunii unui agent tensioactiv, de exemplu, săpun, atunci când se îndepărtează grăsimea de pe o suprafață contaminată. Radicalul hidrocarbonat hidrofob se dizolvă în particulele de grăsime, iar anionul carboxilat hidrofil este la suprafață. Picăturile de grăsime (coloidale) de grăsime cu o "păpădie" de anion-COO - pe suprafață, se găsesc în soluție și nu se reunesc din nou datorită prezenței unei încărcări negative.
Lista literaturii utilizate
1. Kalous V. Chimie biofizică. / Kalous V. Pavlicek Z. - M. 1985
3. Marchell E. Chimie biofizică. - M. Mir, 1981.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: