PENTRU PROFESORII ȘCOLILOR SECȚIUNI,
STUDENȚI DIN UNIVERSITATEA PEDAGOGICĂ ȘI ȘCOLII DE SCHIMB 9-10 CLASE,
DUMNEAVOASTRĂ PENTRU REDUCEREA CHIMIEI ȘI A ȘTIINȚEI NATURALE
TASTE DE LABORATOR DE TEXT PRACTICI DE LABORATOR Povești științifice pentru citire
Sistemele dispersate sunt sisteme în care particule mici de materie sau faze dispersate. sunt distribuite într-un mediu omogen (lichid, gaz, cristal) sau în faza de dispersie (Figura 8.25).
Fig. 8.25. Sistem dispersat
Dimensiunea particulelor fazei dispersate este caracterizată prin dispersie. În funcție de aceasta, sistemele de dispersie pot fi împărțite în sisteme de dispersie foarte înalte. sau de fapt coloidal. și slab dispersate (foarte dispersate).
Dimensiunea particulelor sistemelor cu dispersie scăzută este de 10 -3 mm sau mai mult. Mărimea particulelor sistemelor de înaltă dispersie se situează în intervalul 10-6 -10-4 mm (de la 1 la 100 nm), care este cel puțin un ordin de mărime mai mare decât dimensiunea particulei în soluții reale (10-7 mm). Chimia sistemelor de dispersie studiază comportamentul unei substanțe într-o stare foarte fragmentată, foarte dispersată, caracterizată printr-un raport foarte mare dintre suprafața totală a tuturor particulelor și volumul sau masa totală (gradul de dispersie).
Din numele sistemelor coloidale a apărut numele unui câmp separat de chimie - coloidal. "Chimia coloidă" este denumirea tradițională pentru chimia sistemelor de dispersie și a fenomenelor de suprafață. Anterior, coloizii s-au numit substanțe asemănătoare lipiciului, acum sunt sisteme cu dispersie înaltă, cu o interfață de fază foarte dezvoltată. Mai jos vom folosi termenii tradiționali vechi, înțelegând sensul lor modern. De exemplu, sub expresia "soluție coloidală" se înțelege starea foarte dispersată a substanței în apă ca mediu de dispersie.
Cea mai importantă caracteristică a stării dispersate a materiei este că energia sistemului este concentrată în principal la interfața fazelor. Când se dispersează sau se macină, substanța are o creștere semnificativă a suprafeței particulelor (cu un volum total constant). În acest caz, energia folosită pentru măcinarea și depășirea forțelor de atracție dintre particulele care formează este transformată în energia stratului de suprafață - energia de suprafață. Cu cât gradul de măcinare este mai mare, cu atât este mai mare energia de suprafață. Prin urmare, chimia sistemelor de dispersie (și a soluțiilor coloidale) este considerată chimia fenomenelor de suprafață.
Particulele coloidale sunt atât de mici (conțin 10-3-10 atomi) încât nu sunt reținute de filtrele convenționale, nu sunt vizibile într-un microscop convențional, nu se găsesc sub acțiunea gravitației. Stabilitatea lor cu timpul scade, adică acestea sunt supuse "îmbătrânirii". Dispozitivele de dispersie sunt instabile termodinamic și tind către o stare cu cea mai mică energie, când energia de suprafață a particulelor devine minimă. Acest lucru se realizează prin reducerea suprafeței totale a suprafeței atunci când particulele sunt mărite (ceea ce poate apărea și atunci când alte substanțe sunt adsorbite pe suprafața particulelor).
Proprietățile substanței în starea fragmentată sau dispersată diferă semnificativ de cele ale aceleiași substanțe în starea nedispersată, adică sub forma unei bucăți de solid sau a unui anumit volum de lichid.
Astfel, presiunea vaporilor de apă deasupra unei suprafețe plane la 20 ° C este de 2333 Pa, dar peste picăturile de apă cu o rază de 1 mm este mai mare cu 0,003 Pa și peste picăturile de rază
0,01 mm - cu 0,3 Pa. Alcalin cristalin aluminiu Al2O3 • 3H2O (sau
Al (OH) 3) începe să piardă apă la 200 ° C și într-o stare foarte zdrobită - la 100 ° C. Aurul din acidul clorhidric nu se dizolvă, însă în stare foarte dispersată se trece cu ușurință în soluție. Solubilitatea CaS04 în apă este
4.9 • 10-3 mol / l, dar pentru particulele de CaS04 cu dimensiunea de 2 × 10 -4 cm se ridică la
1,5 • 10-3 mol / l.
Datorită faptului că energia de suprafață a unei particule mici este mai mare decât cea mai mare, proprietățile termodinamice sunt diferite. Astfel, solubilitatea celor mai mici cristale este mai mare decât cea a cristalelor mari și materia este transferată din faza foarte dispersată într-o fază mai puțin dispersată, adică cristalele mari cresc prin dizolvarea celor mici. În acest proces spontan
G <0.
Presiunea de vapori deasupra picăturii mici este mai mare decât cea superioară și picăturile mari cresc datorită evaporării celor mici (Figura 8.26). Prin urmare, se formează picături de ploaie în nori, fulgii de zăpadă cresc în același mod.
Fig. 8.26.
Schema de transfer al materiei din foarte dispersate
în dispersie redusă
Substanța în stare dispersată tinde să absoarbă alte substanțe. Solubilitatea gazelor în picături este mai mare decât în cazul unui lichid cu volum mare. Datorită faptului că solubilitatea oxigenului în picătură de apă este mare, coroziunea fierului trece chiar și fără impurități în fierul altor substanțe (Figura 8.27). Sub picătură de apă pe suprafața fierului, coroziunea se manifestă în primul rând la marginea picăturii, unde solubilitatea oxigenului este mai mare.
Fig. 8,27.
Schema de coroziune a fierului
sub o picătură mică de apă
Există mai multe clasificări ale sistemelor dispersate: mărimea particulelor, faza fazei dispersate și mediul de dispersie, natura interacțiunii particulelor fazei disperse cu substanța în mediul de dispersie al stabilității termodinamice și cinetice a sistemelor disperse, etc.
Clasificarea sistemelor de dispersie cu privire la starea de fază a fazei dispersate și a mediului de dispersie este prezentată în tabel.
Clasificarea sistemelor de dispersie
Aliaje, sticlă colorată, minerale
Suprafața interfaciale mare determină o interacțiune puternică între particulele fazei dispersate cu mediul de dispersie, ceea ce conduce la faptul că particulele de fază disperse sunt înconjurate de moleculele și ionii din mediul de dispersie (solvent) sau devin sarcină electrică destul de semnificative.
Orice două substanțe de pe suprafața de contact interacționează în mod necesar. Aceasta poate fi o reacție chimică, o interacțiune cauzată de pătrunderea unei substanțe în alta și oprirea atunci când se atinge o anumită stare de echilibru, formarea unei cochilii a unei substanțe în jurul unei alte particule și multe altele. Faza dispersată și mediul de dispersie interacționează, de asemenea, dar gradul de interacțiune poate fi diferit.
Prin forța de interacțiune a fazei dispersate cu mediul de dispersie pentru sisteme coloidale liofilici parts (din greacă -. Dizolvați - like) și lyophobic (din limba greacă -. Frica). Aceste nume indică faptul că interacțiunea dintre sisteme coloidale liofilici particulelor cu substanța mediul de dispersie este mai puternică decât lyophobic.
Sistemele de dispersie liofilică sunt caracterizate de o atracție puternică a moleculelor mediului de dispersie la particulele fazei dispersate. Soluțiile solvate solide relativ stabile se formează în mod spontan în jurul particulelor. Atunci când interacționează cu moleculele de apă, se vorbește despre hidrofilitatea fazei dispersate și formarea cojilor de hidrat. Dacă particulele sunt distribuite în substanțe organice asemănătoare uleiului și sunt înconjurate de niște cochilii, ele vorbesc despre oleofilicitatea particulelor. Substanțele liofilizate (corpurile) se dizolvă într-un lichid dat, se umflă în acesta sau se umează bine.
În coloizii liofilizați, suprafața particulei este foarte solvatată și energia de suprafață (tensiunea superficială) la interfață este mică. Coloizii liofilici se formează ca urmare a dispersiei spontane a particulelor mari de materie solidă sau picături lichide în mici particule coloidale (sau miceli). Coloizii liofilici sunt stabile din punct de vedere termodinamic și, prin urmare, aproape nu se prăbușesc în condițiile constante de formare a acestora.
Sistemele liofilice se formează în mod spontan în lichide fără participarea electroliților sau agenților tensioactivi. Astfel, sistemele hidrofilice formează gelatina și amidonul, care se umflă mai întâi în apă și apoi trec în soluție (gelatină, kissel, clei de amidon); Albuminii, inclusiv albusul de ou, se dizolvă, de asemenea, în apă; Cauciuc natural este ușor de dizolvat în benzină (adeziv de cauciuc). Sistemele coloidale liofilizate sunt soluții de săpun obișnuit în apă.
Cea mai importantă caracteristică a sistemelor dispersate este semnul și magnitudinea încărcării particulelor. Pentru particulele de coloide liofilizate, încărcătura este fie foarte mică, fie inexistentă. Încărcarea pe particulă a coloidului liofilizat se schimbă foarte ușor prin adăugarea unor cantități mici de electroliți. Modificarea concentrației de ioni de hidrogen în soluție (pH) conduce la schimbul de sarcină al particulelor soluției coloidale. Într-un câmp electric, coloizii liofilizați nu se mișcă nici nu se mișcă în nici o direcție.
Interacțiunea slabă a moleculelor mediului de dispersie cu particulele din faza dispersată conduce la formarea de sisteme lyofobe. Dacă mediul de dispersie este apă, se spune că sistemul este hidrofob, dacă substanțele organice asemănătoare uleiului sunt oleofobe. Particulele de substanțe lyofobe (organismele) nu sunt solubile, umezite prost și nu se umflă în substanța mediului de dispersie. Sistemele lyofobe cu o concentrație de fază dispersată de peste 1% nu pot fi obținute, iar sistemele coloidale liofilizate pot fi foarte concentrate.
Liofilitatea sau liofilitatea sistemului poate fi determinată de cantitatea de căldură eliberată în timpul dizolvării, umflarea și umectarea. În sistemele liofilice, căldura de interacțiune este mult mai mare decât cea a celor liofilizate.
Pe o suprafață netedă a unei substanțe liofilizate, o picătură de lichid se extinde pentru a forma un strat subțire (film), iar pe o suprafață lyofobă picura nu se răspândește, formând o lentilă sau o sferă oblică. O măsură cantitativă a lyofobiei poate fi mărimea unghiului dintre suprafețele picăturilor și corpul umed (unghiul de contact sau unghiul de umezire).
Sistemele coloidale lyofobe de vâscozitate sunt aproape de mediul de dispersie, sistemele liofilice au o vâscozitate mai mare.
Soluțiile coloidale liofilizate împrăștie lumina mai slabă decât soluțiile lyofobe.
Substanțele lyofobe tipice sunt oxizi sau sulfuri de elemente de caracter metalic.
Diferența fundamentală dintre sistemele coloidale lyofobe și liofilice este proprietățile lor termodinamice. Sistemele lyofobe sunt eterogene și, în acest sens, ele nu pot fi atribuite soluțiilor reale. Sistemele liofilizate sunt monofazate, omogene, posedând multe proprietăți ale soluțiilor reale. Datorită energiei de suprafață ridicate, sistemele lyofobe sunt instabile termodinamic și cinetic. Sistemele liofilice sunt stabile termodinamic.
În timpul degradării coloizilor lyofobi, particulele coloidale sunt lărgite, care este însoțită de o scădere a energiei sistemului. Abilitatea de a rezista particulelor (coarsening stabilitate agregate) ale sistemului are o liquophobic temporară și adesea datorită prezenței substanțelor (stabilizatori) adsorbit pe suprafața particulelor și împiedicându-le de la lipirea (sau îmbinare).
Sistemele dispersate cu particule de tip "solid-lichid" cu particule relativ mari (mai mari de 1 • 10-3 mm) se numesc suspensii. sau suspensii. Particulele suspensiilor nu prezintă mișcare Browniană. Suspensiile cu o densitate mai mare decât densitatea mediului de dispersie precipitat; dacă densitatea lor este mai mică, particulele plutesc.
Turbiditatea apei din rezervoarele naturale este cauzată atât de impurități fin dispersate, cât și de impurități grosiere (boabe, lut, particule de descompunere a plantelor și a organismelor animale). În caz de încălcare a sedimentelor în mare sau ocean apar curenții de suspensie bentonice (turbiditate), care se deplasează la viteze de până la 90 km / h la sute de kilometri. Turbiditatea este inerentă în curenții de apă cu o viteză mare de curgere.
Cu o turbiditate maximă a apelor naturale, concentrația particulelor atinge 1 g / l. Turbiditatea (sau valoarea inversă a transparenței) a apei naturale se determină prin evaporarea apei, uscarea reziduului uscat la 105 ° C și cântărirea acestuia. Este mult mai ușor să se evalueze turbiditatea înălțimii coloanei de apă, prin care se observă o cruce neagră cu o grosime a liniei de 1 mm pe o placă de porțelan alb. În apă pentru uz casnic, crucea trebuie văzută la o adâncime de cel puțin 3 m.
Argila este o rocă sedimentară fin dispersată, în care se compune 30-70% SiO2. 10-40% Al2O3 și 5-10% H2O. Mărimea particulelor de argilă nu depășește 0,01 mm (cu particule mai mari de argilă trecând în nisip). Suspensia de argilă în apă numită „noroi“ este folosit ca lichid de spălare în timpul forajului și ca lubrifiant pentru a reduce frecarea în timpul rotației tuburilor din godeuri.
Suspensia de argilă foarte concentrată formează o aluatură cu apă, care poate fi dată la forma dorită, iar după coacere și ardere se obține o cărămidă sau alt produs. Porțelanul este fabricat dintr-un amestec de pulberi de caolinit Al4 [Si4O10] (OH) 8. cuarț SiO2. feldspar (silicați de alumină de potasiu, sodiu, calciu, bariu). Pulberea este amestecată cu apă pentru a forma o masă plastică densă, care are forma dorită, uscată și arsă.
Pulberea de ciment obținută prin arderea silicatelor și aluminaților de calciu, după ce se amestecă cu apă, se solidifică într-un corp solid de piatră.
Sânge - cel mai important pentru viața umană și multe animale, suspensie de eritrocite, leucocite și trombocite în salin (limfa). Eritrocitele - celule roșii din sânge - transportă oxigen și dioxid de carbon, au un diametru
(7,2-7,5) • 10-2 mm, iar în 1 mm3 din sângele lor conține 4,5-5 milioane.
Deoarece dimensiunile particulelor sunt relativ mari, suspensiile sunt instabile cinetic, iar la sedimentare particulele precipită. Procesul de separare a particulelor suspendate sub acțiunea gravitației se numește sedimentare. sau precipitații. La începutul sedimentării, cele mai mari particule cad. Rata depunerii de particule depinde de raportul dintre densitățile de fază, viscozitatea fazei lichide, raza particulei, gradul de hidrofilitate a acestora, prezența surfactanților și alți factori.
Hidrofilicitatea sau hidrofobicitatea particulelor se bazează pe flotare - separarea particulelor mici cu umectabilitate diferită. În metoda de flotație de îmbogățire a minereurilor particule hidrofobe nonwettable aduna pe suprafață și particulele sunt invaluite de mineral umectabilă lichid de film hidrofil și scufunda la fund. Particulele non-umectabile sunt îndepărtate de pe suprafața lichidului. Acesta este modul în care minereul este împărțit în fracțiuni
(Figura 8.28).
Fig. 8.28.
Separarea particulelor care nu sunt umectabile
și minerale umectabile
Conform dimensiunii particulelor, poziția intermediară dintre suspensii și soluțiile reale este ocupată de soluri. Solurile sunt sisteme cu dispersie înaltă, cu particule de materie solidă, care se află în mișcarea Browniană. Cele mai comune soluri sunt sistemele cu un mediu de dispersie lichid. Zoli - sisteme coloidale tipice, care prezintă cel mai clar proprietățile inerente substanței într-o stare foarte dispersată.
Metode de cercetare sisteme disperse (definind mărimea, forma și sarcina particulelor), pe baza unui studiu al proprietăților lor speciale datorită heterogenității și dispersarea, în special optic. Soluțiile coloidale au proprietăți optice care le diferențiază de soluțiile reale - absorb și dispersează lumina care trece prin ele. Când este privit sistem prin care fasciculul de lumină îngustă în cadrul soluției pe un fundal întunecat este vizibil luminos albastru numit con Tyndall (Fig. 8.29) se disperseze lateral. Același lucru se întâmplă atunci când observăm în camera prăfuită o luminată strălucitoare de soare din fereastră. Acest fenomen se numește opalescență.
Fig. 8.29.
Efectul Tyndall (opalescenta)
difuzia luminii este posibilă dacă dimensiunea particulelor coloidale mai mici decât lungimea de undă a luminii transmise și indicele de refracție al fazei dispersate și mediul de dispersie sunt diferite. Dimensiunile particulelor coloidale este mai mică decât lungimea de undă a spectrului vizibil (aproximativ 0.1-0.2 lungime de undă de lumină) și absorbită re energia luminoasă emisă de particule în direcții diferite, rezultând într-o dispersie a luminii. Intensitatea dispersiei luminii crește brusc cu scăderea lungimii de undă a undei luminoase.
Conul Tyndall este mai strălucitor, cu cât este mai mare concentrația și cu atât este mai mare dimensiunea particulelor. Intensitatea dispersiei luminii crește cu radiațiile de undă scurtă și cu o diferență semnificativă în indicii de refracție ai fazelor dispersate și dispersive. Odată cu scăderea diametrului particulelor, maximul de absorbție se deplasează spre partea de undă scurtă a spectrului, iar sistemele cu dispersie mare împrăștie undele de lumină mai scurte și, prin urmare, au o culoare albăstrui. Metodele de determinare a dimensiunii și formei particulelor se bazează pe spectrul de dispersie a luminii.
Particulele Dimensiunile sol sunt în mod tipic 10 -3 -10 -5 mm, permițându-le să participe la mișcarea browniană - mișcare continuă cele mai mici particule promiscui în gazul lichid sau (Figura 8.30.).
Fig. 8.30.
Miscarea lui Brown
particule
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: