Dispergovaný systém sa vytvára počas miešania. Disperzné systémy: všeobecná charakteristika a klasifikácia

DEFINÍCIA

Disperzné systémy- útvary pozostávajúce z dvoch alebo viacerých fáz, ktoré sa prakticky nemiešajú a navzájom nereagujú. Látka, ktorá je jemne rozptýlená v inej látke (disperznom médiu) sa nazýva dispergovaná fáza.

Existuje klasifikácia dispergovaných systémov podľa veľkosti častíc dispergovanej fázy. Izolát, molekulárno-iónový (< 1 нм) – глюкоза, сахароза, коллоидные (1-100 нм) – эмульсии (масло) и суспензии (раствор глины) и грубодисперсные (>100 nm) systémy.

Existujú homogénne a heterogénne rozptýlené systémy. Homogénne systémy sa inak nazývajú skutočné riešenia.

Riešenia

DEFINÍCIA

Riešenie- homogénny systém pozostávajúci z dvoch alebo viacerých zložiek.

Podľa stavu agregácie sa roztoky delia na plynné (vzduch), kvapalné, tuhé (zliatiny). V kvapalných roztokoch existuje pojem rozpúšťadlo a rozpustená látka. Vo väčšine prípadov je rozpúšťadlom voda, ale môžu to byť aj nevodné rozpúšťadlá (etanol, hexán, chloroform).

Metódy vyjadrenia koncentrácie roztokov

Na vyjadrenie koncentrácie roztokov použite: hmotnostný podiel rozpustenej látky (, %), ktorá ukazuje, koľko gramov rozpustenej látky je obsiahnutých v 100 g roztoku.

Molárna koncentrácia (CM, mol/l) ukazuje, koľko mólov rozpustenej látky je obsiahnutých v jednom litri roztoku. Roztoky s koncentráciou 0,1 mol / l sa nazývajú decimolárne, 0,01 mol / l - centimol a s koncentráciou 0,001 mol / l - milimolárne.

Normálna koncentrácia (CH, mol-ekv / l) ukazuje počet ekvivalentov rozpustenej látky v jednom litri roztoku.

Molárna koncentrácia (С m, mol / 1 kg H 2 O) je počet mólov rozpustenej látky na 1 kg rozpúšťadla, t.j. na 1000 g vody.

Molárny zlomok rozpustenej látky (N) je pomer počtu mólov rozpustenej látky k počtu mólov roztoku. V prípade plynných roztokov sa molárny zlomok látky zhoduje s objemovým zlomkom ( φ ).

Rozpustnosť

DEFINÍCIA

Rozpustnosť(s, g / 100 g H 2 O) - vlastnosť látky rozpúšťať sa vo vode alebo inom rozpúšťadle.

Podľa rozpustnosti sa roztoky a látky delia do 3 skupín: vysoko rozpustné (cukor), málo rozpustné (benzén, sadra) a prakticky nerozpustné (sklo, zlato, striebro). Vo vode nie sú žiadne absolútne nerozpustné látky, neexistujú žiadne prístroje, pomocou ktorých je možné vypočítať množstvo rozpustenej látky. Rozpustnosť závisí od teploty (obr. 1), povahy látky a tlaku (pri plynoch). So stúpajúcou teplotou sa zvyšuje rozpustnosť látky.

Ryža. 1. Príklad závislosti niektorých solí vo vode od teploty

Pojem nasýtený roztok úzko súvisí s pojmom rozpustnosť, pretože rozpustnosť charakterizuje hmotnosť rozpustenej látky v nasýtenom roztoku. Kým látka je schopná sa rozpúšťať, roztok sa nazýva nenasýtený, ak sa látka prestane rozpúšťať, nazýva sa nasýtený; na chvíľu môžete vytvoriť presýtený roztok.

Tlak pár roztokov

Para, ktorá je v rovnováhe s kvapalinou, sa nazýva nasýtená. Pri danej teplote je tlak nasýtených pár nad každou kvapalinou konštantnou hodnotou. Preto má každá kvapalina tlak nasýtených pár. Zvážte tento jav pomocou nasledujúceho príkladu: roztok neelektrolytu (sacharózy) vo vode - molekuly sacharózy sú oveľa väčšie ako molekuly vody. Tlak nasýtených pár v roztoku vytvára rozpúšťadlo. Ak porovnáme tlak rozpúšťadla a tlak rozpúšťadla nad roztokom pri rovnakej teplote, potom v roztoku je počet molekúl, ktoré prešli do pary nad roztokom, menší ako v samotnom roztoku. Z toho vyplýva, že tlak nasýtených pár rozpúšťadla nad roztokom je vždy nižší ako nad čistým rozpúšťadlom pri rovnakej teplote.

Ak označíme tlak nasýtených pár rozpúšťadla nad čistým rozpúšťadlom p 0 a nad roztokom - p, potom relatívny pokles tlaku pár nad roztokom bude (p 0 -p) / p 0.

Na základe toho F.M. Raul odvodil zákon: relatívny pokles nasýtených pár rozpúšťadla nad roztokom sa rovná molárnemu zlomku rozpustenej látky: (p 0 -p) / p 0 = N (molárny zlomok rozpustenej látky).

Kryoskopia. Ebullioskopia. Druhý Raoultov zákon

Pojmy kryoskopia a ebulioskopia úzko súvisia s bodmi tuhnutia a varu roztokov. Teplota varu a kryštalizácia roztokov teda závisia od tlaku pár nad roztokom. Akákoľvek kvapalina vrie pri teplote, pri ktorej tlak nasýtených pár dosiahne vonkajší (atmosférický) tlak.

Po zmrazení začína kryštalizácia pri teplote, pri ktorej sa tlak nasýtených pár nad kvapalnou fázou rovná tlaku nasýtených pár nad tuhou fázou. Preto - druhý Raoultov zákon: zníženie teploty kryštalizácie a zvýšenie teploty varu roztoku sú úmerné koncentráciám rozpustenej látky. Matematické vyjadrenie tohto zákona je:

Δ T crist \u003d K × C m,

Δ Balík T \u003d E × C m,

kde K a E sú kryoskopické a ebulioskopické konštanty v závislosti od povahy rozpúšťadla.

Príklady riešenia problémov

PRÍKLAD 1

Úloha	Koľko vody a 80% roztoku octová kyselina treba vziať na získanie 200 g 8% roztoku?
Riešenie	Hmotnosť 80% roztoku kyseliny octovej nech je x g. Nájdite hmotnosť látky v ňom rozpustenej: m r.v-va (CH 3 COOH) \u003d m p-ra × / 100 % m r.v-va (CH 3 COOH) 1 \u003d x × 0,8 (g) Nájdite hmotnosť rozpustenej látky v roztoku 8% kyseliny octovej: m r.v-va (CH3COOH) 2 \u003d 200 (g) × 0,08 \u003d 16 (g) m r.v-va (CH3COOH) 2 \u003d x × 0,8 (g) \u003d 16 (g) Poďme nájsť x: x \u003d 16 / 0,8 \u003d 20 Hmotnosť 80 % roztoku kyseliny octovej je 20 g. Nájdite požadované množstvo vody: m (H 2 O) \u003d m r-ra2 - m r-ra1 m (H20) \u003d 200 (g) - 20 (g) \u003d 180 (g)
Odpoveď	m roztoku (CH3COOH) 80 % = 20 (g), m (H20) = 180 (g)

PRÍKLAD 2

PLÁN:

1. Udržiavanie………………………………………………………………………..2

2. Hlavné typy rozptýlených systémov………………………………………...2

3. Tvorba disperzných systémov…………………………………………………4

4. Stabilita rozptýlených systémov............................................ ... ............. päť

5. Klasifikácia rozptýlených systémov………………………………………...8

6. Tvorba štruktúry v disperzných systémoch a v polymérnych roztokoch………………………………………………………………………………….16

7. Vlastnosti disperzných systémov a stanovenie veľkosti častíc……….23

8. Zoznam použitej literatúry. ………………………………………… 24

ÚVOD

DISPERZÍVNE SYSTÉMY- heterogénne systémy dvoch alebo viacerých fáz s vysoko vyvinutým rozhraním medzi nimi. Zvyčajne jedna z fáz tvorí spojité disperzné médium, v objeme ktorého je dispergovaná fáza (alebo niekoľko dispergovaných fáz) rozmiestnená vo forme malých kryštálov, pevných amorfných častíc, kvapiek alebo bubliniek. D. s. môžu mať zložitejšiu štruktúru, napríklad predstavujú dvojfázovú formáciu, z ktorej každá fáza, ktorá je spojitá, preniká do objemu inej fázy. Takéto systémy zahŕňajú pevné látky preniknuté rozvetveným systémom kanálikov-pórov naplnených plynom alebo kvapalinou, niektoré mikroheterogénne polymérne kompozície atď. Nie je nezvyčajné, že disperzné médium „degeneruje“ na najtenšie vrstvy (filmy) oddeľujúce častice dispergovaného fáza.

Hlavné typy disperzných systémov.

Disperziou, t.j. veľkosťou častíc dispergovanej fázy alebo pomerom celkovej plochy medzifázového povrchu k objemu (alebo hmotnosti) dispergovanej fázy (sp. povrchu), D. s. konvenčne rozdelené na hrubé a jemné (vysoko) rozptýlené. Ten posledný podľa tradície tzv. koloidne dispergované alebo jednoducho koloidné systémy. V hrubodisperzných systémoch majú častice veľkosti od 1 µm a viac (špecifický povrch nie je väčší ako 1 m2/g), v koloidných systémoch od 1 nm do 1 µm (špecifický povrch dosahuje stovky m2/g ). Disperzita sa odhaduje priemerným indexom (priemerná veľkosť častíc, špecifický povrch) alebo disperzným zložením (pozri Disperzná analýza). Jemne porézne telesá sa vyznačujú pórovitosťou – koncepciou podobnou disperzii. Vo voľne dispergovaných systémoch neexistuje súdržnosť medzi časticami dispergovanej fázy, každá častica je kineticky nezávislá a pri dostatočne malých veľkostiach sa podieľa na intenzívnom Brownovom pohybe. Štruktúrované (koherentne rozptýlené) systémy sa vyznačujú prítomnosťou neusporiadaných priestorov. mriežka (kostra) tvorená časticami dispergovanej fázy (pozri Tvorba štruktúry v disperzných systémoch). Špeciálnu skupinu tvoria vysoko koncentrované D. s., v ktorých sú častice v „stiesnených“ podmienkach, ako napríklad v periodikách. koloidné štruktúry. Kožušina. sv-va svobodnodispersnyh systémy sú definované Ch. arr. St. you disperzného média a koherentne rozptýlené systémy - tiež St. you a počet kontaktov medzi časticami dispergovanej fázy (pozri Reológia). Podľa stavu agregácie disperzného média a dispergovanej fázy sa rozlišuje stopa. hlavné typy D. s .: 1) aerodisperzné (plynom dispergované) systémy s plynným disperzným prostredím: aerosóly (výpary, prachy, hmly), prášky, vláknité materiály ako plsť. 2) Systémy s kvapalným disperzným médiom; dispergovaná fáza m. tuhé (hrubé suspenzie a pasty, jemné sóly a gély), kvapalné (hrubé emulzie, jemné mikroemulzie a latexy) alebo plynné (hrubé plynové emulzie a peny). 3) Systémy s pevným disperzným prostredím: sklovité alebo kryštalické. telieska s inklúziami malých pevných častíc, kvapôčky kvapaliny alebo bublinky plynu, napríklad rubínové sklá, minerály ako opál, rôzne mikroporézne materiály. Samostatné skupiny D. s. tvoria mnohé kovové zliatiny, horniny, komplexné kompozitné a iné viacfázové systémy. Lyofilné a lyofóbne D. s. s kvapalným disperzným prostredím sa líšia v závislosti od toho, ako blízko alebo rozdielne sú ich vlastnosti medzi disperznou fázou a disperzným prostredím (pozri obr. lyofilita a lyofóbnosť). V lyofilnom D. s. medzimolekulové interakcie. na oboch stranách separačnej fázy sa povrchy mierne líšia, preto sp. zadarmo povrchová energia (pre kvapalinu - povrchové napätie) je extrémne malá (zvyčajne stotiny mJ / m2), medzifázová hranica (povrchová vrstva) môže byť. je rozmazaná a často porovnateľná čo do hrúbky s veľkosťou častíc dispergovanej fázy. Lyofilný D. s. sú termodynamicky vyvážené, sú vždy vysoko rozptýlené, vznikajú spontánne a pri zachovaní podmienok pre ich vznik môžu existovať ľubovoľne dlho. Typický lyofilný D. s. - mikroemulzie, určité polymérno-polymérne zmesi, micelárne povrchovo aktívne systémy, D. s. s tekutým kryštálom dispergované fázy. Do lyofilného D. s. často sú zahrnuté aj minerály montmorillonitovej skupiny, ktoré napučiavajú a spontánne sa dispergujú vo vodnom prostredí, napríklad bentonitové íly. Treba si uvedomiť, že v minulosti „lyofilné koloidy“ tzv. roztoky polymérov, teda zásadne homog. systémov. Avšak v modernej terminológiou sa výraz "koloid" vzťahuje len na mikroheterogénne systémy; vo vzťahu k homogénnym (jednofázovým) systémom sa nepoužíva. V lyofóbnom D. s. intermolekulárnej interakcie. v disperznom prostredí a v dispergovanej fáze je výrazne odlišná; bije zadarmo povrchová energia (povrchové napätie) je veľká – z viacerých. jednotiek až po niekoľko stovky (a tisíce) mJ/m2; fázová hranica je vyjadrená celkom jasne. Lyofóbna D. s. termodynamicky nerovnovážne; veľký prebytok povrchová energia spôsobuje v nich procesy prechodu do energeticky priaznivejšieho stavu. V izotermickej podmienok je možná koagulácia - konvergencia a združovanie častíc, ktoré si zachovávajú svoj pôvodný tvar a veľkosť do hustých agregátov, ako aj zväčšovanie primárnych častíc v dôsledku koalescencie - splývanie kvapiek alebo bublín plynu, kolektívna rekryštalizácia (v prípade tzv. kryštalická disperzná fáza) alebo izotermická. destilácia (mol. prenos) dispergovanej fázy z malých častíc na veľké (v prípade D. s. s kvapalným disperzným prostredím sa posledný proces nazýva rekondenzácia). Nestabilizovaný a teda nestabilný lyofóbny D. s. priebežne meniť ich disperzné zloženie v smere zväčšovania častíc až po úplné oddelenie na makrofázy. Stabilizované lyofóbne D. s. môže udržiavať disperziu po dlhú dobu. čas.

Tvorba disperzných systémov.

Je to možné dvoma spôsobmi: disperzným a kondenzačným. Disperzia makrofáz s tvorbou lyofilných D. s. dochádza spontánne - na to stačí energia tepelného pohybu. Takýto proces sa uskutočňuje pri hodnotách povrchového napätia s pod určitou kritickou hodnotou. hodnoty scr = bkT/d2, kde d je veľkosť častíc dispergovanej fázy, T je abs. t-ra, k - Boltzmannova konštanta, b - bezrozmerný koeficient, nadobúdajúci hodnoty približne 10-30. Tvorba lyofóbneho D. s. disperziou stabilnej makrofázy vyžaduje značnú energiu. náklady určené celkovou plochou povrchu častíc dispergovanej fázy. V reálnych podmienkach len malá časť (frakcie percent) energie dodanej do systému pripadá na tvorbu povrchu pri mletí pevných látok alebo pri rozprašovaní a emulgácii kvapalín; zvyšok sa minie na vedľajšie procesy a rozptýli sa v okolitom priestore (pozri Disperzia). Kondenzačný spôsob výchovy D. s. spojené s nukleáciou novej fázy (alebo nových fáz) v presýtenej metastabilnej počiatočnej fáze – budúcom disperznom médiu. Pre vznik vysoko disperzného systému je potrebné, aby počet jadier novej fázy bol dostatočne veľký a rýchlosť ich rastu nebola príliš vysoká. Okrem toho je potrebná prítomnosť faktorov, ktoré obmedzujú možnosť nadmerného rastu a adhézie častíc dispergovanej fázy. Prechod pôvodne stabilného homog. systém v metastabilnom stave môže nastať v dôsledku zmien termodynamiky. stavové parametre (tlak, t-ry, zloženie). Takto vznikajú napr. prírodné a umelé aerosóly (hmla - z podchladenej vodnej pary, dym - zo zmesí plynov a pár uvoľnených pri nedokonalom spaľovaní paliva), niektoré polymérne systémy - z roztokov, keď "termodynamická kvalita" roztok sa zhoršuje.rozpúšťadlo, kovové organosóly kondenzáciou kovových pár spolu s parami org. kvapalinou alebo prechodom prvej cez vrstvu org. kvapaliny, koloidne dispergované polykryštalické. telesá (zliatiny kovov, určité druhy hornín a umelé anorganické materiály). Je tiež možné vytvoriť D. s. následkom chem. p-tion v homog. prostredí, ak je produkt p-tion za týchto podmienok v stave agregácie, odlišnom od „materskej“ fázy, alebo sa v ňom prakticky nerozpúšťa. Príkladom takýchto systémov sú aerosóly s pevnými časticami NH4Cl (vznikajú interakciou plynného NH3 a HCl), aerosóly s kvapôčkovo-kvapalnými časticami H2SO4 (s interakciou SO3 a vodnej pary). V prírode a technike. procesov, pri hydrolýze solí a iných zlúčenín, ktoré sú nestabilné voči pôsobeniu vody, často vznikajú hydrosóly rôzneho zloženia. Oxidácia-redukcia p-tion sa používa na získanie sólov Au a Ag, rozklad Na2S203 razb. sírová alebo chlorovodíková na to - na získanie hydrosólu elementárnej síry. Chem. alebo termochem. rozklad uhličitanov, org. porofory (tvoriče pórov, nadúvadlá) atď. Comm. s uvoľňovaním plynných in-in pôvodne kvapalných médií je základom prom. výroba pl. penové materiály.

Stabilita rozptýlených systémov.

Stabilita disperzných systémov je charakterizovaná stálosťou disperzie (distribúcia veľkosti častíc) a koncentráciou dispergovanej fázy (počet častíc na jednotku objemu). Naíb. ťažko teoreticky. aspekt a dôležité v praxi. ohľadom problému stability aerosólov a tekutých lyofóbnych D. s. Rozlišujte medzi odolnosťou voči sedimentácii a odolnosťou voči koagulácii (agregačná rezistencia). Koloidné systémy s plynným a kvapalným disperzným prostredím sú odolné voči sedimentácii, v ktorých Brownov pohyb častíc bráni sedimentácii; hrubodisperzné systémy s rovnakou hustotou ich jednotlivých fáz; systémy, ktorých rýchlosť sedimentácie možno zanedbať vzhľadom na vysokú viskozitu média. V agregovane stabilnom D. s. priamo nedochádza ku kontaktom medzi časticami, častice si zachovávajú svoju individualitu. Pri porušení agregačnej stability D. s. častice, ktoré sa približujú v procese Brownovho pohybu, sú nevratne spojené alebo rýchlosť agregácie je oveľa vyššia ako rýchlosť dezagregácie. Medzi pevnými časticami vznikajú priame bodové („atómové“) kontakty, ktoré sa potom môžu premeniť na fázové (kohézne) kontakty a kontakt kvapiek a bublín je sprevádzaný ich koalescenciou a rýchlym zmenšením celkovej plochy medzifázového povrchu. . Pre takéto systémy strata agregačnej stability znamená aj stratu stability sedimentácie. V agregovane stabilných systémoch sa môže dispergované zloženie meniť v dôsledku izotermy. destilácia - hovoria. prenos dispergovanej fázy z malých častíc na väčšie. Tento proces je spôsobený závislosťou tlaku nasýtených pár (alebo koncentrácie nasýteného roztoku) od zakrivenia rozhrania medzi fázami (pozri Kapilárne javy). Agregačná stabilita a dlhodobá existencia lyofóbnych D. s. so zachovaním ich sv., zabezpečuje stabilizácia. Pre vysoko disperzné systémy s kvapalným disperzným médiom sa používa zavedenie in-in - stabilizátorov (elektrolyty, povrchovo aktívne látky, polyméry). V teórii stability Deryagin-Landau-Verwey-Overbeck (teória DLVO) hlavné. úloha je priradená iónovo-elektrostatickým. stabilizačný faktor. Stabilizáciu zabezpečuje elektrostatika. odpudzovanie difúznych častí dvojitej elektr. vrstva, to-ry vzniká adsorpciou iónov elektrolytu na povrchu častíc. V určitej vzdialenosti medzi časticami spôsobí odpudzovanie difúznych vrstiev prítomnosť minima v potenciáli. krivka (vzdialená alebo sekundárna minimálna; pozri obr.). Aj keď je toto minimum relatívne plytké, môže zabrániť ďalšiemu priblíženiu častíc priťahovaných silami medzimolekulovej interakcie. Blízke, čiže primárne minimum zodpovedá silnej súdržnosti častíc, u Krom energia tepelného pohybu nestačí na ich oddelenie. Pri priblížení na vzdialenosť zodpovedajúcu tomuto minimu sa častice spájajú do agregátov, ktorých tvorba vedie k strate agregačnej stability systémom. V tomto prípade je stabilita systému voči koagulácii určená výškou energie. bariéra.

Závislosť interakčnej energie E medzi časticami od vzdialenosti R: 1 a 2 sú blízke a vzdialené minimá.

Pri zavedení do D. s. ako stabilizátor povrchovo aktívnej látky stabilizačný faktor m. b. "termodynamická elasticita" filmov média oddeľujúcich častice. Stabilizácia je zabezpečená tým, že keď sa častice priblížia k sebe, napríklad kvapky alebo bubliny plynu, dochádza k naťahovaniu a stenčovaniu medzivrstvy obsahujúcej povrchovo aktívnu látku, ktorá ich oddeľuje, a v dôsledku toho k narušeniu adsorpcie. rovnováhu. Obnovenie tejto rovnováhy vedie k zvýšeniu stability vrstvy média oddeľujúcej častice. Hydrodynamický odpor proti vytlačeniu kvapalného disperzného média z medzivrstvy medzi približujúcimi sa časticami je jedným z kinetických. stabilizačné faktory D. s. Je obzvlášť účinný v systémoch s vysoko viskóznym disperzným médiom, a keď toto vitrifikuje, robí systém nekonečne odolným voči agregácii častíc a koalescencii. Štrukturálna kožušina. stabilizačný faktor podľa P. A. Rebindera nastáva vtedy, keď sa na rozhraní vytvoria polymolekulové ochranné vrstvy micelotvorných povrchovo aktívnych látok, zlúčenín s vysokou molekulovou hmotnosťou a niekedy tenkých súvislých alebo diskrétnych fázových filmov. Medzipovrchová ochranná vrstva musí mať schopnosť odolávať deformácii a deštrukcii, dostatočnú pohyblivosť na „zahojenie“ defektov, ktoré v nej vznikli a hlavne musí byť lyofilizovaná s ext. stranou smerujúcou k disperznému médiu. Ak ochranná vrstva nie je dostatočne lyofilná, nebude schopná zabrániť koagulácii ochranou častíc pred koalescenciou. Štrukturálna kožušina. bariéra je v podstate komplexný stabilizačný faktor, to-ry zahŕňa termodynamický., kinetický. a konštrukčné komponenty. Je univerzálny a schopný poskytnúť vysokú agregatívnu stabilitu akéhokoľvek D.s. s kvapalným disperzným médiom, vrátane vysoko koncentrovaného, ​​max. dôležité v praxi. vzťah. Hlavné D. s. sú určené povrchovými javmi: adsorpciou, tvorbou dvojitej elektrickej vrstvy a ňou vyvolanými elektrokinetickými javmi, kontaktnými interakciami častíc dispergovanej fázy. Veľkosť častíc určuje optiku. (rozptyl svetla a pod.) a molekulová kinetika. Sväté ostrovy (difúzia, termoforéza, osmóza atď.). D. s. všadeprítomný v prírode. Sú to horniny, zeminy, zeminy, atm. a hydrosférických zrážok, rastie. a živočíšne tkanivá. D. s. široko používané v technológii. procesy; v tvare D. s. väčšina prom. výrobky a predmety pre domácnosť. Vysoko rozptýlená technológia. materiály (plnené plasty, disperzne spevnené kompozitné materiály) sú mimoriadne pevné. Na vysoko vyvinutých povrchoch intenzívne prúdi heterogénne prúdy. a heterog.-katalytické. chem. procesy. Doktrína o D. s. a povrchových javov v nich je podstatou koloidnej chémie. Nezávislý. odvetvie koloidnej chémie - fyzikálna a chemická mechanika - študuje zákonitosti tvorby štruktúry a srsti. Svätý ostrov štruktúrovaný D. s. a materiálov v ich spojení s fiz.-chem. javy na medzifázových hraniciach.

Klasifikácia disperzných systémov.

Podľa stupňa fragmentácie (disperzity) sú systémy rozdelené do nasledujúcich tried: hrubo disperzné, s veľkosťou častíc nad 10 -5 m; jemne rozptýlené (mikroheterogénne) s veľkosťou častíc 10-5 až 10-7 m; koloidne dispergované (ultramikroheterogénne) s časticami s veľkosťou od 10 -7 do 10 -9 m. Ak sa zameriate na dve hlavné zložky disperzných systémov, potom by jedna z nich mala mať úlohu disperzného média a druhá - úloha rozptýlenej fázy. V tomto prípade môžu byť všetky dispergované systémy klasifikované podľa agregovaných stavov fáz.

Túto klasifikáciu navrhol Ostwald a je široko používaná dodnes. Za nevýhodu klasifikácie treba považovať nemožnosť zaradiť disperzné systémy pripravené s tuhou alebo kvapalnou disperznou fázou do akejkoľvek triedy, ak je veľkosť častíc niekoľko nanometrov. Príklad takejto klasifikácie je uvedený v tabuľke. jeden.

Akademik P.A. Rebinder navrhol dokonalejšiu klasifikáciu disperzných systémov podľa agregovaných stavov fáz. Všetky rozptýlené systémy rozdelil do dvoch tried: voľne rozptýlené systémy a spojité (alebo spojené-disperzné) systémy (tabuľky 2 a 3). Vo voľne rozptýlených systémoch netvorí dispergovaná fáza súvislé tuhé štruktúry (mriežky, priehradové nosníky alebo rámy). Tieto systémy sa nazývajú soly. V spojitých (súdržne rozptýlených) systémoch tvoria častice dispergovanej fázy tuhé priestorové štruktúry (mriežky, konštrukcie, priehradové nosníky). Takéto systémy odolávajú šmykovej deformácii. Nazývajú sa gély.

Disperzný systém podľa Rehbinderovej klasifikácie sa označuje zlomkom, v ktorom je dispergovaná fáza umiestnená v čitateli a disperzné médium je v menovateli. Napríklad: T 1 / W 2. Index 1 označuje dispergovanú fázu a index 2 označuje disperzné médium.

Koloidná chémia študuje vlastnosti jemne aj hrubo rozptýlených systémov; voľné aj spojené disperzné systémy.

Zahrnutie takého veľkého počtu rôznych systémov, ktoré sa líšia tak povahou fáz, ako aj veľkosťou častíc a stavom agregácie fáz, do jednej vedy, je založené na skutočnosti, že všetky majú spoločné vlastnosti- heterogenita a základná termodynamická nestabilita. Centrálne miesto v koloidnej chémii zaujímajú ultramikroheterogénne systémy s voľnými časticami. Ide o takzvané koloidné systémy.

stôl 1

Klasifikácia disperzných systémov podľa stavu agregácie fáz.

Úloha

Zmiešalo sa 200 g vody a 50 g hydroxidu sodného. Stanovte hmotnostný zlomok hydroxidu sodného v roztoku.

Riešenie

Zapíšeme vzorec na zistenie hmotnostného zlomku: Nájdite hmotnosť roztoku hydroxidu sodného: m roztok (NaOH) \u003d m (H20) + m (NaOH) m roztoku (NaOH) = 200 + 50 = 250 (g) Nájdite hmotnostný zlomok hydroxidu sodného. . § 14. DISPERZÍVNE SYSTÉMY Čisté látky sa nachádzajú v prírodemálokedy. Zmesi rôznych látok v rôznych agregátochstavy môžu tvoriť heterogénne a homogénové systémy – rozptýlené systémy a riešenia. rozptýlené nazývané heterogénne systémov , v ktorých je jedna látka vo forme veľmi malých čajovínčastice sú rovnomerne rozložené v objeme iného. Látka (alebo niekoľko látok), ktoráprítomný v dispergovanom systéme v menšom množstveakosti a objemovo distribuovaných, tzvrozptýliť safáza . Viac prítomnýchlátka, v ktorej je disperzia distribuovanáfáza sa nazýva disperzné médium . Medzidisperzné médium a častice dispergovanej fázyexistuje rozhranie, preto sa nazývajú rozptýlené systémy heterogénne, t.j. heterogénne. Ako disperzné médium, tak aj dispergovaná fáza môžu byť zložené z látok v rôznom stave agregácie. V závislosti od kombinácie stavov disperzného prostredia a dispergovanej fázy možno rozlíšiť osem typov takýchto systémov (tabuľka 2). tabuľka 2 Klasifikácia disperzných systémov podľa stavu agregácie Rozptyl- naya prostredie Disperzia naya fáza Niekoľko príkladov prírodné a domáce disperzné systémy Plyn Kvapalina Hmla, súvisiaci plyn s kvapkami oleja karburátorová zmes v motoroch áut žlč (kvapôčky ben- zin vo vzduchu) pevný látka Prach vo vzduchu dym, smog, samoumy (prašné a pieskové búrky) Kvapalina Plyn šumivé nápoje, pena do kúpeľa Kvapalina Organizácia tekutých médií - nizmus (krvná plazma, lymfatická, tráviaca telové šťavy), tekuté obsah bunky (cytoplazma, karyo- plazma) pevný látka Kisselly, želé, lepidlá, suspendované vo vode rieka alebo more bahno, konštrukcia výtvory pevný látka Plyn Snehová kôra s pu- bubliny vzduchu v to, pôda, textil tkaniny, tehla a keramika, penová guma, pórovitá čokoláda, prášky Kvapalina Mokrá pôda, meď qing a kozmetické prostriedky (masti, maskara, rúž atď.) pevný látka Kamene, farba - sklo, niektoré zliatin Podľa veľkosti častíc látky tvoriacej dispergovanú fázu sa dispergované systémy delia na hrubo disperzné s veľkosťou častíc nad 100 nm a jemne disperzné s veľkosťou častíc od 1 do 100 nm. Ak je látka fragmentovaná na molekuly alebo ióny s veľkosťou menšou ako 1 nm, vzniká homogénny systém - roztok. Roztok je homogénny, medzi časticami a médiom neexistuje rozhranie, a preto sa nevzťahuje na disperzné systémy. Znalosť disperzných systémov a riešení ukazuje, aké dôležité sú v každodennom živote a prírode. Posúďte sami: bez nílskeho bahna by sa to neuskutočnilo veľká civilizácia Staroveký Egypt (obr. 15); bez vody, vzduchu, hornín, minerálov by vôbec neexistovala živá planéta – náš spoločný domov – Zem; Bez buniek by neexistovali živé organizmy. Ryža. 15. Záplavy Nílu a dejiny civilizácie Klasifikácia dispergovaných systémov a roztokov v závislosti od veľkosti častíc fázy je uvedená v schéme 1. Schéma 1 Klasifikácia disperzných systémov a roztokov hrubé systémy. Hrubo disperzné systémy sa delia do troch skupín: emulzie, suspenzie a aerosóly. emulzie sú disperzné systémy s kvapalným disperzným prostredím a kvapalnou disperznou fázou. Možno ich tiež rozdeliť do dvoch skupín: 1) priame - kvapky nepolárnej kvapaliny v polárnom médiu (olej vo vode); 2) spätný chod (voda v oleji). Zmeny v zložení emulzií alebo vonkajšie vplyvy môžu viesť k premene priamej emulzie na inverznú a naopak. Príklady najznámejších prírodných emulzií sú mlieko (dopredná emulzia) a olej (inverzná emulzia). Typickou biologickou emulziou sú tukové kvapôčky v lymfe. Laboratórny experiment Nalejte plnotučné mlieko do misky. Naneste na povrch niekoľko viacfarebných kvapiek potravinárskeho farbiva. Navlhčite vatový tampón saponátom a dotknite sa ho stredu taniera. Mlieko sa začne hýbať a farby sa miešajú. prečo? Zo známych praktické činnostiľudské emulzie možno nazvať rezné kvapaliny, bitúmenové materiály, pesticídy, liečivé a kozmetické nástroje, produkty na jedenie. Napríklad v lekárskej praxi sa tukové emulzie široko používajú na dodanie energie hladujúcemu alebo oslabenému organizmu intravenóznou infúziou. Na získanie takýchto emulzií sa používajú oleje z olív, bavlníkových semien a sójových bôbov. V chemickej technológii sa emulzná polymerizácia široko používa ako hlavná metóda výroby kaučukov, polystyrénu, polyvinylacetátu atď. Pozastavenie sú hrubo disperzné systémy s tuhou dispergovanou fázou a kvapalným disperzným prostredím. Obvykle sú častice dispergovanej fázy suspenzie také veľké, že sa pôsobením gravitácie usadzujú – sedimentujú. Systémy, v ktorých sedimentácia prebieha veľmi pomaly v dôsledku malého rozdielu v hustote dispergovanej fázy a disperzného prostredia, sa nazývajú aj suspenzie. Prakticky významné stavebné odpruženie medzery sú vápno („vápenné mlieko“), emailové farby, rôzne stavebné suspenzie, napríklad tie, ktoré sa nazývajú „cementová malta“. Suspenzie zahŕňajú aj lieky, ako sú tekuté masti - linimenty. Špeciálnu skupinu tvoria hrubo disperzné systémy, v ktorých je koncentrácia dispergovanej fázy relatívne vysoká v porovnaní s jej nízkou koncentráciou v suspenziách. Takéto rozptýlené systémy sa nazývajú pasty. Napríklad zubné, kozmetické, hygienické atď., ktoré sú vám dobre známe z každodenného života. Aerosóly- ide o systémy s hrubou disperziou, v ktorých je disperzným médiom vzduch a dispergovanou fázou môžu byť kvapôčky kvapaliny (oblaky, dúha, lak na vlasy alebo dezodorant uvoľnené z rozprašovača) alebo pevné častice (oblak prachu, tornádo) (obr. 16). Ryža. 16. Príklady hrubých sústav s pevnou hmotou Disperzná fáza: a - suspenzia - malta; b - aerosól - prachová búrka koloidné systémy. Koloidné systémy zaujímajú medzipolohu medzi hrubými systémami a skutočnými riešeniami. V prírode sú široko rozšírené. Pôda, hlina, prírodné vody, veľa minerálov, medzi nimi aj niektoré drahokamy, sú všetky koloidné systémy. Koloidné systémy majú veľký význam pre biológiu a medicínu. Zloženie akéhokoľvek živého organizmu zahŕňa pevné, kvapalné a plynné látky, ktoré sú v komplexnom vzťahu s životné prostredie. Z chemického hľadiska je telo ako celok komplexným súborom mnohých koloidných systémov. Biologické tekutiny (krv, plazma, lymfa, cerebrospinálny mok atď.) sú koloidné systémy, v ktorých sa nachádzajú organické zlúčeniny, ako sú bielkoviny, cholesterol, glykogén a mnohé iné. koloidný stav. Prečo mu príroda dáva takú prednosť? Táto vlastnosť je spojená predovšetkým s tým, že látka v koloidnom stave má veľké rozhranie medzi fázami, čo prispieva k lepšiemu priebehu metabolických reakcií. Laboratórny pokus Nalejte lyžicu škrobu do plastového pohára. Postupne pridávame teplú vodu a dôkladne premiešame lyžicou. Nemôžete naliať vodu, zmes by mala byť hustá. Nalejte polievkovú lyžicu výsledného koloidného roztoku do dlane a dotknite sa ho prstom druhej ruky. Zmes stuhne. Ak prst odoberiete, zmes sa opäť stane tekutou. Koloidy pod tlakom môžu zmeniť svoj stav. V dôsledku tlaku prsta na pripravený koloid sa častice škrobu navzájom spoja a zmes tuhne. Po uvoľnení tlaku sa zmes vráti do pôvodného kvapalného stavu. Koloidné systémy sa delia na sol (koloidný riešenia) a gély (želé). Väčšina biologických tekutín bunky (už spomínaná cytoplazma, jadrová šťava – karyoplazma, obsahy vakuol) a živého organizmu ako celku sú koloidné roztoky (soly). Soly sa vyznačujú fenoménom koagulácie, t.j. adhézia koloidných častíc a ich zrážanie. V tomto prípade sa koloidný roztok zmení na suspenziu alebo gél. Niektoré organické koloidy sa pri zahrievaní koagulujú ( bielok, lepidlá) alebo pri zmene acidobázického prostredia (tráviace šťavy). Gély sú koloidné systémy, v ktorých častice dispergovanej fázy tvoria priestorovú štruktúru. Gély sú rozptýlené systémy, s ktorými sa stretávate v každodennom živote (schéma 2). Schéma 2 Klasifikácia gélu V priebehu času sa štruktúra gélov naruší - uvoľňuje sa z nich kvapalina. Vyskytuje sa syneréza - spontánny pokles objemu gélu sprevádzaný oddelením kvapaliny. Syneréza určuje trvanlivosť potravinárskych, medicínskych a kozmetických gélov. Biologická syneréza je veľmi dôležitá pri príprave syra, tvarohu. U teplokrvných živočíchov prebieha proces nazývaný zrážanie krvi: vplyvom špecifických faktorov sa rozpustný krvný proteín fibrinogén mení na fibrín, ktorého zrazenina sa pri syneréze zahusťuje a upcháva ranu. Ak je zrážanie krvi ťažké, potom hovoria o možnosti ľudského ochorenia s hemofíliou. Ako viete z kurzu biológie, ženy sú nositeľkami génu pre hemofíliu a muži na ňu ochorejú. Známy je historický dynastický príklad: touto chorobou trpela ruská dynastia Romanovcov, ktorá vládla viac ako 300 rokov. Autor: vzhľad pravé a koloidné roztoky je ťažké od seba odlíšiť. Na tento účel sa využíva Tyndallov efekt - vytvorenie kužeľa „svetelnej dráhy“ pri prechode lúča svetla cez koloidný roztok (obr. 17). Častice dispergovanej fázy sólu odrážajú svetlo svojim povrchom, zatiaľ čo častice pravého roztoku nie. Podobný efekt, ale len pre aerosól a nie pre tekutý koloid, možno pozorovať v kine, keď lúč svetla z filmovej kamery prechádza prašným vzduchom v hľadisku. Ryža. 17. Tyndallov efekt umožňuje vizuálne rozlíšiť pravý roztok (v pravej kadičke) z koloid (v ľavom skle) ? 1. Čo sú disperzné systémy? Disperzné médium? disperzná fáza? 2. Ako sa klasifikujú disperzné systémy podľa stavu agregácie média a fázy? Uveďte príklady. 3. Prečo vzduch, zemný plyn a skutočné roztoky nepatria do rozptýlených systémov? 4. Ako sa delia hrubé sústavy? Pomenujte zástupcov každej skupiny a uveďte ich význam. 5. Ako sa delia jemne rozptýlené sústavy? Pomenujte zástupcov každej skupiny a uveďte ich význam. 6. Na aké podskupiny možno rozdeliť gély? Čo určuje trvanlivosť kozmetických, lekárskych a potravinárskych gélov? 7. Čo je to koagulácia? Čo to môže spôsobiť? 8. Čo je to syneréza? Čo to môže spôsobiť? 9. Prečo si príroda vybrala za nositeľa evolúcie koloidné systémy? 10. Vypracovať referát na tému „Estetická, biologická a kultúrna úloha koloidných systémov v živote človeka“ s využitím internetových zdrojov. 11. O akých disperzných systémoch hovorí krátka báseň M. Cvetajevovej? Odstráňte perly, slzy zostanú Odstráňte zlato, listy zostanú Jesenný javor, odnes fialovú - Tam bude krv.

Disperzné médium	Dispergovaná fáza	Príklady rozptýlených systémov
		rubínové sklo; pigmentované vlákna; zliatiny; vzor na tkanine, nanesený pigmentovou potlačou
		Perly, voda v žule, voda v betóne, zvyškový monomér v polymérno-monomérnych časticiach
	plynný	Plynové inklúzie v rôznych pevných látkach: penový betón, mrazená pena, pemza, sopečná láva, polymérové ​​peny, polyuretánová pena
		Suspenzie, farby, pasty, sóly, latexy
		Emulzie: mlieko, olej, maslo, margarín, vláknité lubrikanty
	plynný	Peny, aj pre hasičské a penové technológie na olejovanie vlákien, bielenie a farbenie textilných materiálov
plynný		Dym, vesmírny prach, aerosóly
plynný		Hmly, plyny v čase skvapalňovania
plynný	plynný	Nevytvára sa koloidný systém

Koloidné systémy sú nezvyčajne labilné; nestabilná. Mnohým z nich stačí na zrážanie pridanie malého množstva elektrolytu. Dôvod takejto miernej zmeny stavu koloidných systémov je spojený s variabilitou stupňa ich disperzie. Existujú dva typy stability akéhokoľvek fragmentovaného systému - kinetická a agregačná.

tabuľka 2

Príklady voľne rozptýlených systémov

1. Disperzné systémy v plynoch	2. Dispergované systémy v kvapalinách
Koloidná disperzia T 1 /G 2 - prach vo vyšších vrstvách atmosféry, aerosóly.	Koloidná disperzia T 1 /W 2 - lyosóly, farbivá dispergované vo vode, latexy syntetických polymérov.
Hrubá disperzia	Hrubá disperzia
T 1 / G 2 - dym W 1 / G 2 - hmly	T 1 / W 2 - závesy W 1 / W 2 - tekuté emulzie G 1 / W 2 - plynové emulzie
3. Disperzné systémy v pevných látkach
T 1 / T 2 - pevné sóly, napríklad zlatý sól v skle, pigmentované vlákna, plnené polyméry

Táto klasifikácia je založená na stave agregácie fáz disperzného systému.

Koncept agregačnej stability, ktorý prvýkrát predstavil N.P. Peskov, znamená absenciu agregácie, t.j. zníženie stupňa disperzie koloidného systému počas skladovania. Na stanovenie kinetickej stability je potrebné študovať podmienky uvoľňovania dispergovaných častíc v gravitačnom alebo odstredivom poli. Rýchlosť takéhoto uvoľňovania závisí od intenzity Brownovho pohybu častíc, t.j. na stupni disperzie systému a rozdiele v hustote disperzného prostredia a dispergovanej fázy, ako aj na viskozite média.

Tabuľka 3

Prepojené disperzné systémy

Ak chcú určiť agregatívnu stabilitu systému, potom študujú podmienky pre stálosť (alebo naopak - nestálosť) stupňa disperzie systému. Jedným z najostrejších a najcharakteristickejších rozdielov medzi koloidným systémom, a to tak od skutočného roztoku, ako aj od hrubo rozptýlených systémov, je to, že ich stupeň disperzie je extrémne premenlivá hodnota a môže sa meniť v závislosti od rôznych dôvodov.

Táto klasifikácia je založená na stave agregácie fázového rozhrania.

Na základe vyššie uvedeného uvedieme definíciu koloidných systémov.

Koloidné systémy sa nazývajú dvoj- alebo viacfázové systémy, v ktorých je jedna fáza vo forme samostatných malých častíc distribuovaných v inej fáze. Takéto ultramikroheterogénne systémy s určitou (koloidnou) disperziou vykazujú schopnosť intenzívneho Brownovho pohybu a majú vysokú kinetickú stabilitu.

Tým, že majú vysoko vyvinuté fázové rozhranie a následne obrovský prebytok voľnej povrchovej energie, sú tieto systémy zásadne termodynamicky nestabilné, čo sa prejavuje agregáciou častíc, t.j. pri absencii stability agregátu. Tieto vlastnosti však nevyčerpávajú všetky vlastnosti, ktoré odlišujú koloidné systémy od iných systémov. Tak sa napríklad na prvý pohľad zdá nepochopiteľné, prečo sa koloidné častice, vykonávajúce energetické pohyby a narážajúce na seba, nie vždy zlepia do väčších agregátov a nezrážajú sa, ako by sa dalo očakávať na základe druhého termodynamického zákona. , pretože v tomto prípade by sa celkový povrch zmenšil a s ním aj voľná energia.

Ukazuje sa, že v mnohých prípadoch je stabilita takýchto systémov spojená s prítomnosťou stabilizačnej vrstvy na povrchu koloidných častíc. Nevyhnutnou podmienkou pre vytvorenie stabilných koloidných systémov je teda prítomnosť tretej zložky – stabilizátora. Stabilizátormi koloidných systémov môžu byť elektrolyty alebo niektoré iné látky, ktoré nemajú elektrolytickú povahu, ako sú makromolekulové zlúčeniny (HMC) alebo povrchovo aktívne látky (tenzidy). Mechanizmus stabilizácie elektrolytmi a neelektrolytmi je výrazne odlišný.

Vplyv elektrolytov na stabilitu koloidných systémov je komplexný. V niektorých prípadoch môže nevýznamné pridanie elektrolytu viesť k narušeniu stability systému. V iných prispieva k zvýšeniu stability zavedenie elektrolytu.

Zvlášť sa stáva tvorba adsorpčných vrstiev stabilizátorov, ako sú povrchovo aktívne látky veľký význam v prítomnosti dvojrozmerných štruktúr so zlepšenými štrukturálnymi a mechanickými vlastnosťami. V mnohých prípadoch sa stabilizácia dosiahne vtedy, keď je len 40-60 % povrchu koloidných častíc pokrytých monovrstvou, kedy ochranná vrstva má nespojitý charakter (vo forme ostrovčekov). Maximálna stabilita je dosiahnutá, samozrejme, vytvorením úplne nasýtenej monomolekulárnej vrstvy. Štrukturálne a mechanické vlastnosti adsorpčných vrstiev do značnej miery určujú správanie koloidných systémov. Tieto vrstvy môžu byť vytvárané alebo menené malými množstvami ľubovoľných rozpustených látok, preto je možné kontrolovať množstvo vlastností koloidných systémov, čo má široké využitie v rôznych praktických aplikáciách.

Koloidné systémy pozostávajúce z častíc dispergovanej látky, ktoré sa môžu voľne pohybovať v kvapalnom disperznom prostredí spolu s molekulami alebo iónmi tretej zložky (stabilizátora) adsorbovanými na ich povrchu, sa nazývajú lyosoly a samotné častice, ktoré majú zložitú štruktúru, sú tzv. nazývané micely.

Podľa charakteru interakcie koloidných častíc s disperzným prostredím možno lyosóly rozdeliť na lyofilné a lyofóbne. Túto klasifikáciu prvýkrát navrhol nemecký koloidný vedec Freindlich. Všetky systémy rozdelil do dvoch tried – lyofilné a lyofóbne. V súlade s myšlienkami vyvinutými Freundlichom sa systémy nazývajú lyofóbne, častice dispergovanej fázy, ktoré neinteragujú s disperzným médiom, nesolvatujú a nerozpúšťajú sa v ňom. Lyofilné systémy sú systémy, ktorých častice dispergovanej fázy intenzívne interagujú s disperzným prostredím.

Lyofóbne systémy zahŕňajú sóly drahých kovov, sóly metaloidov (síra, selén, telúr), disperzie polymérov vo vode (napríklad polystyrén, fluorolon), sóly arzénu, antimónu, kadmia, sulfidov ortuti, sóly hydroxidov železa, hliník , atď. Tieto systémy sa vyznačujú takzvanou kinetickou stabilitou a agregatívnou nestabilitou a vyžadujú si stabilizáciu. Freundlich označoval lyofilné koloidné systémy roztoky tvorené rozpustením prírodných alebo syntetických IUD. Ide o roztoky bielkovín, škrobu, pektínov, gúm, éterov celulózy a rôznych živíc, prírodných aj syntetických.

Roztoky IUD sa teda predtým považovali za lyofilné koloidné systémy. Boli považované za dvojfázové disperzné systémy, a teda podstata Freundlichovej klasifikácie bola zredukovaná na molekulárne interakcie medzi disperznou fázou a disperzným prostredím. Na tomto základe sa uskutočnilo rozdelenie na lyofilné a lyofóbne systémy. Lyofilné systémy sa považovali za dvoj- alebo viacfázové, termodynamicky nestabilné, nepodliehajúce Gibbsovmu fázovému pravidlu. Tento názor sa však ukázal ako nesprávny. V skutočnosti je teraz spoľahlivo preukázané, že roztoky IUD sú skutočnými riešeniami, t.j. jednofázové systémy, homogénne, termodynamicky stabilné a podriaďujúce sa Gibbsovmu fázovému pravidlu. Verilo sa, že reverzibilita je charakteristickú vlastnosť lyofilné koloidné systémy, ale nie je to tak, pretože v tomto prípade IUD roztoky nie sú disperzné systémy.

V tejto súvislosti akademik V.A. Kargin ešte v roku 1948 upozornil na fakt, že Freundlichova klasifikácia je úplne nesprávna a navyše škodlivá.

Aby sa nezmenil význam týchto pojmov, P.A. Rebinder navrhol formulovať koncepty lyofilných a lyofóbnych koloidných systémov. Dispergované viac- alebo dvojfázové systémy rozdelil do dvoch tried na základe hodnoty špecifickej medzipovrchovej energie (povrchového napätia).

Lyofóbne systémy zahŕňali disperzné systémy s dostatočne vysokým medzipovrchovým napätím (s 12), väčším ako určitá hraničná hodnota s m:

s 12 > s m . (jeden)

Tieto systémy sa vyznačujú veľkou medzifázovou voľnou energiou, takže fázová hranica je výrazná: systém je agregatívne nestabilný a vyžaduje zavedenie stabilizátora. Rozptyl takýchto systémov je ľubovoľný.

Lyofilné systémy sú dvojfázové koloidné systémy s nízkou, aj keď pozitívnou, medzifázovou voľnou energiou menšou alebo rovnou hraničnej hodnote,

s 12 ≤ s m . (2)

Sú to systémy s veľmi nízkou medzifázovou energiou, sú termodynamicky stabilné a vznikajú spontánne. Ich disperzia je celkom jasná a nachádza sa v koloidnej oblasti.

Skutočnosť, že disperzné systémy sú klasifikované podľa voľnej povrchovej energie, ukazuje, že koloidné javy úzko súvisia s vlastnosťami rozhrania.

Lyofilné systémy zahŕňajú:

1) takzvané kritické emulzie, ktoré vznikajú v dôsledku zníženia povrchového napätia pri zahriatí na teplotu blízku teplote neobmedzeného miešania alebo v dôsledku pridania veľmi veľkého množstva povrchovo aktívnych látok;

2) asociatívne koloidné systémy tvorené vo vodnom prostredí látkami, ako sú mydlá, niektoré farbivá a triesloviny, a v nevodnom prostredí niektorými povrchovo aktívnymi látkami. Takéto látky v zriedených roztokoch sú v molekulovom stave, pri zvyšovaní koncentrácie dochádza k agregácii molekúl s tvorbou častíc koloidnej veľkosti, t.j. vznikajú micely. Koncentrácia látky v roztoku, pri ktorej dochádza k prechodu zo skutočného roztoku na koloidný, sa bežne nazýva kritická koncentrácia miciel (CMC).

Klasifikácia disperzných systémov sa môže uskutočniť podľa špecifického povrchu a pórovitosti dispergovanej fázy.

V tých procesoch, v ktorých sa zúčastňujú dve susediace fázy, sú veľmi dôležité vlastnosti rozhrania alebo hraničnej vrstvy oddeľujúcej jednu fázu od druhej. Molekuly, ktoré tvoria takéto vrstvy, majú špeciálne vlastnosti. Ak vezmeme do úvahy monolitickú fázu, potom počet molekúl, ktoré tvoria povrchovú vrstvu, možno zanedbať v porovnaní s obrovským počtom molekúl vo veľkom tele. Môžeme predpokladať, že energetická rezerva systému je úmerná hmotnosti obsiahnutej v objeme tela.

Pri brúsení pevného telesa sa počet molekúl v povrchovej vrstve zvyšuje a dosahuje maximálnu hodnotu v koloidno-dispergovaných systémoch. Preto sú procesy vyskytujúce sa v rozptýlených systémoch spôsobené vlastnosťami povrchové vrstvy na hranici. Tvorba pien, emulzií, hmly, flotačné, zmáčacie a disperzné procesy, sorpčné techniky a mnohé ďalšie sú založené na vlastnostiach medzifázových povrchov v disperzných systémoch.

Špecifický povrch je pomer povrchu telesa k jeho objemu alebo hmotnosti:

A beaty \u003d A / V alebo A beaty \u003d A / Vr, (3)

kde A bije, A - špecifický a celkový povrch; r je hustota látky, V je objem telesa.

Pre kubické častice

A údery \u003d 6a 2 / a 3 \u003d 6a -1

A bije \u003d 6a 2 /a 3 r \u003d 6 / ar (m 2 / kg). (4)

Pre sférické častice

A údery \u003d 4 r 2 / (4/3 r 3) (m -1),

A bije \u003d 3 / r (m -1),

A bije \u003d 3 / rr (m 2 / kg). (päť)

Ak vezmeme kocku hmoty, rozdelíme jej tri strany na 10 častí a nakreslíme roviny v troch smeroch, dostaneme menšie kocky. Takýto proces možno považovať za simuláciu procesu disperzie. Zmena špecifického povrchu počas procesu disperzie je uvedená v tabuľke. 4.

Tabuľka 4

Závislosť špecifického povrchu od disperzie

Vlákna, nite a filmy hrajú dôležitú úlohu v textilných koloidných systémoch. Špecifickú plochu povrchu takýchto systémov možno vypočítať pomocou vzorcov:

pre film

A údery \u003d 2l 2 / l 2 a \u003d 2 / a, (6)

kde a je hrúbka fólie, l je jej šírka a dĺžka;

pre valec (vlákna, nite)

A bije \u003d 2lr / r 2 l \u003d 2 / r, (7)

kde r je polomer valca, l je jeho dĺžka.

Prepojené disperzné systémy - porézne telesá - spolu s vonkajšími špecifický povrch možno charakterizovať veľkosťou (polomerom) pórov, ich objemom a vnútorným špecifickým povrchom. Pohodlnú klasifikáciu pórov podľa veľkosti navrhol M.M. Dubinin. V súlade s touto klasifikáciou možno všetky pórovité telesá rozdeliť do troch tried (v závislosti od adsorpčných vlastností): mikroporézne telesá s polomerom pórov 2 10 -9 m, mezoporézne (prechodne porézne) - (2/50) 10 -9 m , makroporézny 50 10 -9 m.

mikroporézne telesá v V poslednej dobe rozdelené na ultra- a supermikroporézne. Takáto klasifikácia veľmi približne odráža celé spektrum možných veľkostí pórov (od makropórov cez mezopóry a mikropóry až po subatomárne „póry“ v podobe medzier medzi makrokryštálmi v polyméroch alebo bodových defektov v kryštáloch). V tejto súvislosti je potrebné poznamenať, že žiadna klasifikácia nemôže plne pokryť celú škálu disperzných systémov, ktoré existujú v prírode a technologickej praxi.

Tvorba štruktúry v disperzných systémoch a v roztokoch polymérov.

So zvýšením koncentrácie dispergovanej fázy v dispergovaných systémoch (alebo koncentrácie rozpustených polymérov) je možná tvorba takých agregátov častíc (alebo asociátov makromolekúl), ktoré spôsobujú odchýlku toku takýchto systémov od zákonitostí. z Newtonu a Poiseuille. Takéto kvapaliny sa nazývajú abnormálne viskózne a koncentrácia, pri ktorej dochádza ku kvalitatívnej zmene vlastností systému, sa nazýva kritická koncentrácia tvorby štruktúry. Keď sa v dispergovanom systéme dosiahne kritická koncentrácia dispergovanej fázy, z interagujúcich častíc spontánne vznikne priestorová štruktúra.

Vytvorenie silnej štruktúry, nazývanej kryštalická, vedie k priamemu kontaktu medzi časticami, t.j. taký kontakt, pri ktorom zaniká fázová hranica medzi časticami. Tento proces je pozorovaný pri tvorbe disperzného systému kondenzáciou, kedy sa jednotlivé kryštály spájajú: pri tvrdnutí betónu, pri tvorbe papierového pásu alebo netkaného materiálu, pri tvorbe priestorových sietí pri polymerizácii atď. Interakcia častíc cez tenkú medzivrstvu kvapalnej fázy vedie k vytvoreniu koagulačných kontaktov. Po zničení sú tieto kontakty reverzibilne obnovené. Táto vlastnosť sa nazýva „tixotropia“. Takéto kontakty sú možné v pigmentových pastách, v keramických hmotách, v roztokoch polymérov a disperziách. Schopnosť reverzibilnej obnovy štruktúry po odstránení záťaže je základom pre pôsobenie šlichtovacích činidiel a zahusťovadiel v tlačiarenských farbách pri farbení textilných materiálov, ako aj pri lepení vlákien latexom pri získavaní netkaných materiálov, pri zachovaní tvaru keramických výrobkov. , držanie lakov, farieb a emailov na zvislých stenách a pod.

Koagulačné štruktúry sa vyznačujú relatívne nízkymi interakčnými energiami a vo väčšine prípadov vznikajú pri čiastočnom znížení stability disperzných systémov. V takýchto štruktúrach priemerná vzdialenosť medzi časticami zodpovedá rovnovážnej hrúbke kvapalných filmov a je charakterizovaná prvým alebo druhým minimom na krivkách potenciálnej energie párovej interakcie častíc.

V súlade so spôsobom tvorby koagulačných štruktúr sa častice môžu nachádzať vo vzdialenostiach H 1 » 10 -9 m alebo H 2 » 10 -7 m.

Interakčná energia v prvom potenciálnom minime je o dva rády vyššia ako interakčná energia v druhom potenciálnom minime (potenciálna studňa). V praxi je bežnejšia tvorba štruktúry s fixáciou častíc v druhom potenciálnom minime.

Objemový podiel dispergovanej fázy, pri ktorom dochádza k tvorbe koagulačnej štruktúry, závisí od tvaru častíc. Asymetrické častice môžu vytvárať štruktúru v oveľa nižšej koncentrácii ako sférické častice. Asymetrický tvar častíc je charakteristický pre hydroxidy železa a hliníka, íl a niektoré pigmenty. Pevnosť konštrukcie je charakterizovaná napätím potrebným na zničenie priestorovej štruktúry.

Štruktúrované tekutiny sa neriadia zákonmi Newtonovho a Poiseuillovho prúdenia. Existujú dva typy štruktúrovanej kvapaliny: kvapalina podobná a pevná štruktúra.

Kvapaliny so štruktúrou podobnou kvapaline sa vyznačujú reologickými krivkami toku, ktoré nemajú kritické šmykové napätie, a existujú dva lineárne úseky pseudonewtonského toku.

Pevné konštrukcie musia byť zničené pred začiatkom toku. Inými slovami, takáto štruktúra pred zničením má vlastnosti pevného telesa.

Oblasť koloidnej chémie, ktorá sa zaoberá štúdiom zákonitostí tvorby a deštrukcie štruktúr v disperzných systémoch a v roztokoch polymérov, sa nazýva „reológia“. V reológii operujú s takými pojmami ako deformácia, t.j. relatívne posunutie časti systému bez narušenia jeho integrity. Deformácia môže byť elastická a zvyšková. Pri elastickej deformácii sa po odstránení napätia obnoví tvar telesa.

Na obr. 2.30 je znázornený diagram rovnomerného posunu kocky s dĺžkou hrany l, konvenčne zvolenej zo skúmaného systému, pri pôsobení šmykového napätia P. Mierou posunu je pomer posunutia x k počiatočnej dĺžke hrana kocky l, tj výška, v ktorej dochádza k posunu

x / l = tga = g , (2.4.52)

kde a je uhol odsadenia prvku konštrukcie.

Meradlom rýchlosti deformácie je gradient rýchlosti posunu:

Reológia pracuje s tromi idealizovanými závislosťami medzi P a g (alebo) na opis troch štruktúrnych vlastností (elasticita, viskozita a plasticita) a používa kombinácie týchto závislostí na opis zložitejších procesov vyskytujúcich sa v štruktúrovaných disperzných systémoch.

Elastická deformácia (alebo elasticita) je úmerná šmykovému napätiu:

kde E je Youngov modul.

Rovnica (2.4.54) sa nazýva Hookov zákon. Závislosť, ktorá je pre ideálne pružné teleso popísaná rovnicou (2.4.54), je znázornená na obr. 2.31 hod. Fyzický model ideálneho elastického tela Hooka je zvyčajne znázornený vo forme špirálovej pružiny upevnenej na jednom konci a natiahnutej na druhom.

Mierou elasticity je Youngov modul, definovaný ako ctga závislosti znázornenej na obr. 2.31 hod. Táto závislosť ideálneho telesa je lineárna. Fyzikálny význam elastickej deformácie spočíva v zmene medziatómových vzdialeností, keď vzniká napätie a teleso má tendenciu vracať atómy do pôvodného rovnovážneho stavu, ktorý sa vyznačuje minimom voľnej energie. V tomto ohľade ideálne elastické teleso obnoví svoj tvar a rozmery takmer okamžite po odstránení napätia. Na obnovenie pôvodných rozmerov a tvaru v skutočných elastických telesách je potrebný nejaký zanedbateľný čas.

Viskózny tok je opísaný Newtonovou rovnicou (2.4.1, a) v tvare. Diagram modelu viskózneho prúdenia a závislosť gradientu rýchlosti posunu od napätia sú na obr. 2.31b. Viskozita kvapaliny je definovaná ako ctgb. Ako mechanický model ideálnej viskóznej newtonovskej tekutiny je vo valci piest, medzi ktorým je možný prepad.

Fyzikálny model viskózneho toku je spojený s tepelne aktivovaným procesom preskupenia interakcií

iné molekuly. Prirodzene, pôsobením stresu sa niektoré väzby medzi molekulami kvapaliny prerušia, zatiaľ čo iné sa opäť vytvoria. V skutočne viskóznej newtonovskej kvapaline zostáva koeficient viskozity konštantný od veľmi malých zaťažení až po napätia, pri ktorých sa režim laminárneho prúdenia stáva turbulentným. V mnohých prípadoch sa pri štúdiu viskózneho toku používa hodnota, ktorá je prevrátenou hodnotou viskozity, ktorá sa nazýva tekutosť.

Plasticita alebo plastický tok nie je lineárnou funkciou napätia. Ako model plastickej deformácie sa používa pevné teleso, ležiace na rovine (obr. 2.31, c) a držané na mieste silami suchého trenia až do určitého napätia, ktoré dokáže prekonať toto suché (coulombovské) trenie. Takéto prúdenie je možné napríklad v pigmentových pastách, keď dochádza k postupnej deštrukcii-obnoveniu kontaktov medzi časticami, ktoré sú fixované v priestore cez určitú medzivrstvu kvapalnej fázy. V prípade, že sa v systéme pri priamom kontakte častíc vytvorí kryštalická štruktúra, prúdenie začne až po nevratnom zničení takýchto kontaktov a kritické napätie bude zodpovedať ich sile.

Samozrejme, v praktickej aplikácii tvorby štruktúry

a deštrukcia (napríklad, keď je štruktúra zničená v tlačiarenských farbách zahustených polymérom počas miešania a v procese jej aplikácie na tkaninu a keď je štruktúra obnovená vo vzore, ktorý je aplikovaný na tkaninu, alebo keď roztok polyméru - šlichtovací prípravok - sa aplikuje na nite), môžu sa súčasne zobraziť a rôzne druhy deformácie: elastická deformácia, potom viskózny alebo plastický tok a následné štruktúrovanie.

Ak je v systéme vonkajšie napätie vynaložené na prekonanie elastickej deformácie a viskózneho toku, potom sa použije model navrhnutý Maxwellom zo sériovo zapojených prvkov modelov Hooke a Newton (obr. 2.32, a). V takýchto systémoch je typický prejav relaxácie stresu opísaný rovnicou

P 0 (t) = P 0 exp (t/t p), (2.4.55)

kde P 0 \u003d E 0 g 0 - počiatočné napätie; t p \u003d h / E - relaxačný čas.

Pre t >t p zodpovedá Maxwellov model prúdeniu podobnému kvapaline. Fenomén relaxácie je spôsobený skutočnosťou, že na reštrukturalizáciu konštrukcie pri relatívne nízkom napätí je potrebný určitý čas. Preto pri krátkodobom (okamžitom) privedení napätia vznikajú v systéme postupne klesajúce vnútorné napätia. Je možné, že odstránenie vnútorného napätia bude realizované v t®¥. Kvapalina opísaná Maxwellovým modelom sa vyznačuje nevratnou deformáciou.

Vlastnosti systému (tuhá látka alebo kvapalina) teda závisia od času relaxácie, ktorý je určený priesečníkom dotyčnice k počiatočnému rezu deformačnej krivky s osou x (pozri obr. 2.32, a).

Ak systém vykazuje zvýšenie napätia v priebehu času pri konštantnom namáhaní a úplné zníženie napätia v určitom čase po odstránení zaťaženia, potom takéto systémy sú opísané Kelvinovým-Voigtovým modelom, ktorý pozostáva z paralelne zapojených prvkov Hooke. a Newtonových modelov (obr. 2.33). Tento model je charakteristický mechanicky reverzibilným pevným štruktúrovaným telom. Pre takúto štruktúru sa zvyčajne používa rovnica pre P = konšt

g(t) = P°/E. (2.4.56)

Táto rovnica popisuje vzostupnú vetvu krivky na obrázku 2.33. Zostupná vetva (pri P = 0) je opísaná rovnicou

g = g m exp(- t/t p). (2.4.57)

Za najpresnejší model na popis správania sa reálnych systémov treba považovať model paralelne zapojených prvkov Newtonovho a Coulombovho modelu navrhnutý Binghamom. Schéma modelu a deformačná krivka sú znázornené na obr. 2.34.

Pri napätiach menších ako je medza klzu P t má systém elastické vlastnosti. Po dosiahnutí tohto napätia začína plastický tok, ktorý opisuje, ktorý Bingham navrhol rovnicu

Takýto viskoplastický tok je charakteristický pre mnohé koagulačné štruktúry - pigmentované taveniny a roztoky polymérov, tlačiarenské farby, roztoky hliny, koncentrované emulzie atď. Zvýšenie napätia často vedie k ďalšiemu zničeniu konštrukcie. V takýchto systémoch treba hovoriť o „efektívnej“ viskozite h ef, ktorá klesá so zvyšujúcim sa namáhaním na určitú hraničnú hodnotu zodpovedajúcu úplnému zničeniu štruktúry v systéme.

Vlastnosti disperzných systémov a stanovenie veľkosti častíc.

Časť „Vlastnosti koloidných systémov“ zahŕňa úvahy o difúzii, Brownovom pohybe, osmóze, sedimentácii, rozptyle svetla a absorpcii, ako aj o všeobecné zásady určenie najdôležitejšej charakteristiky systémov - priemernej veľkosti častíc. Častice v disperzných systémoch majú zvyčajne distribúciu veľkosti, preto vedomosti študentov o tom, ako určiť parametre týchto distribúcií, im umožnia správne pochopiť, že vlastnosti koloidných systémov sú funkciou nielen stupňa fragmentácie (disperzie) rozdrvená (dispergovaná) fáza, ale aj jej distribúcia veľkosti častíc.

Táto skutočnosť sa prejavuje v tých priemyselných disperzných systémoch, ktoré sa používajú pri výrobe a zušľachťovaní textilných materiálov, napríklad pri použití disperzných a sírových farbív alebo pigmentových disperzií pri tlači vzorov na tkaniny a farbení vlákien vo veľkom. Pri skladovaní v disperzných systémoch (farbách) na báze pigmentov alebo v tónovanej hmote vláknotvorného polyméru sa uvoľňuje hrubá frakcia alebo dochádza k nerovnomernému rozloženiu častíc v polymérnej hmote, čo môže zmeniť odtieň alebo aj farbu farbené vlákna, pretože intenzita odrazu svetla a jeho rozptyl závisí od veľkosti častíc.

Stanovenie veľkosti častíc alebo kvapôčok emulzie je tiež dôležité pre vytvorenie efektívneho procesu emulgácie prírodných vlákien počas ich spracovania alebo počas leteckého spracovania syntetických vlákien. Interakcia vlákien s časticami, napríklad polymérne latexy používané na lepenie vlákien v netkaných materiáloch alebo pri glejovaní tkanín, závisí od ich veľkosti, preto, keď sa zvažujú teoretické aspekty adhézie častíc k vláknam, koagulácia (agregácia častíc) a heterokoagulácia (usadzovanie častíc na vláknach) , schopnosť určiť veľkosť častíc by mala byť nepochybne jednou z najdôležitejších zručností, ktoré si študenti v tejto časti učebnice rozvinú.

Odhadnúť disperzitu heterogénnych systémov je náročná úloha vzhľadom na rôznorodosť tvaru ich častíc, polydisperzitu a možnú agregáciu primárnych častíc. Preto sa zvyčajne určuje určitá priemerná hodnota a za prijateľnú sa považuje chyba 10-20%.

Zoznam použitej literatúry:

1. P. A. Rebinder, Povrchové javy v disperzných systémoch.

2. Koloidná chémia, vybrané. práce, M., 1978; Deryagin B.V., "Advances in Chemistry", 1979, v. 48, c. 4, str. 675-721

3. Uriev N. B., Vysoko koncentrované disperzné systémy, M., 1980

4. Koagulačné kontakty v disperzných systémoch, M., 1982

5. Capillary Chemistry, ed. K. Tamaru, prekl. z japončiny, M., 1983

6. Shchukin E. D., Pertsov A. V., Amelina E. A., Koloidná chémia, Moskva, 1982

7. Tiež svieti. pod článkami Koloidná chémia. povrchové javy. Fyzikálna a chemická mechanika. L. A. Sakra. E. D. Schukin.

Prehľad: 1. Vedenie .................................................. .................................................. 2 2. Hlavné typy disperzných systémov ...................................................... .......................2 3. Vznik disperzných sústav............. ....... ...................

Viete, že pri zmiešaní látok s vodou vznikajú homogénne systémy (charakteristická vlastnosť roztokov) aj heterogénne zmesi. Premýšľali ste niekedy o tom, prečo niektoré látky s vodou tvoria homogénny systém, zatiaľ čo iné - heterogénne? Ak chcete odpovedať na túto otázku, musíte zistiť, čo sa deje v procese rozpúšťania látok vo vode.

Pri rozpustení sa látky rozdrvia, takže pravé roztoky, ako aj suspenzie a emulzie sú dispergované systémy (disperzia znamená mletie). Existuje veľa disperzných systémov. Líšia sa od seba podľa toho, ktoré častice (tuhé, kvapalné, plynné) a v médiu (kvapalina, plyn) sú rozmiestnené. Takže napríklad jeden z rozptýlených systémov - dym pozostáva zo zmesi plynov a veľmi jemných častíc tuhej hmoty. Hmla je rozptýlený systém, kde médiom môže byť vzduch a rozptýlené častice sú malé kvapky kvapaliny. Peny sú rozptýlené systémy, kde médium je kvapalina a rozptýlená látka je plyn. Takýto systém môže byť tvorený zmesami rôznych látok v rôznom stave agregácie.

Príklady rozptýlených systémov: a - dym, b - hmla, c - pena

Systém, v ktorom je jedna látka vo forme veľmi malých častíc rozložená v inej látke, sa nazýva disperzný systém.

Najbežnejšie v prírode sú disperzné systémy, v ktorých je dispergované médium kvapalina a dispergovaná fáza je pevná látka. V závislosti od veľkosti častíc tuhej látky sa disperzné systémy delia na hrubé (suspenzie a heterogénne zmesi s veľkosťou častíc nad 1 μm) a jemné (koloidné) systémy. Ak častice látky rozložené v systéme majú veľkosť molekúl alebo iónov, potom vzniká homogénna sústava - roztok.

Disperzné systémy sú plynné, kvapalné a pevné. Súhrnné stavy distribuovanej látky a média, ako aj veľkosti častíc určujú vlastnosti disperzných systémov. Ak sú častice distribuované vo veľkosti oveľa väčšej ako molekuly, potom je disperzný systém do určitej miery nestabilný. Stáva sa heterogénnym: distribuovaná látka v závislosti od svojej špecifickej hmotnosti stúpa na povrch alebo sa vyzráža. Proces usadzovania častíc prebieha tým rýchlejšie, čím je systém hrubší.

Dispergované systémy obsahujúce veľké častice (viac ako 100 mikrónov) sa nazývajú suspenzie (zakalené zmesi).

Napríklad po búrke sa voda v rieke víri cez rozrušené častice bahna. Voda sa postupne čistí v dôsledku sedimentácie pevných častíc.

Častice väčšiny suspenzií možno pozorovať pod mikroskopom. V závislosti od stavu agregácie dispergovanej látky sa takéto systémy delia na suspenzie a emulzie. Dispergované systémy predstavujúce kvapaliny, v ktorých sú distribuované pevné látky, sa nazývajú suspenzie (napríklad zmes vody a ílu). Ak sú kvapôčky inej kvapaliny distribuované v jednej kvapaline, potom sa takéto systémy nazývajú emulzie. Napríklad emulzie vznikajú trepaním petroleja, benzínu, oleja s vodou.

suspenzia a emulzia

a) mlieko (emulzia); b) zmes vody s kávovým nápojom (suspenzia)

Existujú aj zložité rozptýlené systémy, ako napríklad mlieko. Obsahuje vo vode rozpustný mliečny cukor a v ňom dispergovaný rozpustný kazeín a tuk. V priebehu času tuk vystúpi na povrch ako smotana a kazeín sa uvoľní ako syr, keď mlieko vykysne.

Dispergované systémy obsahujúce častice s veľkosťou od 1 do 100 mikrónov. sa nazývajú koloidné roztoky alebo soly (podobné lepidlu).Častice koloidných roztokov je možné vidieť len pomocou ultramikroskopov.

koloidný roztok

Lepidlo - koloidný roztok

Proces zväčšovania veľkosti koloidných častíc sa nazýva koagulácia alebo koagulácia. V koloidných roztokoch prebieha koagulácia veľmi pomaly. Ak sú častice relatívne veľké, začnú sa rýchlo zrážať, preto sa lieky, ktoré sú suspenziami alebo emulziami, odporúčajú pred užitím pretrepať.

Ak je distribuovaná látka obsiahnutá v rozptýlenom systéme vo forme jednotlivých molekúl alebo iónov, potom je takýto systém veľmi stabilný, pretrváva dostatočne dlhú dobu a nazýva sa skutočný (molekulárny alebo iónový) roztok.

Veľkosť častíc v molekulárnych roztokoch nepresahuje 1 mikrón, preto sa skutočné roztoky nazývajú homogénne systémy, pretože ich nehomogenitu nemožno zistiť ani ultramikroskopom.

Mnoho plynov, kvapalín a pevných látok sa rozpúšťa vo vode. Cukor a kuchynská soľ sa ľahko rozpúšťajú vo vode; oxid uhličitý, amoniak a mnohé ďalšie látky, ktoré sa zrážajú s vodou, prechádzajú do roztoku a strácajú svoj predchádzajúci stav agregácie. Rozpustená látka môže byť oddelená od roztoku určitým spôsobom. Ak sa roztok odparí stolová soľ potom soľ zostáva vo forme pevných kryštálov.

Keď sa látky rozpustia vo vode (alebo inom rozpúšťadle), vytvorí sa homogénny (homogénny) systém. Roztok je teda homogénny systém pozostávajúci z dvoch alebo viacerých zložiek. Roztoky môžu byť kvapalné, pevné alebo plynné. Medzi zriedkavé roztoky patrí napríklad roztok cukru alebo chloridu sodného vo vode, alkohol vo vode a podobne. Tuhé roztoky jedného kovu v druhom zahŕňajú zliatiny: mosadz je zliatina medi a zinku, bronz je zliatina medi a cínu a podobne. Plynná látka je vzduch alebo vo všeobecnosti akákoľvek zmes plynov.

Uvedené rozdelenie medzi rôzne riešenia je podmienené, neexistujú medzi nimi ostré hranice.

Heterogenita suspenzií a sólov sa vysvetľuje tým, že tuhá látka, ktorej častice sú v kvapaline, sa v nej nerozpúšťajú.

V závislosti od rozpúšťadla sú roztoky vodné a nevodné (napríklad alkoholový roztok jódu).

Adhézia koloidných častíc a ich usadzovanie v roztoku sa nazýva koagulácia.

Podľa stavu agregácie rozpustenej látky sa roztoky delia na: pevné (napríklad zliatiny), kvapalné (napríklad čaj), plynné (napríklad zmes plynov, vzduch).

Aké systémy sa nazývajú rozptýlené?

Čo je to emulzia? Uveďte príklad.

Čo je pozastavenie? Uveďte príklad.

Uveďte príklady koloidných a pravých roztokov.

Úlohy na sebaovládanie

Vypočítajte hmotnosť a množstvo kyseliny sírovej potrebné na neutralizáciu roztoku obsahujúceho hydroxid sodný s hmotnosťou 20 g.

Množstvo soli sa vytvorí, ak sa neutralizuje hydroxid draselný kyselina sírová s hmotnosťou 9,8 g?

V prírode je dosť ťažké nájsť čistú látku. V rôznych skupenstvách môžu tvoriť zmesi, homogénne a heterogénne - disperzné systémy a roztoky. Aké sú tieto súvislosti? Aké sú to typy? Pozrime sa na tieto otázky podrobnejšie.

Terminológia

Najprv musíte pochopiť, čo sú rozptýlené systémy. Táto definícia sa chápe ako heterogénne štruktúry, kde jedna látka ako najmenšie častice je rovnomerne rozložená v objeme druhej. Zložka, ktorá je prítomná v menšom množstve, sa nazýva dispergovaná fáza. Môže obsahovať viac ako jednu látku. Zložka prítomná vo väčšom objeme sa nazýva médium. Medzi časticami fázy a ňou existuje rozhranie. V tomto ohľade sa disperzné systémy nazývajú heterogénne - heterogénne. Prostredie aj fáza môžu predstavovať látky v rôznom stave agregácie: kvapalné, plynné alebo pevné.

Disperzné systémy a ich klasifikácia

Podľa veľkosti častíc vstupujúcich do fázy látok sa rozlišujú suspenzie a koloidné štruktúry. Pri prvom je hodnota prvkov viac ako 100 nm a pri druhom od 100 do 1 nm. Keď sa látka rozloží na ióny alebo molekuly, ktorých veľkosť je menšia ako 1 nm, vznikne roztok – homogénny systém. Od ostatných sa líši svojou rovnomernosťou a absenciou rozhrania medzi médiom a časticami. Koloidné disperzné systémy sú prezentované vo forme gélov a sólov. Suspenzie sa zase delia na suspenzie, emulzie, aerosóly. Roztoky sú iónové, molekulárno-iónové a molekulárne.

pozastavenie

Tieto dispergované systémy zahŕňajú látky s veľkosťou častíc väčšou ako 100 nm. Tieto štruktúry sú nepriehľadné: ich jednotlivé zložky je možné vidieť voľným okom. Médium a fáza sa ľahko oddelia počas usadzovania. Čo sú pozastavenia? Môžu byť kvapalné alebo plynné. Prvé sú rozdelené na suspenzie a emulzie. Posledne menované sú štruktúry, v ktorých médium a fáza sú kvapaliny, ktoré sú navzájom nerozpustné. Patrí sem napríklad lymfa, mlieko, farba na vodnej báze a iné. Suspenzia je štruktúra, kde médium je kvapalina a fáza je tuhá, nerozpustná látka v nej. Takéto disperzné systémy sú mnohým dobre známe. Patria sem najmä „vápenné mlieko“, morský alebo riečny bahno suspendovaný vo vode, mikroskopické živé organizmy bežné v oceáne (planktón) a iné.

Aerosóly

Tieto suspenzie sú rozložené malé častice kvapaliny alebo tuhej látky v plyne. Sú hmly, dym, prach. Prvým typom je distribúcia malých kvapiek kvapaliny v plyne. Prach a výpary sú suspenzie pevných zložiek. Zároveň sú prvé častice o niečo väčšie. Búrkové mraky, samotná hmla, sú prirodzené aerosóly. Nad veľkými priemyselnými mestami visí smog, ktorý pozostáva z pevných a kvapalných zložiek distribuovaných v plyne. Treba poznamenať, že aerosóly ako rozptýlené systémy majú veľký praktický význam, plnia dôležité úlohy v priemyselných a domácich činnostiach. Medzi príklady pozitívneho výsledku ich použitia patrí ošetrenie dýchacieho ústrojenstva (inhalácia), ošetrenie polí chemikáliami, nástrek farby striekacou pištoľou.

koloidné štruktúry

Ide o disperzné systémy, v ktorých fázu tvoria častice s veľkosťou od 100 do 1 nm. Tieto komponenty nie sú viditeľné voľným okom. Fáza a médium v ​​týchto štruktúrach sa ťažko oddeľujú usadzovaním. Soly (koloidné roztoky) sa nachádzajú v živej bunke a v tele ako celku. Tieto tekutiny zahŕňajú jadrovú šťavu, cytoplazmu, lymfu, krv a iné. Tieto dispergované systémy tvoria škrob, lepidlá, niektoré polyméry a proteíny. Tieto štruktúry možno získať v procese chemické reakcie. Napríklad pri interakcii roztokov kremičitanu sodného alebo draselného s kyslými zlúčeninami vzniká zlúčenina kyseliny kremičitej. Vonkajšie je koloidná štruktúra podobná skutočnej. Prvé sa však od druhých líšia prítomnosťou „svetelnej dráhy“ – kužeľa, keď cez ne prechádza lúč svetla. Sóly obsahujú väčšie častice fázy ako v skutočných roztokoch. Ich povrch odráža svetlo – a v nádobe pozorovateľ vidí svetelný kužeľ. V skutočnom riešení takýto jav neexistuje. Podobný efekt možno pozorovať aj v kine. V tomto prípade lúč svetla neprechádza kvapalinou, ale aerosólovým koloidom - vzduchom haly.

Zrážanie častíc

V koloidných roztokoch sa fázové častice často neusadzujú ani pri dlhšom skladovaní, čo je spojené s nepretržitými zrážkami s molekulami rozpúšťadla pod vplyvom tepelného pohybu. Keď sa k sebe priblížia, nezlepia sa, pretože na ich povrchu sú elektrické náboje rovnakého mena. Za určitých okolností však môže dôjsť ku koagulačnému procesu. Ide o efekt lepenia a zrážania koloidných častíc. Pozorované tento proces pri neutralizácii nábojov na povrchu mikroskopických prvkov pri pridávaní elektrolytu. V tomto prípade sa roztok zmení na gél alebo suspenziu. V niektorých prípadoch je proces koagulácie zaznamenaný pri zahrievaní alebo v prípade zmeny acidobázickej rovnováhy.

Gély

Tieto koloidné disperzné systémy sú želatínové sedimenty. Vznikajú pri koagulácii sólov. Tieto štruktúry zahŕňajú početné polymérne gély, kozmetické, cukrárske, lekárske látky (koláč z vtáčieho mlieka, marmeláda, želé, želatína, želatína). Zahŕňajú aj prirodzené štruktúry: opál, telá medúz, vlasy, šľachy, nervové a svalové tkanivo, chrupavky. Proces vývoja života na planéte Zem možno v skutočnosti považovať za históriu vývoja koloidného systému. Postupom času dochádza k narušeniu gélovej štruktúry a z nej sa začína uvoľňovať voda. Tento jav sa nazýva syneréza.

homogénne systémy

Roztoky obsahujú dve alebo viac látok. Sú vždy jednofázové, to znamená, že ide o tuhú, plynnú látku alebo kvapalinu. Ale v každom prípade je ich štruktúra homogénna. Tento účinok sa vysvetľuje skutočnosťou, že v jednej látke je iná distribuovaná vo forme iónov, atómov alebo molekúl, ktorých veľkosť je menšia ako 1 nm. V prípade, že je potrebné zdôrazniť rozdiel medzi roztokom a koloidnou štruktúrou, nazýva sa to pravda. V procese kryštalizácie tekutej zliatiny zlata a striebra sa získajú pevné štruktúry rôzneho zloženia.

Klasifikácia

Iónové zmesi sú štruktúry so silnými elektrolytmi (kyseliny, soli, zásady - NaOH, HC104 a iné). Ďalším typom sú molekulárno-iónové disperzné systémy. Obsahujú silný elektrolyt (sírovodík, kyselina dusitá a ďalšie). Posledným typom sú molekulárne roztoky. Medzi tieto štruktúry patria neelektrolyty - organické látky (sacharóza, glukóza, alkohol a iné). Rozpúšťadlo je zložka, ktorej stav agregácie sa počas tvorby roztoku nemení. Takýmto prvkom môže byť napríklad voda. V roztoku soli, oxidu uhličitého, cukru pôsobí ako rozpúšťadlo. V prípade miešania plynov, kvapalín alebo tuhých látok bude rozpúšťadlo zložkou, ktorá je v zlúčenine väčšia.