Дисперзен систем во кој. Дисперзиран медиум. Изглед и исчезнување на карактеристиките на бојата

бр.6. За класификација на дисперзните системи, видете ја табелата. 3.

КЛАСИФИКАЦИЈА НА ДИСПЕРЗНИТЕ СИСТЕМИ Табела СПОРЕД СОСТОЈБА НА АГРЕГАЦИЈА
Дисперзивен медиум	Дисперзирани	Примери на некои природни дисперзирани системи и системи за домаќинство
	Течност	Магла, поврзан гас со капки масло, мешавина на карбуратор во автомобилските мотори (капки бензин во воздухот), аеросоли
	Цврсти	Прашина во воздухот, испарувања, смог, симум (прашина и песочна бура), цврсти аеросоли
Течност		Шумливи пијалоци, пени
	Течност	Емулзии. Течни медиуми на телото (крвна плазма, лимфа, дигестивни сокови), течна содржина на клетки (цитоплазма, кариоплазма)
	Цврсти	Солови, гелови, пасти (желе, желеа, лепила). Речна и морска тиња суспендирана во вода; минофрлачи
цврсти,		Снежна кора со воздушни меури во неа, земја, текстилни ткаенини, тули и керамика, пена гума, газирана чоколада, прав
	Течност	Влажна почва, медицински и козметички производи (масти, маскара, кармин, итн.)
	Цврсти	Карпи, обоени очила, некои легури

.

§ 14. ДИСПЕРЗНИ СИСТЕМИ

Чистите материи се многу чести во природатаретко. Мешавини на различни супстанции во различни агрегатисостојбите можат да формираат хетерогени и хомогенски системи – дисперзирани системи и решенија.

Дисперзирани наречена хетерогени системи , во која една супстанција е во форма на многу мали честичкиудира е рамномерно распоредена во обемот на другиот.

Таа супстанција (или неколку супстанции) штоприсутни во дисперзираниот систем во помала количинаквалитетна и распределена во волумен се нарекувадисперзираатнова фаза . Присутни во поголема количинасупстанција во чиј волумен се дистрибуира дисперзијатаоваа фаза се нарекува дисперзивен медиум . Помеѓудисперзивен медиум и дисперзирани фазни честичкиима интерфејс, поради што се нарекуваат дисперзирани системи хетерогени, т.е. хетерогени.
И дисперзиониот медиум и дисперзираната фаза можат да бидат составени од супстанции во различни состојби на агрегација. Во зависност од комбинацијата на состојбите на медиумот за дисперзија и дисперзираната фаза, може да се разликуваат осум типа на такви системи (Табела 2).
табела 2

Класификација на дисперзните системи
по физичка состојба

Дисперзија - наја средина	Распрснете нарна фаза	Примери за некои природни и домаќински дисперзирани системи
Гас	Течност	Магла, поврзан гас со капки масло, мешавина на карбураторот кај моторите на автомобилите жолчка (капки бен- зин во воздухот)
	Цврсти супстанција	Прашина во воздухот чад, смог, чад (правливи и песочни бури)
Течност	Гас	Газирани пијалоци, меур бања
	Течност	Органски течни медиуми низма (крвна плазма, лимфни, дигестивни телесни сокови), течни содржината на клетките (цитоплазма, карио- плазма)
	Цврсти супстанција	Желе, желеа, лепила, суспендиран во вода река или море тиња, градба креации
Цврсти супстанција	Гас	Снежна кора со пу- воздушни меури во микроб, почва, текстил ткаенини, тули и керамика, пена гума, порозна чоколада, прашоци
	Течност	Влажна почва, бакар Кинг и козметика локални лекови (масти, маскара, кармин, итн.)
	Цврсти супстанција	Карпи, боја - нови очила, некои легури

Врз основа на големината на честичките на супстанцијата што ја сочинуваат дисперзираната фаза, дисперзираните системи се поделени на груби со големини на честички поголеми од 100 nm и ситно дисперзирани со големини на честички од 1 до 100 nm. Ако супстанцијата е фрагментирана на молекули или јони со големина помала од 1 nm, се формира хомоген систем - раствор. Решението е хомогено, нема интерфејс помеѓу честичките и медиумот и затоа не припаѓа на дисперзните системи.

Запознавањето со дисперзираните системи и решенија покажува колку се тие важни во секојдневниот живот и природата. Проценете сами: без нилската тиња немаше да се случи големата цивилизација на Стариот Египет (сл. 15); без вода, воздух, карпи, минерали, живата планета воопшто не би постоела - нашиот заеднички дом - Земјата; без клетки нема да има живи организми.

Ориз. 15. Поплавите на Нил и историјата на цивилизацијата
Класификацијата на дисперзните системи и раствори во зависност од големината на фазните честички е дадена во Шема 1.
Шема 1
Класификација на дисперзните системи и раствори

Груби дисперзирани системи. Грубо дисперзираните системи се поделени во три групи: емулзии, суспензии и аеросоли.

Емулзии– тоа се дисперзирани системи со течен дисперзивен медиум и течна дисперзирана фаза.

Тие исто така можат да се поделат во две групи:
1) директно – капки неполарна течност во поларна средина (масло во вода);
2) рикверц (вода во масло).
Промената во составот на емулзиите или надворешните влијанија може да доведе до трансформација на директна емулзија во обратна емулзија и обратно. Примери за најпознатите природни емулзии се млекото (директна емулзија) и маслото (обратна емулзија). Типична биолошка емулзија се масни капки во лимфата.
ЛАБОРАТОРИСКИ ЕКСПЕРИМЕНТ Истурете полномасно млеко во чинија. Ставете неколку шарени капки прехранбена боја на површината. Натопете памукче во детергент и допрете го до центарот на чинијата. Млекото почнува да се движи и боите почнуваат да се мешаат. Зошто?
Меѓу емулзиите познати во човечката практика се течности за сечење, битуменозни материјали, пестициди, лекови и козметика и прехранбени производи. На пример, во медицинската пракса, масни емулзии се широко користени за да се обезбеди енергија на гладно или ослабено тело преку интравенска инфузија. За да се добијат такви емулзии се користат маслиново, памучно семе и масло од соја.
Во хемиската технологија, полимеризацијата со емулзија е широко користена како главен метод за производство на гуми, полистирен, поливинил ацетат итн.
Суспензии– тоа се груби системи со цврста дисперзирана фаза и течен дисперзивен медиум.
Вообичаено, честичките од дисперзираната фаза на суспензијата се толку големи што се таложат под влијание на гравитацијата - талог. Системите во кои седиментацијата се случува многу бавно поради малата разлика во густината на дисперзираната фаза и медиумот за дисперзија се нарекуваат и суспензии. Практично значајни градежни суспензии
Празнините се варосуваме („варово млеко“), емајлирани бои, разни градежни суспензии, на пример оние наречени „цементен малтер“. Суспензиите вклучуваат и лекови, на пример течни масти - линименти.
Посебна група се состои од грубо дисперзирани системи, во кои концентрацијата на дисперзираната фаза е релативно висока во споредба со нејзината ниска концентрација во суспензии. Ваквите дисперзирани системи се нарекуваат пасти. На пример, стоматолошки, козметички, хигиенски итн., кои ви се добро познати од секојдневниот живот.
Аеросоли– тоа се грубо дисперзирани системи во кои медиумот за дисперзија е воздух, а дисперзираната фаза може да бидат течни капки (облаци, виножита, лак за коса или дезодоранс ослободени од конзерва) или честички од цврста супстанција (облак од прашина, торнадо) (Сл. 16).

Ориз. 16. Примери на груби системи со цврсти

Дисперзирана фаза: а – суспензија – малтер;
б – аеросол – прашина
Колоидни системи. Колоидните системи заземаат средна позиција помеѓу грубите системи и вистинските решенија. Тие се широко распространети по природа. Почвата, глината, природните води, многу минерали, вклучително и некои скапоцени камења, се сите колоидни системи.
Колоидните системи се од големо значење за биологијата и медицината. Составот на секој жив организам вклучува цврсти, течни и гасовити материи кои се во сложена врска со животната средина. Од хемиска гледна точка, телото како целина е комплексна колекција од многу колоидни системи.
Биолошките течности (крв, плазма, лимфа, цереброспинална течност итн.) се колоидни системи во кои органските соединенија како што се протеините, холестеролот, гликогенот и многу други се во колоидна состојба. Зошто природата му дава таква предност? Оваа карактеристика првенствено се должи на фактот дека супстанцијата во колоидна состојба има голем интерфејс помеѓу фазите, што придонесува за подобри метаболички реакции.
ЛАБОРАТОРИСКИ ЕКСПЕРИМЕНТИ: Истурете една лажица скроб во пластична чаша. Постепено додавајте топла вода и темелно тријте ја смесата со лажица. Не можете да ја преполните водата, смесата мора да биде густа. Истурете една лажица од добиениот колоиден раствор во вашата дланка и допрете ја со прстот од другата рака. Смесата се стврднува. Ако го извадите прстот, смесата повторно станува течна.
Колоидите под притисок можат да ја променат нивната состојба. Како резултат на притисокот на прстот врз подготвениот колоид, честичките скроб се соединуваат едни со други, а смесата станува цврста. Кога ќе се ослободи притисокот, смесата се враќа во првобитната течна состојба.

Колоидните системи се поделени на солс (колоиден решенија) и гелови (желеа).
Повеќето биолошки течности на клетката (веќе споменатата цитоплазма, нуклеарниот сок - кариоплазмата, содржината на вакуоли) и живиот организам како целина се колоидни раствори (соли).
Соловите се карактеризираат со феноменот на коагулација, т.е. адхезија на колоидни честички и нивно таложење. Во овој случај, колоидниот раствор се претвора во суспензија или гел. Некои органски колоиди коагулираат кога се загреваат (белки од јајца, лепила) или кога се менува киселинско-базната средина (дигестивни сокови).
Геловисе колоидни системи во кои честичките од дисперзираната фаза формираат просторна структура.
Геловите се дисперзирани системи со кои се среќавате во секојдневниот живот (шема 2).
Шема 2
Класификација на гелови

Со текот на времето, структурата на геловите се нарушува и од нив се ослободува течност. Се јавува синереза ​​- спонтано намалување на волуменот на гелот, придружено со одвојување на течноста. Синерезис го одредува рокот на траење на храната, медицинските и козметичките гелови. Биолошката синереза ​​е многу важна кога се прави сирење и урда. Топлокрвните животни имаат процес наречен коагулација на крвта: под влијание на специфични фактори, растворливиот крвен протеин фибриноген се претвора во фибрин, чиј тромб во текот на процесот на синереза ​​се згуснува и ја затнува раната. Ако згрутчувањето на крвта е тешко, тогаш лицето може да има хемофилија. Како што знаете од вашиот курс по биологија, жените се носители на генот за хемофилија, а мажите го добиваат. Добро познат историски династички пример: руската династија Романови, која владееше повеќе од 300 години, страдаше од оваа болест.
По изглед, вистинските и колоидните раствори тешко се разликуваат едни од други. За да го направат ова, тие го користат ефектот Тиндалов - формирање на конус на „светлена патека“ кога зрак на светлина поминува низ колоиден раствор (сл. 17). Честичките од дисперзираната фаза на растворот ја рефлектираат светлината со нивната површина, но честичките од вистинскиот раствор не. Може да забележите сличен ефект, но само за аеросол, а не за течен колоид, во кино кога зрак светлина од филмска камера поминува низ правливиот воздух на гледалиштето.

Ориз. 17. Тиндаловиот ефект ви овозможува визуелно да разликувате
вистински раствор (во десното стакло) од колоиден
(во левата чаша)

? 1. Што се дисперзирани системи? Дисперзивен медиум? Дисперзирана фаза?
2. Како се класифицираат дисперзните системи според состојбата на агрегација на медиумот и фазата? Наведи примери.
3. Зошто воздухот, природниот гас и вистинските раствори не се класифицирани како дисперзирани системи?
4. Како се делат грубите системи? Наведете ги претставниците на секоја група и наведете го нивното значење.
5. Како се делат ситно дисперзираните системи? Наведете ги претставниците на секоја група и наведете го нивното значење.
6. На кои подгрупи може да се поделат геловите? Како се одредува рокот на траење на козметичките, медицинските и прехранбените гелови?
7. Што е коагулација? Што би можело да го предизвика?
8. Што е синереза? Што може да го предизвика?
9. Зошто природата ги избрала колоидните системи како носител на еволуцијата?
10. Подгответе порака на тема „Естетската, биолошката и културната улога на колоидните системи во животот на човекот“ користејќи интернет ресурси.
11. За какви дисперзни системи станува збор во кратката песна на М. Цветаева?
Одземи ги бисерите - солзи ќе останат,
Одземете го златото - остануваат лисја
Есенски јавор, одземи ја пурпурот -
Ќе остане крв.

Скала на дисперзија.

Специфична површина. Степен на дисперзија. Класификација

дисперзирани системи. Поими: дисперзирана фаза и дисперзивна

среда. Методи за добивање дисперзирани системи

Дисперзирани наречете систем во кој една супстанција е распоредена во средина на друга, а постои фазна граница помеѓу честичките и медиумот за дисперзија. Дисперзираните системи се состојат од дисперзирана фаза и дисперзивен медиум.

Дисперзирана фаза - Тоа се честички распоредени во медиумот. Неговите знаци: дисперзијаИ интермитенција(Сл. 1.1.1.1).

Дисперзивен медиум - материјална средина во која се наоѓа дисперзираната фаза. Нејзиниот знак е континуитет .

Фазниот интерфејс се карактеризира со фрагментацијаИ хетерогеност.Фрагментацијата се карактеризира со:

1)степен на дисперзија :

, [cm -1; m -1], каде С- вкупната меѓуфабрична површина или површината на сите честички од дисперзираната фаза; В- волумен на дисперзирани фазни честички.

2)дисперзија- реципроцитет на минималната големина:

; ];

3)специфична површина :

, [m 2 / kg; cm2/g]; каде м- маса на дисперзирани фазни честички.

4) искривување на површината :

. За честичка со неправилна форма,

Каде р 1 и р 2 - радиуси на кругови при минување низ површината и нормалата на неа во дадена точка од две нормални рамнини.

1. Врз основа на дисперзија, тие се разликуваат:

А) грубисистеми за нив Д < 10 3 (рис. 1.1.1.3);

б) микрохетерогенисистеми за нив Д = 10 3 - 10 5 ;

V) ултрамикроетерогенасистеми за нив Д = 10 5 - 10 7 .

2. Од страна на состојба на агрегацијадисперзирана фаза и дисперзивен медиум. Оваа класификација беше предложена од Оствалд (види Табела 1.1.1.1).

3. Според нивната структура се разликуваат дисперзираните системи:

1) бесплатнодисперзирани системи, кога честичките од двете компоненти на системот можат слободно да се движат релативно едни на други (сол);

2) поврзанидисперзирани системи, кога една од компонентите на системот е структуриран систем, т.е. фазните честички се цврсто меѓусебно поврзани (желе, композити).

Табела 1.1.1.1

Класификација според состојбата на агрегација на фази

Агрегатната состојба на дисперзираната фаза	Агрегатната состојба на медиумот за дисперзија	Фаза на симболи/медиум	Име на системот	Примери
Г	Г	g/g w/g телевизор/g	Аеросоли	Земјината атмосфера
и	Г			магла, стратус облаци
телевизија	Г			чад, прашина, цирусни облаци
Г	и	g/f	Гасни емулзии, пени	газирана вода, сапун и пена од пиво
и	и	w/w	Емулзии	млеко, путер, креми итн.
телевизија	и	ТВ/Ш	Лиосоли, суспензии	лиофобни колоидни раствори, суспензии, пасти, бои итн.
Г	телевизија	g/tv	Цврсти пени	пемза, полистиренска пена, активен јаглен, леб, пена бетон итн.
и	телевизија	g ТВ	Цврсти емулзии	вода во парафин, минерали со течни подмножества, порозни тела во течност
телевизија	телевизија	ТВ/ТВ	Цврсти соли	челик, леано железо, обоено стакло, скапоцени камења

4. Според интерфазна интеракција - лиофиленИ лиофобиченсистеми (предложен од Г. Фројндлих). Класификацијата е погодна само за системи со медиум за течна дисперзија.

Лиофилни системи– во нив дисперзираната фаза е во интеракција со медиумот за дисперзија и, под одредени услови, е способна да се раствори во него – раствори на колоидни сурфактанти, раствори на поморските сили. Слободна енергија на системот Д Ф < 0.

Д Ф=Д У – TdS ; Д Смешање > 0;

Д У = Вкога - Вреши,

Каде Взапчаник - кохезиона работа;

В solv - работа на solvation.

Кај Д У> 0, Д У < 0 ÞTdS>Д У. Оваа група се карактеризира со низок површински напон на интерфејсот.

Лиофобични системи– кај нив дисперзираната фаза не е во можност да комуницира со дисперзиониот медиум и да се раствори во него. За нив Д Ф> 0. Дисперзијата во овој случај се јавува или поради надворешна работа или поради други процеси кои се случуваат спонтано во системот (хемиска реакција) и се карактеризира со висока површинска напнатост на границата на фазата, што одговара на ниска вредност на енергијата на растворање.

Постојат две групи методи примањедисперзирани системи:

1. Методи растурање се состојат во дробење на телото до колоидна состојба (мелење брашно).

2. Методи кондензација се состои во зголемување на честички, атоми, молекули до честички со колоидни големини (хемиска реакција со формирање на талог).

Молекуларно-кинетичките својства на дисперзните системи

Сите молекуларни кинетичкисвојствата се предизвикани од хаотичното термичко движење на молекулите на медиумот за дисперзија, кое се состои од транслаторно, ротационо и вибрационо движење на молекулите.

Молекулите на течна и гасовита средина за дисперзија се во постојано движење и се судираат едни со други. Просечното растојание поминато од една молекула пред да се судри со соседна се нарекува средна слободна патека. Молекулите имаат различни кинетичка енергија. На дадена температура, просечната вредност на кинетичката енергија на молекулите останува константна и изнесува една молекула и еден мол:

; ,

Каде м– маса од една молекула;

М – маса од еден мол;

v– брзина на движење на молекулите;

к– Болцманова константа;

Р– универзална гасна константа.

Флуктуацијата на вредностите на кинетичката енергија на молекулите на медиумот за дисперзија (т.е. отстапување од просекот) е причина за молекуларните кинетички својства.

Проучувањето на молекуларните кинетички својства е можно како резултат на употребата на статистички методи на истражување валидни за системи што се состојат од многу елементи (молекули). Врз основа на претпоставката дека движењето на поединечните молекули е случајно, теоријата ја одредува најверојатната комбинација за системи од многу објекти. Молекуларните кинетички својства се манифестираат во течни и гасовити медиуми, чии молекули се дефинитивно подвижни.

Брауново движење

Брауновото движење е континуирано, хаотично, подеднакво веројатно во сите правци движење на мали честички суспендирани во течности или гасови поради влијанието на молекулите на медиумот за дисперзија.

Најмалите честички со незначителна маса доживуваат нееднакви влијанија од молекулите на медиумот за дисперзија, се јавува сила што ја придвижува честичката, насоката и импулсот на силата постојано се менуваат, па честичката прави хаотични движења.

Овие промени беа идентификувани и поврзани со молекуларните кинетички својства на животната средина во 1907 година од страна на А. Ајнштајн и М. Смолучовски. Пресметката не се заснова на вистинската патека на дисперзираната фазна честичка, туку на поместувањето на честичките. Ако патеката на честичките е одредена со прекината линија, тогаш поместувањето Xја карактеризира промената на координатите на честичката во одреден временски период. Средното поместување го одредува поместувањето на коренот-средно-квадрат на честичката:

,

Каде X 1 , X 2 , X јас– поместување на честичките во одредено време.

Теоријата за Брауново движење се заснова на идејата за интеракција на случајна сила ѓ(t), карактеризирање на влијанијата на молекулите, сила Ф t, во зависност од времето и силата на триење кога честичките од дисперзираната фаза се движат во медиум за дисперзија со брзина v. Равенката на движењето на Броуер (равенка Лангевин) има форма:

, каде што m е масата на честичките; h е коефициентот на вискозност на медиумот за дисперзија. За големи временски периоди (t>> м/h) инерција на честички ( м (дв / гт) може да се занемари. По интегрирањето на равенката. под услов просечниот производ на случајните импулси на силата да биде нула, просечната вредност на флуктуација (просечно поместување) е еднаква на: , каде што t е време; r е радиусот на дисперзираните фазни честички; НА е Авогадро бројот на честички.

Нема елементи во природата кои се чисти. Во основа, сите тие се различни мешавини. Тие, пак, можат да бидат хетерогени или хомогени. Тие се формираат од супстанции во агрегатна состојба, создавајќи специфичен дисперзивен систем во кој се присутни различни фази. Покрај тоа, мешавините обично содржат медиум за дисперзија. Нејзината суштина лежи во фактот дека се смета за елемент со голем волумен во кој се дистрибуира супстанција. Во дисперзиран систем, фазата и медиумот се лоцирани на таков начин што меѓу нив има интерфејсни честички. Затоа, се нарекува хетероген или хетероген. Со оглед на тоа, дејството на површината, а не на честичките во целина е од големо значење.

Класификација на дисперзиран систем

Фазата, како што е познато, е претставена со супстанции кои имаат различни состојби. И овие елементи се поделени на неколку видови. Агрегатната состојба на дисперзираната фаза зависи од комбинацијата на медиумот во неа, што резултира со 9 типа системи:

1. Гас. Течност, цврста и елемент во прашање. Хомогена смеса, магла, прашина, аеросоли.
2. Течна дисперзирана фаза. Плински, цврст, вода. Пени, емулзии, сол.
3. Цврста дисперзирана фаза. Течност, гас и супстанција што се разгледува во овој случај. Почва, лекови или козметика, карпи.

Како по правило, димензиите на дисперзниот систем се одредуваат според големината на фазните честички. Постои следнава класификација:

• груби (суспензии);
• суптилно и вистинито).

Честички на системот за дисперзија

Со испитување на груби мешавини, може да се забележи дека честичките од овие соединенија во структурата можат да бидат видливи со голо око, поради фактот што нивната големина е повеќе од 100 nm. Суспензиите генерално се однесуваат на систем во кој дисперзираната фаза може да се одвои од медиумот. Тоа е затоа што тие се сметаат за непроѕирни. Суспензиите се поделени на емулзии (нерастворливи течности), аеросоли (мали честички и цврсти материи) и суспензии (цврсти материи во вода).

Колоидна супстанција е секоја супстанција која има квалитет да има друг елемент рамномерно дисперзиран низ неа. Тоа е, таа е присутна, или подобро кажано, таа е дел од дисперзираната фаза. Ова е состојба кога еден материјал е целосно дистрибуиран во друг, поточно во неговиот волумен. Во примерот со млеко, течната маст се распрснува во воден раствор. Во овој случај, помалата молекула е во рамките на 1 нанометар и 1 микрометар, што ја прави невидлива за оптичкиот микроскоп откако смесата ќе стане хомогена.

Односно, ниту еден дел од растворот нема поголема или помала концентрација на дисперзираната фаза од кој било друг. Може да се каже дека има колоидна природа. Поголемата се нарекува континуирана фаза или медиум за дисперзија. Бидејќи нејзината големина и дистрибуција не се менуваат, а предметниот елемент се шири низ него. Видови на колоиди вклучуваат аеросоли, емулзии, пени, дисперзии и мешавини наречени хидросоли. Секој таков систем има две фази: дисперзирана и континуирана фаза.

Колоиди во историјата

Интензивен интерес за таквите супстанции беше присутен низ науките на почетокот на 20 век. Ајнштајн и другите научници внимателно ги проучувале нивните карактеристики и примени. Во тоа време, ова ново поле на науката беше водечка област на истражување за теоретичари, истражувачи и производители. По врвниот интерес пред 1950 година, истражувањата за колоидите значително се намалија. Интересно е да се забележи дека со неодамнешното појавување на микроскопите со поголема моќност и „нанотехнологијата“ (проучување на објекти на специфичен мал размер), постои обновен научен интерес за проучување на нови материјали.

Прочитајте повеќе за овие супстанции

Постојат елементи забележани и во природата и во вештачките раствори кои имаат колоидни својства. На пример, мајонезот, козметичкиот лосион и лубрикантите се видови на вештачки емулзии, додека млекото е слична мешавина што се јавува природно. Колоидните пени вклучуваат шлаг и пена за бричење, додека јадењата вклучуваат путер, бел слез и желе. Покрај храната, овие супстанции постојат во форма на некои легури, бои, мастила, детергенти, инсектициди, аеросоли, полистиренска пена и гума. Дури и убавите природни предмети како облаците, бисерите и опалите имаат колоидни својства бидејќи имаат друга материја рамномерно распоредена низ нив.

Подготовка на колоидни мешавини

Со зголемување на малите молекули до опсегот од 1 до 1 микрометар или со намалување на големите честички со иста големина. Може да се добијат колоидни материи. Понатамошното производство зависи од видот на елементите што се користат во дисперзирани и континуирани фази. Колоидите се однесуваат поинаку од обичните течности. И ова е забележано во транспортните и физичко-хемиските својства. На пример, мембраната може да дозволи вистински раствор со цврсти молекули прикачени на течни молекули да помине низ неа. Додека колоидна супстанција, која има цврста дисперзија низ течност, ќе се протега од мембраната. Паритетот на распределбата е униформа до точка на микроскопска еднаквост во јазот низ вториот елемент.

Вистински решенија

Колоидна дисперзија е претставена во форма на хомогена смеса. Елементот се состои од два системи: континуирана и дисперзирана фаза. Ова укажува дека овој случај е поврзан со бидејќи тие се директно поврзани со горенаведената мешавина која се состои од неколку супстанции. Во колоид, вториот има структура од ситни честички или капки кои се рамномерно распоредени во првата. Од 1 nm до 100 nm е големината што ја сочинува дисперзираната фаза, или поточно честичките, барем во една димензија. Во овој опсег, дисперзираната фаза со наведените димензии може да се нарече приближни елементи што одговараат на описот: колоидни аеросоли, емулзии, пени, хидросоли. На честичките или капките присутни во композициите за кои станува збор во голема мера влијае хемискиот состав на површината.

Колоидни решенија и системи

Треба да се земе предвид фактот дека големината на дисперзираната фаза е тешко мерлива променлива во системот. Решенијата понекогаш се карактеризираат со свои својства. За полесно да се согледаат индикаторите на композициите, колоидите личат на нив и изгледаат речиси исто. На пример, ако има цврста форма дисперзирана во течност. Како резултат на тоа, честичките нема да поминат низ мембраната. Додека другите компоненти како растворени јони или молекули се способни да поминат низ него. Ако го анализираме поедноставно, излегува дека растворените компоненти минуваат низ мембраната, но колоидните честички не можат со фазата што се разгледува.

Изглед и исчезнување на карактеристиките на бојата

Поради ефектот Тиндал, некои такви супстанции се проѕирни. Во структурата на елементот тоа е расејување на светлината. Другите системи и композиции доаѓаат со некаква нијанса или се целосно непроѕирни, со одредена боја, дури и ако некои се затемнети. Многу познати супстанции, вклучувајќи путер, млеко, павлака, аеросоли (магла, смог, чад), асфалт, бои, бои, лепило и морска пена, се колоиди. Ова поле на студии беше воведено во 1861 година од шкотскиот научник Томас Греам. Во некои случаи, колоидот може да се смета за хомогена (не хетерогена) смеса. Тоа е затоа што разликата помеѓу „растворена“ и „грануларна“ материја понекогаш може да биде прашање на пристап.

Хидроколоидни видови на супстанции

Оваа компонента е дефинирана како колоиден систем во кој честичките се дисперзирани во вода. Хидроколоидните елементи, во зависност од количината на течност, можат да добијат различни состојби, на пример, гел или сол. Тие можат да бидат неповратни (едноделни) или реверзибилни. На пример, агар, вториот тип на хидроколоид. Може да постои во состојба на гел и сол, и да се менува помеѓу состојбите со додавање или отстранување на топлина.

Многу хидроколоиди се добиваат од природни извори. На пример, карагенот се извлекува од алгите, желатинот се добива од говедската маст, а пектинот се добива од лушпите од цитрус и јаболкото слатко. Хидроколоидите се користат во храната првенствено за да влијаат на текстурата или вискозноста (сос). Исто така се користи за нега на кожата или како средство за лекување по повреда.

Суштински карактеристики на колоидните системи

Од оваа информација е јасно дека колоидните системи се подсекција на дисперзираната сфера. Тие, пак, можат да бидат раствори (соли) или гелови (желе). Првите, во повеќето случаи, се создаваат врз основа на жива хемија. Вторите се формираат под седименти кои се појавуваат за време на коагулацијата на соловите. Растворите можат да бидат водени со органски материи, со слаби или силни електролити. Големините на честичките на дисперзираната фаза на колоидите се движат од 100 до 1 nm. Тие не можат да се видат со голо око. Како резултат на таложење, фазата и медиумот тешко се одвојуваат.

Класификација по типови на дисперзирани фазни честички

Мултимолекуларни колоиди. Кога, при растворање, атомите или помалите молекули на супстанции (со дијаметар помал од 1 nm) се спојуваат заедно за да формираат честички со слична големина. Во овие соли, дисперзираната фаза е структура која се состои од агрегати на атоми или молекули со молекуларна големина помала од 1 nm. На пример, злато и сулфур. Тие се држат заедно од силите на ван дер Валс. Тие се обично лиофилни по природа. Ова значи значителна интеракција на честичките.

Колоиди со висока молекуларна тежина. Тоа се супстанции кои имаат големи молекули (т.н. макромолекули), кои, кога се раствораат, формираат одреден дијаметар. Таквите супстанции се нарекуваат макромолекуларни колоиди. Овие елементи кои ја формираат дисперзираната фаза обично се полимери со многу висока молекуларна тежина. Природните макромолекули се скроб, целулоза, протеини, ензими, желатин итн. Вештачките вклучуваат синтетички полимери како што се најлон, полиетилен, пластика, полистирен итн. Тие обично се лиофобни, што во овој случај значи слаби честички на интеракција.

Врзани колоиди. Тоа се супстанции кои, кога се раствораат во медиум, се однесуваат како нормални електролити при ниски концентрации. Но, тие се колоидни честички со поголема ензимска компонента на компонентите поради формирање на агрегирани елементи. Така формираните агрегатни честички се нарекуваат мицели. Нивните молекули содржат и лиофилни и лиофобни групи.

Мицели. Тие се групирани или агрегирани честички формирани со асоцијација на колоид во раствор. Вообичаени примери се сапуните и детергентите. Формирањето се случува над одредена температура на Крафт и над одредена критична концентрација на мицелизација. Тие се способни да формираат јони. Мицелите може да содржат до 100 молекули или повеќе, при што типичен пример е натриум стеарат. Кога се раствора во вода, произведува јони.

Дисперзирани системи. Дефиниција. Класификација.

Решенија

Во претходниот пасус зборувавме за решенија. Овде накратко да се потсетиме на овој концепт.

Решенијасе нарекуваат хомогени (хомогени) системи кои се состојат од две или повеќе компоненти.

Хомоген системе хомоген систем, чиј хемиски состав и физички својства се исти во сите делови или постојано се менуваат, без скокови (нема интерфејси меѓу деловите на системот).

Оваа дефиниција за решение не е сосема точна. Тоа повеќе се однесува на вистински решенија.

Во исто време, постојат и колоидни раствори, кои не се хомогени, но хетерогени, т.е. се состои од различни фази одделени со интерфејс.

За да се постигне поголема јасност во дефинициите, се користи друг термин - дисперзирани системи.

Пред да ги разгледаме дисперзираните системи, ајде да зборуваме малку за историјата на нивното проучување и појавата на таков термин како колоидни раствори.

Позадина

Уште во 1845 година, хемичарот Франческо Селми, додека ги проучувал својствата на различни раствори, забележал дека биолошките течности - серум и крвна плазма, лимфа и други - остро се разликуваат по нивните својства од обичните вистински раствори, и затоа таквите течности се нарекуваат псевдо-раствори. .

Колоиди и кристалоиди

Понатамошните истражувања во оваа насока, спроведени од 1861 година од англискиот научник Томас Греам, покажаа дека некои супстанции кои брзо се дифузираат и минуваат низ растителните и животинските мембрани лесно се кристализираат, додека други имаат мала способност за дифузија, не минуваат низ мембраните и не се кристализира, туку формира аморфни талози.

Греам го именуваше првиот кристалоиди, а вториот - колоиди(од грчкиот збор kolla - лепак и eidos - вид) или супстанции слични на лепак.

Конкретно, беше откриено дека супстанциите способни да формираат аморфни седименти, како што се албумин, желатин, арапска гума за џвакање, железо и алуминиум хидроксид и некои други супстанции, се дифузираат во водата бавно во споредба со стапката на дифузија на кристалните супстанции како што се кујнска сол, магнезиум. сулфат, шеќер од трска итн.

Табелата подолу ги прикажува коефициентите на дифузија D за некои кристалоиди и колоиди на 18°C.

Табелата покажува дека постои обратна врска помеѓу молекуларната тежина и коефициентот на дифузија.

Покрај тоа, откриено е дека кристалоидите имаат способност не само брзо да се дифузираат, туку и дијализираат, т.е. поминуваат низ мембрани, за разлика од колоидите, кои имаат поголеми молекуларни големини и затоа полека дифузираат и не продираат во мембраните.

Како мембрани се користат ѕидовите на биковиот мочен меур, целофан, филмови од железен-цијанид бакар итн.

Врз основа на неговите набљудувања, Греам утврдил дека сите супстанции можат да се поделат на кристалоиди и колоиди.

Русите не се согласуваат

Професор на Универзитетот во Киев се спротивстави на таквото строго одвојување на хемикалиите И.Г. Боршев(1869). Мислењето на Боршчев подоцна беше потврдено со истражување на друг руски научник Вајмарн, кој докажа дека истата супстанција, во зависност од условите, може да покажува својства на колоиди или кристалоиди.

На пример, раствор од сапун во вода има својства колоиден, а сапунот растворен во алкохол покажува својства вистински решенија.

На ист начин даваат кристални соли, на пример, кујнска сол, растворена во вода вистинско решениеи во бензен - колоиден раствори така натаму.

Хемоглобинот или јајце-албуминот, кој има својства на колоиди, може да се добие во кристална состојба.

ДИ. Менделеевверуваше дека секоја супстанција, во зависност од условите и природата на околината, може да покаже својства колоиден. Во моментов, секоја супстанција може да се добие во колоидна состојба.

Така, нема причина да се делат супстанциите во две одделни класи - кристалоиди и колоиди, но можеме да зборуваме за колоидна и кристалоидна состојба на супстанцијата.

Колоидна состојба на супстанцијата значи одреден степен на нејзина фрагментација или дисперзија и присуство на колоидни честички во суспензија во растворувач.

Науката која ги проучува физичко-хемиските својства на хетерогени високо дисперзирани и високомолекуларни системи се нарекува колоидна хемија.

Дисперзирани системи

Ако една супстанција, која е во здробена (дисперзирана) состојба, е рамномерно распоредена во масата на друга супстанција, тогаш таквиот систем се нарекува дисперзиран.

Во такви системи, фрагментираната супстанција обично се нарекува дисперзирана фаза, а средината во која се дистрибуира е дисперзивен медиум.

Така, на пример, системот што претставува раздвижена глина во вода се состои од суспендирани мали честички од глина - дисперзирана фаза и вода - медиум за дисперзија.

Дисперзирани(фрагментирани) системи се хетерогени.

Дисперзираните системи, за разлика од хетерогените со релативно големи, континуирани фази, се нарекуваат микрохетерогени, и се нарекуваат колоидни дисперзирани системи ултрамикроетерогена.

Класификација на дисперзните системи

Класификацијата на дисперзираните системи најчесто се прави врз основа на степен на дисперзијаили состојба на агрегацијадисперзирана фаза и дисперзивен медиум.

Класификација по степен на дисперзија

Сите дисперзирани системиВрз основа на големината на дисперзираните фазни честички, тие можат да се поделат во следниве групи:

За повикување, еве ги единиците за големина во системот SI:
1 m (метар) = 102 cm (сантиметар) = 103 mm (милиметри) = 106 микрони (микрометри) = 109 nm (нанометри).

Понекогаш се користат и други единици - mk (микрон) или mmk (милимикрон) и:
1 nm = 10 -9 m = 10 -7 cm = 1 mmk;
1 µm = 10 -6 m = 10 -4 cm = 1 µm.

Груби дисперзирани системи.

Овие системи ги содржат како дисперзирана фаза најголемите честички со дијаметар од 0,1 микрони и погоре. Овие системи вклучуваат суспензииИ емулзии.

Суспензиисе системи во кои цврста супстанција се наоѓа во течен медиум за дисперзија, на пример, суспензија од скроб, глина итн. во вода.

Емулзиисе нарекуваат системи за дисперзија на две течности што не се мешаат, каде што капките од една течност се суспендирани во волуменот на друга течност. На пример, масло, бензен, толуен во вода или капки маснотии (со дијаметар од 0,1 до 22 микрони) во млеко, итн.

Колоидни системи.

Тие имаат големина на честички на дисперзираната фаза од 0,1 µm до 1 µm(или од 10 -5 до 10 -7 см). Таквите честички можат да поминат низ порите на филтер-хартијата, но не продираат во порите на животинските и растителните мембрани.

Колоидни честичкиако имаат електричен полнеж и солвационо-јонски обвивки, тие остануваат во суспендирана состојба и, без промена на условите, може да не таложат многу долго.

Примери на колоидни системи вклучуваат раствори на албумин, желатин, арапска гума, колоидни раствори на злато, сребро, арсен сулфид итн.

Молекуларни дисперзирани системи.

Таквите системи имаат големини на честички што не надминуваат 1 mm. Молекуларните дисперзирани системи вклучуваат вистински раствори на не-електролити.

Јонски дисперзирани системи.

Станува збор за раствори на различни електролити, како што се соли, бази итн., кои се распаѓаат во соодветни јони, чии големини се многу мали и надминуваат
10-8 см.

Појаснување за претставувањето на вистинските решенија како дисперзирани системи.

Од класификацијата дадена овде јасно е дека секое решение (и вистинито и колоидно) може да се претстави како дисперзирана средина. Вистинските и колоидните раствори ќе се разликуваат во големината на честичките на дисперзираните фази. Но, погоре напишавме за хомогеноста на вистинските решенија, а системите за дисперзија се хетерогени. Како да се реши оваа противречност?

Ако се зборува за структуравистински решенија, тогаш нивната хомогеност ќе биде релативна. Структурните единици на вистинските раствори (молекули или јони) се многу помали од честичките на колоидните раствори. Затоа, можеме да кажеме дека во споредба со колоидни раствори и суспензии, вистинските раствори се хомогени.

Ако зборуваме за својствавистински раствори, тогаш тие не можат целосно да се наречат дисперзирани системи, бидејќи задолжителното постоење на дисперзирани системи е меѓусебната нерастворливост на дисперзираната супстанција и медиумот за дисперзија.

Во колоидни раствори и груби суспензии, дисперзираната фаза и медиумот за дисперзија практично не се мешаат и не реагираат хемиски едни со други. Ова воопшто не може да се каже за вистински решенија. Во нив, кога се раствораат, супстанциите се мешаат, па дури и комуницираат едни со други. Поради оваа причина, колоидните раствори остро се разликуваат по својства од вистинските раствори.

Големините на некои молекули, честички, клетки.

Како што се менуваат големини на честички од најголеми до најмали и назад, својствата на дисперзираните системи ќе се променат соодветно. При што колоидни системиокупираат како да се средна положбапомеѓу груби суспензии и молекуларни дисперзни системи.

Класификација според состојбата на агрегација на дисперзираната фаза и дисперзиониот медиум.

Пенае дисперзија на гас во течност, а во пените течноста се дегенерира во тенки филмови кои одвојуваат поединечни гасни меури.

Емулзиисе дисперзирани системи во кои една течност се дроби со друга течност која не ја раствора (на пример, вода во маснотии).

Суспензиисе нарекуваат системи со ниска дисперзија на цврсти честички во течности.

Комбинации на три типа на агрегативни состојби овозможуваат да се разликуваат девет типа дисперзирани системи:

Дисперзирана фаза	Дисперзивен медиум	Наслов и пример
Гасовита	Гасовита	Не се формира дисперзен систем
Гасовита		Гасни емулзии и пени
Гасовита		Порозни тела: пена пемза
	Гасовита	Аеросоли: магли, облаци
		Емулзии: масло, крем, млеко, маргарин, путер
		Капиларни системи: Течност во порозни тела, почва, почва
	Гасовита	Аеросоли (прашина, испарувања), прашоци
		Суспензии: пулпа, тиња, суспензија, паста
		Цврсти системи: легури, бетон

Соловите се друго име за колоидни раствори.

Се нарекуваат и колоидни раствори солс(од латински solutus - растворен).

Се нарекуваат дисперзирани системи со гасовита дисперзивна средина аеросоли. Маглите се аеросоли со течна дисперзирана фаза, а прашината и чадот се аеросоли со цврста дисперзирана фаза. Чадот е повисоко дисперзиран систем од прашината.

Се нарекуваат дисперзирани системи со течен дисперзивен медиум лизоли(од грчкиот „лиос“ - течност).

Во зависност од растворувачот (медиум за дисперзија), т.е. вода, бензен алкохол или етер итн., има хидросоли, алкохоли, бензоли, етеросоли итн.

Кохезивно дисперзирани системи. Гелови.

Дисперзирани системиможе да биде слободно дисперзираниИ кохезивно дисперзираниво зависност од отсуството или присуството на интеракција помеѓу честичките од дисперзираната фаза.

ДО слободно дисперзирани системивклучуваат аеросоли, лизоли, разредени суспензии и емулзии. Тие се течни. Во овие системи, честичките од дисперзираната фаза немаат контакти, учествуваат во случајно термичко движење и слободно се движат под влијание на гравитацијата.

Сликите погоре покажуваат слободно дисперзирани системи:
На сликите а Б Вприкажан корпускуларно дисперзирани системи:
а, б- монодисперзни системи,
В- полидисперзен систем,
На сликата Гприкажан систем за дисперзирање на влакна
На сликата гприкажан филм-дисперзиран систем

- солидна. Тие се појавуваат кога честичките од дисперзираната фаза доаѓаат во контакт, што доведува до формирање на структура во форма на рамка или мрежа.

Оваа структура ја ограничува флуидноста на дисперзираниот систем и му дава можност да ја задржи својата форма. Ваквите структурирани колоидни системи се нарекуваат гелови.

Преминот на сол во гел, кој се јавува како резултат на намалување на стабилноста на сол, се нарекува гелација(или желатинизација).

На сликите а Б Вприкажан кохезивни дисперзирани системи:
А- гел,
б- коагулум со густа структура,
В- коагулум со лабава „заоблена“ структура
На сликите g, dприкажан капиларно дисперзирани системи

Прашоци (пасти), пени– примери на кохезивно дисперзирани системи.

Почвата, формиран како резултат на контакт и набивање на дисперзирани честички на почвени минерали и хумусни (органски) супстанции, исто така е кохерентно дисперзиран систем.

Континуирана маса на супстанција може да биде навлезена од порите и капиларите, формирајќи капиларно дисперзирани системи. Тие вклучуваат, на пример, дрво, кожа, хартија, картон, ткаенини.

Лиофилност и лиофобност

Општа карактеристика на колоидните раствори е својството на нивната дисперзирана фаза да комуницира со медиумот за дисперзија. Во овој поглед, се разликуваат два вида соли:

1. Лиофобичен(од грчки фобија - омраза) И

2.Лиофилен(од грчки филија – љубов).

У лиофобиченВо соловите, честичките немаат афинитет за растворувачот, слабо комуницираат со него и околу себе формираат тенка обвивка од молекули на растворувачи.

Особено, ако медиумот за дисперзија е вода, тогаш се нарекуваат такви системи хидрофобни, на пример, соли од метали железо, злато, арсен сулфид, сребро хлорид итн.

ВО лиофиленсистеми постои афинитет помеѓу дисперзираната супстанција и растворувачот. Честичките од дисперзираната фаза, во овој случај, добиваат пообемна обвивка од молекули на растворувачи.

Во случај на воден дисперзивен медиум, таквите системи се нарекуваат хидрофилна, како што се раствори на протеини, скроб, агар-агар, арапска гума, итн.

Коагулација на колоиди. Стабилизатори.

Супстанција на интерфејсот.

Сите течности и цврсти материи се ограничени со надворешна површина на која доаѓаат во контакт со фази со различен состав и структура, на пример, пареа, друга течност или цврста состојба.

Својства на материјата во ова меѓуфабрична површина, со дебелина од неколку дијаметри на атоми или молекули, се разликуваат од својствата внатре во волуменот на фазата.

Внатре во волуменот на чиста супстанција во цврста, течна или гасовита состојба, која било молекула е опкружена со слични молекули.

Во граничниот слој, молекулите се во интеракција со друг број на молекули (различни во споредба со интеракцијата во волуменот на супстанцијата).

Ова се случува, на пример, на интерфејсот на течност или цврсто со нејзината пареа. Или, во граничниот слој, молекулите на супстанцијата комуницираат со молекули од различна хемиска природа, на пример, на границата на две меѓусебно слабо растворливи течности.

Како резултат на тоа, се појавуваат разлики во природата на интеракцијата во најголемиот дел од фазите и на границата на фазата полиња на силаповрзани со оваа нерамномерност. (Повеќе за ова во делот Површински напон на течност.)

Колку е поголема разликата во интензитетот на меѓумолекуларните сили кои дејствуваат во секоја од фазите, толку е поголема потенцијалната енергија на меѓуфазната површина, накратко т.н. површинска енергија.

Површински напон
За да се процени површинската енергија, се користи количина како што е специфичната енергија на слободна површина. Тоа е еднакво на работата потрошена за формирање на единица површина на нов фазен интерфејс (претпоставувајќи постојана температура).
Во случај на граница помеѓу две кондензирани фази, оваа големина се нарекува гранична тензија.
Кога се зборува за границата на течноста со нејзините пареи, оваа количина се нарекува површински напон.

Коагулација на колоиди

Сите спонтани процеси се случуваат во насока на намалување на енергијата на системот (изобарен потенцијал).

Слично на тоа, процесите спонтано се случуваат на фазниот интерфејс во насока на намалување на енергијата на слободната површина.

Колку е помала меѓуфазната површина, толку е помала слободната енергија.

И фазниот интерфејс, пак, е поврзан со степенот на дисперзија на растворената супстанција. Колку е поголема дисперзијата (помали честички од дисперзираната фаза), толку е поголема интерфејсот помеѓу фазите.

Така, во дисперзираните системи секогаш постојат сили што доведуваат до намалување на вкупната меѓуфазна површина, т.е. до зголемување на честичките. Затоа, се случува спојување на мали капки во магла, дождовни облаци и емулзии - агрегација на високо дисперзирани честички во поголеми формации.

Сето ова доведува до уништување на дисперзирани системи: врне магла и дождовни облаци, емулзиите се одвојуваат, колоидните раствори се коагулираат, т.е. се одвојуваат во талог од дисперзираната фаза (коагулираат) и медиум за дисперзија или, во случај на издолжени честички од дисперзираната фаза, се претвораат во гел.

Способноста на фрагментираните системи да го задржат својот вроден степен на дисперзија се нарекува агрегативна стабилност.

Стабилизатори за дисперзирани системи

Како што беше наведено претходно, дисперзираните системи се фундаментално термодинамички нестабилни. Колку е поголема дисперзијата, толку е поголема енергијата на слободната површина, толку е поголема тенденцијата за спонтано намалување на дисперзијата.

Затоа, за да се добие стабилна, т.е. долготрајни суспензии, емулзии, колоидни раствори, неопходно е не само да се постигне саканата дисперзија, туку и да се создадат услови за нејзина стабилизација.

Со оглед на ова, стабилните дисперзни системи се состојат од најмалку три компоненти: дисперзирана фаза, медиум за дисперзија и трета компонента - стабилизатор на системот за дисперзирање.

Стабилизаторот може да биде или јонски или молекуларен, често со висока молекуларна природа.

Јонската стабилизација на соловите на лиофобните колоиди е поврзана со присуството на ниски концентрации на електролити, создавајќи јонски гранични слоеви помеѓу дисперзираната фаза и медиумот за дисперзија.

Високомолекуларните соединенија (протеини, полипептиди, поливинил алкохол и други) додадени за стабилизирање на дисперзираните системи се нарекуваат заштитни колоиди.

Адсорбирани на фазниот интерфејс, тие формираат мрежести и геловидни структури во површинскиот слој, создавајќи структурно-механичка бариера што спречува интеграција на честичките од дисперзираната фаза.

Структурно-механичката стабилизација е клучна за стабилизација на суспензии, пасти, пени и концентрирани емулзии.