Raspršena nazivaju se heterogeni sistemi u kojima je jedna tvar u obliku vrlo malih čestica ravnomjerno raspoređena u zapremini druge.
Supstanca koja je prisutna u manjim količinama i raspoređena u zapremini druge naziva se disperzovana faza. Može se sastojati od nekoliko supstanci.
Tvar prisutna u većim količinama, u čijoj je zapremini raspoređena disperzna faza, naziva se disperzioni medij. Između njega i čestica dispergovane faze postoji interfejs, pa se dispergovani sistemi nazivaju heterogeni (nehomogeni).
I disperzioni medij i disperzirana faza mogu se predstaviti supstancama u različitim agregacijskim stanjima – čvrstom, tekućem i plinovitom.
U zavisnosti od kombinacije agregatnog stanja disperzione sredine i dispergovane faze, može se razlikovati 8 tipova ovakvih sistema.
Na osnovu veličine čestica tvari koje čine dispergiranu fazu, dispergirani sistemi se dijele na gruba(suspenzije) s veličinama čestica većim od 100 nm i fino raspršena(koloidne otopine ili koloidni sistemi) sa veličinama čestica od 100 do 1 nm. Ako se supstanca fragmentira na molekule ili ione veličine manje od 1 nm, formira se homogeni sistem - rješenje. Ujednačen je (homogen), nema međudjelovanja između čestica dispergirane faze i medija.
Već brzo upoznavanje sa disperzovanim sistemima i rešenjima pokazuje koliko su oni važni u svakodnevnom životu i prirodi (vidi tabelu).
Table. Primjeri dispergiranih sistema
| Disperzivni medij | Disperzovana faza | Primjeri nekih prirodnih i kućnih disperznih sistema |
| Gas | Tečnost | Magla, povezani gas sa kapljicama ulja, mešavina karburatora u motorima automobila (kapljice benzina u vazduhu), aerosoli |
| solidan | Prašina u vazduhu, dim, smog, simoomi (prašne i peščane oluje), aerosoli | |
| Tečnost | Gas | Šumeća pića, pjene |
| Tečnost | Emulzije. Tečni medij organizma (krvna plazma, limfa, probavni sokovi), tečni sadržaj ćelija (citoplazma, karioplazma) | |
| solidan | Solovi, gelovi, paste (želei, želei, lepkovi). Riječni i morski mulj suspendiran u vodi; minobacači | |
| solidan | Gas | Snježna kora sa mjehurićima zraka u njoj, zemlja, tekstil, cigla i keramika, pjenasta guma, gazirana čokolada, puderi |
| Tečnost | Vlažna zemlja, medicinski i kozmetički proizvodi (masti, maskare, ruževi, itd.) | |
| solidan | Kamenje, stakla u boji, neke legure |
Procijenite sami: bez nilskog mulja ne bi se odigrala velika civilizacija starog Egipta; bez vode, vazduha, kamenja i minerala, žive planete – našeg zajedničkog doma – Zemlje uopšte ne bi bilo; bez ćelija ne bi bilo živih organizama itd.
Ako su sve čestice dispergirane faze iste veličine, onda se takvi sistemi nazivaju monodisperzni (sl. 1, a i b). Čestice dispergovane faze nejednake veličine formiraju polidisperzne sisteme (slika 1, c).
Rice. 1. Slobodno dispergovani sistemi: korpuskularni - (a-c), vlaknasti - (d) i film dispergovani - (e); a, b – monodisperzna; c – polidisperzni sistem.
Disperzovani sistemi mogu biti slobodno raspršena(Sl. 1) i kohezivno raspršeni(Sl. 2, a - c) u zavisnosti od odsustva ili prisustva interakcije između čestica dispergovane faze. Slobodno dispergovani sistemi uključuju aerosole, razblažene suspenzije i emulzije. Oni su fluidni u ovim sistemima, čestice dispergovane faze nemaju kontakte, učestvuju u nasumičnom toplotnom kretanju i slobodno se kreću pod uticajem gravitacije. Kohezivno dispergovani sistemi su čvrsti; nastaju kada čestice dispergirane faze dođu u kontakt, što dovodi do formiranja strukture u obliku okvira ili mreže. Ova struktura ograničava fluidnost dispergovanog sistema i daje mu sposobnost da zadrži svoj oblik. Praškovi, koncentrovane emulzije i suspenzije (paste), pene, gelovi su primeri kohezivnih disperznih sistema. Čvrsta masa supstance može prodreti kroz pore i kapilare, formirajući kapilarno dispergovane sisteme (koža, karton, tkanine, drvo).
Rice. 3. Kohezivno dispergovani (a-c) i kapilarno dispergovani (d, e) sistemi: gel (a), koagulant guste (b) i labave lučne (c) strukture.
Dispergovani sistemi, u skladu sa svojim međupozicijom između sveta molekula i velikih tela, mogu se dobiti na dva načina: metodama disperzije, odnosno mlevenja velikih tela, i metodama kondenzacije molekularnih ili jonskih rastvorenih supstanci.
Interakcija faza dispergovanih sistema podrazumeva procese solvatacije (hidracije u slučaju vodenih sistema), odnosno formiranja solvatacionih (hidratnih) ljuski od molekula disperzionog medija oko čestica dispergovane faze. Shodno tome, prema intenzitetu interakcije između supstanci dispergovane faze i disperzionog medija (samo za sisteme sa tečnim disperzionim medijumom), prema predlogu G. Freundlicha, razlikuju se sledeći dispergovani sistemi:
− Liofilni (hidrofilni, ako je DS voda): micelarni rastvori surfaktanata, kritične emulzije, vodene otopine nekih prirodnih spirala, na primjer, proteini (želatina, bjelanjak), polisaharidi (škrob). Karakterizira ih snažna interakcija DF čestica sa DS molekulima. U graničnom slučaju uočava se potpuno otapanje. Liofilni disperzni sistemi nastaju spontano zbog procesa solvatacije. Termodinamički agregatno stabilan.
− Liofobična (hidrofobni, ako je DS voda): emulzije, suspenzije, solovi. Karakteriše ih slaba interakcija DP čestica sa DS molekulima. Oni se ne formiraju spontano; Termodinamički agregativno nestabilni (tj. teže spontanom agregaciji čestica dispergirane faze), njihova relativna stabilnost (tzv. metastabilnost) je zbog kinetičkih faktora (tj. niske stope agregacije).
3. Vaganje.
Suspend – to su dispergovani sistemi u kojima je veličina čestica faze veća od 100 nm. To su neprozirni sistemi čije se pojedinačne čestice mogu vidjeti golim okom. Disperzovana faza i dispergovani medij se lako odvajaju taloženjem i filtracijom. Takvi sistemi se dijele na:
1. Emulzije ( i medij i faza su tečnosti nerastvorljive jedna u drugoj). Emulzija se može pripremiti od vode i ulja dugotrajnim mućkanjem smjese. To su dobro poznate boje na bazi mlijeka, limfe, vode itd.
2. Suspenzije (medij je tečnost, faza je čvrsta tvar nerastvorljiva u njoj, potrebno je samljeti supstancu u fini prah, sipati je u tečnost i dobro protresti). Vremenom će čestica pasti na dno posude. Očigledno, što su manje čestice, suspenzija će duže postojati. To su građevinska rješenja, riječni i morski mulj suspendiran u vodi, živa suspenzija mikroskopskih živih organizama u morskoj vodi - plankton, koji hrane divove - kitove itd.
3. Aerosoli suspenzije u plinu (na primjer, u zraku) malih čestica tekućina ili čvrstih tvari. Ima prašine, dima i magle. Prve dvije vrste aerosola su suspenzije čvrstih čestica u plinu (veće čestice u prašini), potonji je suspenzija tekućih kapljica u plinu. Na primjer: magla, grmljavinski oblaci - suspenzija kapljica vode u zraku, dim - male čvrste čestice. A smog koji visi nad najvećim svjetskim gradovima je također aerosol u čvrstoj i tečnoj raspršenoj fazi. Stanovnici naselja u blizini cementara pate od najfinije cementne prašine koja uvijek visi u zraku, a koja nastaje prilikom mljevenja cementne sirovine i proizvoda njegovog pečenja - klinkera. Dim iz fabričkih dimnjaka, smog, sitne kapljice pljuvačke koje lete iz usta oboljelog od gripe su također štetni aerosoli. Aerosoli igraju važnu ulogu u prirodi, svakodnevnom životu i ljudskim proizvodnim aktivnostima. Nakupljanje oblaka, tretiranje polja hemikalijama, nanošenje boja i lakova pomoću pištolja za prskanje, tretman respiratornog trakta (inhalacija) primjeri su onih pojava i procesa kod kojih su aerosoli korisni. Aerosoli su magle iznad morskog daska, u blizini vodopada i fontana, duga koja se pojavljuje u njima daje čovjeku radost i estetski užitak.
Za hemiju su od najveće važnosti dispergovani sistemi u kojima je medij voda i tečni rastvori.
Prirodna voda uvijek sadrži otopljene tvari. Prirodne vodene otopine učestvuju u procesima formiranja tla i opskrbljuju biljke hranjivim tvarima. Složeni životni procesi koji se odvijaju u ljudskom i životinjskom tijelu također se javljaju u rješenjima. Mnogi tehnološki procesi u hemijskoj i drugim industrijama, na primer, proizvodnja kiselina, metala, papira, sode, đubriva, odvijaju se u rastvorima.
4. Koloidni sistemi.
Koloidni sistemi (prevedeno s grčkog "kolla" - ljepilo, "eidos" - vrsta poput ljepila) – To su dispergovani sistemi u kojima je veličina čestica faze od 100 do 1 nm. Ove čestice nisu vidljive golim okom, a dispergovanu fazu i dispergovani medij u takvim sistemima je teško odvojiti taloženjem.
Iz vašeg opšteg kursa biologije znate da se čestice ove veličine mogu otkriti pomoću ultramikroskopa, koji koristi princip raspršenja svjetlosti. Zahvaljujući tome, koloidna čestica u njemu izgleda kao svijetla tačka na tamnoj pozadini.
Dijele se na sol (koloidne otopine) i gelove (žele).
1. Koloidne otopine, ili sols. To je većina tečnosti žive ćelije (citoplazma, nuklearni sok - karioplazma, sadržaj organela i vakuola). I živi organizam u cjelini (krv, limfa, tkivna tekućina, probavni sokovi itd.) Takvi sistemi formiraju adhezive, skrob, proteine i neke polimere.
Koloidni rastvori se mogu dobiti kao rezultat hemijskih reakcija; na primjer, kada otopine kalijevih ili natrijevih silikata (“topljivo staklo”) reagiraju s kiselim otopinama, nastaje koloidna otopina silicijumske kiseline. Sol se takođe formira tokom hidrolize gvožđe (III) hlorida u vrućoj vodi.
Karakteristično svojstvo koloidnih otopina je njihova prozirnost. Koloidne otopine su po izgledu slične pravim otopinama. Od potonjih se razlikuju po "svjetlećem putu" koji se formira - konus kada se kroz njih prođe snop svjetlosti. Ovaj fenomen se naziva Tyndallov efekat. Čestice raspršene faze sola, veće nego u pravom rastvoru, reflektuju svetlost sa svoje površine, a posmatrač vidi svetleći stožac u posudi sa koloidnim rastvorom. Ne formira se u pravom rješenju. Sličan efekat, ali samo za aerosol, a ne tečni koloid, možete uočiti u šumi i u bioskopima kada snop svetlosti filmske kamere prođe kroz vazduh bioskopske sale.
Propuštanje snopa svjetlosti kroz rješenja:
a – pravi rastvor natrijum hlorida;
b – koloidni rastvor gvožđe(III) hidroksida.
Čestice dispergovane faze koloidnih rastvora često se ne talože ni tokom dugotrajnog skladištenja usled kontinuiranih sudara sa molekulima rastvarača usled termičkog kretanja. Ne lijepe se kada se međusobno približavaju zbog prisutnosti istoimenih električnih naboja na njihovoj površini. To se objašnjava činjenicom da tvari u koloidnom, odnosno fino usitnjenom stanju imaju veliku površinu. Na ovoj površini se adsorbiraju pozitivno ili negativno nabijeni ioni. Na primjer, silicijska kiselina adsorbira negativne ione SiO 3 2-, kojih ima mnogo u otopini zbog disocijacije natrijevog silikata:
Čestice sa sličnim nabojem odbijaju jedna drugu i stoga se ne lijepe.
Ali pod određenim uvjetima može doći do procesa koagulacije. Kada se neki koloidni rastvori prokuvaju, dolazi do desorpcije naelektrisanih jona, tj. koloidne čestice gube naboj. Počinju da se povećavaju i talože. Ista stvar se opaža i pri dodavanju bilo kojeg elektrolita. U tom slučaju koloidna čestica privlači suprotno nabijeni ion i njen naboj je neutraliziran.
Koagulacija - fenomen lepljenja koloidnih čestica i taloženja - primećuje se kada se naboji ovih čestica neutrališu kada se koloidnoj otopini doda elektrolit. U tom slučaju otopina se pretvara u suspenziju ili gel. Neki organski koloidi koaguliraju kada se zagriju (ljepak, bjelanjak) ili kada se promijeni kiselo-bazna sredina otopine.
2. Gelovi ili žele su želatinozni sedimenti nastali tokom koagulacije sola. To uključuje veliki broj polimernih gelova, tako Vama dobro poznatih konditorskih, kozmetičkih i medicinskih gelova (želatina, žele meso, marmelada, hleb, meso, džem, žele, marmelada, žele, sir, skuti, kiselo mleko, ptičje mleko kolač) i naravno, beskrajna raznolikost prirodnih gelova: minerali (opal), tijela meduza, hrskavice, tetive, kosa, mišićno i nervno tkivo, itd. Istorija razvoja na Zemlji može se istovremeno smatrati istorijom evolucije koloidnog stanja materije. S vremenom se struktura gela poremeti (ljušti se) - iz njih se oslobađa voda. Ovaj fenomen se zove sinereza .
Jellies − to su strukturirani sistemi sa svojstvima elastičnih čvrstih tijela. Želatinasto stanje supstance može se smatrati srednjim između tečnog i čvrstog stanja.
Želei od visokomolekularnih supstanci mogu se dobiti uglavnom na dva načina: metodom formiranja želea iz rastvora polimera i metodom bubrenja suhih visokomolekularnih supstanci u odgovarajućim tečnostima.
Proces prelaska rastvora polimera ili sola u žele naziva se formiranje želea . Želatinizacija je povezana s povećanjem viskoznosti i usporavanjem Brownovog kretanja i sastoji se u ujedinjenju čestica dispergirane faze u obliku mreže ili ćelija i vezivanju svih rastvarača.
Na proces stvaranja želea značajno utiču priroda otopljenih supstanci, oblik njihovih čestica, koncentracija, temperatura, vreme procesa i nečistoće drugih supstanci, posebno elektrolita. .
Na osnovu svojih svojstava, žele se dijele u dvije velike grupe:
a) elastične, ili reverzibilne, dobijene od visokomolekularnih supstanci;
b) krhki ili nepovratni, dobijeni iz neorganskih hidrofobnih solova.
Kao što je već spomenuto, želei od visokomolekularnih tvari mogu se dobiti ne samo metodom želatinizacije otopina, već i metodom bubrenja suhih tvari. Ograničeno oticanje završava stvaranjem želea i ne ide u otapanje, a kod neograničenog bubrenja žele je međufaza na putu do rastvaranja.
Želei se odlikuju brojnim svojstvima čvrstih materija: zadržavaju svoj oblik, imaju elastična svojstva i elastičnost. Međutim, njihova mehanička svojstva određena su koncentracijom i temperaturom.
Kada se zagreju, žele se pretvaraju u viskozno tečno stanje. Ovaj proces se naziva topljenje. Reverzibilan je, jer nakon hlađenja rastvor ponovo formira žele.
Mnogi želei su sposobni da se ukapljuju i pretvaraju u rastvore pod mehaničkim uticajem (mešanje, mućkanje). Ovaj proces je reverzibilan, jer u mirovanju nakon nekog vremena otopina formira žele. Svojstvo želea da se pod mehaničkim naprezanjem stalno izotermno ukapljuju i formiraju žele u mirovanju naziva se tiksotropija . Na primjer, čokoladna masa, margarin i tijesto su sposobni za tiksotropne promjene.
Imajući u svom sastavu ogromnu količinu vode, žele, osim svojstava čvrstih tijela, imaju i svojstva tečnog tijela. U njima se mogu odvijati različiti fizički i hemijski procesi: difuzija, hemijske reakcije između supstanci.
Svježe pripremljeni žele mijenjaju se tokom vremena, kako se proces strukturiranja želea nastavlja. Istovremeno, na površini želea počinju se pojavljivati kapljice tekućine koje, spajajući se, tvore tekući medij. Dobiveni disperzioni medij je razrijeđena otopina polimera, a disperzna faza je želatinasta frakcija. Studio naziva ovaj spontani proces podjele želea u faze, praćen promjenom volumena sinereza ( namakanje).
Sinereza se smatra nastavkom procesa koji određuju stvaranje želea. Brzina sinereze različitih želea je različita i uglavnom ovisi o temperaturi i koncentraciji.
Sinereza u želeima formiranim od polimera je djelimično reverzibilna. Ponekad je zagrijavanje dovoljno da se žele koji je prošao sinerezu vrati u prvobitno stanje. U kulinarskoj praksi ovaj se način koristi, na primjer, za osvježavanje kašica, pirea i starog kruha. Ako se tokom skladištenja želea javljaju hemijski procesi, tada se sinereza usložnjava i gubi se njena reverzibilnost, a žele stari. U tom slučaju žele gubi sposobnost zadržavanja vezane vode (ustajali kruh). Praktični značaj sinereze je prilično velik. Najčešće je sinereza nepoželjna u svakodnevnom životu i industriji. To je stajanje kruha, namakanje marmelade, želea, karamele i voćnih džemova.
5. Rastvori supstanci visoke molekularne težine.
Polimeri, kao niskomolekularne supstance, u zavisnosti od uslova za dobijanje rastvora (priroda polimera i rastvarača, temperatura itd.) mogu formirati i koloidne i prave rastvore. S tim u vezi, uobičajeno je govoriti o koloidnom ili pravom stanju tvari u otopini. Nećemo se doticati koloidnih polimer-rastvarača. Razmotrimo samo otopine polimera molekularnog tipa. Treba napomenuti da zbog velike veličine molekula i posebnosti njihove strukture, IUD otopine imaju niz specifičnih svojstava:
1. Ravnotežni procesi u IUD rastvorima se uspostavljaju sporo.
2. Procesu rastvaranja spirale obično prethodi proces oticanja.
3. Rastvori polimera ne poštuju zakone idealnih rješenja, tj. Raoultovi i Van't Hoffovi zakoni.
4. Kada polimerne otopine teku, dolazi do anizotropije svojstava (nejednake fizičke osobine otopine u različitim smjerovima) zbog orijentacije molekula u smjeru strujanja.
5. Visoka viskoznost IUD rastvora.
6. Zbog svoje velike veličine, molekuli polimera imaju tendenciju povezivanja u otopinama. Životni vijek polimernih asociata je duži od životnog vijeka supstanci niske molekularne težine.
Proces rastvaranja BMC odvija se spontano, ali tokom dužeg vremenskog perioda, a često mu prethodi bubrenje polimera u rastvaraču. Polimeri čije makromolekule imaju simetričan oblik mogu prijeći u otopinu bez prethodnog bubrenja. Na primjer, hemoglobin, jetreni škrob - glikogen gotovo ne nabubri kada se otopi, a otopine ovih tvari nemaju visoku viskoznost čak ni pri relativno visokim koncentracijama. Dok supstance sa visoko asimetričnim izduženim molekulima veoma snažno bubre kada se rastvore (želatina, celuloza, prirodni i sintetički kaučuk).
Bubrenje je povećanje mase i volumena polimera zbog prodiranja molekula otapala u prostornu strukturu IMC-a.
Postoje dvije vrste otoka: neograničeno, završava potpunim otapanjem spirale (na primjer, bubrenje želatine u vodi, gume u benzenu, nitroceluloze u acetonu) i ograničeno, što dovodi do stvaranja nabubrenog polimera - želea (na primjer, bubrenje celuloze u vodi, želatina u hladnoj vodi, vulkanizirane gume u benzenu).
Disperzovani sistemi
Čiste supstance su vrlo rijetke u prirodi. Smjese različitih supstanci u različitim agregatnim stanjima mogu formirati heterogene i homogene sisteme – dispergirane sisteme i rastvore.
Raspršena
nazivaju se heterogeni sistemi u kojima je jedna tvar u obliku vrlo malih čestica ravnomjerno raspoređena u zapremini druge.
Supstanca koja je prisutna u manjim količinama i raspoređena u zapremini druge naziva se disperzovana faza
. Može se sastojati od nekoliko supstanci.
Tvar prisutna u većim količinama, u čijoj je zapremini raspoređena disperzna faza, naziva se disperzioni medij
. Između njega i čestica dispergovane faze postoji interfejs, pa se dispergovani sistemi nazivaju heterogeni (nehomogeni).
I disperzioni medij i disperzirana faza mogu se predstaviti supstancama u različitim agregacijskim stanjima – čvrstom, tekućem i plinovitom.
Ovisno o kombinaciji agregatnog stanja disperzione sredine i dispergirane faze, može se razlikovati 9 tipova ovakvih sistema.
Na osnovu veličine čestica tvari koje čine dispergiranu fazu, dispergirani sistemi se dijele na grubo dispergirane (suspenzije) s veličinom čestica većih od 100 nm i fino dispergirane (koloidni rastvori ili koloidni sistemi) sa veličinom čestica od 100 do 1 nm. Ako se supstanca fragmentira na molekule ili ione veličine manje od 1 nm, formira se homogeni sistem - rastvor. Ujednačen je (homogen), nema međudjelovanja između čestica i medija.
Već brzo upoznavanje sa disperzovanim sistemima i rešenjima pokazuje koliko su oni važni u svakodnevnom životu i prirodi.
Procijenite sami: bez nilskog mulja ne bi postojala velika civilizacija starog Egipta; bez vode, vazduha, kamenja i minerala, živa planeta uopšte ne bi postojala – naš zajednički dom – Zemlja; bez ćelija ne bi bilo živih organizama itd.
Klasifikacija disperznih sistema i rješenja
Suspend
Suspend
- to su dispergovani sistemi kod kojih je veličina čestica faze veća od 100 nm. To su neprozirni sistemi čije se pojedinačne čestice mogu vidjeti golim okom. Disperzovana faza i disperzioni medij se lako odvajaju taloženjem. Takvi sistemi se dijele na:
1) emulzije
(i medijum i faza su tečnosti nerastvorljive jedna u drugoj). To su dobro poznate mliječne, limfne, vodene boje itd.;
2) suspenzije
(medij je tečnost, a faza čvrsta materija nerastvorljiva u njoj). To su građevinska rješenja (na primjer, "vapneno mlijeko" za krečenje), riječni i morski mulj suspendiran u vodi, živa suspenzija mikroskopskih živih organizama u morskoj vodi - plankton, kojim se hrane divovski kitovi, itd.;
3) aerosoli
- suspenzije u plinu (na primjer, u zraku) malih čestica tekućina ili čvrstih tvari. Razlikujte prašinu, dim i maglu. Prve dvije vrste aerosola su suspenzije čvrstih čestica u plinu (veće čestice u prašini), potonji je suspenzija malih kapljica tekućine u plinu. Na primjer, prirodni aerosoli: magla, grmljavinski oblaci - suspenzija kapljica vode u zraku, dim - male čvrste čestice. A smog koji visi nad najvećim svjetskim gradovima je također aerosol u čvrstoj i tečnoj raspršenoj fazi. Stanovnici naselja u blizini cementara pate od najfinije cementne prašine koja uvijek visi u zraku, a koja nastaje prilikom mljevenja cementne sirovine i proizvoda njegovog pečenja - klinkera. Slični štetni aerosoli - prašina - prisutni su i u gradovima metalurške proizvodnje. Dim iz fabričkih dimnjaka, smog, sitne kapljice pljuvačke koje lete iz usta oboljelog od gripe, kao i štetni aerosoli.
Aerosoli igraju važnu ulogu u prirodi, svakodnevnom životu i ljudskim proizvodnim aktivnostima. Akumulacije oblaka, hemijska obrada polja, nanošenje boje u spreju, atomizacija goriva, proizvodnja mleka u prahu i tretman respiratornog trakta (inhalacija) su primeri fenomena i procesa u kojima aerosoli pružaju prednosti. Aerosoli su magle iznad morskog daska, u blizini vodopada i fontana, duga koja se pojavljuje u njima daje čovjeku radost i estetski užitak.
Za hemiju su od najveće važnosti dispergovani sistemi u kojima je medij voda i tečni rastvori.
Prirodna voda uvijek sadrži otopljene tvari. Prirodne vodene otopine učestvuju u procesima formiranja tla i opskrbljuju biljke hranjivim tvarima. Složeni životni procesi koji se odvijaju u ljudskom i životinjskom tijelu također se javljaju u rješenjima. Mnogi tehnološki procesi u hemijskoj i drugim industrijama, na primer, proizvodnja kiselina, metala, papira, sode, đubriva, odvijaju se u rastvorima.
Koloidni sistemi
Koloidni sistemi
- to su dispergovani sistemi kod kojih je veličina čestica faze od 100 do 1 nm. Ove čestice nisu vidljive golim okom, a dispergovanu fazu i disperzioni medij u takvim sistemima je teško odvojiti taloženjem.
Dijele se na sol (koloidne otopine) i gelove (žele).
1.
Koloidne otopine ili solovi.
To je većina tečnosti žive ćelije (citoplazma, nuklearni sok – karioplazma, sadržaj organela i vakuola) i živog organizma u celini (krv, limfa, tkivna tečnost, probavni sokovi, humoralne tečnosti itd.). Takvi sistemi formiraju ljepila, škrob, proteine i neke polimere.
Koloidni rastvori se mogu dobiti kao rezultat hemijskih reakcija; na primjer, kada otopine kalijevih ili natrijevih silikata (“topljivo staklo”) reagiraju s kiselim otopinama, nastaje koloidna otopina silicijumske kiseline. Sol se takođe formira tokom hidrolize gvožđe hlorida (III) u vrućoj vodi. Koloidne otopine su po izgledu slične pravim otopinama. Od potonjih se razlikuju po "svjetlećem putu" koji se formira - konus kada se kroz njih prođe snop svjetlosti.
Čestice dispergovane faze koloidnih rastvora često se ne talože ni tokom dugotrajnog skladištenja usled kontinuiranih sudara sa molekulima rastvarača usled termičkog kretanja. Ne lijepe se kada se međusobno približavaju zbog prisutnosti istoimenih električnih naboja na njihovoj površini. Ali pod određenim uvjetima može doći do procesa koagulacije.
Koagulacija - fenomen lepljenja koloidnih čestica i taloženja - primećuje se kada se naboji ovih čestica neutrališu kada se koloidnoj otopini doda elektrolit. U tom slučaju otopina se pretvara u suspenziju ili gel. Neki organski koloidi koaguliraju kada se zagriju (ljepak, bjelanjak) ili kada se promijeni kiselo-bazna sredina otopine.
2.
Gelovi
, ili želei, koji su želatinozni sedimenti nastali tokom koagulacije solova. To uključuje veliki broj polimernih gelova, tako Vama dobro poznatih konditorskih, kozmetičkih i medicinskih gelova (želatina, žele od mesa, želea, marmelade, kolača od Ptičijeg mleka) i naravno bezbroj prirodnih gelova: minerali (opal), meduze tijela, hrskavice, tetive, kosu, mišićno i nervno tkivo itd. Istorija razvoja života na Zemlji može se istovremeno smatrati istorijom evolucije koloidnog stanja materije. Vremenom se struktura gelova poremeti i iz njih se oslobađa voda. Ovaj fenomen se zove sinereza
.
Rješenja
Rješenje se zove
homogeni sistem koji se sastoji od dvije ili više tvari.
Rastvori su uvijek jednofazni, odnosno homogeni su plinoviti, tekući ili čvrsti. To je zbog činjenice da je jedna od tvari raspoređena u masi druge u obliku molekula, atoma ili iona (veličina čestica manja od 1 nm).
Rešenja se zovu istinito
, ako želite naglasiti njihovu razliku od koloidnih otopina.
Rastvaračem se smatra supstanca čije se agregatno stanje ne menja tokom formiranja rastvora. Na primjer, voda u vodenim otopinama kuhinjske soli, šećera, ugljičnog dioksida. Ako je otopina nastala miješanjem plina s plinom, tekućine s tekućinom i krute tvari s krutom tvar, smatra se da je otapalo komponenta koja je više zastupljena u otopini. Dakle, vazduh je rastvor kiseonika, plemenitih gasova, ugljen-dioksida u azotu (rastvaraču). Stono sirće koje sadrži od 5 do 9% sirćetne kiseline je rastvor ove kiseline u vodi (rastvarač je voda). Ali u octenoj suštini, octena kiselina igra ulogu rastvarača, jer je njen maseni udio 70-80%, dakle, to je otopina vode u octenoj kiselini.
Kristalizacijom tekuće legure srebra i zlata mogu se dobiti čvrste otopine različitih sastava.
Rešenja se dele na:
molekularni - to su vodene otopine neelektrolita - organske tvari (alkohol, glukoza, saharoza itd.);
molekularni ion- to su otopine slabih elektrolita (dušičaste, hidrosulfidne kiseline itd.);
jonski - to su rastvori jakih elektrolita (alkalije, soli, kiseline - NaOH, K 2 S0 4, HN0 3, HC1O 4).
Ranije su postojala dva gledišta o prirodi rastvaranja i rastvora: fizičko i hemijsko. Prema prvom, rastvori su se smatrali mehaničkim smešama, prema drugom - kao nestabilna hemijska jedinjenja čestica rastvorene supstance sa vodom ili drugim rastvaračem. Posljednju teoriju iznio je 1887. D.I. Mendeljejev, koji je posvetio više od 40 godina proučavanju rješenja. Moderna hemija razmatra otapanje kao fizičko-hemijski proces, a rastvore kao fizičko-hemijske sisteme.
Preciznija definicija rješenja je:
Rješenje
- homogeni (homogeni) sistem koji se sastoji od čestica rastvorene supstance, rastvarača i proizvoda njihove interakcije.
Ponašanje i svojstva rastvora elektrolita, kao što dobro znate, objašnjava još jedna važna teorija hemije - teorija elektrolitičke disocijacije, koju je razvio S. Arrhenius, koju su razvili i dopunili učenici D. I. Mendeljejeva, a prvenstveno I. A. Kablukov.
Pitanja za konsolidaciju:
1. Šta su disperzni sistemi?
2. Kada je koža oštećena (rana) uočava se zgrušavanje krvi – koagulacija sola. Šta je suština ovog procesa? Zašto ovaj fenomen ima zaštitnu funkciju za tijelo? Kako se zove bolest kod koje je zgrušavanje krvi otežano ili se ne opaža?
3. Recite nam o važnosti različitih disperznih sistema u svakodnevnom životu.
4. Pratite evoluciju koloidnih sistema tokom razvoja života na Zemlji.
Disperzijski sistemi se mogu podijeliti prema veličini čestica disperzione faze. Ako je veličina čestica manja od jednog nm, radi se o molekularnim jonskim sistemima, od jedan do sto nm su koloidni, a više od sto nm su grubi. Grupu molekularno dispergovanih sistema predstavljaju rastvori. To su homogeni sistemi koji se sastoje od dvije ili više tvari i jednofazni su. To uključuje gas, čvrstu materiju ili rastvore. Zauzvrat, ovi sistemi se mogu podijeliti u podgrupe:
- Molekularno. Kada se organske supstance kao što je glukoza kombinuju sa neelektrolitima. Takve otopine su nazvane istinitim da bi se mogle razlikovati od koloidnih. To uključuje otopine glukoze, saharoze, alkohola i druge.
- Molekularno-jonski. U slučaju interakcije između slabih elektrolita. U ovu grupu spadaju kiseli rastvori, dušikovi, sumporovodikovi i drugi.
- Jonski. Spoj jakih elektrolita. Istaknuti predstavnici su rastvori alkalija, soli i nekih kiselina.
Koloidni sistemi
Koloidni sistemi su mikroheterogeni sistemi u kojima veličine koloidnih čestica variraju od 100 do 1 nm. Oni se možda neće dugo taložiti zbog solvatacione jonske ljuske i električnog naboja. Kada se rasporede u mediju, koloidne otopine jednoliko ispunjavaju cijeli volumen i dijele se na solove i gelove, koji su zauzvrat precipitati u obliku želea. To uključuje otopine albumina, želatine i otopine koloidnog srebra. Žele, sufle, pudingi su svetli koloidni sistemi koji se nalaze u svakodnevnom životu.
Grubi sistemi
Neprozirni sistemi ili suspenzije u kojima su sastojci sitnih čestica vidljivi golim okom. Tokom procesa taloženja, disperzovana faza se lako odvaja od dispergovanog medija. Dijele se na suspenzije, emulzije i aerosole. Sistemi u kojima se čvrsta materija sa većim česticama nalazi u tečnom disperzionom mediju nazivaju se suspenzije. To uključuje vodene otopine škroba i gline. Za razliku od suspenzija, emulzije se dobijaju mešanjem dve tečnosti, pri čemu se jedna u kapljicama raspoređuje u drugu. Primjer emulzije je mješavina ulja i vode, kapljice masti u mlijeku. Ako su male čvrste ili tečne čestice raspoređene u gasu, to su aerosoli. U suštini, aerosol je suspenzija u gasu. Jedan od predstavnika aerosola na bazi tekućine je magla - to je veliki broj malih kapljica vode suspendiranih u zraku. Čvrsti aerosol - dim ili prašina - višestruka akumulacija malih čvrstih čestica takođe suspendovanih u vazduhu.
Odjeljci: hemija
klasa: 11
Nakon proučavanja teme lekcije, naučit ćete:
- Šta su disperzni sistemi?
- šta su disperzni sistemi?
- Koja svojstva imaju disperzni sistemi?
- važnost disperzovanih sistema.
Čiste supstance su vrlo rijetke u prirodi. Kristali čistih tvari - šećera ili kuhinjske soli, na primjer, mogu se dobiti u različitim veličinama - velikim i malim. Bez obzira na veličinu kristala, svi oni imaju istu unutrašnju strukturu za datu supstancu - molekularnu ili ionsku kristalnu rešetku.
U prirodi se najčešće nalaze mješavine raznih tvari. Smjese različitih supstanci u različitim agregacijskim stanjima mogu formirati heterogene i homogene sisteme. Takve sisteme ćemo nazvati raspršenim.
Disperzni sistem je sistem koji se sastoji od dvije ili više tvari, od kojih je jedna u obliku vrlo malih čestica ravnomjerno raspoređenih u zapremini druge.
Supstanca se raspada na ione, molekule, atome, što znači da se "cijepa" na sitne čestice. “Drobljenje” > raspršivanje, tj. tvari su raspršene na različite veličine čestica, vidljive i nevidljive.
Supstanca koja je prisutna u manjoj količini, raspršena i raspoređena u zapremini druge naziva se disperzovana faza. Može se sastojati od nekoliko supstanci.
Tvar prisutna u većim količinama, u čijoj je zapremini raspoređena disperzna faza, naziva se raspršeni medij. Između njega i čestica dispergovane faze postoji interfejs, pa se dispergovani sistemi nazivaju heterogeni (nehomogeni).
I dispergovani medij i dispergovana faza mogu biti predstavljeni supstancama u različitim agregacionim stanjima – čvrstom, tečnom i gasovitom.
U zavisnosti od kombinacije agregatnog stanja dispergovanog medija i dispergovane faze, može se razlikovati 9 tipova ovakvih sistema.
Table
Primjeri dispergiranih sistema
| Disperzivni medij | Disperzovana faza | Primjeri nekih prirodnih i kućnih disperznih sistema |
| Gas | Gas | Uvek homogena mešavina (vazduh, prirodni gas) |
| Tečnost | Magla, povezani gas sa kapljicama ulja, mešavina karburatora u motorima automobila (kapljice benzina u vazduhu), aerosoli | |
| solidan | Prašina u vazduhu, dim, smog, simoomi (prašne i peščane oluje), aerosoli | |
| Tečnost | Gas | Šumeća pića, pjene |
| Tečnost | Emulzije. Tečni medij organizma (krvna plazma, limfa, probavni sokovi), tečni sadržaj ćelija (citoplazma, karioplazma) | |
| solidan | Solovi, gelovi, paste (želei, želei, lepkovi). Riječni i morski mulj suspendiran u vodi; minobacači | |
| solidan | Gas | Snježna kora sa mjehurićima zraka u njoj, zemlja, tekstil, cigla i keramika, pjenasta guma, gazirana čokolada, puderi |
| Tečnost | Vlažna zemlja, medicinski i kozmetički proizvodi (masti, maskare, ruževi, itd.) | |
| solidan | Kamenje, stakla u boji, neke legure |
Na osnovu veličine čestica tvari koje čine dispergiranu fazu, dispergirani sistemi se dijele na gruba (suspenzije) s veličinama čestica većim od 100 nm i fino raspršena (koloidni rastvori ili koloidni sistemi) sa veličinom čestica od 100 do 1 nm. Ako se supstanca fragmentira na molekule ili ione veličine manje od 1 nm, formira se homogeni sistem - rješenje. Homogen je, nema međudjelovanja između čestica i medija.
Disperzovani sistemi i rešenja su veoma važni u svakodnevnom životu i prirodi. Procijenite sami: bez nilskog mulja ne bi postojala velika civilizacija starog Egipta; bez vode, vazduha, kamenja i minerala, živa planeta uopšte ne bi postojala – naš zajednički dom – Zemlja; bez ćelija ne bi bilo živih organizama itd.
SUSPENZIJA
Suspenzije su dispergovani sistemi u kojima je veličina čestica faze veća od 100 nm. To su neprozirni sistemi čije se pojedinačne čestice mogu vidjeti golim okom. Disperzovana faza i dispergovani medij se lako odvajaju taloženjem i filtracijom. Takvi sistemi se dijele na:
- emulzije ( i medij i faza su tečnosti nerastvorljive jedna u drugoj). Emulzija se može pripremiti od vode i ulja dugotrajnim mućkanjem smjese. To su dobro poznate boje na bazi mlijeka, limfe, vode itd.
- Suspenzije(medij je tečnost, faza je čvrsta tvar nerastvorljiva u njoj, potrebno je samljeti supstancu u fini prah, sipati je u tečnost i dobro protresti). Vremenom će čestica pasti na dno posude. Očigledno, što su manje čestice, suspenzija će duže postojati. To su građevinska rješenja, riječni i morski mulj suspendiran u vodi, živa suspenzija mikroskopskih živih organizama u morskoj vodi - plankton, koji hrani divove - kitove itd.
- Aerosoli suspenzije u plinu (na primjer, u zraku) malih čestica tekućina ili čvrstih tvari. Ima prašine, dima i magle. Prve dvije vrste aerosola su suspenzije čvrstih čestica u plinu (veće čestice u prašini), potonji je suspenzija tekućih kapljica u plinu. Na primjer: magla, grmljavinski oblaci - suspenzija kapljica vode u zraku, dim - male čvrste čestice. A smog koji visi nad najvećim svjetskim gradovima je također aerosol u čvrstoj i tečnoj raspršenoj fazi. Stanovnici naselja u blizini cementara pate od najfinije cementne prašine koja uvijek visi u zraku, a koja nastaje prilikom mljevenja cementne sirovine i proizvoda njegovog pečenja - klinkera. Dim iz fabričkih dimnjaka, smog, sitne kapljice pljuvačke koje lete iz usta oboljelog od gripe su također štetni aerosoli. Aerosoli igraju važnu ulogu u prirodi, svakodnevnom životu i ljudskim proizvodnim aktivnostima. Nakupljanje oblaka, tretiranje polja hemikalijama, nanošenje boja i lakova pomoću pištolja za prskanje, tretman respiratornog trakta (inhalacija) primjeri su onih pojava i procesa kod kojih su aerosoli korisni. Aerosoli su magle iznad morskog daska, u blizini vodopada i fontana, duga koja se pojavljuje u njima daje čovjeku radost i estetski užitak.
Za hemiju su od najveće važnosti dispergovani sistemi u kojima je medij voda i tečni rastvori.
Prirodna voda uvijek sadrži otopljene tvari. Prirodne vodene otopine učestvuju u procesima formiranja tla i opskrbljuju biljke hranjivim tvarima. Složeni životni procesi koji se odvijaju u ljudskom i životinjskom tijelu također se javljaju u rješenjima. Mnogi tehnološki procesi u hemijskoj i drugim industrijama, na primer, proizvodnja kiselina, metala, papira, sode, đubriva, odvijaju se u rastvorima.
KOLOIDNI SISTEMI
Koloidni sistemi (prevedeno s grčkog "colla" - ljepilo, "eidos" - tip sličan ljepilu) – To su dispergovani sistemi u kojima je veličina čestica faze od 100 do 1 nm. Ove čestice nisu vidljive golim okom, a dispergovanu fazu i dispergovani medij u takvim sistemima je teško odvojiti taloženjem.
Iz vašeg opšteg kursa biologije znate da se čestice ove veličine mogu otkriti pomoću ultramikroskopa, koji koristi princip raspršenja svjetlosti. Zahvaljujući tome, koloidna čestica u njemu izgleda kao svijetla tačka na tamnoj pozadini.
Dijele se na sol (koloidne otopine) i gelove (žele).
1. Koloidne otopine ili solovi. To je većina tečnosti žive ćelije (citoplazma, nuklearni sok - karioplazma, sadržaj organela i vakuola). I živi organizam u cjelini (krv, limfa, tkivna tekućina, probavni sokovi itd.) Takvi sistemi formiraju adhezive, skrob, proteine i neke polimere.
Koloidni rastvori se mogu dobiti kao rezultat hemijskih reakcija; na primjer, kada otopine kalijevih ili natrijevih silikata (“topljivo staklo”) reagiraju s kiselim otopinama, nastaje koloidna otopina silicijumske kiseline. Sol se takođe formira tokom hidrolize gvožđe (III) hlorida u vrućoj vodi.
Karakteristično svojstvo koloidnih otopina je njihova prozirnost. Koloidne otopine su po izgledu slične pravim otopinama. Od potonjih se razlikuju po "svjetlećem putu" koji se formira - konus kada se kroz njih prođe snop svjetlosti. Ovaj fenomen se naziva Tyndallov efekat. Čestice raspršene faze sola, veće nego u pravom rastvoru, reflektuju svetlost sa svoje površine, a posmatrač vidi svetleći stožac u posudi sa koloidnim rastvorom. Ne formira se u pravom rješenju. Sličan efekat, ali samo za aerosol, a ne tečni koloid, možete uočiti u šumi i u bioskopima kada snop svetlosti filmske kamere prođe kroz vazduh bioskopske sale.
Propuštanje snopa svjetlosti kroz otopine;
a – pravi rastvor natrijum hlorida;
b – koloidni rastvor gvožđe(III) hidroksida.
Čestice dispergovane faze koloidnih rastvora često se ne talože ni tokom dugotrajnog skladištenja usled kontinuiranih sudara sa molekulima rastvarača usled termičkog kretanja. Ne lijepe se kada se međusobno približavaju zbog prisutnosti istoimenih električnih naboja na njihovoj površini. To se objašnjava činjenicom da tvari u koloidnom, odnosno fino usitnjenom stanju imaju veliku površinu. Na ovoj površini se adsorbiraju pozitivno ili negativno nabijeni ioni. Na primjer, silicijska kiselina adsorbira negativne ione SiO 3 2-, kojih ima mnogo u otopini zbog disocijacije natrijevog silikata:
Čestice sa sličnim nabojem odbijaju jedna drugu i stoga se ne lijepe.
Ali pod određenim uvjetima može doći do procesa koagulacije. Kada se neki koloidni rastvori prokuvaju, dolazi do desorpcije naelektrisanih jona, tj. koloidne čestice gube naboj. Počinju da se povećavaju i talože. Ista stvar se opaža i pri dodavanju bilo kojeg elektrolita. U tom slučaju koloidna čestica privlači suprotno nabijeni ion i njen naboj je neutraliziran.
Koagulacija - fenomen lepljenja koloidnih čestica i taloženja - se opaža kada se naboji ovih čestica neutrališu kada se koloidnoj otopini doda elektrolit. U tom slučaju otopina se pretvara u suspenziju ili gel. Neki organski koloidi koaguliraju kada se zagriju (ljepak, bjelanjak) ili kada se promijeni kiselo-bazna sredina otopine.
2. Gelovi ili želei su želatinozni precipitati koji nastaju tokom koagulacije solova. To uključuje veliki broj polimernih gelova, tako Vama dobro poznatih konditorskih, kozmetičkih i medicinskih gelova (želatina, žele od mesa, marmelada, kolač od ptičjeg mleka) i naravno beskrajna raznovrsnost prirodnih gelova: minerali (opal), tela meduza, hrskavice, tetiva, kose, mišića i nervnog tkiva itd. Istorija razvoja na Zemlji može se istovremeno smatrati istorijom evolucije koloidnog stanja materije. S vremenom se struktura gela poremeti (ljušti se) - iz njih se oslobađa voda. Ovaj fenomen se zove sinereza.
Izvršiti laboratorijske eksperimente na temu (rad u grupi, u grupi od 4 osobe).
Dobili ste uzorak dispergovanog sistema. Vaš zadatak: da odredite koji disperzni sistem vam je dat.
Učenicima se daju: rastvor šećera, rastvor gvožđa (III) hlorida, mešavina vode i rečnog peska, želatin, rastvor aluminijum hlorida, rastvor kuhinjske soli, mešavina vode i biljnog ulja.
Upute za izvođenje laboratorijskih eksperimenata
- Pažljivo pregledajte uzorak koji vam je dat (vanjski opis). Popunite kolonu br. 1 tabele.
- Promiješajte disperzni sistem. Obratite pažnju na sposobnost taloženja.
Slegne se ili odvoji u roku od nekoliko minuta, ili sa poteškoćama tokom dužeg vremenskog perioda, ili se ne slegne. Popunite kolonu br. 2 tabele.
Ako ne primijetite taloženje čestica, ispitajte ih radi procesa koagulacije. Sipajte malo rastvora u dve epruvete i dodajte 2-3 kapi žute krvne soli u jednu i 3-5 kapi lužine u drugu, šta vidite?
- Provucite dispergovani sistem kroz filter.Šta posmatraš? Popunite kolonu br. 3 tabele. (Nešto filtrirajte u epruvetu).
- Prosvijetlite snop svjetiljke kroz otopinu na pozadini tamnog papira.Šta posmatraš? (Može se uočiti Tyndallov efekat)
- Izvucite zaključak: kakav je ovo disperzovani sistem? Šta je disperzovani medij? Šta je disperzovana faza? Koje su veličine čestica u njemu? (kolona br. 5).
Pravila pisanja syncwine:
- Prvi red koristi jednu riječ (obično imenicu) za imenovanje teme.
- Drugi red je opis ove teme sa dva pridjeva.
- Treći red su tri glagola (ili glagolska oblika) koji imenuju najkarakterističnije radnje subjekta.
- Četvrti red je fraza od četiri riječi koja pokazuje lični stav prema temi.
- Poslednji red je sinonim za temu, naglašavajući njenu suštinu.
Leto 2008 Beč. Schönbrunn.
Ljeto 2008, oblast Nižnji Novgorod.
Oblaci i njihova uloga u ljudskom životu Sva priroda koja nas okružuje – životinjski i biljni organizmi, hidrosfera i atmosfera, zemljina kora i podzemlje su složena kolekcija mnogo različitih i različitih tipova grubih i koloidnih sistema. Krasnova Marija, |
P.S.
Veliko hvala O.G. Pershini, nastavniku hemije u Gimnaziji Dmitrov, tokom lekcije smo radili sa prezentacijom koju smo pronašli, a dopunjena je našim primjerima.
Disperzovani sistemi su oni koji se sastoje od mnogo malih čestica raspoređenih u tečnom, čvrstom ili gasovitom mediju.
Koncept "raspršen" dolazi iz lat. dispersus - fragmentiran, razbacan.
Sve dispergovane sisteme karakterišu dve glavne karakteristike: visoka fragmentacija (disperznost) i heterogenost.
Heterogenost dispergovanih sistema se manifestuje u činjenici da se ovi sistemi sastoje od dve (ili više) faza: dispergovane faze i disperzione sredine. Disperzovana faza je drobljena faza. Sastoji se od čestica nerastvorljive fino mljevene tvari raspoređene po cijelom volumenu disperzijskog medija.
Visoka disperzija daje supstancama nove kvalitativne karakteristike: povećanu reaktivnost i rastvorljivost, intenzitet boje, raspršivanje svetlosti itd. Velika površina interfejsa stvara u ovim sistemima veliki zalih površinske energije, što ih čini termodinamički nestabilnim i izuzetno reaktivnim. U njima se lako odvijaju spontani procesi koji dovode do smanjenja rezerve površinske energije: adsorpcija, koagulacija (sljepljivanje raspršenih čestica), formiranje makrostruktura itd. Dakle, najvažnije i integralne karakteristike svakog disperznog sistema - heterogenost i visoka disperznost - u potpunosti određuju svojstva i ponašanje ovih sistema.
Klasifikacija dispergovanih sistema vrši se na osnovu različitih karakteristika, i to: po veličini čestica, po stanju agregacije dispergovane faze i disperzionog medija, po prirodi interakcije čestica dispergirane faze jedna s drugom. i sa okolinom.
2.2. Klasifikacija disperznih sistema
Klasifikacija prema veličini čestica (disperznosti)
Disperznost D je glavna karakteristika disperznog sistema i mjera fragmentacije supstance. Matematički, disperznost se definira kao recipročna veličina čestica:
D = 1/A,
Gdje A- veličina čestica (prečnik ili dužina ivice), m -1.
S druge strane, specifična površina se koristi za karakterizaciju stepena fragmentacije S beat. Specifična površina nalazi se kao površinski omjer Sčestica do svoje zapremine V ili masa T:S beat = S/ V ili S beat = S/ m. Ako je specifična površina određena u odnosu na masu čestice usitnjene tvari, tada je njena dimenzija m 2 /kg, a ako je u odnosu na zapreminu, tada se dimenzija poklapa sa dimenzijom disperzije (m -1).
Fizičko značenje pojma “specifična površina” je da je to ukupna površina svih čestica čija je ukupna zapremina 1 m 3 ili čija je ukupna masa 1 kg.
Na osnovu disperzije, sistemi se dijele na tipove:
1) grubo dispergovani (grube suspenzije, suspenzije, emulzije, prahovi) poluprečnika čestica 10 -4 - 10 -7 m;
2) koloidno dispergovani (soli) veličine čestica 10 -7 - 10 -9 m;
3) molekularni i jonski rastvori sa veličinom čestica manjom od 10 -9 m.
U koloidnim sistemima postiže se najviši stepen fragmentacije supstance, pri čemu su još uvek očuvani koncepti „faze“ i „heterogenosti“. Smanjenje veličine čestica za još jedan red veličine pretvara sisteme u homogene molekularne ili jonske otopine.
Disperznost utiče na sva osnovna svojstva disperznih sistema: kinetička, optička, katalitička itd.
Svojstva disperznih sistema upoređuju se u tabeli. 1.2.
Tabela 1.2 Osobine disperznih sistema različitih tipova
|
Gruba |
Koloidno raspršen |
Molekularna i jonska (prava) rješenja |
|
Neproziran - odbija svjetlost |
Transparentna opalescentna - raspršuje svjetlost, daje Tyndall konus |
Proziran neopalescentan, Tyndall-ov konus nije uočen |
|
Čestice ne prolaze kroz filter |
Čestice prolaze kroz papirni filter |
Čestice prolaze kroz papirni filter |
|
Čestice se zadržavaju ultrafilterima |
Čestice prolaze kroz ultrafiltere |
|
|
Heterogena |
Heterogena |
Homogene |
|
Nestabilan kinetički i termodinamički |
Relativno stabilan kinetički |
Mirna bacanja. i termodinamiku |
|
Staranje na vrijeme |
Staranje na vrijeme |
Ne stari |
|
Čestice vidljive kroz optički mikroskop |
Čestice su vidljive u elektronu. Mikroskop i ultramikroskop |
Čestice se ne vide u modernim mikroskopima |
Pored veličine čestica, geometrijski oblik čestica je od velikog značaja za svojstva disperznih sistema. Ovisno o uvjetima drobljenja tvari, oblik čestica dispergirane faze može biti vrlo raznolik. Jedan m 3 polazne supstance se u principu može usitniti u kocke dužine ivice l= 10 -8 m, razvući u nit poprečnog presjeka 10 -8 x 10 -8 m ili izravnati u ploču (film) debljine 10 -8 m inherentne karakteristike.
Specifična površina kubičnih čestica raste od početne vrijednosti od 6 m2 do vrijednosti određene formule
S beat = S/ V = 6l 2 / l 3 = 6 . 10 8 m -1
Za konce S beat= 4-10 8 m -1 ; za film S beat = 2 . 10 8 m -1 .
Čestice kubičnog, sfernog ili sličnog nepravilnog oblika karakteristične su za mnoge koloidne rastvore - solove i grublje dispergovane sisteme - emulzije.
Klasifikacija prema stanju agregacije faza
Najčešća klasifikacija dispergovanih sistema zasniva se na stanju agregacije dispergovane faze i disperzione sredine. Svaka od ovih faza može biti u tri agregatna stanja: gasovito, tečno i čvrsto. Stoga je moguće postojanje osam tipova koloidnih sistema (tabela 1.3). Sistem “gas-u-gas” nije uključen u ovaj broj, jer je to homogen molekularni sistem i nema interfejsa. Visoko dispergovani koloidni rastvori koji pripadaju tipu t/l sistema nazivaju se solovi (od latinskog solutio - rastvor). Sole u kojima je disperzioni medij voda nazivaju se hidrosoli. Ako je disperzioni medij organska tekućina, koloidna otopina se naziva organosol. Ovi potonji se pak dijele na alkosole, benzosole, eterosole, itd., u kojima je disperzioni medij, odnosno alkohol, benzen, etar, itd. U zavisnosti od agregatnog stanja disperzijskog medija razlikuju se liosoli - solovi sa tečnim disperzionim medijumom (od grčkog lios - tečnost), aerosoli - solovi sa gasovitim disperzionim medijumom, čvrsti solovi - sistemi tipa t/t. Grubo dispergovani sistemi tipa t/l nazivaju se suspenzije, a l/l tipa nazivaju se emulzije.
Tabela 2..2. Glavne vrste disperznih sistema
|
Disp faza |
Disp.medium | ||
|
Ne stvorenja. |
|||
|
Tečnost |
Magla, oblaci, aerosoli tečnih lijekova |
||
|
Solid |
Dim, prašina, praškovi, aerosoli čvrstih droga |
||
|
Tečnost |
Pjene, plinske emulzije |
||
|
Tečnost |
Emulzije (mliječne, ljekovite emulzije) |
||
|
Solid |
Suspenzije, koloidne otopine |
||
|
Solid |
Čvrste pjene, kruh, plovućac, silika gel, aktivni ugalj |
||
|
Tečnost |
Biseri, kapilarni sistemi, cementni kamen, gelovi |
||
|
Solid |
Stakla u boji, minerali, legure |
Klasifikacija prema odsustvu ili prisutnosti interakcije između čestica dispergirane faze
Prema kinetičkim svojstvima dispergirane faze, svi dispergirani sistemi se mogu podijeliti u dvije klase: slobodno dispergirane, u kojima čestice dispergirane faze nisu međusobno povezane i mogu se slobodno kretati (liosoli, aerosoli, suspenzije, emulzije) i koherentno raspršene, u kojima je jedna od faza strukturno fiksirana i ne može se slobodno kretati. Ova klasa uključuje gelove i želee, pene, kapilarno-porozna tela (dijafragme), čvrste rastvore itd.
Klasifikacija prema stepenu interakcije disperzivne faze sa disperzionim medijem
Za karakterizaciju interakcije između tvari dispergirane faze i tekućeg disperzijskog medija koriste se koncepti "liofilnost" i "liofobnost". Interakcija faza dispergovanih sistema podrazumeva procese solvatacije (hidratacije), odnosno formiranja solvatnih (hidratnih) ljuski od molekula disperzione sredine oko čestica dispergovane faze. Sistemi u kojima je interakcija čestica dispergirane faze sa rastvaračem jako izražena nazivaju se liofilni(u odnosu na vodu - hidrofilna). Ako se čestice dispergirane faze sastoje od supstance koja slabo reaguje sa medijumom, sistemi su liofobni(u odnosu na vodu - hidrofobno). Izraz "liofilni" dolazi iz grčkog. 1uo - rastvoriti i philia - ljubav; “lyophobic” od 1uo - rastvoriti i phobia - mržnja, što znači “ne voljeti rastvaranje”. Spontanom disperzijom nastaju dobro rastvoreni liofilni disperzni sistemi. Takvi sistemi su termodinamički stabilni. Primjeri takvih sistema su disperzije nekih glina i tenzida, otopine supstanci visoke molekularne težine (HMW).
U hidrofobnim solovima čestice se sastoje od teško rastvorljivih jedinjenja, a afinitet dispergovane faze za rastvarač je odsutan ili je slabo izražen. Takve čestice su slabo rastvorene. Hidrofobni solovi su glavna klasa koloidnih rastvora, koji imaju izraženu heterogenost i visoku specifičnu površinu.
