U svijetu koji nas okružuje čiste tvari su izuzetno rijetke; uglavnom, većina tvari na zemlji iu atmosferi su različite smjese koje sadrže više od dvije komponente. Čestice veličine od oko 1 nm (nekoliko veličina molekula) do 10 µm nazivaju se raspršena(lat. dispergo - raspršiti, prskati). Razni sustavi (anorganski, organski, polimerni, proteinski), u kojima je barem jedna od tvari u obliku takvih čestica, nazivaju se dispergirani. raspršena - to su heterogeni sustavi koji se sastoje od dvije ili više faza s visoko razvijenom međufazom između njih ili smjese koja se sastoji od najmanje dvije tvari koje se uopće ne miješaju ili se praktički ne miješaju jedna s drugom i međusobno kemijski ne reagiraju. Jedna od faza, disperzna faza, sastoji se od vrlo finih čestica raspoređenih u drugoj fazi, disperzijskom mediju.

Disperzni sustav

Prema agregatnom stanju dispergirane čestice mogu biti krute, tekuće, plinovite, a u mnogim slučajevima imaju i složenu strukturu. Disperzijski mediji također mogu biti plinoviti, tekući i čvrsti. Većina stvarnih tijela svijeta oko nas postoji u obliku raspršenih sustava: morska voda tla i tla, tkiva živih organizama, mnogi tehnički materijali, prehrambeni proizvodi i tako dalje.

Klasifikacija disperznih sustava

Unatoč brojnim pokušajima da se predloži jedinstvena klasifikacija ovih sustava, ona još uvijek nedostaje. Razlog leži u činjenici da se u svakoj klasifikaciji kao kriterij ne uzimaju sva svojstva disperznih sustava, već samo jedno od njih. Razmotrite najčešće klasifikacije koloidnih i mikroheterogenih sustava.

U bilo kojem području znanja, kada se treba baviti složenim predmetima i pojavama, kako bi se olakšali i uspostavili određeni obrasci, preporučljivo je klasificirati ih prema jednom ili drugom obilježju. To se također odnosi i na područje disperziranih sustava; u različitim vremenima za njih su predložena različita načela klasifikacije. Prema intenzitetu međudjelovanja između tvari disperzijskog medija i disperzne faze razlikuju se liofilni i liofobni koloidi. Ostale metode za klasifikaciju disperznih sustava ukratko su navedene u nastavku.

Klasifikacija prema prisutnosti ili odsutnosti interakcijeizmeđu čestica disperzne faze. Prema ovoj klasifikaciji, disperzni sustavi se dijele na slobodno dispergirane i koherentno disperzirane; klasifikacija je primjenjiva na koloidne otopine i na otopine makromolekulskih spojeva.

Svobodnodisperzni sustavi uključuju tipične koloidne otopine, suspenzije, suspenzije, razne otopine makromolekularnih spojeva, koji imaju fluidnost, poput običnih tekućina i otopina.

Takozvani strukturirani sustavi, u kojima kao rezultat interakcije među česticama nastaje prostorni otvoreni mrežasti okvir, a sustav kao cjelina dobiva svojstvo polučvrstog tijela, klasificirani su kao povezano-raspršeni. . Na primjer, solovi određenih tvari i otopine makromolekularnih spojeva sniženjem temperature ili porastom koncentracije iznad poznate granice, bez podlijeganja vanjskim promjenama, gube svoju fluidnost - želatiniziraju (želatiniziraju), prelaze u gel (žele) država. Ovo također uključuje koncentrirane paste, amorfne taloge.

Klasifikacija prema disperziji. Fizička svojstva tvari ne ovise o veličini tijela, ali pri visokom stupnju mljevenja postaju funkcija disperzije. Na primjer, metalni solovi imaju različite boje ovisno o stupnju mljevenja. Dakle, koloidne otopine zlata izuzetno visoke disperzije su ljubičaste, manje dispergirane - plave, još manje - zelene. Postoji razlog za vjerovanje da se druga svojstva sola iste tvari mijenjaju mljevenjem: sugerira se prirodni kriterij za klasifikaciju koloidnih sustava prema disperziji, tj. odvajanje područja koloidnog stanja (10 -5 - 10 -7 cm) na niz užih intervala. Jednom je predložena takva klasifikacija, ali se pokazala beskorisnom, budući da su koloidni sustavi gotovo uvijek polidisperzni; monodisperzni su vrlo rijetki. Osim toga, stupanj disperznosti može se mijenjati tijekom vremena, tj. ovisi o starosti sustava.

Opće ideje o disperznim sustavima

Kemijska interakcija u homogene reakcije događa se tijekom učinkovitih sudara aktivnih čestica, a kod heterogenih - na granici između faza kada reaktanti dođu u kontakt, štoviše, brzina i mehanizam reakcije ovise o površini koja je to veća što je razvijenija površinski. S ove točke gledišta posebno su zanimljivi disperzni sustavi s velikom specifičnom površinom.

Disperzni sustav je smjesa koja se sastoji od najmanje dvije tvari koje međusobno kemijski ne reagiraju i imaju gotovo potpunu međusobnu netopljivost. Disperzijski sustav - Ovo je sustav u kojem su vrlo fine čestice jedne tvari ravnomjerno raspoređene u volumenu druge.

U disperznim sustavima razlikuju se dva pojma: disperzna faza i disperzni medij (slika 10.1).

dispergirana faza - Ovo je skup čestica tvari raspršenih na male veličine, ravnomjerno raspoređenih u volumenu druge tvari. Znakovi disperzne faze su fragmentacija i diskontinuitet.

Disperzijski medijje tvar u kojoj su čestice disperzne faze ravnomjerno raspoređene. Znak disperzijskog medija je njegov kontinuitet.

Disperzna faza može se odvojiti od disperzijskog medija fizikalnim postupkom (centrifugiranje, separacija, taloženje itd.).

Slika 10.1 - Disperzni sustav: čestice disperzne faze s (u obliku malih čvrstih čestica, kristala, kapljica tekućine, mjehurića plina, asocijata molekula ili iona), koje imaju adsorpcijski sloj d, raspoređene su u homogenom kontinuiranom disperzijskom mediju f.

Disperzni sustavi klasificiraju se prema različitim razlikovnim značajkama: disperziji, stanju agregacije disperzne faze i disperzijskog medija, intenzitetu međudjelovanja između njih, odsutnosti ili formiranju struktura u disperznim sustavima.

Podjela prema stupnju raspršenosti

Ovisno o veličini čestica disperzne faze, svi disperzni sustavi uvjetno se dijele u tri skupine (slika 10.2).

Slika 10.2 - Klasifikacija disperznih sustava prema veličini čestica (za usporedbu, navedene su veličine čestica u pravim otopinama)

1. Grubo disperzni sustavi , kod kojih je veličina čestica veća od 1 µm (10 –5 m). Ovu skupinu disperznih sustava karakteriziraju sljedeće značajke: čestice disperzne faze talože se (ili lebde) u polju gravitacijskih sila, ne prolaze kroz papirnate filtere; mogu se promatrati konvencionalnim mikroskopom. Grubi sustavi uključuju suspenzije, emulzije, prašinu, pjenu, aerosole itd.

ovjes - je disperzni sustav u kojem se raspršenifaza je čvrsta, a disperzijsko sredstvo je tekućina.

Primjer suspenzije može biti sustav nastao mućkanjem gline ili krede u vodi, boji, tijestu.

emulzija - ovo je disperzni sustav u kojem je tekuća disperzna faza ravnomjerno raspoređena u volumenu tekućeg disperzijskog medija, tj. Emulzija se sastoji od dvije međusobno netopljive tekućine.

Primjeri emulzija su mlijeko (kapljice tekuće masti su disperzna faza u njemu, a voda je disperzijski medij), vrhnje, majoneza, margarin, sladoled.

Taloženjem se suspenzije i emulzije rastavljaju (separiraju) na sastavne dijelove: disperznu fazu i disperzijski medij. Dakle, ako se benzen snažno protrese s vodom, nastaje emulzija, koja se nakon nekog vremena podijeli u dva sloja: gornji benzen i donju vodu. Da bi se spriječilo odvajanje emulzija, dodaju se emulgatori- tvari koje emulzijama daju stabilnost agregata.

Pjena - stanični grubo-disperzni sustav u kojem je disperzna faza skup mjehurića plina (ili pare), a disperzni medij je tekućina.

U pjenama, ukupni volumen plina u mjehurićima može biti stotinama puta veći od volumena tekućeg disperzijskog medija sadržanog u međuslojevima između mjehurića plina.

2. Mikroheterogena (ilifino raspršen ) intermedijarni sustavi u kojima se veličina čestica kreće od 10 – 5 –10 –7 m. To uključuje fine suspenzije, pare, porozne krutine.

3. Ultramikroheterogena (ilikoloidno-disperzni ) sustavi u kojima čestice veličine 1-100 nm (10–9 –10 –7 m) sastoji se od 10 3_ 10 9 atoma i odvojeni su od otapala međupovršinom. Koloidne otopine karakteriziraju granično visoko disperzno stanje, obično se nazivaju pepela, ili često liosolinaglasiti da je disperzni medij tekućina. Ako se kao disperzijsko sredstvo uzme voda, onda se takvi solovi nazivajuhidrosoli, a ako je organska tekućina -organosoli.

Za većinu fino raspršenih sustava svojstvene su određene značajke:

niska stopa difuzije;

čestice disperzne faze (tj. koloidne čestice) mogu se ispitivati samo ultramikroskopom ili elektronskim mikroskopom;

raspršenje svjetlosti koloidnim česticama, zbog čega one poprimaju oblik svjetlosnih mrlja u ultramikroskopu - Tyndallov efekt (sl. 10.3);

Slika 10.3 - Ultramikroheterogeni (fino dispergirani) sustav: a) koloidna otopina; b) shema otklona uskog snopa svjetlosti pri prolasku kroz koloidnu otopinu; c) raspršenje svjetlosti na koloidnoj otopini (Tyndallov efekt)

na faznoj granici u prisutnosti stabilizatora (iona elektrolita) nastaje ionski sloj ili solvatna ljuska, što doprinosi postojanju čestica u suspendiranom obliku;
disperzna faza je potpuno netopljiva ili slabo topljiva u disperzijskom mediju.

Primjeri koloidnih čestica uključuju škrob, proteine, polimere, gumu, sapune, aluminij i Ferum (III) hidrokside.

Klasifikacija disperznih sustava prema omjeru agregatnih stanja disperzne faze i disperzijskog medija

Ovu je klasifikaciju predložio Ostavld (tablica 10.1). Kod shematskog bilježenja agregatnog stanja disperznih sustava, prvo se označava slovima G (plin), F (tekućina) ili T (krutina) agregatno stanje disperznu fazu, a zatim staviti crticu (ili znak razlomka) i zabilježiti agregatno stanje disperzijskog medija.

Tablica 10.1 - Klasifikacija disperznih sustava

Podjela disperznih sustava prema intenzitetu međudjelovanja molekula

Ovu klasifikaciju predložio je G. Freindlich i koristi se isključivo za sustave s tekućim disperzijskim medijem.

Liofilni sustavi , u kojima disperzna faza stupa u interakciju s disperzijskim medijem i, pod određenim uvjetima, može se otopiti u njemu - to su otopine koloidnih tenzida (tenzidi), otopine makromolekularnih spojeva (HMC). Među različitim liofilnim sustavima, u praktičnom smislu najvažniji su tenzidi, koji mogu biti kako u molekularno otopljenom stanju tako iu obliku agregata (micela) koji se sastoje od desetaka, stotina ili više molekula.
Liofobni sustavi , u kojem disperzna faza nije u stanju djelovati s disperzijskim medijem i otopiti se u njemu. U liofobnim sustavima interakcija između molekula različitih faza mnogo je slabija nego u slučaju liofilnih sustava; međufazna površinska napetost je visoka, zbog čega sustav teži spontanom ogrubljivanju čestica disperzne faze.

Klasifikacija disperznih sustava prema agregatnom stanju

Autor klasifikacije je P. Rebinder. Prema ovoj klasifikaciji, disperzni sustav označava se razlomkom, u kojem je disperzna faza u brojniku, a disperzni medij u nazivniku. Na primjer: T 1 /W 2 označava disperzni sustav s čvrstom fazom (indeks 1) i tekućim disperzijskim medijem (indeks 2). Rehbinderova klasifikacija dijeli disperzne sustave u dvije klase:

1. Slobodno raspršeni sustavi – solovi u kojima disperzna faza ne tvori kontinuirane krute strukture (rešetke, rešetke ili okvire), ima fluidnost, a čestice disperzne faze ne dodiruju jedna drugu, sudjeluju u nasumičnom toplinskom gibanju i slobodno se kreću pod djelovanjem gravitacije. . To uključuje aerosole, liosole, razrijeđene suspenzije i emulzije.

Primjeri slobodno-disperznih sustava:

Raspršeni sustavi u plinovima s koloidnom disperzijom (T 1 /G 2 - prašina u gornjim slojevima atmosfere, aerosoli), s grubom disperzijom (T 1 /G 2 - dim i Zh 1 /G 2 - magle);
Disperzni sustavi u tekućinama s koloidnom disperzijom (T 1 / W 2 - liosoli, dispergirane boje u vodi, lateksi sintetskih polimera), s grubom disperzijom (T 1 / W 2 - suspenzije; W 1 / W 2 - tekuće emulzije; G 1 / Zh 2 - plinske emulzije);
Disperzni sustavi u čvrste tvari ax: T 1 /T 2 - čvrsti solovi, npr. sol žutog metala u staklu, pigmentirana vlakna, punjeni polimeri.

2. Kohezivno-disperzni (ili kontinuirani) sustavi . U kontinuiranim (koherentno dispergiranim) sustavima čestice disperzne faze tvore krute prostorne strukture. Takvi sustavi otporni su na smične deformacije. Kohezivno-disperzni sustavi su čvrsti; nastaju kada čestice disperzne faze dođu u kontakt, što dovodi do stvaranja strukture u obliku skeleta ili mreže, što ograničava fluidnost disperznog sustava i daje mu sposobnost da zadrži svoj oblik. Tako strukturirani koloidni sustavi nazivaju se gelovi.

Primjeri povezanih disperziranih sustava:

Raspršeni sustavi s tekućom površinom (G 1 / Zh 2 - pjena; Zh1 / Zh 2 - pjenaste emulzije);
Disperzni sustavi s čvrstom površinom (G 1 /T 2 - porozna tijela, prirodna vlakna, plovućac, spužva, ugljen; W 1 /T 2 - vlaga u granitu; T 1 /T 2 - međusobno prožimajuće mreže polimera).

Priprema i pročišćavanje koloidnih otopina

Dobivanje koloidnih otopina

Mogu se dobiti koloidne otopinedisperzivan Ili do kondenzacija metode.

1. Disperzijske metode- to su metode za dobivanje liofobnih solova usitnjavanjem velikih komada u agregate koloidne veličine.

mehanički drobljenje grubo-disperznih sustava provodi se: drobljenjem, udarom, abrazijom, cijepanjem. Usitnjavanje čestica do veličine od nekoliko desetaka mikrona provodi se pomoću kuglasti mlinovi.Vrlo fino drobljenje (do 0,1-1 mikrona) postiže se na posebnimkoloidni mlinovis uskim razmakom između brzo rotirajućeg rotora (10-20 tisuća okretaja u minuti) i nepomičnog tijela, a čestice su rastrgane ili izbrušene u procjepu.Radovi P. A. Rebindera utvrdili su pojavu smanjenja otpornosti čvrstih tijela na elastične i plastične deformacije, kao i mehaničko razaranje pod utjecajem adsorpcije površinski aktivnih tvari. Surfaktanti olakšavaju disperziju i doprinose značajnom povećanju stupnja disperzije.

2. Metode kondenzacije- to su metode dobivanja koloidnih otopina spajanjem (kondenzacijom) molekula i iona u agregate koloidnih veličina. Sustav prelazi iz homogenog u heterogeni, tj. pojavljuje se nova faza (disperzna faza). Preduvjet je prezasićenost izvorni sustav.

Kondenzacijske metode dijele se prema prirodi sila koje uzrokuju kondenzaciju na fizičku kondenzaciju i kemijsku kondenzaciju.

fizička kondenzacija može se izvesti iz para ili promjenom otapala.

kondenzacija pare. Polazni materijal je u paru. Kako se temperatura smanjuje, para postaje prezasićena i djelomično se kondenzira, stvarajući disperznu fazu. Na taj se način dobivaju hidrosoli žive i nekih drugih metala.

Metoda zamjene otapala. Metoda se temelji na promjeni sastava i svojstava disperzijskog medija. Na primjer, alkoholna otopina sumpora, fosfora ili kolofonija se ulije u vodu, zbog smanjenja topljivosti tvari u novom otapalu, otopina postaje prezasićena i dio tvari se kondenzira, stvarajući čestice disperzne faze.

Kemijska kondenzacija sastoji se u tome što se tvar koja tvori disperznu fazu dobiva kao rezultat kemijska reakcija. Da bi se reakcijom stvorila koloidna otopina, a ne prava otopina ili talog, moraju biti ispunjena najmanje tri uvjeta:

tvar disperzne faze je netopljiva u disperzijskom mediju;
brzina stvaranja jezgri kristala disperzne faze mnogo je veća od brzine rasta kristala; taj je uvjet obično zadovoljen kada se koncentrirana otopina jedne komponente ulije u visoko razrijeđenu otopinu druge komponente uz snažno miješanje;
jedan od početnih materijala se uzima u višku, to je stabilizator.

Metode pročišćavanja koloidnih otopina.

Koloidne otopine dobivene na ovaj ili onaj način obično se pročišćavaju od niskomolekularnih nečistoća (molekula i iona). Uklanjanje ovih nečistoća provodi se metodama dijalize, (elektrodijalize), ultrafiltracije.

Dijaliza– metoda čišćenja pomoću polupropusne membrane koja odvaja koloidnu otopinu od čistog disperzijskog medija. Kao polupropusne (tj. propusne za molekule i ione, ali nepropusne za čestice disperzne faze) koriste se membrane, pergament, celofan, kolodij, keramički filteri i drugi fino porozni materijali. Kao rezultat difuzije, niskomolekularne nečistoće prelaze u vanjsku otopinu.

Ultrafiltracija nazvana dijaliza, provodi se pod tlakom u unutarnjoj komori. U suštini, ultrafiltracija nije metoda za pročišćavanje sola, već samo metoda za njihovo koncentriranje.

Optička svojstva koloidnih otopina

Kada svjetlost padne na disperzni sustav, mogu se uočiti sljedeće pojave:

prolaz svjetlosti kroz sustav;
lom svjetlosti česticama disperzne faze (ako su te čestice prozirne);
refleksija svjetlosti česticama disperzne faze (ako su čestice neprozirne);
raspršenje svjetlosti;
apsorpcija ( apsorpcija) svjetlosti od strane disperzne faze.

raspršenje svjetlosti promatrano za sustave u kojima su čestice disperzne faze manje ili razmjerne valnoj duljini upadne svjetlosti. Podsjetimo da je veličina čestica disperzne faze u koloidnim otopinama 10 -7 -10 -9 m. Stoga je raspršenje svjetlosti karakteristična pojava za koloidne sustave koje proučavamo.

Rayleigh je stvorio teoriju raspršenja svjetlosti. Izveo je jednadžbu koja povezuje intenzitet raspršene svjetlosti I s intenzitetom upadne svjetlosti I 0 . pravedno, pod uvjetom da:

čestice su sferične;
čestice ne provode struja(tj. su nemetalni);
čestice ne apsorbiraju svjetlost, odnosno bezbojne su;
koloidna otopina je razrijeđena do te mjere da je udaljenost između čestica veća od valne duljine upadne svjetlosti.

Rayleighova jednadžba:

gdje V je volumen jedne čestice,
λ - valna duljina;
n 1 je indeks loma čestice;
n o je indeks loma sredstva.

Iz Rayleighove jednadžbe slijede sljedeći zaključci:

Intenzitet raspršene svjetlosti je to veći što se indeksi loma čestice i medija više razlikuju (n 1 - str 0 ).
Ako su indeksi loma P 1 i n 0 su isti, tada će izostati raspršenje svjetlosti u nehomogenom mediju.
Intenzitet raspršene svjetlosti je to veći što je veća parcijalna koncentracija v. Koncentracija mase c, g / dm 3, koji se obično koristi u pripremi otopina, povezan je s parcijalnom koncentracijom izrazom:

gdje je ρ gustoća čestice.

Treba napomenuti da je ova ovisnost očuvana samo u području malih veličina čestica. Za vidljivi dio spektra ovo stanje odgovara vrijednostima 2 10 -6 cm< r < 4 10 -6 см. С увеличением r рост ja usporava, a za r > λ, raspršenje je zamijenjeno refleksijom. Intenzitet raspršene svjetlosti izravno je proporcionalan koncentraciji.

4. Intenzitet raspršene svjetlosti obrnuto je proporcionalan valnoj duljini na četvrtu potenciju.

To znači da kada bijela svjetlosna zraka prolazi kroz koloidnu otopinu, pretežno se raspršuju kratki valovi - plavi i ljubičasti dio spektra. Stoga bezbojni sol ima plavkastu boju u raspršenoj svjetlosti, a crvenkastu boju u propuštenoj svjetlosti. Plava boja neba također je posljedica raspršenja svjetlosti na sitnim kapljicama vode u atmosferi. Narančasta ili crvena boja neba pri izlasku ili zalasku sunca posljedica je činjenice da je ujutro ili navečer uglavnom prisutna svjetlost koja je prošla kroz atmosferu.

apsorpcija svjetla. Rayleighova jednadžba je izvedena za neobojene solove, tj. one koji ne apsorbiraju svjetlost. Međutim, mnoge koloidne otopine imaju određenu boju, tj. apsorbiraju svjetlost u odgovarajućem području spektra - sol je uvijek obojen bojom koja je komplementarna apsorbiranoj. Dakle, apsorbirajući plavi dio spektra (435-480 nm), sol postaje žut; nakon apsorpcije plavkastozelenog dijela (490-500 nm) poprima crvenu boju.Ako zrake cijelog vidljivog spektra prolaze kroz prozirno tijelo ili se odbijaju od neprozirnog tijela, tada prozirno tijelo izgleda bezbojno, a neprozirno tijelo bijelo. Ako tijelo apsorbira zračenje iz cijelog vidljivog spektra, ono izgleda crno.Optička svojstva koloidnih otopina koje mogu apsorbirati svjetlost mogu se karakterizirati promjenom intenziteta svjetlosti dok ona prolazi kroz sustav. Da biste to učinili, upotrijebite Bouguer-Lambert-Beerov zakon:

gdje ja 0 - intenzitet upadne svjetlosti ; ja itd je intenzitet svjetlosti propuštene kroz sol; k - koeficijent apsorpcije; l- debljina sloja sola; S- koncentracija sola.

Ako uzmemo logaritam izraza, dobivamo:

Vrijednost se zove optička gustoća riješenje . Kada rade s monokromatskim svjetlom, uvijek pokazuju na kojoj je valnoj duljini određena optička gustoća, označavajući je D λ .

Micelarna teorija strukture koloidnih sustava

Razmotrimo strukturu hidrofobne koloidne čestice na primjeru stvaranja AgI sola reakcijom izmjene

AgNO 3 + KI → AgI + KNO 3.

Ako se tvari uzmu u jednakim količinama, tada se taloži kristalni talog AgI. No, ako je jedna od početnih tvari u suvišku, npr. KI, procesom kristalizacije AgI dolazi do stvaranja koloidne otopine – micela AgI.

Dijagram strukture micela hidrosola AgI prikazan je na sl. 10.4.

Slika 10.4 - Shema micele AgI hidrosola formirane s viškom KI

Agregat molekula [ mAgI ] od 100-1000 (mikrokristali) - jezgra, jezgra je nove faze, na čijoj površini se odvija adsorpcija iona elektrolita u disperzijskom mediju. Prema Panet-Fajansovom pravilu bolje se adsorbiraju ioni, kao i ioni koji ulaze u kristalnu rešetku jezgre i nadopunjuju tu rešetku. Ioni koji se adsorbiraju izravno na jezgru nazivaju se određujući potencijal, jer određuju veličinu potencijala i predznak površinskog naboja, kao i predznak naboja cijele čestice. Ioni koji određuju potencijal u ovom sustavu su I - dio su iona koji su u suvišku kristalna rešetka AgI jezgre djeluju kao stabilizatori i tvore unutarnju ljusku u tvrdom dijelu dvostrukog električnog sloja (EDL) micele. Agregat s adsorbiranim ionima I - čini jezgru micele.

Do negativno nabijene površine čestica AgI na udaljenosti bliskoj polumjeru hidratiziranog iona, ioni suprotnog predznaka(protuioni) – pozitivno nabijeni ioni K+. Sloj protuiona - vanjska ljuska dvostrukog električnog sloja (EDL), drži se i elektrostatskim silama i silama adsorpcijskog privlačenja. Skupina molekula zajedno s čvrstim dvostrukim slojem naziva se koloidna čestica – granula.

Dio protuiona zbog toplinsko gibanje nalazi se difuzno oko granule, a povezan je s njom samo zahvaljujući elektrostatskim silama. Koloidne čestice, zajedno s difuznim slojem koji ih okružuje, nazivaju se micele. Micel je električki neutralan, budući da je naboj jezgre jednak naboju svih protuiona, a granula obično ima naboj, koji se naziva elektrokinetički ili ξ - zeta - potencijal. U skraćenom obliku, shema strukture micele za ovaj primjer može se napisati na sljedeći način:

Jedna od glavnih odredbi teorije strukture koloidnih čestica je koncept strukture dvostrukog električnog sloja (EDS). Prema modernim idejama, dvostruki električni sloj DELsastoji se od adsorpcijskog i difuzijskog sloja. Adsorpcijski sloj se sastoji od:

nabijena površina jezgre micele kao rezultat adsorpcije iona koji određuju potencijal na njoj, koji određuju veličinu površinskog potencijala i njegov predznak;
sloj iona suprotnog predznaka – protuiona, koji se privlače iz otopine na nabijenu površinu. Adsorpcijski sloj protuiona koji se nalazi na udaljenosti molekularnog radijusa od nabijene površine. Između ove površine i protuiona adsorpcijskog sloja postoje i elektrostatske i adsorpcijske sile, pa su stoga ti protuioni posebno čvrsto vezani za jezgru. Adsorpcijski sloj je vrlo gust, njegova debljina je stalna i ne ovisi o promjenama vanjski uvjeti(koncentracija elektrolita, temperatura).

Zbog toplinskog gibanja, dio protuiona prodire duboko u disperzijski medij, a njihovo privlačenje na nabijenu površinu granule provodi se samo zahvaljujući elektrostatskim silama. Ovi protuioni čine difuzni sloj, koji je slabije vezan za površinu. Difuzni sloj ima promjenjivu debljinu, koja ovisi o koncentraciji elektrolita u disperzijskom mediju.

Kada se čvrsta i tekuća faza pomiču jedna u odnosu na drugu, dolazi do prekida DEL-a u difuznom dijelu i skoka potencijala na granici faza, što se naziva elektrokinetički ξ - potencijal(zeta - potencijal). Njegova vrijednost određena je razlikom između ukupno naboje (φ) iona koji određuju potencijal i broj protuionskih naboja (ε) sadržanih u adsorpcijskom sloju, tj. ξ = φ - ε. Pad međufaznog potencijala s udaljenošću od krute faze duboko u otopinu prikazan je na slici 10.5.

Slika 10.5 DPP struktura

Prisutnost razlike potencijala oko čestica hidrofobnog sola onemogućuje njihovo lijepljenje prilikom sudara, odnosno faktor su agregatne stabilnosti sola. Ako se broj difuznih iona smanjuje ili teži nuli, tada granula postaje električki neutralna (izoelektrično stanje) i ima najmanju stabilnost.

Dakle, veličina elektrokinetičkog potencijala određuje odbojne sile, a time i stabilnost agregata koloidne otopine. Dovoljna stabilnost koloidne otopine osigurana je pri vrijednosti elektrokinetičkog potencijala ξ = 0,07 V, pri vrijednostima manjim od ξ = 0,03 V, odbojne sile su preslabe da bi se oduprle agregaciji, pa dolazi do koagulacije, koja neminovno završava s taloženje.

Veličina elektrokinetičkog potencijala može se odrediti pomoću uređaja za elektroforezu pomoću formule (10.5):

gdje je η viskoznost; ϑ - brzina kretanja čestica; l je udaljenost između elektroda duž otopine; E - elektromotorna sila, D - dielektrična konstanta.

Čimbenici koji utječu na ξ - potencijal:

Prisutnost u otopini indiferentnog elektrolita - elektrolita koji ne sadrži ion koji određuje potencijal.

Indiferentni elektrolit sadrži protuion. U tom slučaju dolazi do sabijanja difuzijskog sloja i pada ξ te kao posljedica toga dolazi do koagulacije.
Indiferentni elektrolit sadrži ion istog predznaka kao protuion, ali ne i sam protuion. U tom slučaju dolazi do izmjene iona: protuion se zamjenjuje ionima indiferentnog elektrolita. Primjećuje se pad ξ, ali stupanj pada ovisit će o prirodi supstituentskog iona, njegovoj valenciji i stupnju hidratacije. Liotropni niz kationa i aniona - niz u kojem su ioni raspoređeni prema svojoj sposobnosti da sabiju difuzni sloj i uzrokuju pad ξ potencijala.

Li + - Na + - NH 4 + - K + - Rb + - Cs + - Mg 2+ - Ca 2+ - Ba 2+ ...

CH 3 COO - - F - - NO 3 - - Cl - - I - - Br - - SCN - - OH - - SO 4 2 -

2. Dodavanje otopine stabilizatorski elektrolit- elektrolit koji sadrži potencijalno determiniran ion uzrokuje povećanje ξ - potencijala, te time doprinosi stabilnosti koloidnog sustava, ali do određene granice.

Stabilnost i koagulacija koloidnih sustava

Modernu teoriju stabilnosti i koagulacije koloidnih sustava stvorilo je nekoliko poznatih znanstvenika: Deryagina, Landau, Verwey, Overbeck, pa se stoga skraćeno naziva DLVO teorija . Prema ovoj teoriji, stabilnost disperznog sustava određena je ravnotežom privlačnih i odbojnih sila koje nastaju između čestica dok se približavaju jedna drugoj kao rezultat Brownovog gibanja. Postoji kinetička i agregatna stabilnost koloidnih sustava.

Kinetička (sedimentacijska) stabilnost- sposobnost raspršenih čestica da budu u suspenziji i da se ne talože (ne sedimentiraju). U disperziranim sustavima, kao iu prirodnim otopinama, postoji Brownovo gibanje. Brownovo gibanje ovisi o veličini čestica, viskoznosti disperzijskog medija, temperaturi itd. Fino dispergirani sustavi (soli), čije se čestice praktički ne talože pod djelovanjem gravitacije, kinetički su (sedimentacijski) stabilni. Oni također uključuju hidrofilne solove - otopine polimera, proteina itd. Hidrofobni solovi, grubi sustavi (suspenzije, emulzije) kinetički su nestabilni. U njima se razdvajanje faze i medija odvija prilično brzo.
Stabilnost agregata- sposobnost čestica disperzne faze da zadrže određeni stupanj disperzije nepromijenjenim. U sustavima stabilnim na agregate čestice disperzne faze se prilikom sudara ne lijepe i ne stvaraju agregate. Ali ako je narušena stabilnost agregata, koloidne čestice stvaraju velike agregate, nakon čega dolazi do taloženja disperzne faze. Takav proces se zove zgrušavanje, a odvija se spontano, jer se smanjuje slobodna energija sustavi (ΔG<0) .

Čimbenici koji utječu na stabilnost koloidnih sustava uključuju:

Prisutnost električnog naboja raspršenih čestica. Raspršene čestice liofobnih solova imaju isti naboj, pa će se pri sudaru odbijati to jače što je zeta potencijal veći. Međutim, električni faktor nije uvijek presudan.
Sposobnost solvatiranja (hidratacije) stabilizirajućih iona. Što je više hidratiziranih (solvatiranih) protuiona u difuznom sloju, to je veća ukupna hidratizirana (solvatna) ljuska oko granula i stabilniji je disperzni sustav.

Prema teoriji, tijekom Brownovog gibanja koloidne čestice se slobodno približavaju jedna drugoj na udaljenosti do 10 -5 vidi Priroda promjene van der Waalsovih sila privlačenja (1) i elektrostatskih odbojnih sila (2) između koloidnih čestica prikazana je na sl. 10.6. Rezultirajuća krivulja (3) dobivena je geometrijskim zbrajanjem odgovarajućih ordinata. Na minimalnim i velikim udaljenostima između čestica prevladava energija privlačenja (I i II energetski minimum). U drugom energetskom minimumu energija kohezije čestica je nedovoljna da ih zadrži u agregatnom stanju. Na srednjim udaljenostima koje odgovaraju debljini dvostrukog električnog sloja prevladava odbojna energija s potencijalnom barijerom AB koja sprječava sljepljivanje čestica. Praksa pokazuje da se pri zeta potencijalu ξ = 70 mV koloidni sustavi odlikuju visokom potencijalnom barijerom i visokom agregacijskom stabilnošću. Za destabilizaciju koloidnog sustava, tj. provedbu procesa koagulacije, potrebno je smanjiti -potencijal do vrijednosti 0 - 3 mV.

Slika 10.6. Potencijalne krivulje međudjelovanja koloidnih čestica

Koagulacija disperznih sustava

Koagulacija - proces prianjanja koloidnih čestica. Ovaj proces odvija se relativno lako pod utjecajem raznih čimbenika: unošenje elektrolita, neelektrolita, smrzavanje, kuhanje, miješanje, izlaganje sunčevoj svjetlosti itd. U procesu elektrolitička koagulacija (pod utjecajem elektrolita)često se opaža adsorpcija ionskom izmjenom: ioni koagulansa s višom valencijom ili višim adsorpcijskim potencijalom istiskuju protuione prvo difuznog sloja, a zatim adsorpcijskog sloja. Izmjena se odvija u ekvivalentnoj količini, ali zamjena protuiona dovodi do činjenice da pri dovoljnoj koncentraciji elektrolita u disperziranom mediju čestice gube stabilnost i pri sudaru se lijepe.

Za elektrolitičku koagulaciju uspostavljen je niz eksperimentalnih općih pravila:

1. Koagulaciju liofobnih sola uzrokuju svi elektroliti, ali se opaža primjetnom brzinom kada se postigne određena koncentracija elektrolita. Koagulacijski prag(C do) je minimalna koncentracija elektrolita potrebna za početak koagulacije sola. U tom slučaju uočavaju se vanjske promjene, kao što je zamućenje otopine, promjena njezine boje itd.

gdje je Sal molarna koncentracija elektrolita, mmol/l;
Vel - volumen otopine elektrolita, l;
Vz je volumen sola, l.

Recipročna vrijednost praga koagulacije naziva se koagulacijska sposobnost () elektrolita:

gdje je Ck koagulacijski prag.

2. Schultz-Hurdyjevo pravilo:

koagulacijski učinak ispoljava onaj ion čiji je naboj suprotnog predznaka od naboja površine koloidnih čestica (naboj zrnca), a taj se učinak povećava s porastom valencije iona;
koagulacijski učinak iona višestruko se povećava s porastom valencije iona. Za jedno-dvovalentne i trovalentne ione koagulacijski učinak je otprilike 1:50:500.

To se objašnjava činjenicom da viševalentne visokonabijene ione koagulansa mnogo jače privlači nabijena površina koloidne čestice od jednovalentnih i mnogo lakše istiskuju protuione iz difuznog, pa čak i adsorpcijskog sloja.

3. Koagulacijski učinak organskih iona mnogo je veći od anorganskih. To je zbog njihove visoke adsorpcijske sposobnosti, sposobnosti da se adsorbiraju u superekvivalentnoj količini, kao i da izazovu ponovno punjenje površine koloidnih čestica.

4. Kod niza anorganskih iona s istim nabojem koagulacijska sposobnost ovisi o polumjeru iona - koagulanta: što je veći radijus, veća je koagulacijska sposobnost (vidi. liotropni niz). To se objašnjava činjenicom da se stupanj hidratacije iona smanjuje, na primjer, od L + do Cs +, a to olakšava njegovu ugradnju u dvostruki ionski sloj.

5. Najvećom brzinom koaguliraju električki neutralne čestice liofobnih koloidnih solova.

6. Fenomen ovisnosti o solima. Ako se koagulant brzo doda u sol, tada dolazi do koagulacije, ako se sporo, nema koagulacije. To se može objasniti činjenicom da dolazi do reakcije između elektrolita i sola, uslijed čega nastaju peptizatori koji stabiliziraju disperzni sustav:

Fe (OH) 3 + HCl → FeOCl + 2H 2 O,

FeOCl → FeO + + Cl - ,

gdje je FeO + peptizator za Fe (OH) 3 sol.

Koagulacijski učinak mješavine elektrolita različito se očituje ovisno o prirodi iona – koagulatora. U mješavini elektrolita, djelovanje se može dodati koagulirajućem djelovanju svakog elektrolita. Ova pojava se zove aditivnost ioni (NaCl, KCl). Ako se koagulacijski učinak iona elektrolita smanji uvođenjem iona drugog elektrolita, antagonizam iona (LiCl, MgCl 2 ). U slučaju kada se koagulacijski učinak iona elektrolita povećava uvođenjem iona drugog elektrolita, ta se pojava naziva sinergija ioni.

Uvođenjem npr. 10 ml 10%-tne otopine NaCl u 10 ml Fe (OH) 3 sola dolazi do koagulacije tog sola. Ali to se može izbjeći ako se u otopinu sola dodatno unese jedna od zaštitnih tvari: 5 ml želatine, 15 ml albumina jaja, 20 ml dekstrina.

Zaštita koloidnih čestica

Koloidna zaštita- povećanje agregatne stabilnosti sola uvođenjem makromolekularnog spoja (HMC) u njega. Za hidrofobne solove, proteini, ugljikohidrati, pektini obično se koriste kao IUD; za nevodene solove – kaučuke.

Zaštitni učinak spirale povezan je s stvaranjem određenog adsorpcijskog sloja na površini koloidnih čestica (slika 10.7). Obrnuto od koagulacije naziva se peptizacija.

Slika 10.7 Mehanizam peptizacije

Za karakterizaciju zaštitnog učinka raznih pomorskih snaga, Zsigmondy je predložio korištenje zlatnog broja.zlatni brojje broj miligrama spirale koje treba dodati na 10 cm 3 0,0006% sola crvenog zlata kako bi se spriječilo da postane plavo (koagulacija) kada mu se doda 1 cm 3 10% otopina NaCl. Ponekad se umjesto zlatnog sola koriste koloidne otopine srebra (srebrni broj), željeznog hidroksida (željezni broj), itd. za karakterizaciju zaštitnog učinka IUD-a.Tablica 10.2 prikazuje značenje ovih brojeva za neke spirale.

Tablica 10.2 Zaštitno djelovanje spirale

Lekcija kemije u 11. razredu: "Disperzni sustavi i otopine"

Cilj je dati pojam disperznih sustava, njihovu klasifikaciju. Otkriti važnost koloidnih sustava u životu prirode i društva. Pokazati relativnost podjele otopina na prave i koloidne.

Oprema i materijali:

Tehnološke karte: dijagram-tablica, laboratorijski rad, upute.

Oprema za laboratorijski rad:

Reagensi: otopina šećera, otopina željezovog (III) klorida, mješavina vode i riječnog pijeska, želatina, pasta, ulje, otopina aluminijevog klorida, otopina kuhinjske soli, mješavina vode i biljnog ulja.

Kemijske čaše

Papirnati filteri.

Crni papir.

svjetiljke

Tijek nastave kemije u 11. razredu:

Faza lekcije	Značajke pozornice	Radnje nastavnika	Studentske akcije
Organizacijski (2 min.)	Priprema za lekciju	Pozdravlja učenike.	Priprema za lekciju. Pozdravite učiteljicu.
Uvod (5 min.)	Uvod u novu temu.	Vodi do teme lekcije, zadataka i "pitanja za sebe" Predstavlja temu lekcije. Prikazuje zadatke današnje lekcije.	Sudjelujte u raspravi o temi. Upoznati se s temom sata i zadacima (PRILOG br. 1) Napišite tri pitanja o temi na koja biste željeli dobiti odgovor.
Teorijski dio (15 minuta.)	Objašnjenje nove teme.	Daje zadatke za rad u skupinama za traženje novog gradiva (PRILOG br. 3,4)	Ujedinivši se u grupe, oni obavljaju zadatke u skladu s tehnološkom kartom danom shemom (PRILOG br. 4) i zahtjevima nastavnika.
Rezime teorijskog dijela (8 min.)	Zaključci temeljeni na stečenim teorijskim spoznajama.	Unaprijed izvjesi prazne dijagrame (format A3) na ploču za vizualno popunjavanje od strane učenika. (PRILOG №4) Zajedno sa studentima formulira glavne teorijske zaključke.	Marker popunjava sheme koje odgovaraju onoj na kojoj su radili, izvješćuju o obavljenom radu u skupinama Glavne zaključke zapišite u tehnološke karte.
Praktični dio (10 min.)	Izvođenje laboratorijskih radova, učvršćivanje stečenog iskustva.	Ponude za izvođenje laboratorijskih radova na temu "Disperzni sustavi" (PRILOG br. 2)	Izvesti laboratorijske vježbe (PRILOG br. 2), ispuniti obrasce, sukladno uputama za laboratorijske vježbe i zahtjevima nastavnika.
Sažetak i zaključci (5 min.)	Sažimanje lekcije. Domaća zadaća.	Zajedno s učenicima donosi zaključak o temi. Predlaže da se pitanja koja su napisana na početku lekcije povežu s onima dobivenim na kraju lekcije.	Sažimanje, zapisivanje domaće zadaće.

Oblici i metode kontrole:

Tehnološke sheme za punjenje (PRILOG br. 4).

Laboratorijski rad (PRILOG br. 2)

Kontrola se provodi frontalno, usmeno i pismeno. Na temelju rezultata laboratorijskog rada kartice s laboratorijskim radom predaju se nastavniku na ovjeru.

1. Uvod:

Koja je razlika između mramora i granita? Što je s mineralnom i destiliranom vodom?

(odgovor: mramor je čista tvar, granit je mješavina tvari, destilirana voda je čista tvar, mineralna voda je mješavina tvari).

Dobro. Što je s mlijekom? Je li to čista tvar ili smjesa? A zrak?

Stanje bilo koje čiste tvari opisuje se vrlo jednostavno - čvrsto, tekuće, plinovito.

Ali apsolutno čiste tvari ne postoje u prirodi. Čak i mala količina nečistoća može značajno utjecati na svojstva tvari: vrelište, električnu i toplinsku vodljivost, reaktivnost itd.

Dobivanje apsolutno čistih tvari jedna je od najvažnijih zadaća suvremene kemije, jer upravo čistoća tvari određuje mogućnost očitovanja njezinih pojedinih sredstava (dokazivanje označenih reagensa).

Prema tome, u prirodi i praktičnom životu čovjeka ne postoje pojedinačne tvari, već njihovi sustavi.

Smjese različitih tvari u različitim agregatnim stanjima mogu tvoriti heterogene i homogene sustave. Homogeni sustavi su rješenja s kojima smo se upoznali u prošloj lekciji.

Danas ćemo se upoznati s heterogenim sustavima.

2. Tema današnje lekcije je DISPERZIVNI SUSTAVI.

Nakon proučavanja teme lekcije naučit ćete:

važnost disperziranih sustava.

To je, kao što razumijete, naš glavni zadatak. Zapisani su u vašim tehnološkim kartama. Ali kako bi naš rad bio produktivniji i motiviraniji, predlažem da napišete barem tri pitanja pored glavnih zadataka na koje biste željeli pronaći odgovor tijekom ove lekcije.

3. Teorijski dio.

Raspršeni sustavi - što je to?

Pokušajmo zajedno izvući definiciju na temelju konstrukcije riječi.

1) Sustav (od drugog grčkog "sustav" - cjelina sastavljena od dijelova; veza) - skup elemenata koji su u međusobnim odnosima i vezama, što čini određenu cjelovitost, jedinstvo.

2) Disperzija - (od lat. dispersio - raspršivanje) raspršenost nečega, drobljenje.

Disperzni sustavi su heterogeni (heterogeni) sustavi u kojima je jedna tvar u obliku vrlo malih čestica ravnomjerno raspoređena u volumenu druge.

Ako se vratimo na pregled i prethodnu lekciju, možemo se sjetiti sljedećeg: Otopine se sastoje od dvije komponente: otopljene tvari i otapala.

Disperzni sustavi, kao smjese tvari, imaju sličnu strukturu: sastoje se od malih čestica koje su ravnomjerno raspoređene u volumenu druge tvari.

Pogledajte svoje tehnološke karte i pokušajte od različitih dijelova napraviti dvije slične sheme: za rješenje i za disperzirani sustav.

Provjerite rezultate uspoređujući ih sa slikom na ekranu.

Dakle, disperzni medij u disperznom sustavu ima ulogu otapala, te je tzv. kontinuirana faza, te disperzna faza - uloga otopljene tvari.

Budući da je disperzijski sustav heterogena smjesa, postoji sučelje između disperzijskog medija i disperzijske faze.

Klasifikacija disperznih sustava.

Svaki disperzni sustav možete proučavati zasebno, ali bolje ih je klasificirati, istaknuti zajedničko, tipično i zapamtiti. Da biste to učinili, morate odrediti na temelju čega to učiniti. Ujedinjeni ste u grupe od kojih svaka dobiva zadatak i dijagram toka priložen uz njega.

Vodeći se literaturom koja vam je ponuđena, pronađite u tekstu atribut klasifikacije koji vam je predložen za proučavanje, proučite ga.

Napravite klaster (blok dijagram), navodeći znakove i svojstva disperznih sustava, dajte primjere za to. Kako bismo vam pomogli u tome, već ste dobili prazan dijagram toka koji trebate ispuniti.

4. Zaključak o teoretskom zadatku.

Sažmimo.

Iz svake ekipe tražim jednu osobu da izađe i ispuni dijagrame postavljene na ploču.

(učenici dolaze i flomasterom popunjavaju svaku od shema, nakon čega izvješćuju o obavljenom poslu)

Bravo, sad popravimo:

Na čemu se temelji klasifikacija disperznih sustava?

Koje su vrste disperznih sustava?

Koje značajke koloidnih otopina poznajete?

Koji je drugi naziv za gelove? Koju vrijednost imaju? Koja je njihova značajka?

5. Praktični dio.

Sada kada ste se upoznali sa značajkama disperznih sustava i njihovom klasifikacijom, te utvrdili po kojem se principu klasificiraju disperzni sustavi, predlažem da ovo znanje učvrstite u praksi tako što ćete obaviti odgovarajući laboratorijski rad koji vam je ponuđen na posebnom obrascu.

Vi ste u grupama od 2 osobe. Za svaku grupu imate odgovarajući obrazac s laboratorijskim radom, kao i određeni skup reagensa koje trebate proučiti.

Dobili ste uzorak disperznog sustava.

Vaš zadatak: prema uputama odredite koji ste disperzijski sustav dobili, popunite tablicu i zaključite o značajkama disperzijskog sustava.

6. Generalizacija i zaključci.

Dakle, u ovoj lekciji smo dublje proučavali klasifikaciju raspršenih sustava, njihovu važnost u prirodi i ljudskom životu.

Međutim, treba napomenuti da ne postoji oštra granica između vrsta disperznih sustava. Klasifikaciju treba smatrati relativnom.

A sada se vratimo na zadatke postavljene za današnju lekciju:

što su disperzni sustavi?

Koja su svojstva disperznih sustava?

važnost disperziranih sustava.

Obratite pozornost na pitanja koja ste sami zapisali. U okviru za razmišljanje označite korisnost ove lekcije.

7. Domaća zadaća.

S raspršenim sustavima se stalno susrećemo u prirodi i svakodnevnom životu, čak iu našem tijelu postoje raspršeni sustavi. Za učvršćivanje znanja o značaju disperznih sustava pozivamo vas da svoju domaću zadaću izradite u obliku eseja /

Odaberite disperzni sustav s kojim se stalno susrećete u svom životu. Napišite esej na 1-2 stranice: „Koje je značenje ovog disperziranog sustava u životu čovjeka? Koji su slični disperzni sustavi sa sličnim funkcijama još poznati?

Hvala vam na lekciji.

Klasifikacija disperznih sustava može se provesti na temelju različitih svojstava: po disperziji, po stanju agregacije faza, po međudjelovanju disperzne faze i disperznog medija, po međučestičnom međudjelovanju.

Klasifikacija prema disperziji

Ovisnost specifične površine o disperziji Ssp = f(d) grafički je izražena jednakostraničnom hiperbolom (sl.).

Iz grafikona je vidljivo da sa smanjenjem poprečnih dimenzija čestica specifična površina značajno raste. Ako se kocka s veličinom ruba 1 cm zdrobi na kubične čestice dimenzija d = 10 -6 cm, vrijednost ukupne međupovršine povećat će se sa 6 cm 2 na 600 m 2.

Pri d ≤ 10 -7 cm hiperbola se prekida, jer se čestice smanjuju na veličinu pojedinačnih molekula, a heterogeni sustav postaje homogen, u kojem nema međupovršine. Prema stupnju disperznosti disperzni sustavi se dijele na:

grubi sustavi, d ≥ 10 -3 cm;
mikroheterogeni sustavi, 10 -5 ≤ d ≤ 10 -3 cm;
koloidno-disperzni sustavi ili koloidne otopine, 10 -7 ≤ d ≤ 10 -5 cm;
prave otopine, d ≤ 10 -7 cm.

Treba istaknuti da najveću specifičnu površinu imaju čestice disperzne faze u koloidnim otopinama.

Podjela prema agregatnom stanju faza

Klasifikaciju prema stanju agregacije faza predložio je Wolfgang Ostwald. U principu je moguće 9 kombinacija. Stavimo ih u obliku tablice.

Agregatno stanje disperzne faze	Agregatno stanje dispergiranog medija	Legenda	Naziv sustava	Primjeri
G	G	g/g	aerosoli	Zemljina atmosfera
i	G	w/g		magla, slojeviti oblaci
televizor	G	tv/g		dim, prašina, cirusi
G	i	g/ž	plinske emulzije, pjene	gazirana voda, sapunska pjena, terapeutski koktel kisika, pivska pjena
i	i	w/w	emulzije	mlijeko, maslac, margarin, kreme itd.
televizor	i	tv/w	liosoli, suspenzije	liofobne koloidne otopine, suspenzije, paste, boje itd. d.
G	televizor	g/tv	tvrda pjena	plovućac, tvrde pjene, polistiren, pjenasti beton, kruh, porozna tijela u plinu itd. d.
i	televizor	g TV	čvrste emulzije	voda u parafinu, prirodni minerali s tekućim uključcima, porozna tijela u tekućini
televizor	televizor	tv/tv	čvrsti solovi	čelik, lijevano željezo, stakla u boji, drago kamenje: Au sol u staklu - rubin staklo (0,0001%) (1 t stakla - 1 g Au)

Podjela prema međudjelovanju disperzne faze i disperznog medija (prema međufaznoj interakciji).

Ova je klasifikacija prikladna samo za sustave s tekućim disperzijskim medijem. G. Freindlich je predložio podjelu disperznih sustava u dvije vrste:

liofobni, u kojem disperzna faza ne može komunicirati s disperzijskim medijem i, posljedično, otopiti se u njemu; to uključuje koloidne otopine, mikroheterogene sustave;
liofilni, u kojima disperzna faza stupa u interakciju s disperzijskim medijem i pod određenim se uvjetima može otopiti u njemu, to uključuje otopine koloidnih tenzida i otopine spirala.

Klasifikacija prema međučestičnim interakcijama

Prema ovoj klasifikaciji, disperzni sustavi se dijele na:

slobodno raspršen (bez strukture);
povezan disperzan (strukturiran).

U slobodno disperziranim sustavima čestice disperzne faze nisu međusobno vezane i mogu se samostalno kretati u disperzijskom mediju.

U koherentno disperziranim sustavima čestice disperzne faze međusobno su povezane međumolekulskim silama, tvoreći osebujne prostorne mreže ili okvire (strukture) u disperzijskom mediju. Čestice koje tvore strukturu nisu sposobne za međusobno pomicanje i mogu vršiti samo oscilatorna gibanja.

Popis korištene literature

Gelfman M. I., Kovalevich O. V., Yustratov V. P. koloidna kemija. 2. izdanje, ster. - St. Petersburg: Izdavačka kuća "Lan", 2004. - 336 str.: ilustr. ISBN 5-8114-0478-6 [str. 8-10]

Sustavi u kojima je jedna tvar, koja je u raspršenom (zdrobljenom ili usitnjenom) stanju, ravnomjerno raspoređena u volumenu druge tvari, nazivaju se dispergiranim.(Koncept "raspršenog" dolazi od latinskog dispersus - raspršen, raspršen).

Disperzni sustavi u pravilu su heterogeni i sastoje se od dvije ili više faza. Kontinuirana kontinuirana faza u njima se drugačije naziva disperzijski medij, te diskretne ili diskontinuirane čestice druge tvari koje se nalaze u ovom mediju - disperzirana faza.

Mjera fragmentacije disperznih sustava je ili poprečna veličina čestica disperzne faze a, ili njegov recipročan, stupanj disperzijeD, dimenzija 1/m ili m –1:

Stupanj disperzije je vrijednost koja pokazuje koliko čestica može biti zbijeno zbijeno na segmentu duljine 1 m.

Koncept poprečne veličine ima jasno definirano značenje za sferne čestice ( a jednak promjeru d ovih čestica) i za čestice koje imaju oblik kocke ( a jednaka duljini ruba l Kuba). Za čestice različitog oblika (filamentne, lamelarne, itd.), vrijednost a ovisi o smjeru u kojem se vrše mjerenja. U takvim slučajevima vrlo često se drugačiji oblik čestica poistovjećuje sa sfernim s određenom vrijednošću d, s obzirom da se te uvjetne čestice u sustavima ponašaju potpuno isto kao i prave.

Ponekad se koristi još jedna karakteristika stupnja disperzije - tzv specifična površinaS otkucaji ,što odgovara ukupnoj površini (m 2 ) sve čestice disperzne faze ukupne mase 1 kg ili ukupnog volumena 1 m 3 . U prvom slučaju S otkucaji ima dimenziju m 2 /kg, u drugom - 1/m ili m –1 .

Stoga se specifična površina može definirati na sljedeći način:

ili

gdjeS– ukupna površina (m 2 ) površine čestica dispergirane faze;

mje ukupna masa (kg) ovih čestica;

V– ukupni volumen (m 3 ) ovih čestica.

Između S otkucaja postoji izravno proporcionalan odnos. i D:

gdjek- koeficijent proporcionalnosti.

U disperznim sustavima čestice disperzne faze rijetko su iste veličine. Mogu se dobiti samo umjetno, posebnim tehnikama. U tom se slučaju nastali sustavi nazivaju monodisperzni. Pravi sustavi često su polidisperzni a veličine čestica disperzne faze u njima leže u određenom rasponu.

Svi disperzni sustavi prema veličini čestica disperzne faze mogu se uvjetno podijeliti u 3 skupine (tablica 14).

Tablica 14. Klasifikacija disperznih sustava prema veličini čestica disperzne faze

Granicu između ovih tipova sustava nije moguće precizno utvrditi. Za pojedine sustave može se pomaknuti u jednom ili drugom smjeru, ovisno o kemijskoj prirodi tvari disperzne faze i disperzijskog medija te fizikalno-kemijskim svojstvima samog sustava.

Posebnost pravih otopina je da su čestice disperzne faze u njima zasebne molekule ili ioni. Kao rezultat toga, u ovim sustavima nema međufazne površine i stoga su, za razliku od drugih disperznih sustava, homogeni.

U koloidno-disperznim sustavima (ili solima) čestice disperzne faze čine nekoliko desetaka ili stotina molekula, iona ili atoma koji su međusobno povezani različitim vezama.

Poprečne dimenzije takvih čestica kreću se od 1 nm do 300–400 nm (1 10–9 ÷ 4 10–7 m). Zbog svoje male veličine ne mogu se vizualno otkriti svjetlosnim mikroskopom. Karakteristična značajka koloidnih sustava je njihova značajna specifična površina (tablica 15), zbog čega se često nazivaju ultramikroheterogenima.

Tablica 15 Promjena površine tijekom drobljenja 1 cm 3 tvari

To dovodi do činjenice da se većina svih molekula ili atoma tvari dispergirane faze nalazi na površini njezinih čestica, tj. na faznoj granici. Kao rezultat toga, koloidni sustavi dobivaju posebna svojstva koja ih oštro razlikuju od drugih vrsta disperznih sustava.

Fizikalno-kemijska svojstva koloidnih sustava, procesi koji se odvijaju na površini njihovih čestica, proučavaju se u dijelu fizikalne kemije, koji je postao samostalno područje znanosti -koloidna kemija.

Ime " koloidna kemija"dolazi od grčke riječi kola- ljepilo i ejdos- pogled. Predložio ga je engleski znanstvenik Thomas Graham, koji je u drugoj polovici 19. stoljeća proučavao difuziju iz otopina različitih tvari kroz biljne i životinjske membrane.

Thomas Graham (1805. - 1869.)škotski kemičar. Grahamovi radovi posvećeni su difuziji u plinovima i tekućinama, koloidnoj kemiji i kemiji polibazičnih kiselina. Graham je došao na ideju o razdvajanju svih tvari na kristaloide i koloide. Prvi stvaraju stabilne otopine i kristaliziraju, drugi daju nestabilne otopine i lako koaguliraju, stvarajući želatinasti talog. Ovi su radovi postavili temelje koloidne kemije. Nastavljajući proučavanje plinova, Graham je kasnih 1860-ih otkrio fenomen okluzije - apsorpciju plinova mikroskopskim šupljinama u metalima.

Istodobno, on je imenovao tvari koje brzo difundiraju u otopini i dobro prolaze kroz membranu. kristaloidi, jer kada se posade, formiraju guste precipitate koji imaju kristalnu strukturu.

Tvari koje imaju malu sposobnost difuzije u otopini i ne prolaze kroz membrane za dijalizu nazivaju se koloidi, tj. poput ljepila. Pojava ovog naziva je zbog činjenice da su prvi predmeti ove vrste, koje je proučavao znanstvenik T. Graham, bili otopine raznih visokomolekularnih spojeva: polisaharida, proteina, koji, kada se posade, obično tvore ljepljive taloge s amorfna struktura.

Daljnji rad na ovom području drugih znanstvenika: I.G. Borshchova, P.P. Weimarn, D.I. Mendeleev - pokazao je da ista tvar, ovisno o vrsti disperzijskog medija, može pokazivati i svojstva koloida i svojstva kristaloida u otopinama. Tako, na primjer, sapun otopljen u H 2 O, ima svojstva koloida, a otopina sapuna u alkoholu - kristaloida; kuhinjska sol otopljena u H 2 O, tvori pravu otopinu, au benzenu - koloidnu.

Dakle, nema razloga za podjelu kemijskih spojeva u dvije zasebne klase, već možemo govoriti samo o kristaloidnom i koloidnom stanju tvari u otopini.

U kristaloidnom stanju tvar je prisutna u otopinama u obliku pojedinačnih molekula ili iona, au koloidnom stanju je u obliku fragmentiranih (raspršenih) malih čestica, koje se sastoje od određenog broja molekula, iona ili atoma. , ravnomjerno raspoređen po volumenu sustava.

Otopine makromolekulskih spojeva, unatoč činjenici da su u većini slučajeva istinite, također spadaju u predmet istraživanja koloidne kemije, jer u mnogočemu po svojstvima slični koloidnim sustavima.

Koloidna kemija također proučava disperzne sustave s većim česticama disperzne faze u odnosu na solove. Njihove poprečne dimenzije su u pravilu u rasponu od 10–7 m ÷ 10–5 m. U većini slučajeva takve su čestice vidljive u optičkom mikroskopu, njihova specifična površina je stotinama puta manja nego u solima (tablica 15. ). Ti se sustavi nazivaju mikroheterogenim ili grubo dispergiranim.

Disperzni sustavi su široko rasprostranjeni u prirodi i imaju važnu praktičnu ulogu, što određuje ne samo znanstveno, već i nacionalno gospodarsko značenje koloidne kemije.

Mnogo dragog kamenja, raznih minerala u utrobi Zemlje, prehrambenih proizvoda, dima, oblaka, prašine, mutne vode u prirodnim rezervoarima, tla, gline, nafte itd. su koloidni ili grubo disperzni sustavi.

Koloidni sustavi imaju važnu ulogu u biokemiji i medicini. Najvažnije biološke tekućine: krv, plazma, limfa, stanična citoplazma, cerebrospinalna tekućina – disperzni su sustavi u kojima se niz tvari (proteini, kolesterol i mnoge druge (tablica 16)) nalaze u koloidnom stanju. S kemijskog gledišta, ljudsko tijelo kao cjelina složen je skup raspršenih sustava različitih vrsta. U tom smislu, različiti aspekti pojava koje se događaju u živom organizmu, njihove uzročne veze, mogućnost utjecaja na njih i njihova prilagodba izvana mogu se razumjeti samo ako je poznata priroda koloidnog stanja tvari.

Tablica 16. Veličine nekih raspršenih čestica

Mnoga fizikalna i kemijska svojstva tvari u obliku raspršenih čestica bitno se razlikuju od sličnih svojstava njezinih većih tvorevina. Te se razlike nazivaju učinci veličine ili razmjera. One su izraženije što su raspršene čestice manje, pa su osobito karakteristične za čestice nanometarskog područja (1 10 –9 m ÷ 9 10 –9 m), tzv nanočestice.

Posebne kvalitete nanočestica (uključujući njihova kvantna svojstva) otvaraju potpuno nove praktične primjene u kemiji, fizici, biologiji i medicini. U posljednje vrijeme proučavanje metoda dobivanja, strukture, fizikalnih i kemijskih svojstava dispergiranih čestica i disperznih sustava (razvoj tzv. nanotehnologija) jedan je od hitnih problema ne samo koloidne kemije, već i niza drugih znanstvenih disciplina. .