În lumea din jurul nostru, substanțele pure sunt extrem de rare; practic, majoritatea substanțelor de pe pământ și din atmosferă sunt diverse amestecuri care conțin mai mult de două componente. Particulele cu dimensiuni cuprinse între aproximativ 1 nm (mai multe dimensiuni moleculare) și 10 µm sunt numite dispersat(lat. dispergo - a împrăștia, a pulveriza). O varietate de sisteme (anorganice, organice, polimerice, proteine), în care cel puțin una dintre substanțe este sub formă de astfel de particule, sunt numite dispersate. dispersat - sunt sisteme eterogene formate din două sau mai multe faze cu o interfață foarte dezvoltată între ele sau un amestec format din cel puțin două substanțe care nu se amestecă deloc sau practic între ele și nu reacţionează chimic între ele. Una dintre faze, faza dispersată, este formată din particule foarte fine distribuite în cealaltă fază, mediul de dispersie.

Sistem de dispersie

În funcție de starea de agregare, particulele dispersate pot fi solide, lichide, gazoase și, în multe cazuri, au o structură complexă. Mediile de dispersie pot fi, de asemenea, gazoase, lichide și solide. Cele mai multe dintre corpurile reale ale lumii din jurul nostru există sub formă de sisteme dispersate: apa de mare, soluri și soluri, țesuturi ale organismelor vii, multe materiale tehnice, Produse alimentare si etc.

Clasificarea sistemelor disperse

În ciuda numeroaselor încercări de a propune o clasificare unificată a acestor sisteme, aceasta încă lipsește. Motivul constă în faptul că în orice clasificare nu toate proprietățile sistemelor dispersate sunt luate ca criteriu, ci doar una dintre ele. Luați în considerare cele mai comune clasificări ale sistemelor coloidale și microeterogene.

În orice domeniu al cunoașterii, atunci când cineva trebuie să se ocupe de obiecte și fenomene complexe, pentru a facilita și stabili anumite tipare, este indicat să le clasificăm după una sau alta caracteristică. Acest lucru este valabil și în domeniul sistemelor dispersate; în momente diferite, le-au fost propuse diverse principii de clasificare. După intensitatea interacțiunii dintre substanțele mediului de dispersie și faza dispersată, se disting coloizii liofili și liofobi. Alte metode de clasificare a sistemelor dispersate sunt prezentate pe scurt mai jos.

Clasificare după prezența sau absența interacțiuniiîntre particulele fazei dispersate. Conform acestei clasificări, sistemele dispersate sunt împărțite în dispersate liber și dispersate coerent; clasificarea este aplicabilă soluțiilor coloidale și soluțiilor de compuși macromoleculari.

Sistemele Svobodnodispersnye includ soluții coloidale tipice, suspensii, suspensii, diverse soluții de compuși macromoleculari, care au fluiditate, cum ar fi lichidele și soluțiile obișnuite.

Așa-numitele sisteme structurate sunt clasificate ca sisteme conectate-disperse, în care, ca urmare a interacțiunii dintre particule, ia naștere un cadru spațial de plasă deschis, iar sistemul în ansamblu dobândește proprietatea unui corp semisolid. De exemplu, solurile anumitor substanțe și soluțiile de compuși macromoleculari cu o scădere a temperaturii sau cu o creștere a concentrației peste o limită cunoscută, fără a suferi modificări externe, își pierd fluiditatea - gelatinizează (gelatinizează), intră într-un gel (jeleu) stat. Aceasta include și paste concentrate, precipitate amorfe.

Clasificare prin dispersie. Proprietățile fizice ale substanței nu depind de dimensiunea corpului, dar la un grad ridicat de măcinare devin o funcție de dispersie. De exemplu, solurile metalice au culori diferite in functie de gradul de macinare. Deci, soluțiile coloidale de aur cu o dispersie extrem de mare sunt violet, mai puțin dispersate - albastru, chiar mai puțin - verde. Există motive să credem că alte proprietăți ale solurilor aceleiași substanțe se modifică odată cu măcinarea: un criteriu natural pentru clasificarea sistemelor coloidale prin dispersie sugerează el însuși, adică împărțirea regiunii stării coloidale (10 -5 -10 -7). cm) la un număr de intervale mai înguste. O astfel de clasificare a fost propusă odată, dar s-a dovedit a fi inutilă, deoarece sistemele coloidale sunt aproape întotdeauna polidisperse; monodisperse sunt foarte rare. În plus, gradul de dispersie se poate modifica în timp, adică depinde de vârsta sistemului.

Idei generale despre sistemele disperse

Interacțiune chimică în reacții omogene apare în timpul ciocnirilor efective ale particulelor active și în cele eterogene - la interfața dintre fazele în care reactanții vin în contact, în plus, viteza și mecanismul reacției depind de suprafața, care este cu atât mai mare, cu cât este mai dezvoltată. suprafaţă. Din acest punct de vedere, sistemele dispersate cu o suprafață specifică mare prezintă un interes deosebit.

Un sistem dispersat este un amestec format din cel puțin două substanțe care nu reacționează chimic între ele și au o insolubilitate reciprocă aproape completă. Sistem de dispersie - Acesta este un sistem în care particulele foarte fine ale unei substanțe sunt distribuite uniform în volumul alteia.

Având în vedere sistemele disperse, se disting două concepte: faza dispersată și mediul de dispersie (Fig. 10.1).

faza dispersata - Aceasta este o colecție de particule dintr-o substanță dispersate la dimensiuni mici, distribuite uniform în volumul unei alte substanțe. Semnele fazei dispersate sunt fragmentarea și discontinuitatea.

Mediu de dispersieeste o substanță în care particulele fazei dispersate sunt distribuite uniform. Un semn al unui mediu de dispersie este continuitatea acestuia.

Faza dispersată poate fi separată de mediul de dispersie printr-o metodă fizică (centrifugare, separare, decantare etc.).

Figura 10.1 - Sistem dispersat: particulele fazei dispersate s (sub formă de particule solide mici, cristale, picături de lichid, bule de gaz, asociați de molecule sau ioni), având un strat de adsorbție d, sunt distribuite într-un mediu de dispersie continuă omogen. f.

Sistemele disperse se clasifică în funcție de diferite trăsături distinctive: dispersia, starea de agregare a fazei dispersate și a mediului de dispersie, intensitatea interacțiunii dintre ele, absența sau formarea structurilor în sistemele disperse.

Clasificare după gradul de dispersie

În funcție de dimensiunea particulelor fazei dispersate, toate sistemele dispersate sunt împărțite condiționat în trei grupuri (Fig. 10.2).

Figura 10.2 - Clasificarea sistemelor dispersate după dimensiunea particulelor (pentru comparație, sunt date dimensiunile particulelor în soluții adevărate)

1. Sisteme grosier dispersate , în care dimensiunea particulei este mai mare de 1 µm (10 –5 m). Acest grup de sisteme dispersate se caracterizează prin următoarele caracteristici: particulele fazei dispersate se depun (sau plutesc) în câmpul forțelor gravitaționale, nu trec prin filtre de hârtie; pot fi vizualizate cu un microscop convențional. Sistemele grosiere includ suspensii, emulsii, praf, spumă, aerosoli etc.

Suspensie - este un sistem dispers în care cei dispersațifaza este solid, iar mediul de dispersie este un lichid.

Un exemplu de suspensie poate fi un sistem format prin agitarea argilei sau cretei în apă, vopsea, pastă.

Emulsie - acesta este un sistem dispersat în care faza lichidă dispersată este distribuită uniform în volumul mediului lichid de dispersie, adică. O emulsie este formată din două lichide reciproc insolubile.

Exemplele de emulsii includ laptele (picăturile de grăsime lichidă acționează ca fază dispersată, iar apa este mediul de dispersie), smântână, maioneză, margarina, înghețată.

La decantare, suspensiile și emulsiile sunt separate (separate) în părțile lor constitutive: faza dispersată și mediul de dispersie. Deci, dacă benzenul este agitat energic cu apă, se formează o emulsie, care după un timp se împarte în două straturi: benzenul superior și apa inferioară. Pentru a preveni separarea emulsiilor, acestea sunt adăugate emulgatori- substanțe care conferă stabilitate agregatelor emulsiilor.

Spumă - un sistem celular grosier dispersat în care faza dispersată este un set de bule de gaz (sau vapori), iar mediul de dispersie este un lichid.

În spume, volumul total al gazului din bule poate fi de sute de ori mai mare decât volumul mediului de dispersie lichid conținut în straturile intermediare dintre bulele de gaz.

2. Microeterogene (saufin dispersate ) sisteme intermediare în care dimensiunea particulelor variază de la 10 – 5 –10 –7 m. Acestea includ suspensii fine, fumuri, solide poroase.

3. Ultramicroeterogene (saucoloid-dispersat ) sisteme în care particule cu o dimensiune de 1-100 nm (10–9 –10 –7 m) constau din 10 3_ 10 9 atomi și sunt separate de solvent printr-o interfață. Soluțiile coloidale sunt caracterizate printr-o stare limitativă foarte dispersă, de obicei sunt numite cenușă, sau adesea liosolurilepentru a sublinia că mediul de dispersie este un lichid. Dacă apa este luată ca mediu de dispersie, atunci se numesc astfel de solurihidrosoli, iar dacă lichidul organic -organosolurile.

Pentru majoritatea sistemelor fin dispersate, anumite caracteristici sunt inerente:

rata de difuzie scăzută;

particulele din faza dispersată (adică particulele coloidale) pot fi examinate numai folosind un ultramicroscop sau un microscop electronic;

împrăștierea luminii prin particule coloidale, ca urmare a căreia acestea iau forma unor puncte de lumină într-un ultramicroscop - efectul Tyndall (Fig. 10.3);

Figura 10.3 - Sistem ultramicroeterogen (fin dispersat): a) soluţie coloidală; b) schema de deviere a unui fascicul îngust de lumină la trecerea printr-o soluție coloidală; c) împrăștierea luminii printr-o soluție coloidală (efectul Tyndall)

• pe interfața de fază în prezența stabilizatorilor (ioni de electroliți), se formează un strat ionic sau o înveliș de solvat, care contribuie la existența particulelor în formă suspendată;
• faza dispersată este fie complet insolubilă, fie ușor solubilă în mediul de dispersie.

Exemple de particule coloidale includ amidon, proteine, polimeri, cauciuc, săpunuri, hidroxizi de aluminiu și ferum (III).

Clasificarea sistemelor dispersate în funcție de raportul dintre stările agregate ale fazei dispersate și mediul de dispersie

Această clasificare a fost propusă de Ostavld (Tabelul 10.1). La înregistrarea schematică a stării de agregare a sistemelor dispersate, primul este indicat prin literele G (gaz), F (lichid) sau T (solid) starea de agregare faza dispersată, apoi puneți o liniuță (sau un semn de fracțiune) și înregistrați starea de agregare a mediului de dispersie.

Tabelul 10.1 - Clasificarea sistemelor dispersate

Clasificarea sistemelor dispersate în funcție de intensitatea interacțiunii moleculare

Această clasificare a fost propusă de G. Freindlich și este utilizată exclusiv pentru sistemele cu mediu de dispersie lichid.

1. Sisteme liofile , în care faza dispersată interacționează cu mediul de dispersie și în anumite condiții este capabilă să se dizolve în acesta - acestea sunt soluții de surfactanți coloidali (surfactanți), soluții de compuși macromoleculari (HMC). Dintre diferitele sisteme liofile, cele mai importante din punct de vedere practic sunt surfactanții, care pot fi atât în ​​stare dizolvată molecular, cât și sub formă de agregate (micele) formate din zeci, sute sau mai multe molecule.
2. Sisteme liofobe , în care faza dispersată nu este capabilă să interacționeze cu mediul de dispersie și să se dizolve în acesta. În sistemele liofobe, interacțiunea dintre moleculele de diferite faze este mult mai slabă decât în ​​cazul sistemelor liofile; Tensiunea de suprafață interfacială este ridicată, drept urmare sistemul tinde la îngroșarea spontană a particulelor fazei dispersate.

Clasificarea sistemelor dispersate după starea fizică

Autorul clasificării este P. Rebinder. Conform acestei clasificări, un sistem dispers este notat cu o fracție, în care faza dispersată este plasată la numărător, iar mediul de dispersie este la numitor. De exemplu: T 1 /W 2 desemnează un sistem dispersat cu o fază solidă (indice 1) și un mediu de dispersie lichid (indice 2). Clasificarea Rehbinder împarte sistemele disperse în două clase:

1. Sisteme liber dispersate – solurile în care faza dispersată nu formează structuri rigide continue (grile, ferme sau rame), prezintă fluiditate, iar particulele fazei dispersate nu intră în contact între ele, participând la mișcare termică aleatorie și mișcându-se liber sub acțiunea gravitației . Acestea includ aerosoli, liosoluri, suspensii diluate și emulsii.

Exemple de sisteme liber-disperse:

• Sisteme dispersate în gaze cu dispersie coloidală (T 1 /G 2 - praf în straturile superioare ale atmosferei, aerosoli), cu dispersie grosieră (T 1 /G 2 - fum și Zh 1 /G 2 - ceață);
• Sisteme dispersate în lichide cu dispersie coloidală (T 1 / W 2 - liosoluri, coloranți dispersați în apă, latexuri de polimeri sintetici), cu dispersie grosieră (T 1 / W 2 - suspensii; W 1 / W 2 - emulsii lichide; G 1 / Zh 2 - emulsii gazoase);
• Sisteme dispersate în solide ax: T 1 /T 2 - soluri solide, de exemplu, sol de metal galben în sticlă, fibre pigmentate, polimeri umpluți.

2. Sisteme coezive-disperse (sau continue). . În sistemele continue (dispersate coerent), particulele fazei dispersate formează structuri spațiale rigide. Astfel de sisteme rezistă la deformarea prin forfecare. Sistemele dispersate în coeziune sunt solide; ele apar atunci când particulele fazei dispersate intră în contact, ducând la formarea unei structuri sub formă de schelet sau rețea, care limitează fluiditatea sistemului dispersat și îi conferă capacitatea de a-și păstra forma. Astfel de sisteme coloidale structurate se numesc geluri.

Exemple de sisteme disperse conectate:

• Sisteme dispersate cu o interfață lichidă (G 1 / Zh 2 - spumă; Zh1 / Zh 2 - emulsii spumoase);
• Sisteme dispersate cu interfață în fază solidă (G 1 /T 2 - corpuri poroase, fibre naturale, piatră ponce, burete, cărbune; W 1 /T 2 - umiditate în granit; T 1 /T 2 - rețele de polimeri care se întrepătrund).

Prepararea și purificarea soluțiilor coloidale

Obținerea soluțiilor coloidale

Se pot obține soluții coloidaledispersiv sau la condensare metode.

1. Metode de dispersie- sunt metode de obţinere a solurilor liofobe prin zdrobirea bucăţilor mari la agregate de dimensiuni coloidale.

Mecanic zdrobirea sistemelor grosiere dispersate se realizează prin: zdrobire, lovire, abraziune, despicare. Măcinarea particulelor la dimensiuni de câteva zeci de microni se realizează folosind mori cu bile.Concasare foarte fină (până la 0,1-1 microni) se realizează pe specialmori coloidalecu un spațiu îngust între un rotor care se rotește rapid (10-20 mii rpm) și un corp fix, iar particulele sunt rupte sau abrazive în spațiu.Lucrările lui P. A. Rebinder au stabilit fenomenul de scădere a rezistenței solidelor la deformații elastice și plastice, precum și distrugerea mecanică sub influența adsorbției agenților tensioactivi. Agenții tensioactivi facilitează dispersia și contribuie la o creștere semnificativă a gradului de dispersie.

2. Metode de condensare- sunt metode de obținere a soluțiilor coloidale prin combinarea (condensarea) moleculelor și ionilor în agregate de dimensiuni coloidale. Sistemul se transformă din omogen în eterogen, adică apare o nouă fază (fază dispersată). Condiția prealabilă este suprasaturare sistem original.

Metodele de condensare sunt clasificate în funcție de natura forțelor care provoacă condensarea în condensare fizică și condensare chimică.

condensare fizică se poate realiza din vapori sau prin schimbarea solventului.

condensarea vaporilor. Materialul de pornire este în perechi. Pe măsură ce temperatura scade, vaporii devin suprasaturați și se condensează parțial, formând o fază dispersată. În acest fel se obțin hidrosoli de mercur și alte metale.

Metoda de înlocuire a solventului. Metoda se bazează pe modificarea compoziției și proprietăților mediului de dispersie. De exemplu, o soluție de alcool de sulf, fosfor sau colofoniu este turnată în apă, datorită scăderii solubilității substanței în noul solvent, soluția devine suprasaturată și o parte din substanță se condensează, formând particule din faza dispersată.

Condens chimic constă în faptul că substanţa care formează faza dispersată se obţine ca urmare a reactie chimica. Pentru ca reacția să formeze o soluție coloidală și nu o soluție sau un precipitat adevărat, trebuie îndeplinite cel puțin trei condiții:

1. substanța fazei dispersate este insolubilă în mediul de dispersie;
2. rata de formare a nucleelor ​​de cristale din faza dispersată este mult mai mare decât rata de creștere a cristalelor; această condiție este de obicei îndeplinită atunci când o soluție concentrată a unui component este turnată într-o soluție foarte diluată a unei alte componente cu agitare puternică;
3. una dintre materiile prime este luată în exces, acesta este stabilizatorul.

Metode de purificare a soluțiilor coloidale.

Soluțiile coloidale obținute într-un fel sau altul sunt de obicei purificate din impurități cu molecul scăzut (molecule și ioni). Îndepărtarea acestor impurități se realizează prin metode de dializă, (electrodializă), ultrafiltrare.

Dializă– metoda de curățare folosind o membrană semipermeabilă care separă soluția coloidală de un mediu pur de dispersie. Ca semipermeabil (adică, permeabil la molecule și ioni, dar impermeabil la particulele fazei dispersate) sunt utilizate membrane, pergament, celofan, colodion, filtre ceramice și alte materiale fin poroase. Ca rezultat al difuziei, impuritățile cu molecularitate scăzută trec în soluția externă.

Ultrafiltrare numită dializă, efectuată sub presiune în camera interioară. În esență, ultrafiltrarea nu este o metodă de purificare a solurilor, ci doar o metodă de concentrare a acestora.

Proprietățile optice ale soluțiilor coloidale

Când lumina cade pe un sistem dispers, se pot observa următoarele fenomene:

• trecerea luminii prin sistem;
• refracția luminii de către particulele fazei dispersate (dacă aceste particule sunt transparente);
• reflectarea luminii de către particulele fazei dispersate (dacă particulele sunt opace);
• împrăștierea luminii;
• absorbtie ( absorbţia) luminii de către faza dispersată.

difuzia luminii observat pentru sistemele în care particulele fazei dispersate sunt mai mici sau proporționale cu lungimea de undă a luminii incidente. Amintiți-vă că dimensiunea particulelor fazei dispersate în soluții coloidale este 10 -7 -10 -9 m. În consecință, împrăștierea luminii este un fenomen caracteristic sistemelor coloidale pe care le studiem.

Rayleigh a creat teoria împrăștierii luminii. El a derivat o ecuație care leagă intensitatea luminii împrăștiate I cu intensitatea luminii incidente I 0 . corect, cu condiția ca:

• particulele sunt sferice;
• particulele nu conduc electricitate(adică sunt nemetalice);
• particulele nu absorb lumina, adică sunt incolore;
• soluția coloidală este diluată în așa măsură încât distanța dintre particule este mai mare decât lungimea de undă a luminii incidente.

Ecuația Rayleigh:

• Unde V este volumul unei particule,
• λ - lungimea de undă;
• n 1 este indicele de refracție al particulei;
• n o este indicele de refracție al mediului.

Următoarele concluzii rezultă din ecuația Rayleigh:

1. Intensitatea luminii împrăștiate este cu atât mai mare, cu atât indicii de refracție ai particulei și ai mediului diferă mai mult (n 1 - P 0 ).
2. Dacă indicii de refracţie P 1 și n 0 sunt aceleași, atunci împrăștierea luminii va fi absentă într-un mediu neomogen.
3. Intensitatea luminii împrăștiate este cu atât mai mare, cu atât concentrația parțială v. Concentrarea în masă c, g / dm 3, care este de obicei utilizat la prepararea soluțiilor, este asociat cu o concentrație parțială prin expresia:

unde ρ este densitatea particulelor.

Trebuie remarcat faptul că această dependență este păstrată numai în regiunea particulelor de dimensiuni mici. Pentru partea vizibilă a spectrului, această condiție corespunde valorilor 2 10 -6 cm< r < 4 10 -6 см. С увеличением r рост eu încetinește, iar pentru r > λ, împrăștierea este înlocuită de reflexie. Intensitatea luminii împrăștiate este direct proporțională cu concentrația.

4. Intensitatea luminii împrăștiate este invers proporțională cu lungimea de undă cu a patra putere.

Aceasta înseamnă că atunci când un fascicul de lumină albă trece printr-o soluție coloidală, undele scurte - părțile albastre și violete ale spectrului - sunt împrăștiate predominant. Prin urmare, un sol incolor are o culoare albăstruie în lumina împrăștiată și o culoare roșiatică în lumina transmisă. Culoarea albastră a cerului se datorează și împrăștierii luminii de micile picături de apă din atmosferă. Culoarea portocalie sau roșie a cerului la răsărit sau la apus se datorează faptului că dimineața sau seara există în principal lumină care a trecut prin atmosferă.

absorbția luminii. Ecuația Rayleigh a fost derivată pentru solurile necolorate, adică, care nu absorb lumina. Cu toate acestea, multe soluții coloidale au o anumită culoare, adică. absorb lumina în regiunea corespunzătoare a spectrului - solul este întotdeauna colorat într-o culoare complementară celei absorbite. Deci, absorbind partea albastră a spectrului (435-480 nm), solul devine galben; la absorbția părții verzi-albăstrui (490-500 nm), capătă o culoare roșie.Dacă razele întregului spectru vizibil trec printr-un corp transparent sau sunt reflectate de un corp opac, atunci corpul transparent apare incolor, iar corpul opac apare alb. Dacă un corp absoarbe radiații din întregul spectru vizibil, acesta pare negru.Proprietățile optice ale soluțiilor coloidale capabile să absoarbă lumina pot fi caracterizate prin modificarea intensității luminii pe măsură ce aceasta trece prin sistem. Pentru a face acest lucru, utilizați legea Bouguer-Lambert-Beer:

unde eu 0 este intensitatea luminii incidente ; eu etc este intensitatea luminii transmise prin sol; k - coeficient de absorbție; l- grosimea stratului de sol; Cu- concentratia solului.

Dacă luăm logaritmul expresiei, obținem:

Valoarea este numită densitate optica soluţie . Când se lucrează cu lumină monocromatică, ele indică întotdeauna la ce lungime de undă a fost determinată densitatea optică, indicând-o D λ .

Teoria micelară a structurii sistemelor coloidale

Să luăm în considerare structura unei particule coloidale hidrofobe folosind exemplul formării unui sol AgI prin reacția de schimb

AgNO 3 + KI → AgI + KNO 3.

Dacă substanțele sunt luate în cantități echivalente, atunci precipită un precipitat cristalin de AgI. Dar, dacă una dintre substanțele inițiale este în exces, de exemplu, KI, procesul de cristalizare AgI duce la formarea unei soluții coloidale - micelii AgI.

Diagrama structurii micelilor de hidrosol AgI este prezentată în Fig. 10.4.

Figura 10.4 - Schema unei micele de hidrosol AgI formată cu un exces de KI

Un agregat de molecule [mAgI] de 100-1000 (microcristale) - miezul, este embrionul unei noi faze, pe suprafața căreia are loc adsorbția ionilor de electroliți în mediul de dispersie. Conform regulii Panet-Fajans, ionii sunt mai bine adsorbiți, la fel ca și ionii care intră în rețeaua cristalină a nucleului și completează această rețea. Ionii care se adsorb direct la nucleu se numesc potenţial-determinant, deoarece determină mărimea potențialului și semnul sarcinii de suprafață, precum și semnul sarcinii întregii particule. Ionii care determină potențialul în acest sistem sunt I - ionii, care sunt în exces, fac parte din rețea cristalină Nucleii AgI acționează ca stabilizatori și formează învelișul interior în partea tare a stratului dublu electric (EDL) al micelului. Agregatul cu ioni adsorbiți I - formează miezul unei micele.

La suprafața încărcată negativ a particulelor AgI la o distanță apropiată de raza ionului hidratat, ionii semnul opus(contraionii) - ioni încărcați pozitiv K +. Stratul de contraioni - învelișul exterior al stratului dublu electric (EDL), este ținut atât de forțele electrostatice, cât și de forțele de atracție de adsorbție. Un agregat de molecule împreună cu un strat dublu solid se numește o particulă coloidală - o granulă.

O parte din contraionii din cauza mișcarea termică este situat difuz în jurul granulei și este asociat cu aceasta numai datorită forțelor electrostatice. Particulele coloidale, împreună cu stratul difuz care îl înconjoară, se numesc micelii. Micela este neutră din punct de vedere electric, deoarece sarcina nucleului este egală cu sarcina tuturor contraionilor, iar granula are de obicei o sarcină, care se numește electrocinetică sau potențial ξ - zeta. Într-o formă prescurtată, schema structurii micelare pentru acest exemplu poate fi scrisă după cum urmează:

Una dintre principalele prevederi ale teoriei structurii particulelor coloidale este conceptul de structură a unui strat dublu electric (EDL). Conform ideilor moderne, dublu strat electric DELconstă din straturi de adsorbție și difuzie. Stratul de adsorbție este format din:

• suprafața încărcată a miezului micelului ca urmare a adsorbției ionilor care determină potențialul pe acesta, care determină mărimea potențialului de suprafață și semnul acestuia;
• un strat de ioni de semn opus - contraioni, care sunt atrași de la soluție la suprafața încărcată. Stratul de adsorbție al contraionilor situat la o distanță de o rază moleculară de suprafața încărcată. Între această suprafață și contraionii stratului de adsorbție există atât forțe electrostatice, cât și de adsorbție și, prin urmare, acești contraioni sunt legați în mod deosebit de puternic de miez. Stratul de adsorbție este foarte dens, grosimea sa este constantă și nu depinde de modificări conditii externe(concentrația electroliților, temperatura).

Datorită mișcării termice, o parte din contraionii pătrund adânc în mediul de dispersie, iar atracția lor către suprafața încărcată a granulei se realizează numai datorită forțelor electrostatice. Acești contraioni formează stratul difuz, care este mai puțin puternic legat de suprafață. Stratul difuz are o grosime variabilă, care depinde de concentrația de electroliți din mediul de dispersie.

Când fazele solide și lichide se mișcă una față de cealaltă, apare o rupere DEL în partea difuză și un potențial salt la interfața de fază, care se numește electrocinetic ξ - potenţial(zeta - potențial). Valoarea sa este determinată de diferența dintre total sarcinile (φ) ale ionilor determinanți de potențial și numărul de sarcini contraionilor (ε) conținute în stratul de adsorbție, i.e. ξ = φ - ε. Scăderea potențialului interfacial cu distanța față de faza solidă adânc în soluție este prezentată în Fig. 10.5.

Figura 10.5 Structura DPP

Prezența unei diferențe de potențial în jurul particulelor unui sol hidrofob le împiedică să se lipească împreună în timpul unei coliziuni, adică sunt un factor în stabilitatea agregată a solului. Dacă numărul de ioni difuzi scade sau tinde spre zero, atunci granula devine neutră din punct de vedere electric (stare izoelectrică) și are cea mai mică stabilitate.

Astfel, mărimea potențialului electrocinetic determină forțele de repulsie și, prin urmare, stabilitatea agregată a soluției coloidale. Se asigură o stabilitate suficientă a soluției coloidale la valoarea potențialului electrocinetic ξ = 0,07V, la valori mai mici de ξ = 0,03V, forțele de respingere sunt prea slabe pentru a rezista agregării și, prin urmare, are loc coagularea, care se termină inevitabil cu sedimentare.

Mărimea potențialului electrocinetic poate fi determinată folosind un dispozitiv de electroforeză folosind formula (10.5):

unde η este vâscozitatea; ϑ - viteza de mișcare a particulelor; l este distanța dintre electrozi de-a lungul soluției; E - forța electromotoare, D - constanta dielectrică.

Factori care afectează ξ - potențial:

1. Prezența în soluție a unui electrolit indiferent - un electrolit care nu conține un ion care determină potențialul.

• Electrolitul indiferent conține un contraion. În acest caz, stratul de difuzie este comprimat și ξ cade și, în consecință, are loc coagularea.
• Un electrolit indiferent conține un ion de același semn ca un contraion, dar nu și contraionul în sine. În acest caz, are loc schimbul de ioni: contraionul este înlocuit cu ioni ai unui electrolit indiferent. Se observă o scădere a ξ, dar gradul de scădere va depinde de natura ionului substituent, de valența acestuia și de gradul de hidratare. Serii liotropice de cationi și anioni - serii în care ionii sunt aranjați în funcție de capacitatea lor de a comprima stratul difuz și de a provoca o scădere a potențialului ξ.

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. Adăugarea soluției electrolit stabilizator- un electrolit care conține un ion determinat de potențial determină o creștere a potențialului ξ, și deci contribuie la stabilitatea sistemului coloidal, dar până la o anumită limită.

Stabilitatea și coagularea sistemelor coloidale

Teoria modernă a stabilității și coagulării sistemelor coloidale a fost creată de câțiva oameni de știință cunoscuți: Deryagina, Landau, Verwey, Overbeck și, prin urmare, este prescurtată ca Teoria DLVO . Conform acestei teorii, stabilitatea unui sistem dispers este determinată de echilibrul forțelor de atractivitate și de respingere care apar între particule pe măsură ce se apropie una de cealaltă ca urmare a mișcării browniene. Există stabilitate cinetică și agregată a sistemelor coloidale.

1. Stabilitate cinetică (sedimentare).- capacitatea particulelor dispersate de a fi în suspensie și de a nu se depune (nu sedimente). În sistemele dispersate, ca și în soluțiile naturale, există mișcare browniană. Mișcarea browniană depinde de dimensiunea particulelor, de vâscozitatea mediului de dispersie, de temperatură etc. Sistemele fin dispersate (solurile), ale căror particule practic nu se depun sub acțiunea gravitației, sunt stabile din punct de vedere cinetic (sedimentării). Acestea includ, de asemenea, soluții hidrofile - soluții de polimeri, proteine ​​etc. Solurile hidrofobe, sistemele grosiere (suspensii, emulsii) sunt instabili cinetic. În ele, separarea fazei și a mediului are loc destul de repede.
2. Stabilitatea agregată- capacitatea particulelor din faza dispersată de a menține neschimbat un anumit grad de dispersie. În sistemele stabile la agregate, particulele din faza dispersată nu se lipesc între ele în timpul coliziunilor și nu formează agregate. Dar dacă stabilitatea agregatului este încălcată, particulele coloidale formează agregate mari, urmate de precipitarea fazei dispersate. Un astfel de proces se numește coagulare, și decurge spontan, deoarece scade energie gratis sisteme (ΔG<0) .

Factorii care afectează stabilitatea sistemelor coloidale includ:

1. Prezența unei sarcini electrice a particulelor dispersate. Particulele dispersate de soluri liofobe au aceeași sarcină și, prin urmare, la ciocnire, se vor respinge unele pe altele cu cât mai puternice, cu atât potențialul zeta este mai mare. Cu toate acestea, factorul electric nu este întotdeauna decisiv.
2. Capacitatea de a solvata (hidrata) ionii stabilizatori. Cu cât contraionii sunt mai hidratați (solvatați) în stratul difuz, cu atât învelișul total hidratat (solvat) din jurul granulelor este mai mare și cu atât sistemul dispersat este mai stabil.

Conform teoriei, în timpul mișcării browniene, particulele coloidale se apropie liber unele de altele la o distanță de până la 10 -5 a se vedea. Natura modificării forțelor de atracție van der Waals (1) și forțelor de repulsie electrostatică (2) între particulele coloidale este prezentată în fig. 10.6. Curba rezultată (3) a fost obţinută prin adăugarea geometrică a ordonatelor corespunzătoare. La distanțe minime și mari, energia de atracție predomină între particule (minime energetice I și II). În al doilea minim energetic, energia de coeziune a particulelor este insuficientă pentru a le menține într-o stare agregată. La distante medii corespunzatoare grosimii stratului dublu electric, energia respingatoare predomina cu o bariera de potential AB care impiedica lipirea particulelor. Practica arată că la un potențial zeta ξ = 70 mV, sistemele coloidale sunt caracterizate printr-o barieră de potențial ridicat și stabilitate agregativă ridicată. Pentru a destabiliza sistemul coloidal, i.e. implementarea procesului de coagulare, este necesar să se reducă -potential pana la valori 0 - 3 mV.

Figura 10.6. Curbe potențiale de interacțiune a particulelor coloidale

Coagularea sistemelor dispersate

Coagularea - procesul de aderență a particulelor coloidale. Acest proces se desfășoară relativ ușor sub influența unei varietăți de factori: introducerea de electroliți, non-electroliți, înghețare, fierbere, amestecare, expunere la lumina soarelui etc. În acest proces coagularea electrolitică (sub influența electroliților) se observă adesea adsorbția schimbătoare de ioni: ionii coagulanți cu o valență mai mare sau un potențial de adsorbție mai mare deplasează contraionii mai întâi ai stratului difuz și apoi ai stratului de adsorbție. Schimbul are loc într-o cantitate echivalentă, dar înlocuirea contraionilor duce la faptul că, la o concentrație suficientă de electroliți într-un mediu dispersat, particulele își pierd stabilitatea și se lipesc împreună la ciocnire.

Au fost stabilite o serie de reguli generale experimentale pentru coagularea electrolitică:

1. Coagularea solurilor liofobe este cauzată de orice electroliți, dar se observă într-un ritm vizibil atunci când se atinge o anumită concentrație de electroliți. Pragul de coagulare(C to) este concentrația minimă de electrolit necesară pentru a începe coagularea solului. În acest caz, se observă modificări externe, cum ar fi tulbureala soluției, o schimbare a culorii acesteia etc.

• unde Sal este concentrația molară a electrolitului, mmol/l;
• Vel - volumul soluției de electrolit, l;
• Vz este volumul solului, l.

Reciproca pragului de coagulare se numește capacitatea de coagulare () a electrolitului:

unde Ck este pragul de coagulare.

2. regula Schultz-Hurdy:

• efectul de coagulare este manifestat de acel ion, a cărui sarcină este opusă în semn de sarcină a suprafeței particulelor coloidale (sarcina granulei), iar acest efect crește odată cu creșterea valenței ionului;
• efectul de coagulare al ionilor crește de multe ori odată cu creșterea valenței ionilor. Pentru ionii unu - doi și trivalenți, efectul de coagulare este aproximativ legat de 1: 50: 500.

Acest lucru se explică prin faptul că ionii multivalenți foarte încărcați ai coagulanților sunt mult mai puternici atrași de suprafața încărcată a unei particule coloidale decât cei monovalenti și mult mai ușor de înlocuit contraionii din stratul difuz și chiar de adsorbție.

3. Efectul de coagulare al ionilor organici este mult mai mare decât cel al celor anorganici. Acest lucru se datorează capacității lor mari de adsorbție, capacității de a fi adsorbite într-o cantitate superechivalentă și, de asemenea, de a provoca reîncărcarea suprafeței particulelor coloidale.

4. Într-un număr de ioni anorganici cu aceleași sarcini, capacitatea de coagulare depinde de raza ionului - coagulant: cu cât raza este mai mare, cu atât capacitatea de coagulare este mai mare (vezi. serie liotropă). Acest lucru se explică prin faptul că gradul de hidratare ionică scade, de exemplu, de la L + la Cs + , iar acest lucru facilitează încorporarea acestuia în stratul ionic dublu.

5. Particulele neutre din punct de vedere electric de soluri coloidale liofobe se coagulează cu cea mai mare viteză.

6. Fenomenul dependenței de sol. Dacă un coagulant este adăugat rapid la sol, atunci are loc coagularea, dacă încet, nu există coagulare. Acest lucru poate fi explicat prin faptul că are loc o reacție între electrolit și sol, în urma căreia se formează peptizatori care stabilizează sistemul dispersat:

Fe (OH) 3 + HCl → FeOCl + 2H 2 O,

FeOCl → FeO + + Cl - ,

unde FeO + este un peptizer pentru Fe (OH) 3 sol.

Efectul de coagulare al unui amestec de electroliți se manifestă diferit în funcție de natura ionului - coagulator. Într-un amestec de electroliți, acțiunea poate fi adăugată la acțiunea de coagulare a fiecărui electrolit. Acest fenomen se numește aditivitatea ioni (NaCl, KCl). Dacă efectul de coagulare al ionilor electroliți scade odată cu introducerea ionilor altui electrolit, antagonismul ionilor (LiCl, MgCl2 ). În cazul în care efectul de coagulare al ionilor electroliți crește odată cu introducerea ionilor unui alt electrolit, acest fenomen se numește sinergie ionii.

Introducerea, de exemplu, a 10 ml de soluție de NaCl 10% în 10 ml de Fe (OH) 3 sol conduce la coagularea acestui sol. Dar acest lucru poate fi evitat dacă în soluția de sol se adaugă una dintre substanțele protectoare: 5 ml gelatină, 15 ml albumină de ou, 20 ml dextrină.

Protecția particulelor coloidale

Protecție coloidală- creşterea stabilităţii agregate a solului prin introducerea unui compus macromolecular (HMC) în acesta. Pentru solurile hidrofobe, proteinele, carbohidrații, pectinele sunt de obicei folosite ca DIU; pentru solurile neapoase - cauciucuri.

Efectul protector al DIU este asociat cu formarea unui anumit strat de adsorbție pe suprafața particulelor coloidale (Figura 10.7). Reversul coagulării se numește peptizare.

Figura 10.7 Mecanismul de peptizare

Pentru a caracteriza efectul protector al diferitelor forțe navale, Zsigmondy a propus utilizarea numărului de aur.număr de aureste numărul de miligrame de DIU care trebuie adăugat la 10 cm 3 0,0006% sol de aur roșu pentru a preveni transformarea în albastru (coagulare) atunci când i se adaugă 1 cm 3 Soluție NaCl 10%. Uneori, în locul solului de aur, pentru a caracteriza efectul protector al DIU se folosesc soluții coloidale de argint (cifra de argint), hidroxid de fier (cifra de fier) ​​etc.Tabelul 10.2 arată semnificația acestor numere pentru unele DIU.

Tabelul 10.2 Acțiunea protectoare a DIU

Lecție de chimie în clasa a 11-a: „Sisteme și soluții dispersate”

Scopul este de a da conceptului de sisteme dispersate, clasificarea lor. Să dezvăluie importanța sistemelor coloidale în viața naturii și a societății. Arătați relativitatea împărțirii soluțiilor în adevărate și coloidale.

Echipamente si materiale:

Hărți tehnologice: diagramă-tabel, lucru de laborator, instrucțiuni.

Echipament pentru lucrul de laborator:

Reactivi: soluție de zahăr, soluție de clorură de fier (III), un amestec de apă și nisip de râu, gelatină, pastă, ulei, soluție de clorură de aluminiu, soluție de clorură de sodiu, un amestec de apă și ulei vegetal.

Pahare chimice

Filtre de hârtie.

Foaie neagra.

Lanterne

Cursul lecției de chimie în clasa a 11-a:

Etapa lecției	Caracteristicile scenei	Acțiunile profesorului	Acțiunile elevilor
Organizatoric (2 min.)	Pregătirea pentru lecție	Salută elevii.	Pregătește-te pentru lecție. Salutați profesorul.
Introducere (5 min.)	Introducere într-un subiect nou.	Conduce la subiectul lecției, sarcini și „întrebări pentru tine” Prezintă subiectul lecției. Afișează sarcinile lecției de astăzi.	Participați la discuția despre subiect. Familiarizați-vă cu subiectul lecției și sarcinile (ANEXA Nr. 1) Notează trei întrebări pe tema la care ai vrea să fi răspuns.
Partea teoretică (15 minute.)	Explicarea noului subiect.	Oferă sarcini pentru lucrul în grup pentru a căuta material nou (ANEXA nr. 3,4)	Uniți în grupuri, îndeplinesc sarcini în conformitate cu harta tehnologică prevăzută de schemă (ANEXA nr. 4) și cerințele profesorului.
Rezumarea părții teoretice (8 min.)	Concluzii bazate pe cunoștințele teoretice obținute.	În prealabil, el agăță diagrame goale (format A3) pe tablă pentru umplerea vizuală de către studenți. (ANEXA №4) Împreună cu elevii formulează principalele concluzii teoretice.	Markerii completează schemele corespunzătoare celei la care au lucrat, raportează despre munca depusă pe grupe Notează principalele concluzii în hărțile tehnologice.
Partea practică (10 min.)	Efectuarea lucrărilor de laborator, consolidarea experienței acumulate.	Oferă efectuarea lucrărilor de laborator pe tema „Sisteme dispersate” (ANEXA Nr. 2)	Efectuați lucrări de laborator (ANEXA Nr. 2), completați formularele, în conformitate cu instrucțiunile de lucru de laborator și cerințele profesorului.
Rezumat și concluzii (5 min.)	Rezumând lecția. Teme pentru acasă.	Împreună cu elevii face o concluzie despre subiect. Sugerează să coreleze întrebările care au fost scrise la începutul lecției cu cele primite la sfârșitul lecției.	Rezumând, notând temele.

Forme și metode de control:

Scheme tehnologice de umplere (ANEXA Nr. 4).

Lucrari de laborator (ANEXA Nr. 2)

Controlul se efectuează frontal, în formă orală și scrisă. Pe baza rezultatelor lucrărilor de laborator, fișele cu lucrări de laborator sunt predate profesorului pentru verificare.

1. Introducere:

Care este diferența dintre marmură și granit? Dar apa minerală și distilată?

(răspuns: marmura este o substanță pură, granitul este un amestec de substanțe, apa distilată este o substanță pură, apa minerală este un amestec de substanțe).

Bun. Dar laptele? Este o substanță pură sau un amestec? Și aerul?

Starea oricărei substanțe pure este descrisă foarte simplu - solid, lichid, gazos.

Dar substanțele absolut pure nu există în natură. Chiar și o cantitate mică de impurități poate afecta semnificativ proprietățile substanțelor: punctul de fierbere, conductivitate electrică și termică, reactivitate etc.

Obținerea unor substanțe absolut pure este una dintre cele mai importante sarcini ale chimiei moderne, deoarece puritatea unei substanțe determină posibilitatea de manifestare a mijloacelor sale individuale (demonstrarea reactivilor marcați).

În consecință, în natură și viața practică a omului, nu există substanțe individuale, ci sistemele lor.

Amestecuri de diferite substanțe în diferite stări de agregare pot forma sisteme eterogene și omogene. Sistemele omogene sunt soluțiile cu care ne-am familiarizat în ultima lecție.

Astăzi ne vom familiariza cu sistemele eterogene.

2. Tema lecției de astăzi este SISTEME DISPERSIVE.

După ce ați studiat subiectul lecției, veți învăța:

importanţa sistemelor dispersate.

Aceasta, după cum înțelegeți, este sarcina noastră principală. Sunt scrise în hărțile tale tehnologice. Dar pentru a ne face munca mai productivă și mai motivată, vă sugerez să scrieți cel puțin trei întrebări lângă sarcinile principale la care ați dori să găsiți un răspuns în cursul acestei lecții.

3. Partea teoretică.

Sisteme dispersate - ce este?

Să încercăm împreună să derivăm o definiție bazată pe construcția cuvintelor.

1) Sistem (din alt „sistem” grecesc - un întreg format din părți; conexiune) - un set de elemente care se află în relații și conexiuni între ele, care formează o anumită integritate, unitate.

2) Dispersare - (din lat. dispersio - dispersie) împrăștiere a ceva, zdrobire.

Sistemele disperse sunt sisteme eterogene (eterogene) în care o substanță sub formă de particule foarte mici este distribuită uniform în volumul alteia.

Dacă ne întoarcem la trecerea în revistă și la lecția anterioară, ne putem aminti că: Soluțiile sunt alcătuite din două componente: un dizolvat și un solvent.

Sistemele dispersate, ca amestecuri de substanțe, au o structură similară: constau din particule mici care sunt distribuite uniform în volumul altei substanțe.

Aruncă o privire la hărțile tale tehnologice și încearcă să faci două scheme similare din părți disparate: pentru o soluție și pentru un sistem dispers.

Verificați rezultatele comparându-le cu imaginea de pe ecran.

Deci, mediul de dispersie din sistemul de dispersie joacă rolul unui solvent și este așa-numitul. faza continuă, iar faza dispersată - rolul solutului.

Deoarece sistemul de dispersie este un amestec eterogen, există o interfață între mediul de dispersie și faza de dispersie.

Clasificarea sistemelor disperse.

Puteți studia fiecare sistem de dispersie separat, dar este mai bine să le clasificați, să evidențiați cele comune, tipice și să-l amintiți. Pentru a face acest lucru, trebuie să determinați pe ce motive să faceți acest lucru. Sunteți uniți în grupuri, cărora fiecăruia i se oferă o sarcină și o diagramă de flux atașată.

Ghidându-te de literatura care ți se oferă, găsește în text semnul de clasificare propus pentru a-l studia, a-l studia.

Creați un cluster (diagrama bloc), indicând semnele și proprietățile sistemelor disperse, dați-i exemple. Pentru a vă ajuta în acest sens, vi s-a furnizat deja o diagramă de flux goală pe care să o completați.

4. Concluzie asupra sarcinii teoretice.

Să rezumam.

Din fiecare echipă, cer câte o persoană să iasă și să completeze diagramele afișate pe tablă.

(elevii vin și completează fiecare dintre scheme cu un marker, după care raportează despre munca depusă)

Bravo, acum să reparăm:

Care este baza pentru clasificarea sistemelor disperse?

Care sunt tipurile de sisteme dispersate?

Ce caracteristici ale soluțiilor coloidale cunoașteți?

Care este alt nume pentru geluri? Ce valoare au? Care este caracteristica lor?

5. Partea practică.

Acum că sunteți familiarizat cu caracteristicile sistemelor dispersate și clasificarea lor și, de asemenea, sunteți determinat de ce principiu sunt clasificate sistemele dispersate, vă sugerez să consolidați aceste cunoștințe în practică, completând lucrările de laborator adecvate care vi se oferă pe un formular separat.

Sunteți în grupuri de 2 persoane. Pentru fiecare grup, aveți o formă adecvată cu lucrări de laborator, precum și un set specific de reactivi pe care trebuie să-l studiați.

Vi s-a oferit o mostră din sistemul dispersat.

Sarcina dvs.: folosind instrucțiunile, determinați ce sistem de dispersie vi s-a oferit, completați tabelul și trageți o concluzie despre caracteristicile sistemului de dispersie.

6. Generalizare și concluzii.

Deci, în această lecție, am studiat mai în profunzime clasificarea sistemelor dispersate, importanța lor în natură și viața umană.

Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că nu există o graniță clară între tipurile de sisteme dispersate. Clasificarea trebuie considerată relativă.

Și acum să revenim la sarcinile stabilite pentru lecția de astăzi:

ce sunt sistemele dispersate?

ce sunt sistemele dispersate?

Care sunt proprietățile sistemelor dispersate?

importanţa sistemelor dispersate.

Acordați atenție întrebărilor pe care le-ați scris singur. În caseta de reflecție, marcați utilitatea acestei lecții.

7. Tema pentru acasă.

Ne confruntăm constant cu sisteme dispersate în natură și viața de zi cu zi, chiar și în corpul nostru există sisteme dispersate. Pentru a consolida cunoștințele despre semnificația sistemelor disperse, sunteți invitat să vă faceți temele sub forma unui eseu /

Alege un sistem dispers pe care îl întâlnești constant în viața ta. Scrieți un eseu pe 1-2 pagini: „Care este semnificația acestui sistem dispersat în viața umană? Ce sisteme dispersate similare cu funcții similare sunt încă cunoscute?

Mulțumesc pentru lecție.

Clasificarea sistemelor dispersate se poate realiza pe baza diferitelor proprietăți: prin dispersie, prin starea de agregare a fazelor, prin interacțiunea unei faze dispersate și a unui mediu dispersat, prin interacțiunea interparticule.

Clasificare prin dispersie

Dependența suprafeței specifice de dispersia Ssp = f(d) este exprimată grafic printr-o hiperbolă echilaterală (Fig.).

Din grafic se poate observa că odată cu scăderea dimensiunilor transversale ale particulelor, suprafața specifică crește semnificativ. Dacă un cub cu dimensiunea muchiei de 1 cm este zdrobit în particule cubice cu dimensiunile d = 10 -6 cm, valoarea suprafeței totale a interfeței va crește de la 6 cm2 la 600 m2.

La d ≤ 10 -7 cm, hiperbola se rupe, deoarece particulele sunt reduse la dimensiunea moleculelor individuale, iar sistemul eterogen devine omogen, în care nu există suprafață interfață. În funcție de gradul de dispersie, sistemele de dispersie sunt împărțite în:

• sisteme grosiere, d ≥ 10 -3 cm;
• sisteme microeterogene, 10 -5 ≤ d ≤ 10 -3 cm;
• sisteme coloidal-disperse sau soluții coloidale, 10 -7 ≤ d ≤ 10 -5 cm;
• soluții adevărate, d ≤ 10 -7 cm.

Trebuie subliniat faptul că particulele fazei dispersate în soluții coloidale au cea mai mare suprafață specifică.

Clasificarea în funcție de starea de agregare a fazelor

Clasificarea în funcție de starea de agregare a fazelor a fost propusă de Wolfgang Ostwald. În principiu, sunt posibile 9 combinații. Să le punem sub formă de tabel.

Starea agregată a fazei dispersate	Starea agregată a unui mediu dispersat	Legendă	Numele sistemului	Exemple
G	G	a/a	aerosoli	Atmosfera Pământului
și	G	w/g		ceață, nori stratus
televizor	G	tv/g		fum, praf, nori cirus
G	și	g/f	emulsii gazoase, spume	apă carbogazoasă, spumă de săpun, cocktail terapeutic cu oxigen, spumă de bere
și	și	cu/n	emulsii	lapte, unt, margarina, creme etc.
televizor	și	tv/w	liosoluri, suspensii	soluții coloidale liofobe, suspensii, paste, vopsele etc. d.
G	televizor	g/tv	spumă tare	piatră ponce, spume dure, polistiren, beton spumos, pâine, corpuri poroase în gaz etc. d.
și	televizor	g TV	emulsii solide	apă în parafină, minerale naturale cu incluziuni lichide, corpuri poroase în lichid
televizor	televizor	tv/tv	soluri solide	oțel, fontă, pahare colorate, pietre prețioase: Au sol în sticlă - sticlă rubin (0,0001%) (1 t de sticlă - 1 g de Au)

Clasificare în funcție de interacțiunea fazei dispersate și a mediului dispersat (după interacțiunea interfacială).

Această clasificare este potrivită numai pentru sistemele cu un mediu de dispersie lichid. G. Freindlich a propus să subdivizeze sistemele disperse în două tipuri:

1. liofob, în ​​care faza dispersată nu este capabilă să interacționeze cu mediul de dispersie și, în consecință, să se dizolve în acesta; acestea includ soluții coloidale, sisteme microeterogene;
2. liofilă, în care faza dispersată interacționează cu mediul de dispersie și în anumite condiții este capabilă să se dizolve în acesta, acestea includ soluții de agenți tensioactivi coloidali și soluții de DIU.

Clasificarea prin interacțiune interparticule

Conform acestei clasificări, sistemele disperse sunt împărțite în:

• dispersat liber (fără structură);
• conectate dispersate (structurate).

În sistemele liber dispersate, particulele fazei dispersate nu sunt legate între ele și se pot deplasa independent în mediul de dispersie.

În sistemele dispersate coerent, particulele fazei dispersate sunt conectate între ele datorită forțelor intermoleculare, formând rețele spațiale sau cadre (structuri) specifice în mediul de dispersie. Particulele care formează structura nu sunt capabile de deplasare reciprocă și pot efectua doar mișcări oscilatorii.

Lista literaturii folosite

1. Gelfman M. I., Kovalevich O. V., Yustratov V. P. chimie coloidală. Ed. a II-a, ster. - Sankt Petersburg: Editura „Lan”, 2004. - 336 p.: ill. ISBN 5-8114-0478-6 [p. 8-10]

Sistemele în care o substanță, care se află într-o stare dispersată (zdrobită sau zdrobită), este distribuită uniform în volumul celei de-a doua substanțe, se numesc dispersate.(Conceptul de „dispersat” provine din latinescul dispersus – împrăștiat, împrăștiat).

Sistemele dispersate, de regulă, sunt eterogene și constau din două sau mai multe faze. Faza continuă continuă în ele se numește diferit mediu de dispersieși particule discrete sau discontinue ale unei alte substanțe situate în acest mediu - faza dispersata.

Măsura fragmentării sistemelor dispersate este fie dimensiunea transversală a particulei fazei dispersate A, sau reciproca sa, gradul de dispersieD, care are dimensiunea 1/m sau m –1:

Gradul de dispersie este o valoare care arată câte particule pot fi împachetate strâns pe un segment de 1 m lungime.

Conceptul de dimensiune transversală are un sens clar definit pentru particulele sferice ( A egal cu diametrul d al acestor particule) și pentru particulele având forma unui cub ( A egală cu lungimea marginii l Cuba). Pentru particule de altă formă (filamentos, lamelar etc.), valoarea A depinde de direcția în care se fac măsurătorile. În astfel de cazuri, de foarte multe ori o formă diferită de particule este echivalată cu una sferică cu o anumită valoare d, având în vedere că aceste particule condiționale se comportă în sisteme exact la fel ca și cele reale.

Uneori se folosește o altă caracteristică a gradului de dispersie - așa-numita suprafata specificaS bate ,care corespunde suprafeței totale (m 2 ) toate particulele fazei dispersate având o masă totală de 1 kg sau un volum total de 1 m 3 . In primul caz S bate are dimensiunea m 2 /kg, în al doilea - 1/m sau m –1 .

Astfel, suprafața specifică poate fi definită după cum urmează:

sau

UndeS- suprafata totala (m 2 ) suprafeţe ale particulelor fazei dispersate;

meste masa totală (kg) a acestor particule;

V- volum total (m 3 ) din aceste particule.

Există o relație direct proporțională între S bătăi. si D:

Undek- coeficient de proporţionalitate.

În sistemele dispersate, particulele fazei dispersate sunt rareori de aceeași dimensiune. Ele pot fi obținute numai artificial, folosind tehnici speciale. În acest caz, sistemele rezultate sunt numite monodispersă. Sistemele reale sunt adesea polidispers iar dimensiunile particulelor fazei dispersate în ele se află într-un anumit interval.

Toate sistemele dispersate în funcție de dimensiunea particulelor fazei dispersate pot fi împărțite condiționat în 3 grupe (Tabelul 14).

Tabelul 14. Clasificarea sistemelor dispersate în funcție de dimensiunea particulelor fazei dispersate

Limita dintre aceste tipuri de sisteme nu poate fi stabilită cu precizie. Pentru sistemele individuale, acesta poate fi deplasat într-o direcție sau alta, în funcție de natura chimică a substanței fazei dispersate și a mediului de dispersie și de proprietățile fizico-chimice ale sistemului însuși.

O caracteristică distinctivă a soluțiilor adevărate este că particulele fazei dispersate în ele sunt molecule sau ioni separați. Ca urmare, în aceste sisteme nu există suprafață interfacială și, prin urmare, spre deosebire de alte sisteme dispersate, acestea sunt omogene.

În sistemele (sau solurile) dispersate în coloizi, particulele fazei dispersate sunt formate din câteva zeci sau sute de molecule, ioni sau atomi legați între ele prin diferite legături.

Dimensiunile transversale ale unor astfel de particule variază de la 1 nm la 300–400 nm (1 10–9 ÷ 4 10–7 m). Datorită dimensiunilor lor mici, nu pot fi detectate vizual cu un microscop cu lumină. O trăsătură caracteristică a sistemelor coloidale este suprafața lor specifică semnificativă (Tabelul 15), drept urmare ele sunt adesea numite ultramicroeterogene.

Tabelul 15 Modificarea suprafeței în timpul zdrobirii a 1 cm 3 dintr-o substanță

Aceasta duce la faptul că majoritatea moleculelor sau atomilor substanței fazei dispersate se află pe suprafața particulelor sale, adică. la limita fazei. Ca urmare, sistemele coloidale dobândesc proprietăți speciale care le deosebesc clar de alte tipuri de sisteme dispersate.

Proprietățile fizico-chimice ale sistemelor coloidale, procesele care au loc pe suprafața particulelor lor, sunt studiate în secțiunea de chimie fizică, care a devenit un domeniu independent de știință -chimia coloidală.

Nume " chimia coloidală„vine din cuvântul grecesc cola- lipici și eidos- vedere. A fost propus de omul de știință englez Thomas Graham, care a studiat difuzia din soluții de diferite substanțe prin membranele vegetale și animale în a doua jumătate a secolului al XIX-lea.

Thomas Graham (1805 - 1869) chimist scoțian. Lucrările lui Graham sunt dedicate difuziei în gaze și lichide, chimiei coloidului și chimiei acizilor polibazici. Graham a venit cu ideea de a separa toate substanțele în cristaloizi și coloizi. Primele formează soluții stabile și cristalizează, cele din urmă dau soluții instabile și se coagulează ușor, formând un precipitat gelatinos. Aceste lucrări au pus bazele chimiei coloide. Continuând studiul gazelor, Graham la sfârșitul anilor 1860 a descoperit fenomenul de ocluzie - absorbția gazelor de către cavitățile microscopice din metale.

În același timp, substanțele care difuzează rapid în soluție și trec bine prin membrană au fost numite de el. cristaloizi, deoarece atunci când sunt plantate, formează precipitate dense având o structură cristalină.

Sunt numite substanțe care au o capacitate redusă de a difuza în soluție și nu trec prin membranele de dializă coloizi, adică ca lipici. Apariția acestei denumiri se datorează faptului că primele obiecte de acest tip, studiate de omul de știință T. Graham, au fost soluții din diverși compuși cu molecule înalte: polizaharide, proteine, care, atunci când sunt precipitate, formează de obicei precipitate lipicioase cu un structura amorfa.

Lucrări suplimentare în acest domeniu ale altor oameni de știință: I.G. Borșova, P.P. Weimarn, D.I. Mendeleev - a arătat că aceeași substanță, în funcție de tipul mediului de dispersie, poate prezenta atât proprietățile coloizilor, cât și proprietățile cristaloizilor în soluții. Deci, de exemplu, săpunul dizolvat în H 2 O, are proprietățile unui coloid și o soluție de săpun în alcool - un cristaloid; sare de masă dizolvată în H 2 O, formează o soluție adevărată, iar în benzen - coloidal.

Astfel, nu există niciun motiv pentru a subdiviza compușii chimici în două clase separate, dar putem vorbi doar despre starea cristaloidă și coloidală a unei substanțe în soluție.

În stare cristaloidă, substanța este prezentă în soluții sub formă de molecule sau ioni individuali, iar în stare coloidală, sub formă de particule mici zdrobite (dispersate) formate dintr-un anumit număr de molecule, ioni sau atomi, distribuite uniform. pe tot volumul sistemului.

Soluțiile de compuși macromoleculari, în ciuda faptului că în majoritatea cazurilor sunt adevărate, aparțin și ele obiectului cercetării în chimia coloidală, deoarece în multe privințe similare ca proprietăți cu sistemele coloidale.

Chimia coloidală studiază și sistemele dispersate cu particule mai mari ale fazei dispersate în comparație cu solurile. Dimensiunile lor transversale se situează, de regulă, în intervalul 10–7 m ÷ 10–5 m. În cele mai multe cazuri, astfel de particule sunt vizibile la microscop optic, suprafața lor specifică este de sute de ori mai mică decât în ​​sol (Tabelul 15). ). Aceste sisteme sunt numite microeterogene sau grosier dispersate.

Sistemele disperse sunt larg răspândite în natură și joacă un rol practic important, care determină nu numai semnificația științifică, ci și economică națională a chimiei coloidale.

Multe pietre prețioase, diverse minerale din măruntaiele Pământului, produse alimentare, fum, nori, praf, apă noroioasă din rezervoare naturale, sol, argilă, ulei etc. sunt sisteme coloidale sau grosier dispersate.

Sistemele coloidale joacă un rol important în biochimie și medicină. Cele mai importante fluide biologice: sange, plasma, limfa, citoplasma celulara, lichidul cefalorahidian - sunt sisteme dispersate in care o serie de substante (proteine, colesterol si multe altele (Tabelul 16)) se afla in stare coloidala. Din punct de vedere chimic, corpul uman în ansamblu este un set complex de sisteme dispersate de diferite tipuri. În acest sens, diferitele aspecte ale fenomenelor care apar într-un organism viu, relațiile lor cauză-efect, posibilitatea de a le influența și de a le regla din exterior nu pot fi înțelese decât pe măsură ce se cunoaște natura stării coloidale a materiei. .

Tabelul 16 Dimensiunile unor particule dispersate

Multe proprietăți fizice și chimice ale unei substanțe sub formă de particule dispersate diferă semnificativ de proprietățile similare ale formațiunilor sale mai mari. Aceste diferențe se numesc efecte de dimensiune sau scară. Ele sunt mai pronunțate, cu cât dimensiunile particulelor dispersate sunt mai mici și, prin urmare, sunt caracteristice în special particulelor din intervalul nanometric (1 10 –9 m ÷ 9 10 –9 m), așa-numita nanoparticule.

Calitățile speciale ale nanoparticulelor (inclusiv proprietățile lor cuantice) deschid aplicații practice fundamentale noi în chimie, fizică, biologie și medicină. Recent, studiul metodelor de obținere, structura, proprietățile fizice și chimice ale particulelor dispersate și sistemelor dispersate (dezvoltarea așa-numitelor nanotehnologii) este una dintre problemele urgente nu numai ale chimiei coloidului, ci și ale unui număr de alte științifice. disciplinelor.