Vo svete okolo nás sú čisté látky extrémne zriedkavé, v podstate väčšina látok na Zemi a v atmosfére sú rôzne zmesi obsahujúce viac ako dve zložky. Častice s veľkosťou od približne 1 nm (niekoľko molekulových veľkostí) do 10 µm sa nazývajú rozptýlené(lat. dispergo - rozhadzovať, striekať). Rôzne systémy (anorganické, organické, polymérne, proteínové), v ktorých je aspoň jedna z látok vo forme takýchto častíc, sa nazývajú dispergované. rozptýlené - ide o heterogénne systémy pozostávajúce z dvoch alebo viacerých fáz s vysoko vyvinutým rozhraním medzi nimi alebo o zmes pozostávajúcu z najmenej dvoch látok, ktoré sa vôbec alebo prakticky navzájom nemiešajú a navzájom chemicky nereagujú. Jedna z fáz, dispergovaná fáza, pozostáva z veľmi jemných častíc distribuovaných v druhej fáze, disperznom médiu.

Disperzný systém

Podľa stavu agregácie môžu byť dispergované častice pevné, kvapalné, plynné a v mnohých prípadoch môžu mať zložitú štruktúru. Disperzné médiá môžu byť tiež plynné, kvapalné a pevné. Väčšina skutočných tiel sveta okolo nás existuje vo forme rozptýlených systémov: morská voda, pôdy a pôdy, tkanivá živých organizmov, mnohé technické materiály, produkty na jedenie atď.

Klasifikácia disperzných systémov

Napriek početným pokusom navrhnúť jednotnú klasifikáciu týchto systémov stále chýba. Dôvod spočíva v tom, že pri akejkoľvek klasifikácii nie sú kritériom všetky vlastnosti disperzných systémov, ale iba jedna z nich. Zvážte najbežnejšie klasifikácie koloidných a mikroheterogénnych systémov.

V akejkoľvek oblasti poznania, keď sa človek musí zaoberať zložitými objektmi a javmi, aby sa uľahčili a vytvorili určité vzorce, je vhodné ich klasifikovať podľa jedného alebo druhého znaku. To platí aj pre oblasť rozptýlených systémov; v rôznych časoch boli pre nich navrhnuté rôzne princípy klasifikácie. Podľa intenzity interakcie medzi látkami disperzného média a dispergovanej fázy sa rozlišujú lyofilné a lyofóbne koloidy. Ďalšie metódy klasifikácie disperzných systémov sú stručne uvedené nižšie.

Klasifikácia podľa prítomnosti alebo neprítomnosti interakciemedzi časticami dispergovanej fázy. Podľa tejto klasifikácie sa dispergované systémy delia na voľne rozptýlené a koherentne rozptýlené; klasifikácia je použiteľná pre koloidné roztoky a roztoky makromolekulových zlúčenín.

Svobodnodispersnye systémy zahŕňajú typické koloidné roztoky, suspenzie, suspenzie, rôzne roztoky makromolekulárnych zlúčenín, ktoré majú tekutosť, ako bežné kvapaliny a roztoky.

Takzvané štruktúrované systémy sú klasifikované ako spojené-disperzné systémy, v ktorých v dôsledku interakcie medzi časticami vzniká priestorová prelamovaná sieť – kostra a systém ako celok nadobúda vlastnosť polotuhého telesa. Napríklad sóly určitých látok a roztoky makromolekulárnych zlúčenín s poklesom teploty alebo so zvýšením koncentrácie nad známy limit, bez toho, aby prešli vonkajšími zmenami, strácajú svoju tekutosť - želatínujú (želatinizujú), prechádzajú do gélu (rôsol) štát. Patria sem aj koncentrované pasty, amorfné zrazeniny.

Klasifikácia podľa disperzie. Fyzikálne vlastnosti látky nezávisia od veľkosti tela, ale pri vysokom stupni mletia sa stávajú funkciou disperzie. Napríklad kovové sóly majú rôzne farby v závislosti od stupňa brúsenia. Takže koloidné roztoky zlata s extrémne vysokou disperziou sú fialové, menej rozptýlené - modré, ešte menej - zelené. Existuje dôvod domnievať sa, že iné vlastnosti sólov tej istej látky sa menia mletím: Prirodzené kritérium pre klasifikáciu koloidných systémov pomocou disperzie sa navrhuje samo, t. j. rozdelenie oblasti koloidného stavu (10 -5 -10 -7 cm) na niekoľko užších intervalov. Takáto klasifikácia bola kedysi navrhnutá, ale ukázalo sa, že je zbytočná, pretože koloidné systémy sú takmer vždy polydisperzné; monodisperzné sú veľmi zriedkavé. Okrem toho sa stupeň disperzity môže časom meniť, t.j. závisí od veku systému.

Všeobecné predstavy o disperzných systémoch

Chemická interakcia v homogénne reakcie sa vyskytuje pri efektívnych zrážkach aktívnych častíc a v heterogénnych - na rozhraní medzi fázami, keď sa reaktanty dostanú do kontaktu, navyše rýchlosť a mechanizmus reakcie závisí od plochy povrchu, ktorá je tým väčšia, čím rozvinutejšia je. povrch. Z tohto hľadiska sú obzvlášť zaujímavé disperzné systémy s vysokým špecifickým povrchom.

Dispergovaný systém je zmes pozostávajúca z najmenej dvoch látok, ktoré spolu chemicky nereagujú a majú takmer úplnú vzájomnú nerozpustnosť. Disperzný systém - Ide o systém, v ktorom sú veľmi jemné častice jednej látky rovnomerne rozložené v objeme druhej.

Z hľadiska disperzných systémov sa rozlišujú dva pojmy: disperzná fáza a disperzné médium (obr. 10.1).

Dispergovaná fáza - Ide o súbor častíc látky rozptýlených na malé veľkosti, rovnomerne rozložených v objeme inej látky. Príznakmi dispergovanej fázy sú fragmentácia a diskontinuita.

Disperzné médiumje látka, v ktorej sú častice dispergovanej fázy rovnomerne rozložené. Znakom disperzného média je jeho spojitosť.

Dispergovaná fáza môže byť oddelená od disperzného média fyzikálnou metódou (centrifugácia, separácia, usadzovanie atď.).

Obrázok 10.1 - Dispergovaný systém: častice dispergovanej fázy s (vo forme malých pevných častíc, kryštálov, kvapiek kvapaliny, bubliniek plynu, asociátov molekúl alebo iónov), ktoré majú adsorpčnú vrstvu d, sú rozložené v homogénnom kontinuálnom disperznom prostredí f.

Disperzné systémy sa klasifikujú podľa rôznych rozlišovacích znakov: disperzia, stav agregácie dispergovanej fázy a disperzného prostredia, intenzita interakcie medzi nimi, neprítomnosť alebo tvorba štruktúr v disperzných systémoch.

Klasifikácia podľa stupňa disperzie

V závislosti od veľkosti častíc dispergovanej fázy sú všetky disperzné systémy podmienene rozdelené do troch skupín (obr. 10.2).

Obrázok 10.2 - Klasifikácia disperzných systémov podľa veľkosti častíc (pre porovnanie sú uvedené veľkosti častíc v skutočných roztokoch)

1. Hrubo rozptýlené systémy , v ktorom je veľkosť častíc väčšia ako 1 µm (10 –5 m). Táto skupina disperzných systémov sa vyznačuje týmito znakmi: častice dispergovanej fázy sa usadzujú (alebo plávajú) v poli gravitačných síl, neprechádzajú cez papierové filtre; je možné ich pozorovať bežným mikroskopom. Hrubé systémy zahŕňajú suspenzie, emulzie, prach, penu, aerosóly atď.

pozastavenie - je disperzný systém, v ktorom sa dispergfáza je pevný a disperzným médiom je kvapalina.

Príkladom suspenzie môže byť systém vytvorený trepaním hliny alebo kriedy vo vode, farbe, paste.

Emulzia - ide o dispergovaný systém, v ktorom je kvapalná dispergovaná fáza rovnomerne rozložená v objeme kvapalného disperzného média, t.j. Emulzia pozostáva z dvoch vzájomne nerozpustných kvapalín.

Príklady emulzií zahŕňajú mlieko (kvapky tekutého tuku pôsobia ako dispergovaná fáza a voda je disperzným médiom), smotana, majonéza, margarín, zmrzlina.

Pri usadzovaní sa suspenzie a emulzie separujú (separujú) na svoje zložky: dispergovanú fázu a disperzné médium. Ak sa teda benzén energicky pretrepe s vodou, vytvorí sa emulzia, ktorá sa po určitom čase rozdelí na dve vrstvy: vrchný benzén a spodnú vodu. Aby sa zabránilo separácii emulzií, pridávajú sa emulgátory- látky, ktoré dodávajú emulziám stabilitu agregátov.

Pena - bunkový hrubodisperzný systém, v ktorom je dispergovanou fázou sústava bublín plynu (alebo pár) a disperzným prostredím je kvapalina.

V penách môže byť celkový objem plynu v bublinách stokrát väčší ako objem kvapalného disperzného média obsiahnutého v medzivrstvách medzi bublinami plynu.

2. Mikroheterogénne (alebojemne rozptýlené ) medzisystémy, v ktorých sa veľkosť častíc pohybuje od 10 – 5 –10 –7 Patria sem jemné suspenzie, výpary, porézne pevné látky.

3. Ultramikroheterogénne (alebokoloidne dispergované ) systémy, v ktorých častice s veľkosťou 1–100 nm (10–9 –10 –7 m) pozostávajú z 10 3_ 10 9 atómov a sú oddelené od rozpúšťadla rozhraním. Koloidné roztoky sa vyznačujú limitujúcim vysoko disperzným stavom, zvyčajne sa nazývajú popol, alebo často lyosolyzdôrazniť, že disperzným prostredím je kvapalina. Ak sa ako disperzné médium použije voda, potom sa takéto sóly nazývajúhydrosolya ak organická kvapalina -organosoly.

Pre väčšinu jemne rozptýlených systémov sú vlastné určité vlastnosti:

nízka rýchlosť difúzie;

častice dispergovanej fázy (t. j. koloidné častice) možno skúmať len pomocou ultramikroskopu alebo elektrónového mikroskopu;

rozptyl svetla koloidnými časticami, v dôsledku čoho nadobúdajú v ultramikroskope podobu svetelných škvŕn - Tyndallov jav (obr. 10.3);

Obrázok 10.3 - Ultramikroheterogénny (jemne rozptýlený) systém: a) koloidný roztok; b) schéma vychýlenia úzkeho lúča svetla pri prechode koloidným roztokom; c) rozptyl svetla koloidným roztokom (Tyndallov efekt)

na fázovom rozhraní v prítomnosti stabilizátorov (ióny elektrolytov) sa vytvára iónová vrstva alebo solvátový obal, ktorý prispieva k existencii častíc v suspendovanej forme;
dispergovaná fáza je buď úplne nerozpustná alebo slabo rozpustná v disperznom médiu.

Príklady koloidných častíc zahŕňajú škrob, proteíny, polyméry, kaučuk, mydlá, hydroxidy hliníka a trojmocného železa.

Klasifikácia disperzných systémov podľa pomeru agregovaných stavov dispergovanej fázy a disperzného média

Túto klasifikáciu navrhol Ostavld (tabuľka 10.1). Pri schematickom zaznamenávaní stavu agregácie disperzných systémov je prvý označený písmenami G (plyn), F (kvapalina) alebo T (tuhá látka) stav agregácie dispergovanej fázy a potom vložte pomlčku (alebo znak zlomku) a zaznamenajte stav agregácie disperzného média.

Tabuľka 10.1 - Klasifikácia rozptýlených systémov

Klasifikácia disperzných systémov podľa intenzity molekulovej interakcie

Túto klasifikáciu navrhol G. Freindlich a používa sa výlučne pre systémy s kvapalným disperzným médiom.

Lyofilné systémy , v ktorých dispergovaná fáza interaguje s disperzným prostredím a za určitých podmienok je schopná sa v ňom rozpúšťať - ide o roztoky koloidných tenzidov (tenzidov), roztoky makromolekulárnych zlúčenín (HMC). Spomedzi rôznych lyofilných systémov sú z praktického hľadiska najdôležitejšie povrchovo aktívne látky, ktoré môžu byť ako v molekulárne rozpustenom stave, tak aj vo forme agregátov (micel) pozostávajúcich z desiatok, stoviek alebo viacerých molekúl.
Lyofóbne systémy , v ktorom dispergovaná fáza nie je schopná interagovať s disperzným prostredím a rozpúšťať sa v ňom. V lyofóbnych systémoch je interakcia medzi molekulami rôznych fáz oveľa slabšia ako v prípade lyofilných systémov; medzifázové povrchové napätie je vysoké, v dôsledku čoho má systém tendenciu k samovoľnému zhrubnutiu častíc dispergovanej fázy.

Klasifikácia disperzných systémov podľa fyzikálneho stavu

Autorom klasifikácie je P. Rebinder. Podľa tejto klasifikácie sa disperzný systém označuje zlomkom, v ktorom je dispergovaná fáza umiestnená v čitateli a disperzné médium je v menovateli. Napríklad: T1/W2 označuje dispergovaný systém s pevnou fázou (index 1) a kvapalným disperzným médiom (index 2). Rehbinderova klasifikácia rozdeľuje disperzné systémy do dvoch tried:

1. Voľne rozptýlené systémy – sóly, v ktorých dispergovaná fáza netvorí súvislé tuhé štruktúry (mriežky, nosníky alebo rámy), má tekutosť a častice dispergovanej fázy sa navzájom nedotýkajú, zúčastňujú sa na náhodnom tepelnom pohybe a voľne sa pohybujú pôsobením gravitácie . Patria sem aerosóly, lyosóly, zriedené suspenzie a emulzie.

Príklady voľne disperzných systémov:

Dispergované systémy v plynoch s koloidnou disperziou (T 1 /G 2 - prach v horných vrstvách atmosféry, aerosóly), s hrubou disperziou (T 1 /G 2 - dym a Zh 1 /G 2 - hmly);
Dispergované systémy v kvapalinách s koloidnou disperziou (T 1 / W 2 - lyosoly, disperzné farbivá vo vode, latexy syntetických polymérov), s hrubou disperziou (T 1 / W 2 - suspenzie; W 1 / W 2 - kvapalné emulzie; G 1 / Zh 2 - plynové emulzie);
Rozptýlené systémy v pevné látky ax: T 1 /T 2 - pevné sóly, napríklad sól žltého kovu v skle, pigmentované vlákna, plnené polyméry.

2. Kohézno-disperzné (alebo spojité) systémy . V spojitých (koherentne rozptýlených) systémoch tvoria častice dispergovanej fázy tuhé priestorové štruktúry. Takéto systémy odolávajú šmykovej deformácii. Súdržne-disperzné systémy sú pevné; vznikajú, keď sa častice dispergovanej fázy dostanú do kontaktu, čo vedie k vytvoreniu štruktúry vo forme skeletu alebo siete, ktorá obmedzuje tekutosť dispergovaného systému a dáva mu schopnosť zachovať si svoj tvar. Takéto štruktúrované koloidné systémy sa nazývajú gély.

Príklady spojených disperzných systémov:

Dispergované systémy s kvapalným rozhraním (G 1 / Zh 2 - pena; Zh1 / Zh 2 - penové emulzie);
Disperzné systémy s rozhraním tuhej fázy (G 1 /T 2 - porézne telesá, prírodné vlákna, pemza, huba, drevené uhlie; W 1 /T 2 - vlhkosť v žule; T 1 /T 2 - vzájomne sa prenikajúce siete polymérov).

Príprava a čistenie koloidných roztokov

Získanie koloidných roztokov

Je možné získať koloidné roztokydisperzný alebo k kondenzácii metódy.

1. Disperzné metódy- sú to metódy na získanie lyofóbnych sólov rozdrvením veľkých kusov na agregáty koloidnej veľkosti.

Mechanický drvenie hrubodisperzných systémov sa uskutočňuje: drvením, nárazom, obrusovaním, štiepaním. Mletie častíc na veľkosti niekoľkých desiatok mikrónov sa vykonáva pomocou guľové mlyny.Veľmi jemné drvenie (do 0,1-1 mikrónu) sa dosiahne na špeciálnomkoloidné mlynys úzkou medzerou medzi rýchlo rotujúcim rotorom (10-20 tisíc ot./min.) a pevným telesom a častice sa v medzere trhajú alebo obrusujú.Práce P. A. Rebindera preukázali fenomén zníženia odolnosti pevných látok voči elastickým a plastickým deformáciám, ako aj mechanickej deštrukcii pod vplyvom adsorpcie povrchovo aktívnych látok. Povrchovo aktívne látky uľahčujú disperziu a prispievajú k výraznému zvýšeniu stupňa disperzie.

2. Kondenzačné metódy- sú to spôsoby získavania koloidných roztokov spájaním (kondenzáciou) molekúl a iónov do agregátov koloidných veľkostí. Systém sa transformuje z homogénneho na heterogénny, t.j. vzniká nová fáza (dispergovaná fáza). Predpokladom je presýtenie pôvodný systém.

Kondenzačné metódy sú klasifikované podľa povahy síl spôsobujúcich kondenzáciu na fyzikálnu kondenzáciu a chemickú kondenzáciu.

fyzická kondenzácia sa môže uskutočniť z pár alebo výmenou rozpúšťadla.

kondenzácia pár. Východiskový materiál je v pároch. Keď teplota klesá, para sa presýti a čiastočne kondenzuje, čím sa vytvorí dispergovaná fáza. Týmto spôsobom sa získavajú hydrosóly ortuti a niektorých ďalších kovov.

Metóda výmeny rozpúšťadla. Metóda je založená na zmene zloženia a vlastností disperzného média. Napríklad alkoholový roztok síry, fosforu alebo kolofónie sa naleje do vody, v dôsledku zníženia rozpustnosti látky v novom rozpúšťadle sa roztok presýti a časť látky kondenzuje a vytvára častice dispergovanej fázy.

Chemická kondenzácia spočíva v tom, že látka, ktorá tvorí dispergovanú fázu, sa získa ako výsledok chemická reakcia. Aby reakcia vytvorila koloidný roztok a nie skutočný roztok alebo zrazeninu, musia byť splnené aspoň tri podmienky:

látka dispergovanej fázy je nerozpustná v disperznom prostredí;
rýchlosť tvorby zárodkov kryštálov dispergovanej fázy je oveľa väčšia ako rýchlosť rastu kryštálov; táto podmienka je zvyčajne splnená, keď sa koncentrovaný roztok jednej zložky za intenzívneho miešania naleje do veľmi zriedeného roztoku inej zložky;
jedna z východiskových látok sa odoberie v nadbytku, je to práve stabilizátor.

Spôsoby čistenia koloidných roztokov.

Koloidné roztoky získané tak či onak sú zvyčajne čistené od nízkomolekulárnych nečistôt (molekúl a iónov). Odstránenie týchto nečistôt sa uskutočňuje metódami dialýzy, (elektrodialýzy), ultrafiltrácie.

Dialýza– metóda čistenia pomocou polopriepustnej membrány, ktorá oddeľuje koloidný roztok od čistého disperzného média. Ako semipermeabilné (t.j. priepustné pre molekuly a ióny, ale nepriepustné pre častice dispergovanej fázy) sa používajú membrány, pergamen, celofán, kolódiové, keramické filtre a iné jemne porézne materiály. V dôsledku difúzie prechádzajú nízkomolekulárne nečistoty do vonkajšieho roztoku.

Ultrafiltrácia nazývaná dialýza, vykonávaná pod tlakom vo vnútornej komore. Ultrafiltrácia v podstate nie je spôsob čistenia sólov, ale iba spôsob ich koncentrácie.

Optické vlastnosti koloidných roztokov

Keď svetlo dopadá na disperzný systém, možno pozorovať nasledujúce javy:

prechod svetla cez systém;
lom svetla časticami dispergovanej fázy (ak sú tieto častice priehľadné);
odraz svetla časticami dispergovanej fázy (ak sú častice nepriehľadné);
rozptyl svetla;
absorpcia ( absorpcia) svetla rozptýlenou fázou.

Rozptyl svetla pozorované pre systémy, v ktorých sú častice dispergovanej fázy menšie alebo úmerné vlnovej dĺžke dopadajúceho svetla. Pripomeňme, že veľkosť častíc dispergovanej fázy v koloidných roztokoch je 10 -7 -10 -9 m) V dôsledku toho je rozptyl svetla charakteristickým javom pre koloidné systémy, ktoré študujeme.

Rayleigh vytvoril teóriu rozptylu svetla. Odvodil rovnicu, ktorá dáva do súvislosti intenzitu rozptýleného svetla I s intenzitou dopadajúceho svetla I 0 . spravodlivé za predpokladu, že:

častice sú sférické;
častice nevedú elektriny(t. j. sú nekovové);
častice neabsorbujú svetlo, to znamená, že sú bezfarebné;
koloidný roztok je zriedený do takej miery, že vzdialenosť medzi časticami je väčšia ako vlnová dĺžka dopadajúceho svetla.

Rayleighova rovnica:

kde V je objem jednej častice,
λ - vlnová dĺžka;
n 1 je index lomu častice;
n o je index lomu média.

Z Rayleighovej rovnice vyplývajú tieto závery:

Intenzita rozptýleného svetla je tým väčšia, čím viac sa indexy lomu častice a média líšia (n 1 - P 0 ).
Ak indexy lomu P 1 a n 0 sú rovnaké, potom v nehomogénnom médiu nebude rozptyl svetla chýbať.
Intenzita rozptýleného svetla je tým väčšia, čím väčšia je čiastočná koncentrácia v. Hromadná koncentrácia c, g / dm 3, ktorý sa zvyčajne používa pri príprave roztokov, sa spája s čiastočnou koncentráciou výrazom:

kde ρ je hustota častíc.

Treba poznamenať, že táto závislosť je zachovaná len v oblasti malých veľkostí častíc. Pre viditeľnú časť spektra táto podmienka zodpovedá hodnotám 2 10 -6 cm< r < 4 10 -6 см. С увеличением r рост ja spomaľuje a pre r > λ, rozptyl je nahradený odrazom. Intenzita rozptýleného svetla je priamo úmerná koncentrácii.

4. Intenzita rozptýleného svetla je nepriamo úmerná vlnovej dĺžke k štvrtej mocnine.

To znamená, že keď lúč bieleho svetla prechádza cez koloidný roztok, krátke vlny - modrá a fialová časť spektra - sú prevažne rozptýlené. Preto má bezfarebný sól v rozptýlenom svetle modrastú farbu a v prechádzajúcom svetle červenkastú farbu. Modrá farba oblohy je spôsobená aj rozptylom svetla drobnými kvapôčkami vody v atmosfére. Oranžová alebo červená farba oblohy pri východe alebo západe slnka je spôsobená tým, že ráno alebo večer je hlavne svetlo, ktoré prešlo atmosférou.

absorpcia svetla. Rayleighova rovnica bola odvodená pre nesfarbené sóly, t.j. neabsorbujúce svetlo. Mnohé koloidné roztoky však majú určitú farbu, t.j. absorbovať svetlo v zodpovedajúcej oblasti spektra - sól je vždy zafarbený v komplementárnej farbe k absorbovanej farbe. Takže absorbovaním modrej časti spektra (435-480 nm) sa sól zmení na žltý; po absorpcii modrozelenej časti (490-500 nm) získava červenú farbu.Ak lúče celého viditeľného spektra prechádzajú cez priehľadné teleso alebo sa odrážajú od nepriehľadného telesa, potom sa priehľadné teleso javí ako bezfarebné a nepriehľadné sa javí ako biele. Ak teleso absorbuje žiarenie z celého viditeľného spektra, javí sa ako čierne.Optické vlastnosti koloidných roztokov schopných absorbovať svetlo možno charakterizovať zmenou intenzity svetla pri prechode systémom. Na tento účel použite zákon Bouguer-Lambert-Beer:

kde ja 0 je intenzita dopadajúceho svetla ; ja atď je intenzita svetla prenášaného cez sól; k - absorpčný koeficient; l- hrúbka vrstvy sólu; s- koncentrácia sólu.

Ak vezmeme logaritmus výrazu, dostaneme:

Hodnota sa volá optická hustota Riešenie . Pri práci s monochromatickým svetlom vždy udávajú, pri akej vlnovej dĺžke bola stanovená optická hustota, označujúc ju D λ .

Micelárna teória štruktúry koloidných systémov

Uvažujme štruktúru hydrofóbnej koloidnej častice na príklade tvorby AgI sólu výmennou reakciou

AgNO 3 + KI → AgI + KNO 3.

Ak sa látky odoberú v ekvivalentných množstvách, potom sa vyzráža kryštalická zrazenina AgI. Ak je však jedna z počiatočných látok v nadbytku, napríklad KI, proces kryštalizácie AgI vedie k vytvoreniu koloidného roztoku - miciel AgI.

Štruktúrny diagram AgI hydrosolových miciel je znázornený na obr. 10.4.

Obrázok 10.4 - Schéma AgI hydrosólovej micely vytvorenej s prebytkom KI

Agregát molekúl [ mAgI ] 100-1000 (mikrokryštály) - jadro, je zárodkom novej fázy, na povrchu ktorej prebieha adsorpcia iónov elektrolytu v disperznom prostredí. Podľa Panet-Fajansovho pravidla sa ióny lepšie adsorbujú, rovnako ako ióny, ktoré vstupujú do kryštálovej mriežky jadra a dotvárajú túto mriežku. Ióny, ktoré sa adsorbujú priamo do jadra, sa nazývajú potenciálne určujúce, keďže určujú veľkosť potenciálu a znamienko povrchového náboja, ako aj znamienko náboja celej častice. Potenciálne určujúce ióny v tomto systéme sú I - ióny, ktorých je nadbytok, sú súčasťou kryštálová mriežka AgI jadrá pôsobia ako stabilizátory a tvoria vnútorný obal v tvrdej časti elektrickej dvojitej vrstvy (EDL) micely. Agregát s adsorbovanými iónmi I - tvorí jadro micely.

Ióny sú priťahované z roztoku k záporne nabitému povrchu častíc AgI vo vzdialenosti blízkej polomeru hydratovaného iónu opačné znamenie(protiióny) - kladne nabité ióny K +. Vrstva protiiónov - vonkajší obal dvojitej elektrickej vrstvy (EDL), je držaná ako elektrostatickými silami, tak silami adsorpčnej príťažlivosti. Agregát molekúl spolu s pevnou dvojvrstvou sa nazýva koloidná častica – granula.

Časť protiiónov kvôli tepelný pohyb sa nachádza difúzne okolo granuly a je s ňou spojená iba v dôsledku elektrostatických síl. Koloidné častice spolu s difúznou vrstvou, ktorá ich obklopuje, sa nazývajú micely. Micela je elektricky neutrálna, pretože náboj jadra sa rovná náboju všetkých protiiónov a granula má zvyčajne náboj, ktorý sa nazýva elektrokinetický alebo ξ - zeta - potenciál. V skrátenej forme môže byť schéma štruktúry miciel pre tento príklad napísaná takto:

Jedným z hlavných ustanovení teórie štruktúry koloidných častíc je koncept štruktúry dvojitej elektrickej vrstvy (EDL). Podľa moderných predstáv, dvojitá elektrická vrstva DELpozostáva z adsorpčnej a difúznej vrstvy. Adsorpčná vrstva pozostáva z:

nabitý povrch jadra micely v dôsledku adsorpcie iónov určujúcich potenciál na ňom, ktoré určujú veľkosť povrchového potenciálu a jeho znamienko;
vrstva iónov opačného znamienka - protiióny, ktoré sú priťahované z roztoku k nabitému povrchu. Adsorpčná vrstva protiiónov umiestnené vo vzdialenosti molekulárneho polomeru od nabitého povrchu. Medzi týmto povrchom a protiiónmi adsorpčnej vrstvy existujú tak elektrostatické, ako aj adsorpčné sily, a preto sú tieto protiióny obzvlášť silne viazané na jadro. Adsorpčná vrstva je veľmi hustá, jej hrúbka je konštantná a nezávisí od zmien vonkajšie podmienky(koncentrácia elektrolytu, teplota).

V dôsledku tepelného pohybu časť protiiónov preniká hlboko do disperzného média a ich priťahovanie k nabitému povrchu granule sa uskutočňuje iba v dôsledku elektrostatických síl. Tieto protiióny tvoria difúznu vrstvu, ktorá je menej pevne spojená s povrchom. Difúzna vrstva má premenlivú hrúbku, ktorá závisí od koncentrácie elektrolytov v disperznom prostredí.

Keď sa tuhá a kvapalná fáza navzájom pohybujú, vzniká v difúznej časti diskontinuita DEL a na fázovom rozhraní nastáva potenciálny skok, tzv. elektrokinetický ξ - potenciál(zeta – potenciál). Jeho hodnota je určená rozdielom medzi Celkom náboje (φ) potenciál určujúcich iónov a počet nábojov protiiónu (ε) obsiahnutých v adsorpčnej vrstve, t.j. ξ = φ - ε. Pokles medzifázového potenciálu so vzdialenosťou od pevnej fázy hlboko do roztoku je znázornený na obr. 10.5.

Obrázok 10.5 Štruktúra DPP

Prítomnosť potenciálneho rozdielu okolo častíc hydrofóbneho sólu bráni ich zlepeniu počas kolízie, to znamená, že sú faktorom agregovanej stability sólu. Ak počet difúznych iónov klesá alebo má tendenciu k nule, potom sa granula stáva elektricky neutrálnou (izoelektrický stav) a má najmenšiu stabilitu.

Veľkosť elektrokinetického potenciálu teda určuje odpudivé sily, a teda agregovanú stabilitu koloidného roztoku. Pri hodnote elektrokinetického potenciálu ξ = 0,07 V je zabezpečená dostatočná stabilita koloidného roztoku, pri hodnotách menších ako ξ = 0,03 V sú odpudivé sily príliš slabé na to, aby odolali agregácii, a preto dochádza ku koagulácii, ktorá nevyhnutne končí sedimentácia.

Veľkosť elektrokinetického potenciálu možno určiť pomocou zariadenia na elektroforézu podľa vzorca (10.5):

kde η je viskozita; ϑ - rýchlosť pohybu častíc; l je vzdialenosť medzi elektródami pozdĺž roztoku; E - elektromotorická sila, D - dielektrická konštanta.

Faktory ovplyvňujúce ξ - potenciál:

Prítomnosť indiferentného elektrolytu v roztoku - elektrolytu, ktorý neobsahuje ión určujúci potenciál.

Indiferentný elektrolyt obsahuje protiión. V tomto prípade je difúzna vrstva stlačená a ξ klesá a v dôsledku toho dochádza ku koagulácii.
Indiferentný elektrolyt obsahuje ión rovnakého znamienka ako protiión, ale nie samotný protiión. V tomto prípade dochádza k výmene iónov: protiión je nahradený iónmi indiferentného elektrolytu. Pozoruje sa pokles ξ, ale stupeň poklesu bude závisieť od povahy substitučného iónu, jeho mocenstva a stupňa hydratácie. Lyotropný rad katiónov a aniónov - rad, v ktorom sú ióny usporiadané podľa ich schopnosti stlačiť difúznu vrstvu a spôsobiť pokles ξ potenciálu.

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. Pridanie roztoku stabilizačný elektrolyt- elektrolyt obsahujúci potenciálne determinovaný ión spôsobuje zvýšenie ξ - potenciálu, a preto prispieva k stabilite koloidného systému, avšak do určitej hranice.

Stabilita a koagulácia koloidných systémov

Moderná teória stability a koagulácie koloidných systémov bola vytvorená niekoľkými známymi vedcami: Deryagina, Landau, Verwey, Overbeck, a preto je skrátená ako DLVO teória . Podľa tejto teórie je stabilita rozptýleného systému určená rovnováhou príťažlivých a odpudivých síl, ktoré vznikajú medzi časticami, keď sa k sebe približujú v dôsledku Brownovho pohybu. Existuje kinetická a agregátna stabilita koloidných systémov.

Kinetická (sedimentačná) stabilita- schopnosť dispergovaných častíc byť v suspenzii a neusadzovať sa (nie sedimentovať). V rozptýlených systémoch, rovnako ako v prírodných roztokoch, existuje Brownov pohyb. Brownov pohyb závisí od veľkosti častíc, viskozity disperzného média, teploty atď. Jemne rozptýlené systémy (soly), ktorých častice sa pôsobením gravitácie prakticky neusadzujú, sú kineticky (sedimentácia) stabilné. Patria sem aj hydrofilné sóly - roztoky polymérov, proteínov atď. Hydrofóbne sóly, hrubé systémy (suspenzie, emulzie) sú kineticky nestabilné. V nich prebieha oddelenie fázy a média pomerne rýchlo.
Agregátna stabilita- schopnosť častíc dispergovanej fázy udržať určitý stupeň disperzie nezmenený. V agregátoch stabilných systémoch sa častice dispergovanej fázy počas kolízií nezlepujú a netvoria agregáty. Ak je však narušená stabilita agregátu, koloidné častice tvoria veľké agregáty, po ktorých nasleduje precipitácia dispergovanej fázy. Takýto proces sa nazýva koagulácia a prebieha spontánne, pretože klesá voľná energia systémy (AG<0) .

Faktory, ktoré ovplyvňujú stabilitu koloidných systémov, zahŕňajú:

Prítomnosť elektrického náboja rozptýlených častíc. Dispergované častice lyofóbnych sólov majú rovnaký náboj, a preto sa pri zrážke budú navzájom odpudzovať, čím silnejšie, čím vyšší je zeta potenciál. Elektrický faktor však nie je vždy rozhodujúci.
Schopnosť solvatovať (hydratovať) stabilizujúce ióny. Čím viac hydratovaných (solvátovaných) protiiónov v difúznej vrstve, tým väčší je celkový hydratovaný (solvátovaný) obal okolo granúl a tým stabilnejší je dispergovaný systém.

Podľa teórie sa počas Brownovho pohybu koloidné častice voľne približujú k sebe na vzdialenosť až 10 -5 pozri Povaha zmeny van der Waalsových síl príťažlivosti (1) a elektrostatických odpudivých síl (2) medzi koloidnými časticami je znázornená na obr. 10.6. Výsledná krivka (3) bola získaná geometrickým sčítaním zodpovedajúcich ordinát. Pri minimálnych a veľkých vzdialenostiach medzi časticami prevláda príťažlivá energia (energetické minimá I a II). V druhom energetickom minime je energia súdržnosti častíc nedostatočná na to, aby ich udržala v agregovanom stave. Pri stredných vzdialenostiach zodpovedajúcich hrúbke elektrickej dvojvrstvy prevláda odpudivá energia s potenciálnou bariérou AB, ktorá zabraňuje zlepeniu častíc. Prax ukazuje, že pri zeta potenciáli ξ = 70 mV sa koloidné systémy vyznačujú vysokou potenciálovou bariérou a vysokou agregačnou stabilitou. Na destabilizáciu koloidného systému, t.j. implementáciu koagulačného procesu, je potrebné znížiť -potenciál do hodnôt 0 - 3 mV.

Obrázok 10.6. Potenciálne krivky interakcie koloidných častíc

Koagulácia dispergovaných systémov

Koagulácia - proces adhézie koloidných častíc. Tento proces prebieha pomerne ľahko pod vplyvom rôznych faktorov: zavádzanie elektrolytov, neelektrolytov, mrazenie, varenie, miešanie, vystavenie slnečnému žiareniu atď. elektrolytická koagulácia (pod vplyvom elektrolytov)Často sa pozoruje iónomeničová adsorpcia: koagulačné ióny s vyššou mocnosťou alebo vyšším adsorpčným potenciálom vytláčajú protiióny najskôr z difúznej vrstvy a potom z adsorpčnej vrstvy. Výmena prebieha v ekvivalentnom množstve, ale nahradenie protiiónov vedie k tomu, že pri dostatočnej koncentrácii elektrolytov v dispergovanom médiu častice strácajú svoju stabilitu a pri zrážke sa zlepujú.

Pre elektrolytickú koaguláciu sa stanovilo niekoľko všeobecných experimentálnych pravidiel:

1. Zrážanie lyofóbnych sólov je spôsobené akýmikoľvek elektrolytmi, ale pozoruje sa značnou rýchlosťou, keď sa dosiahne určitá koncentrácia elektrolytu. Koagulačný prah(C až) je minimálna koncentrácia elektrolytu potrebná na spustenie koagulácie sólu. V tomto prípade sa pozorujú vonkajšie zmeny, ako je zakalenie roztoku, zmena jeho farby atď.

kde Sal je molárna koncentrácia elektrolytu, mmol/l;
Vel - objem roztoku elektrolytu, l;
Vz je objem solu, l.

Prevrátená hodnota koagulačného prahu sa nazýva koagulačná schopnosť () elektrolytu:

kde Ck je koagulačný prah.

2. Schultz-Hurdyho pravidlo:

koagulačný účinok vykazuje ten ión, ktorého náboj je v znamienku opačný ako náboj na povrchu koloidných častíc (náboj granule), pričom tento účinok sa zvyšuje so zvyšujúcou sa mocnosťou iónu;
koagulačný účinok iónov sa mnohonásobne zvyšuje so zvýšením valencie iónov. Pre jedno-dvojmocné a trojmocné ióny je koagulačný účinok približne 1: 50: 500.

To je vysvetlené skutočnosťou, že multivalentné vysoko nabité ióny koagulantov sú oveľa silnejšie priťahované nabitým povrchom koloidnej častice ako monovalentné a oveľa ľahšie vytesňujú protiióny z difúznej a dokonca aj adsorpčnej vrstvy.

3. Koagulačný účinok organických iónov je oveľa vyšší ako u anorganických. Je to spôsobené ich vysokou adsorpčnou kapacitou, schopnosťou adsorbovať sa v superekvivalentnom množstve a tiež spôsobiť opätovné nabitie povrchu koloidných častíc.

4. U viacerých anorganických iónov s rovnakým nábojom závisí koagulačná schopnosť od polomeru iónu - koagulantu: čím väčší je polomer, tým väčšia je koagulačná schopnosť (viď. lyotropná séria). Vysvetľuje sa to tým, že stupeň hydratácie iónov klesá napríklad z L+ na Cs+, čo uľahčuje jeho zabudovanie do dvojitej iónovej vrstvy.

5. Elektricky neutrálne častice lyofóbnych koloidných sólov koagulujú s najvyššou rýchlosťou.

6. Fenomén závislosti na soli. Ak sa k sólu rýchlo pridá koagulant, potom dôjde ku koagulácii, ak pomaly, k zrážaniu nedochádza. To možno vysvetliť skutočnosťou, že medzi elektrolytom a sólom dochádza k reakcii, v dôsledku ktorej sa vytvárajú peptizéry, ktoré stabilizujú disperzný systém:

Fe (OH)3 + HCl → FeOCl + 2H20,

FeOCl → FeO + + Cl -,

kde FeO + je peptizér pre Fe (OH) 3 sól.

Koagulačný účinok zmesi elektrolytov sa prejavuje rôzne v závislosti od charakteru iónu – koagulátora. V zmesi elektrolytov sa účinok môže pridať ku koagulačnému účinku každého elektrolytu. Tento jav sa nazýva aditívnosť ióny (NaCl, KCl). Ak koagulačný účinok iónov elektrolytu klesá so zavedením iónov iného elektrolytu, antagonizmus iónov (LiCl, MgCl 2 ). V prípade, keď sa koagulačný účinok iónov elektrolytu zvyšuje so zavedením iónov iného elektrolytu, tento jav sa nazýva spolupráca ióny.

Zavedenie napríklad 10 ml 10 % roztoku NaCl do 10 ml sólu Fe(OH)3 vedie ku koagulácii tohto sólu. Tomu sa však dá vyhnúť, ak sa do roztoku sólu pridá jedna z ochranných látok: 5 ml želatíny, 15 ml vaječného albumínu, 20 ml dextrínu.

Ochrana koloidných častíc

Koloidná ochrana- zvýšenie agregovanej stability sólu zavedením makromolekulovej zlúčeniny (HMC) do sólu. Pre hydrofóbne sóly sa ako IUD zvyčajne používajú proteíny, sacharidy, pektíny; pre nevodné sóly - kaučuky.

Ochranný účinok IUD je spojený s tvorbou určitej adsorpčnej vrstvy na povrchu koloidných častíc (obrázok 10.7). Opačná strana koagulácie sa nazýva peptizácia.

Obrázok 10.7 Mechanizmus peptizácie

Na charakterizáciu ochranného účinku rôznych námorných síl navrhol Zsigmondy použiť zlaté číslo.zlaté čísloje počet miligramov IUD, ktoré sa majú pridať do 10 cm 3 0,0006% sól červeného zlata, aby sa zabránilo jeho zmodraniu (koagulácii), keď sa k nemu pridá 1 cm 3 10 % roztok NaCl. Niekedy sa namiesto zlatého sólu na charakterizáciu ochranného účinku IUD používajú koloidné roztoky striebra (strieborné číslo), hydroxid železitý (číslo železa) atď.Tabuľka 10.2 ukazuje význam týchto čísel pre niektoré IUD.

Tabuľka 10.2 Ochranné pôsobenie IUD

Hodina chémie v 11. ročníku: "Dispergované systémy a roztoky"

Cieľom je poskytnúť pojem rozptýlené systémy, ich klasifikáciu. Odhaliť význam koloidných systémov v živote prírody a spoločnosti. Ukážte relativitu delenia roztokov na pravé a koloidné.

Vybavenie a materiály:

Technologické mapy: diagram-tabuľka, laboratórne práce, inštrukcie.

Vybavenie pre laboratórnu prácu:

Činidlá: cukrový roztok, roztok chloridu železitého, zmes vody a riečneho piesku, želatína, pasta, olej, roztok chloridu hlinitého, roztok kuchynskej soli, zmes vody a rastlinného oleja.

Chemické kadičky

Papierové filtre.

Čierny papier.

Baterky

Priebeh hodiny chémie v 11. ročníku:

Fáza lekcie	Javiskové vlastnosti	Akcie učiteľa	Študentské akcie
Organizačné (2 min.)	Príprava na lekciu	Pozdravuje študentov.	Príprava na lekciu. Pozdravte pani učiteľku.
Úvod (5 min.)	Úvod do novej témy.	Vedie k téme lekcie, úlohám a „otázkam pre seba“ Uvádza tému lekcie. Zobrazuje úlohy dnešnej hodiny.	Zapojte sa do diskusie k téme. Oboznámte sa s témou hodiny a úlohami (PRÍLOHA č. 1) Napíšte tri otázky k téme, na ktorú by ste chceli odpovedať.
Teoretická časť (15 minút.)	Vysvetlenie novej témy.	Dáva úlohy na prácu v skupinách pri hľadaní nového materiálu (PRÍLOHA č. 3,4)	Po združení v skupinách plnia úlohy podľa technologickej mapy uvedenej v schéme (PRÍLOHA č. 4) a požiadaviek vyučujúceho.
Zhrnutie teoretickej časti (8 min.)	Závery na základe získaných teoretických poznatkov.	Vopred vyvesí na tabuľu prázdne schémy (formát A3) na názorné vyplnenie žiakmi. (PRÍLOHA č. 4) Spolu so študentmi formuluje hlavné teoretické závery.	Značkovači vyplnia schémy zodpovedajúce tej, na ktorej pracovali, podávajú správu o vykonanej práci v skupinách Zapíšte si hlavné závery do technologických máp.
Praktická časť (10 min.)	Vykonávanie laboratórnych prác, upevňovanie získaných skúseností.	Ponuky na vykonanie laboratórnych prác na tému „Disperzné systémy“ (PRÍLOHA č. 2)	Laboratórne práce (PRÍLOHA č. 2), vypĺňajte tlačivá, v súlade s pokynmi na laboratórne práce a požiadavkami vyučujúceho.
Zhrnutie a závery (5 min.)	Zhrnutie lekcie. Domáca úloha.	Spoločne so študentmi urobí záver o téme. Navrhuje uviesť do súladu otázky, ktoré boli napísané na začiatku hodiny, s otázkami, ktoré ste dostali na konci hodiny.	Zhrnutie, zapísanie domácich úloh.

Formy a spôsoby kontroly:

Technologické schémy plnenia (PRÍLOHA č. 4).

Laboratórne práce (PRÍLOHA č. 2)

Kontrola sa vykonáva frontálne ústnou a písomnou formou. Na základe výsledkov laboratórnych prác sa kartičky s laboratórnymi prácami odovzdajú vyučujúcemu na overenie.

1. Úvod:

Aký je rozdiel medzi mramorom a žulou? A čo minerálna a destilovaná voda?

(odpoveď: mramor je čistá látka, žula je zmes látok, destilovaná voda je čistá látka, minerálna voda je zmes látok).

Dobre. A čo mlieko? Je to čistá látka alebo zmes? A vzduch?

Stav akejkoľvek čistej látky je opísaný veľmi jednoducho – tuhá, kvapalná, plynná.

Ale absolútne čisté látky v prírode neexistujú. Aj malé množstvo nečistôt môže výrazne ovplyvniť vlastnosti látok: bod varu, elektrickú a tepelnú vodivosť, reaktivitu atď.

Získanie absolútne čistých látok je jednou z najdôležitejších úloh modernej chémie, pretože práve čistota látky určuje možnosť prejavu jej jednotlivých prostriedkov (demonštrácia značených činidiel).

V prírode a praktickom živote človeka teda neexistujú jednotlivé látky, ale ich systémy.

Zmesi rôznych látok v rôznych stavoch agregácie môžu vytvárať heterogénne a homogénne systémy. Homogénne systémy sú riešenia, s ktorými sme sa zoznámili v minulej lekcii.

Dnes sa zoznámime s heterogénnymi systémami.

2. Témou dnešnej hodiny sú DISPERZÍVNE SYSTÉMY.

Po preštudovaní témy lekcie sa naučíte:

význam rozptýlených systémov.

Toto, ako ste pochopili, je našou hlavnou úlohou. Sú zapísané vo vašich technologických mapách. Ale aby bola naša práca produktívnejšia a motivovanejšia, navrhujem, aby ste si popri hlavných úlohách napísali aspoň tri otázky, na ktoré by ste chceli nájsť odpoveď v priebehu tejto lekcie.

3. Teoretická časť.

Rozptýlené systémy - čo to je?

Skúsme spoločne odvodiť definíciu založenú na stavbe slov.

1) Systém (z iného gréckeho „systému“ - celok zložený z častí; spojenie) - súbor prvkov, ktoré sú vo vzájomných vzťahoch a spojeniach, ktoré tvoria určitú celistvosť, jednotu.

2) Disperzia - (z lat. disperzio - rozptyl) rozptyl niečoho, drvenie.

Disperzné systémy sú heterogénne (heterogénne) systémy, v ktorých je jedna látka vo forme veľmi malých častíc rovnomerne rozložená v objeme druhej.

Ak sa vrátime k recenzii a predchádzajúcej lekcii, môžeme si spomenúť, že: Roztoky sa skladajú z dvoch zložiek: rozpustenej látky a rozpúšťadla.

Dispergované systémy ako zmesi látok majú podobnú štruktúru: pozostávajú z malých častíc, ktoré sú rovnomerne rozložené v objeme inej látky.

Prezrite si svoje technologické mapy a pokúste sa vytvoriť dve podobné schémy z rôznych častí: pre riešenie a pre rozptýlený systém.

Skontrolujte výsledky porovnaním s obrázkom na obrazovke.

Takže disperzné médium v disperznom systéme hrá úlohu rozpúšťadla a je to tzv. spojitá fáza a disperzná fáza - úloha rozpustenej látky.

Pretože disperzný systém je heterogénna zmes, existuje rozhranie medzi disperzným prostredím a disperznou fázou.

Klasifikácia disperzných systémov.

Každý disperzný systém môžete študovať samostatne, ale je lepšie si ich zatriediť, vyzdvihnúť spoločné, typické a zapamätať si to. Aby ste to dosiahli, musíte určiť, z akých dôvodov to urobiť. Ste zjednotení v skupinách, z ktorých každá dostane úlohu a k nej je pripojený vývojový diagram.

Riadiac sa literatúrou, ktorá vám je ponúknutá, nájdite v texte znak klasifikácie navrhnutý pre vás na štúdium a preštudujte si ho.

Vytvorte zhluk (blokový diagram) označujúci znaky a vlastnosti disperzných systémov, uveďte k nemu príklady. Aby sme vám s tým pomohli, už ste dostali prázdny vývojový diagram, ktorý musíte vyplniť.

4. Záver k teoretickej úlohe.

Poďme si to zhrnúť.

Z každého tímu požiadam jednu osobu, aby vystúpila a vyplnila schémy umiestnené na tabuli.

(študenti prídu a vyplnia každú zo schém fixkou, potom podajú správu o vykonanej práci)

Výborne, teraz to opravíme:

Čo je základom pre klasifikáciu disperzných systémov?

Aké sú typy disperzných systémov?

Aké vlastnosti koloidných roztokov poznáte?

Aký je iný názov pre gély? Akú majú hodnotu? Aká je ich vlastnosť?

5. Praktická časť.

Teraz, keď ste oboznámení s vlastnosťami disperzných systémov a ich klasifikáciou a tiež ste sa rozhodli, akým princípom sa disperzné systémy klasifikujú, navrhujem, aby ste si tieto znalosti upevnili v praxi vyplnením príslušnej laboratórnej práce, ktorú vám ponúkame na samostatnom formulári.

Ste v skupinách po 2 osobách. Pre každú skupinu máte vhodný formulár s laboratórnymi prácami, ako aj špecifickú sadu činidiel, ktoré potrebujete preštudovať.

Dostali ste vzorku disperzného systému.

Vaša úloha: pomocou pokynov určte, ktorý systém rozptylu ste dostali, vyplňte tabuľku a urobte záver o vlastnostiach systému rozptylu.

6. Zovšeobecnenie a závery.

Takže v tejto lekcii sme hlbšie študovali klasifikáciu rozptýlených systémov, ich význam v prírode a ľudskom živote.

Treba si však uvedomiť, že medzi typmi disperzných systémov neexistuje ostrá hranica. Klasifikácia by sa mala považovať za relatívnu.

A teraz späť k úlohám stanoveným pre dnešnú lekciu:

čo sú disperzné systémy?

čo sú rozptýlené systémy?

Aké sú vlastnosti disperzných systémov?

význam rozptýlených systémov.

Venujte pozornosť otázkam, ktoré ste si napísali. V poli reflexie označte užitočnosť tejto lekcie.

7. Domáce úlohy.

Neustále sa stretávame s rozptýlenými systémami v prírode a každodennom živote, dokonca aj v našom tele existujú rozptýlené systémy. Aby ste si upevnili vedomosti o význame disperzných systémov, môžete si urobiť domácu úlohu vo forme eseje /

Vyberte si disperzný systém, s ktorým sa vo svojom živote neustále stretávate. Napíšte esej na 1-2 strany: „Aký význam má tento rozptýlený systém v ľudskom živote? Aké podobné disperzné systémy s podobnými funkciami sú ešte známe?

Ďakujem za lekciu.

Klasifikácia disperzných systémov sa môže uskutočniť na základe rôznych vlastností: disperziou, stavom agregácie fáz, interakciou dispergovanej fázy a dispergovaného prostredia, medzičasticovou interakciou.

Klasifikácia podľa disperzie

Závislosť špecifického povrchu od disperzie Ssp = f(d) je graficky vyjadrená rovnostrannou hyperbolou (obr.).

Z grafu je vidieť, že s poklesom priečnych rozmerov častíc výrazne narastá špecifický povrch. Ak sa kocka s veľkosťou hrany 1 cm rozdrví na kubické častice s rozmermi d = 10 -6 cm, hodnota celkovej plochy rozhrania sa zvýši zo 6 cm2 na 600 m2.

Pri d ≤ 10 -7 cm sa hyperbola odlomí, pretože častice sa zmenšia na veľkosť jednotlivých molekúl a heterogénny systém sa stáva homogénnym, v ktorom nie je žiadny medzifázový povrch. Podľa stupňa disperzie sa disperzné systémy delia na:

hrubé systémy, d ≥ 10 -3 cm;
mikroheterogénne systémy, 10-5 ≤ d ≤ 10-3 cm;
koloidne disperzné systémy alebo koloidné roztoky, 10-7 ≤ d ≤ 10-5 cm;
skutočné roztoky, d ≤ 10 -7 cm.

Je potrebné zdôrazniť, že častice dispergovanej fázy v koloidných roztokoch majú najväčší špecifický povrch.

Klasifikácia podľa stavu agregácie fáz

Klasifikácia podľa stavu agregácie fáz bola navrhnutá Wolfgangom Ostwaldom. V zásade je možných 9 kombinácií. Uveďme ich vo forme tabuľky.

Súhrnný stav dispergovanej fázy	Súhrnný stav rozptýleného média	Legenda	Názov systému	Príklady
G	G	r/r	aerosólov	Zemská atmosféra
a	G	w/g		hmla, stratusová oblačnosť
tv	G	tv/g		dym, prach, cirry
G	a	g/f	plynové emulzie, peny	sýtená voda, mydlová pena, terapeutický kyslíkový koktail, pivná pena
a	a	w/w	emulzie	mlieko, maslo, margarín, smotany atď.
tv	a	tv/w	lyosoly, suspenzie	lyofóbne koloidné roztoky, suspenzie, pasty, farby atď. d.
G	tv	g/tv	tvrdá pena	pemza, tvrdé peny, polystyrén, penobetón, chlieb, porézne telesá v plyne atď. d.
a	tv	g TV	tuhé emulzie	voda v parafíne, prírodné minerály s tekutými inklúziami, pórovité telieska v kvapaline
tv	tv	tv/tv	pevné sóly	oceľ, liatina, farebné sklá, drahé kamene: Au sol v skle - rubínové sklo (0,0001%) (1 t skla - 1 g Au)

Klasifikácia podľa interakcie dispergovanej fázy a dispergovaného média (podľa medzifázovej interakcie).

Táto klasifikácia je vhodná len pre systémy s kvapalným disperzným médiom. G. Freindlich navrhol rozdeliť rozptýlené systémy na dva typy:

lyofóbne, v ktorých dispergovaná fáza nie je schopná interagovať s disperzným prostredím a následne sa v ňom rozpúšťať, patria sem koloidné roztoky, mikroheterogénne systémy;
lyofilné, v ktorých dispergovaná fáza interaguje s disperzným prostredím a za určitých podmienok sa v ňom dokáže rozpustiť, patria sem roztoky koloidných povrchovo aktívnych látok a roztoky vnútromaternicových teliesok.

Klasifikácia podľa medzičasticovej interakcie

Podľa tejto klasifikácie sa disperzné systémy delia na:

voľne rozptýlené (bez štruktúry);
spojené rozptýlené (štruktúrované).

Vo voľne dispergovaných systémoch nie sú častice dispergovanej fázy navzájom viazané a môžu sa v disperznom prostredí pohybovať nezávisle.

V koherentne dispergovaných systémoch sú častice dispergovanej fázy navzájom spojené v dôsledku medzimolekulových síl, čím vytvárajú zvláštne priestorové siete alebo štruktúry (štruktúry) v disperznom prostredí. Častice tvoriace štruktúru nie sú schopné vzájomného premiestňovania a môžu vykonávať iba oscilačné pohyby.

Zoznam použitej literatúry

Gelfman M.I., Kovalevich O.V., Yustratov V.P. koloidná chémia. 2. vydanie, ster. - Petrohrad: Vydavateľstvo "Lan", 2004. - 336 s.: ill. ISBN 5-8114-0478-6 [s. 8-10]

Systémy, v ktorých je jedna látka, ktorá je v dispergovanom (rozdrvenom alebo rozdrvenom) stave rovnomerne rozložená v objeme druhej látky, sa nazývajú dispergované.(Pojem „rozptýlený“ pochádza z latinského disperzus – rozptýlený, rozptýlený).

Dispergované systémy sú spravidla heterogénne a pozostávajú z dvoch alebo viacerých fáz. Nepretržitá súvislá fáza v nich sa nazýva inak disperzné médium a diskrétne alebo nespojité častice inej látky nachádzajúce sa v tomto médiu - dispergovaná fáza.

Mierou fragmentácie dispergovaných systémov je buď priečna veľkosť častíc dispergovanej fázy a alebo jeho recipročné, stupeň disperzieD, ktorý má rozmer 1/m alebo m –1:

Stupeň disperzie je hodnota, ktorá ukazuje, koľko častíc môže byť tesne natlačených na segmente s dĺžkou 1 m.

Pojem priečna veľkosť má pre sférické častice jasne definovaný význam ( a rovný priemeru d týchto častíc) a pre častice v tvare kocky ( a rovná dĺžke okraja l Kuba). Pre častice iného tvaru (vláknité, lamelárne atď.) je hodnota a závisí od smeru, v ktorom sa merania vykonávajú. V takýchto prípadoch sa veľmi často prirovnáva iný tvar častíc k sférickému s určitou hodnotou d, pretože tieto podmienené častice sa správajú v systémoch úplne rovnako ako skutočné.

Niekedy sa používa aj iná charakteristika stupňa disperzie – tzv špecifický povrchS bije ,čo zodpovedá celkovej ploche (m 2 ) všetky častice dispergovanej fázy s celkovou hmotnosťou 1 kg alebo s celkovým objemom 1 m 3 . V prvom prípade S bije má rozmer m 2 /kg, v druhom - 1/m alebo m –1 .

Špecifický povrch je teda možné definovať takto:

alebo

kdeS- celková plocha (m 2 ) povrchy častíc dispergovanej fázy;

mje celková hmotnosť (kg) týchto častíc;

V– celkový objem (m 3 ) týchto častíc.

Medzi údermi S je priamo úmerný vzťah. a D:

kdek- koeficient proporcionality.

V dispergovaných systémoch majú častice dispergovanej fázy len zriedka rovnakú veľkosť. Môžu byť získané iba umelo, pomocou špeciálnych techník. V tomto prípade sa výsledné systémy nazývajú monodisperzný. Skutočné systémy sú často polydisperzné a veľkosti častíc dispergovanej fázy v nich ležia v určitom rozmedzí.

Všetky dispergované systémy podľa veľkosti častíc dispergovanej fázy možno podmienečne rozdeliť do 3 skupín (tabuľka 14).

Tabuľka 14. Klasifikácia dispergovaných systémov podľa veľkosti častíc dispergovanej fázy

Hranicu medzi týmito typmi systémov nemožno presne stanoviť. Pre jednotlivé systémy môže byť posunutý jedným alebo druhým smerom, v závislosti od chemickej povahy látky dispergovanej fázy a disperzného prostredia a od fyzikálno-chemických vlastností samotného systému.

Charakteristickým znakom skutočných roztokov je, že častice dispergovanej fázy v nich sú oddelené molekuly alebo ióny. Výsledkom je, že v týchto systémoch neexistuje žiadny medzifázový povrch, a preto sú na rozdiel od iných rozptýlených systémov homogénne.

V koloidne dispergovaných systémoch (alebo sóloch) sú častice dispergovanej fázy tvorené niekoľkými desiatkami alebo stovkami molekúl, iónov alebo atómov, ktoré sú navzájom spojené rôznymi väzbami.

Priečne rozmery takýchto častíc sa pohybujú od 1 nm do 300–400 nm (1 10–9 ÷ 4 10–7 m). Vzhľadom na ich malú veľkosť ich nemožno vizuálne zistiť svetelným mikroskopom. Charakteristickým znakom koloidných systémov je ich výrazný špecifický povrch (tab. 15), v dôsledku čoho sa často nazývajú ultramikroheterogénne.

Tabuľka 15 Zmena plochy povrchu počas drvenia 1 cm 3 látky

To vedie k tomu, že väčšina molekúl alebo atómov látky dispergovanej fázy sa nachádza na povrchu jej častíc, t.j. na fázovom rozhraní. V dôsledku toho získavajú koloidné systémy špeciálne vlastnosti, ktoré ich výrazne odlišujú od iných typov rozptýlených systémov.

Fyzikálno-chemické vlastnosti koloidných systémov, procesy prebiehajúce na povrchu ich častíc sa študujú v sekcii fyzikálnej chémie, ktorá sa stala samostatnou vednou oblasťou -koloidná chémia.

Názov " koloidná chémia“ pochádza z gréckeho slova kola- lepidlo a eidos- vyhliadka. Navrhol to anglický vedec Thomas Graham, ktorý v druhej polovici 19. storočia študoval difúziu z roztokov rôznych látok cez rastlinné a živočíšne membrány.

Thomas Graham (1805 - 1869)Škótsky chemik. Grahamove práce sú venované difúzii v plynoch a kvapalinách, koloidnej chémii a chémii viacsýtnych kyselín. Graham prišiel s myšlienkou oddeliť všetky látky na kryštaloidy a koloidy. Prvé tvoria stabilné roztoky a kryštalizujú, druhé poskytujú nestabilné roztoky a ľahko koagulujú za vzniku želatínovej zrazeniny. Tieto práce položili základy koloidnej chémie. Pokračujúc v štúdiu plynov, Graham koncom 60. rokov 19. storočia objavil fenomén oklúzie - absorpciu plynov mikroskopickými dutinami v kovoch.

Zároveň pomenoval látky, ktoré rýchlo difundujú v roztoku a dobre prechádzajú cez membránu. kryštaloidy, pretože pri vysadení tvoria husté zrazeniny s kryštalickou štruktúrou.

Látky, ktoré majú malú schopnosť difundovať v roztoku a neprechádzajú cez dialyzačné membrány, sa nazývajú koloidy, t.j. ako lepidlo. Vznik tohto názvu je spôsobený tým, že prvými predmetmi tohto typu, ktoré skúmal vedec T. Graham, boli roztoky rôznych vysokomolekulárnych zlúčenín: polysacharidy, proteíny, ktoré pri vyzrážaní zvyčajne tvoria lepkavé zrazeniny s amorfná štruktúra.

Ďalšia práca v tejto oblasti inými vedcami: I.G. Boršchová, P.P. Weimarn, D.I. Mendeleev - ukázal, že tá istá látka, v závislosti od typu disperzného média, môže vykazovať vlastnosti koloidov aj vlastnosti kryštaloidov v roztokoch. Takže napríklad mydlo rozpustené v H 2 O, má vlastnosti koloidu a roztok mydla v alkohole - kryštaloid; kuchynská soľ rozpustená v H 2 O, tvorí skutočný roztok av benzéne - koloidný.

Nie je teda dôvod rozdeľovať chemické zlúčeniny do dvoch samostatných tried, ale môžeme hovoriť len o kryštaloidnom a koloidnom stave látky v roztoku.

V kryštaloidnom stave je látka prítomná v roztokoch vo forme jednotlivých molekúl alebo iónov a v koloidnom stave vo forme rozdrvených (dispergovaných) malých častíc pozostávajúcich z určitého počtu molekúl, iónov alebo atómov, rovnomerne rozložených. v celom objeme systému.

Roztoky makromolekulových zlúčenín, napriek tomu, že vo väčšine prípadov sú pravdivé, patria aj do predmetu výskumu v koloidnej chémii, pretože v mnohých ohľadoch podobné vlastnostiam koloidným systémom.

Koloidná chémia tiež študuje dispergované systémy s väčšími časticami dispergovanej fázy v porovnaní so sólmi. Ich priečne rozmery sú spravidla v rozmedzí 10–7 m ÷ 10–5 m. Vo väčšine prípadov sú takéto častice viditeľné v optickom mikroskope, ich špecifický povrch je stokrát menší ako u sólov (tabuľka 15 ). Tieto systémy sa nazývajú mikroheterogénne alebo hrubo rozptýlené.

Disperzné systémy sú v prírode rozšírené a zohrávajú dôležitú praktickú úlohu, ktorá určuje nielen vedecký, ale aj národohospodársky význam koloidnej chémie.

Veľa drahých kameňov, rôzne minerály v útrobách Zeme, potravinové produkty, dym, oblaky, prach, kalná voda v prírodných nádržiach, pôda, hlina, ropa atď. sú koloidné alebo hrubo disperzné systémy.

Koloidné systémy hrajú dôležitú úlohu v biochémii a medicíne. Najdôležitejšie biologické tekutiny: krv, plazma, lymfa, bunková cytoplazma, mozgovomiechový mok – sú rozptýlené systémy, v ktorých je množstvo látok (bielkoviny, cholesterol a mnohé ďalšie (tab. 16)) v koloidnom stave. Z chemického hľadiska je ľudské telo ako celok komplexným súborom rozptýlených systémov rôznych typov. V tomto ohľade rôzne aspekty javov vyskytujúcich sa v živom organizme, ich vzťahy príčin a následkov, možnosti ich ovplyvňovania a upravovania zvonku možno chápať len tak, že je známa povaha koloidného stavu hmoty. .

Tabuľka 16 Veľkosti niektorých rozptýlených častíc

Mnohé fyzikálne a chemické vlastnosti látky vo forme dispergovaných častíc sa výrazne líšia od podobných vlastností jej väčších útvarov. Tieto rozdiely sa nazývajú efekty veľkosti alebo mierky. Sú výraznejšie, čím menšia je veľkosť dispergovaných častíc, a preto sú charakteristické najmä pre častice v rozsahu nanometrov (1 10 –9 m ÷ 9 10 –9 m), tzv nanočastice.

Špeciálne vlastnosti nanočastíc (vrátane ich kvantových vlastností) otvárajú zásadne nové praktické aplikácie v chémii, fyzike, biológii a medicíne. Štúdium metód získavania, štruktúry, fyzikálnych a chemických vlastností dispergovaných častíc a dispergovaných systémov (vývoj tzv. nanotechnológií) je v poslednom čase jedným z naliehavých problémov nielen koloidnej chémie, ale aj radu ďalších vedeckých disciplín.