Химия 11 класс

Дисперсные системы - ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ. РАСТВОРЫ. ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ В РАСТВОРАХ - ПОУРОЧНЫЕ РАЗРАБОТКИ ПО ХИМИИ 11 класс - поурочные разработки - разработки уроков - авторские уроки - план-конспект урока - химия

Цели урока: дать представление о дисперсных системах и их классификации; показать значение дисперсных систем в природе и жизни человека, относительность деления растворов на истинные и коллоидные.

Основные понятия: дисперсная система, грубодисперсная система, тонкодисперсная система; взвеси, эмульсия, суспензия, аэрозоль, коллоидная система; золь, гель, истинные растворы, эффект Тиндаля, дисперсионная среда, дисперсная фаза, чистое вещество, смесь, синерезис, мицелла.

Оборудование: препараты бытовой химии, аэрозоли; гели косметические, медицинские, пищевые; мази, пасты; чугун, сталь и изделия из них; образцы горных пород, минералы; вода, растительное масло (для демонстрации эмульсий); желатин, вода (для демонстрации желе); NaCl, бензол, одеколон, минеральная вода (для демонстрации относительности деления растворов на истинные и коллоидные: Na₂SiO₃, HCl, FeCl₃, NH₃ (р-ры); АlСl₃(тв.); HCl, спирт.

Ход урока

I. Организационный момент

Урок изучения нового материала. Если в школе ведется научная работа, то на уроке возможна предварительная зашита реферата, темой которого являются вопросы, связанные с применением дисперсных систем в жизни человека, например по теме «Составляющие ингредиенты косметики и их влияние на живой организм». В другом случае возможна лекция с элементами беседы и демонстрацией опытов.

II. Изучение нового материала

План изложения

1. Понятие о дисперсной системе. Дисперсионная среда, дисперсная фаза.

2. Классификация дисперсных систем по признакам:

а) агрегатное состояние;

б) величина частиц дисперсной фазы и дисперсионной среды:

— грубодисперсные системы: эмульсии, суспензии (взвеси), аэрозоли (сообщения учащихся);

— тонкодисперсные: коллоидные растворы (золи, гели); истинные растворы (сообщения учащихся) — молекулярные, молекулярно-ионные, ионные;

в) степень взаимодействия между дисперсной фазой и дисперсионной средой.

3. Значение различных дисперсных систем в жизни человека и природы.

Состояние чистого вещества описывается так: твердое, жидкое, газообразное. Однако абсолютно чистых веществ в природе не существует. Даже незначительное количество примесей может существенно влиять на свойства вещества — температуру плавления, кипения, электро- и теплопроводимость, реакционную способность. Получение чистых веществ — важнейшая задача современной химии: только чистое вещество проявляет свои индивидуальные свойства качественно.

Существует следующая маркировка веществ:

Однако в природе, и в жизни человека встречаются не отдельные вещества, а их системы. Важнейшими из них являются дисперсные, т.е. гетерогенные системы — состоящие из двух или более фаз с сильно развитой поверхностью раздела между ними. Фаза— часть системы, отделенная от других ее частей поверхностью раздела.

Одна из фаз раздроблена на мелкие частицы и равномерно распределена в объеме другого вещества — это дисперсная фаза, а другая — сплошная фаза — дисперсионная среда.

В зависимости от сочетания агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды можно выделить 9 видов таких систем. Следует обратить внимание учащихся на таблицу № 9 с. 66 учебника.

В тетрадях учащиеся составляют таблицу:

Классификация дисперсных систем

Классификация дисперсных систем по величине частиц

Дисперсные системы классифицируются по степени взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой:

а) взаимодействие слабое: если среда водная — система гидрофобная — галогениды серебра; система лиофобнан, если среда не водная.

б) взаимодействие сильное: если среда водная — гидрофильные системы, они самопроизвольно образуются, имеют высокую дисперсность. Если среда не водная — то лиофильные системы, они термодинамически устойчивы и не разрушаются со временем.

Учитель показывает пример системы: белки, каучуки. Во время рассказа учителя учащиеся рассматривают образцы чугуна и стали.

Для дисперсных систем важен признак гетерогенности. Например, сплавы железа: чугун и стали — отличаются именно по этому признаку. Процентное содержание углерода в них разное. В чугуне более 0,02 %, а в стали менее 0,02 %.

Избыток углерода в чугуне становится твердым раствором, выделяется в виде пластинок графита. Вследствие этого чугун хрупок, в отличие от стали: сталь — это твердый гомогенный раствор углерода в железе. Сталь можно прокатывать, ковать, штамповать, волочить. На изломе чугуна можно заметить серый цвет графита. При затвердевании чугун не сжимается, как большинство металлов, а расширяется, как вода и лед. Используется чугун только для литья. Таким образом, чугун — дисперсная гетерогенная система.

Сталь — дисперсная гомогенная система. Это твердый, истинный раствор.

Учитель демонстрирует некоторые дисперсные системы:

грубодисперсные: размер частиц ≥ 100 нм. Это непрозрачные системы, частицы видны невооруженным глазом, отстаиваются, у жидкостей видна граница раздела;

а) эмульсии: синтомициновая эмульсия — лекарство; молоко; лимфа (природная), водоэмульсионная краска, битумный материал, строительные эмульсии.

На основе эмульсий получают полимеры: каучук, полистирол, поливинил, ацетат.

б) суспензии: дисперсная фаза твердая, нерастворимая в дисперсионной среде она жидкая.

Пример: «известковое молоко» — Са(ОН)₂ и Н₂О — строительный раствор; ил речной и морской; мел и Н₂О (показать).

Суспензии чаше называют взвесями.

Грубодисперсные системы очень высокой дисперсной фазы называются пастами: зубные пасты (демонстрация — пасты, помады, тушь).

Коллоидные системы относятся к тонкодисперсным и имеют размер частиц от 100 до 1 нм. Коллоидная частица называется мицеллой. Она имеет довольно сложное строение, состоящее из частицы гранулы и диффузного слоя. Гранулы могут иметь и положительный, и отрицательный заряд. Это зависит от избытка одного из реагентов. В случае образования коллоидного раствора из AgNO₃ и NaCl, при избытке AgNО₃ гранула имеет положительный заряд, при избытке NaCl гранула отрицательно заряжена.

Далее идет сообщение учащихся (или рассказ учителя).

Коллоидные системы хорошо распространены в природе. Почва, глина, природные воды, воздух, облака, пыль, дым, многие минералы и даже драгоценные камни — это все коллоидные системы. Коллоидные системы имеют большое значение в биологии, медицине. Все пищевые продукты — хлеб, молоко, масло — коллоидные системы.

С химической точки зрения организм в целом — это сложнейшая совокупность многих коллоидных систем, включая жидкие коллоиды и гели. Кровь, плазма, лимфа, спинномозговая жидкость — системы, в которых белки, холестерин, гликоген и другие вещества находятся в коллоидном состоянии. А почему коллоидным состояниям природа отдает предпочтение? В коллоидном состоянии вещество имеет большую поверхность раздела между фазами, а это способствует лучшему протеканию важнейшего жизненного процесса — обмену веществ.

К примеру: если взять кубик вещества с ребром 10^-2 м, его поверхность составляет 6 · 10^-4 м². Если раздробить вещество до размера коллоидной частицы 10^-7—10^-9 м, то суммарная площадь 1 м³ вещества уже составит сотни и тысячи квадратных метров. А скорость реакций, как известно, зависит от поверхности соприкосновения.

Коллоидные системы подразделяются на золи и гели.

Золи — коллоидные растворы с изолированными друг от друга частицами фазы и дисперсионной средой.

Пример: кремниевая кислота, растворимое стекло Na₂SiО₃

Демонстрация эксперимента:

а) 

б) гидролиз АlСl₃ в горячей воде дает золь.

Гели — коллоидная система с соприкасающимися частицами фазы и дисперсионной среды. Это студенистые тела. Частицы дисперсной фазы соединяются между собой в рыхлую пространственную сетку, в ячейках которой содержится дисперсионная фаза (среда). Эта система лишена текучести.

Далее на кодотранспоранте рассматриваются примеры гелей.

Демонстрация: желатин + Н₂O, крахмальный клейстер.

Для гелей характерна реакция синерезиса — самопроизвольного выделения жидкости. Уплотняется структура геля, уменьшается объем. Явление синерезиса определяет срок годности продукта: пищевого, косметического, медицинского. Свертывание крови — это тоже сииерезис. Идет превращение растворимого белка крови — фибриногена — в нерастворимый — фибрин. Это защитная реакция организма.

Золи могут подвергаться коагуляции. Это объединение коллоидных частиц в более крупные агрегаты и выпадение их в осадок под влиянием температуры, изменения концентрации, механического воздействия, облучения, добавления электролита, образование геля.

Внешне коллоидные растворы бывают полупрозрачными и прозрачными растворами. Их можно не отличить от тонкодисперсных систем — истинных растворов, где размеры частиц фазы ≤ 1 нм. Для коллоидных растворов характерен эффект Тиндаля.

При пропускании луча света через коллоидный раствор крупные частицы отражают свет от своей поверхности, в сосуде виден светящийся конус. Такого конуса не наблюдается при пропускании луча света через истинный раствор, тонкодисперсную систему.

Как правило, коллоидные растворы — гомогенные системы, состоящие из двух и более веществ одной фазы. Одно вещество распределено в другом в виде атомов, молекул, ионов. Растворитель, дисперсионная среда, агрегатное состояние не изменяется при образовании дисперсной системы.

Пример: растворитель — дисперсионная среда вода; в водных растворах солей, кислот, щелочей, сахара, углекислого газа.

Воздух — это раствор кислорода, азота, благородных газов, углекислого газа.

Столовый уксус 9 % — вода растворитель.

Уксусная эссенция 80 % — растворитель уксусная кислота.

Растворы подразделяются на:

— молекулярные — водные растворы неэлектролитов (спиртовой раствор йода, растворы сахарозы, глюкозы);

— молекулярно-ионные — растворы слабых электролитов (азотистая кислота, угольная кислота, аммиачная вода);

— ионные растворы — растворы электролитов.

Следует считать, что растворение — физико-химический процесс, т.к. наряду с образованием обычной механической смеси веществ идет и процесс взаимодействия частиц растворенного вещества с растворителями. К таким заключениям в 1887 году пришел Д. И. Менделеев. Точное определение раствора: раствор — гомогенная (однородная) система, состоящая из частиц растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия.

Эксперимент.

Идет гидратация катиона меди (II) молекулами воды. Гидратированные ионы придают раствору голубой цвет, выделяется тепло — признак химической реакции.

II. Обобщение и выводы

Итак, на данном уроке мы изучили более углубленно классификацию дисперсных систем, важность их в природе, жизни человека.

Однако следует отметить, что резкой границы между видами дисперсных систем нет. Классификацию считать относительной.

В зависимости от условий одна система может перейти в другую.

Пример: кровь — коллоидный раствор и может стать грубодисперсной системой. FeCl₃ — тонкодисперсная система, но при нагревании образуется коллоидный раствор.

III. Домашнее задание:

§ 8. Записи в тетради. Определение. Вопросы § 8 устно.