Конспект лекций по химии на тему "Дисперсные системы"

Лекция 8 Дисперсные системы 1.Понятие о дисперсной системе  2.Классификация дисперсных систем. Понятие о коллоидных системах. 1. Понятие о дисперсной системе  Чистые вещества в природе встречаются очень редко. Смеси разных веществ в различных  агрегатных состояниях могут образовывать гетерогенные и гомогенные системы —  дисперсные системы и растворы. Дисперсными называют гетерогенные системы, в которых одно вещество в виде очень  мелких частиц равномерно распределено в объеме другого. То вещество, которое присутствует в меньшем количестве и распределено в объеме  другого, называют дисперсной фазой. Она может состоять из нескольких веществ. Вещество, присутствующее в большем количестве, в объеме которого распределена  дисперсная фаза, называют дисперсионной средой. Между ней и частицами дисперсной  фазы существует поверхность раздела, поэтому дисперсные системы называют  гетерогенными (неоднородными). И дисперсионную среду, и дисперсную фазу могут представлять вещества, находящиеся в  различных агрегатных состояниях — твердом, жидком и газообразном. В зависимости от сочетания агрегатного состояния дисперсионной среды и дисперсной  2.Классификация дисперсных систем. Понятие о коллоидных системах. Классификация дисперсных систем и растворов представлена на схеме 1.   Судите сами: без нильского ила не состоялась бы великая цивилизация Древнего Египта;  без воды, воздуха, горных пород и минералов вообще бы не существовала живая планета — наш общий дом — Земля; без клеток не было бы живых организмов и т. д. Взвеси Взвеси — это дисперсные системы, в которых размер частиц фазы более 100 нм. Это  непрозрачные системы, отдельные частицы которых можно заметить невооруженным  глазом. Дисперсная фаза и дисперсионная среда легко разделяются отстаиванием. Такие  системы разделяют на: 1)    эмульсии (и среда, и фаза — нерастворимые друг в друге жидкости). Это хорошо  известные вам молоко, лимфа, водоэмульсионные краски и т. д.; 2)    суспензии (среда — жидкость, а фаза — нерастворимое в ней твердое вещество). Это  строительные растворы (например, «известковое молоко» для побелки), взвешенный в воде речной и морской ил, живая взвесь микроскопических живых организмов в морской воде  — планктон, которым питаются гиганты­киты, и т. д.; 3) аэрозоли — взвеси в газе (например, в воздухе) мелких частиц жидкостей или твердых  веществ. Различают пыли, дымы, туманы. Первые два вида аэрозолей представляют собой  взвеси твердых частиц в газе (более крупные частицы в пылях), последний — взвесь мелких капелек жидкости в газе. Например, природные аэрозоли: туман, грозовые тучи — взвесь в  воздухе капелек воды, дым — мелких твердых частиц. Для химии наибольшее значение  имеют дисперсные системы, в которых средой является вода и жидкие растворы. Природная вода всегда содержит растворенные вещества. Природные водные растворы  участвуют в процессах почвообразования и снабжают растения питательными веществами.  Сложные процессы жизнедеятельности, происходящие в организмах человека и животных,  также протекают в растворах. Многие технологические процессы в химической и других отраслях промышленности, например получение кислот, металлов, бумаги, соды,  удобрений, протекают в растворах. Коллоидные системы Коллоидные системы — это такие дисперсные системы, в которых размер частиц фазы от 100 до 1 нм. Эти частицы не видны невооруженным глазом, и дисперсная фаза и  дисперсионная среда в таких системах отстаиванием разделяются с трудом. Их подразделяют на золи (коллоидные растворы) и гели (студни). 1. Коллоидные растворы, или золи. Это большинство жидкостей живой клетки  (цитоплазма, ядерный сок — кариоплазма, содержимое органоидов и вакуолей) и живого  организма в целом (кровь, лимфа, тканевая жидкость, пищеварительные соки, гуморальные жидкости и т. д.). Такие системы образуют клеи, крахмал, белки, некоторые полимеры. Коллоидные растворы могут быть получены в результате химических реакций; например,  при взаимодействии растворов силикатов калия или натрия («растворимого стекла») с  растворами кислот образуется коллоидный раствор кремниевой кислоты. Золь образуется  и при гидролизе хлорида желе­за(Ш) в горячей воде. Коллоидные растворы внешне похожи на истинные растворы. Их отличают от последних по образующейся «светящейся дорожке» — конусу при пропускании через них луча света. Это явление называют эффектом Тин­ даля. Более крупные, чем в истинном растворе, частицы дисперсной фазы золя отражают  свет от своей поверхности, и наблюдатель видит в сосуде с коллоидным раствором  светящийся конус. В истинном растворе он не образуется. Аналогичный эффект, но только для аэрозольного, а не жидкого коллоида, вы можете наблюдать в кинотеатрах при  прохождении луча света от киноаппарата через воздух кинозала. Коагуляция — явление слипания коллоидных частиц и выпадения их в осадок —  наблюдается при нейтрализации за­­рядов этих частиц, когда в коллоидный раствор  добавляют электролит. При этом раствор превращается в суспензию или гель. Некоторые  органические коллоиды коагулируют при нагревании (клей, яичный белок) или при  изменении кислотно­щелочной среды раствора. 2. Вторая подгруппа коллоидных систем — это гели, или студни, представляющие собой  студенистые осадки, образующиеся при коагуляции золей. К ним относят большое  количество полимерных гелей, столь хорошо известные вам кондитерские, косметические  и медицинские гели (желатин, холодец, желе, мармелад, торт «Птичье молоко») и конечно  же бесконечное множество природных гелей: минералы (опал), тела медуз, хрящи,  сухожилия, волосы, мышечная и нервная ткани и т. д. Историю развития жизни на Земле  можно одновременно считать историей эволюции коллоидного состояния вещества. Со  временем структура гелей нарушается — из них выделяется вода. Это явление называют  синерезисом. Растворы Раствором называют гомогенную систему, состоящую из двух и более веществ. Растворы всегда однофазны, то есть представляют собой однородный газ, жидкость или  твердое вещество. При кристаллизации жидкого сплава серебра и золота можно получить  твердые растворы разного состава. Растворы подразделяют на: •    молекулярные — это водные растворы неэлектролитов — органических веществ  (спирта, глюкозы, сахарозы и т. д.); •    молекулярно­ионные — это растворы слабых электролитов (азотистой, сероводородной кислот и др.); •    ионные — это растворы сильных электролитов (щелочей, солей, кислот — NaOH,  K2S04, HN03, НС104). Раствор — гомогенная (однородная) система, состоящая из частиц растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия. Поведение и свойства растворов электролитов, как вы хорошо знаете, объясняет другая  важнейшая теория химии — теория электролитической диссоциации, разработанная С.  Аррениусом, развитая и дополненная учениками Д. И. Менделеева, и в первую очередь И.  А. Каблуковым. Контрольные вопросы: 1.Что такое дисперсные системы? 2.При повреждении кожи (ранке) наблюдается свертывание крови — коагуляция золя. В  чем сущность этого процесса? Почему это явление выполняет защитную функцию для  организма? Как называют болезнь, при которой свертывание крови затруднено или не  наблюдается? 3.Расскажите о значении различных дисперсных систем в быту. 4.Проследите эволюцию коллоидных систем в процессе развития жизни на Земле.