Химия

Урок 5: Дисперсные системы

Дисперсные системы

Как образуются облака? Почему у берегов на море образуется пена? Откуда приходит туман? Ответ кроется в существовании дисперсных систем. Некоторые вещества не могут вступать в реакции друг с другом. Когда пузырьки газа равномерно распределяются в воде, то формируется дисперсная система – морская пена.

План урока:

Классификация дисперсных систем в зависимости от агрегатного состояния

Классификация дисперсных системы в зависимости от интерактивности частиц

Типы дисперсных систем в зависимости от размера частиц

Высокомолекулярные вещества

Заряд на поверхности коллоидных частиц

Коагуляция коллоидных растворов

Применение дисперсных систем

 

Дисперсная система – гетерогенная структура, в которой вещества не смешиваются между собой и не растворяются друг в друге. Она включает дисперсионную среду (большая часть смеси) и дисперсную фазу (раздробленное вещество), между которыми есть поверхность раздела.

1 dispersnaya sistema na chto delitsya

Классификация в зависимости от агрегатного состояния

Среда и фаза могут существовать в различных агрегатных состояниях. Таким образом, есть 9 видов систем.

2 dispersnaya sreda tablica

 

Классификация в зависимости от интерактивности частиц

Частицы взаимодействуют друг с другом. В зависимости от интерактивности частиц дисперсные системы делятся на два типа.

  • Свободнодисперсные – аэрозоли и растворы (фаза подвижна).
  • Связнодисперсные– твердые или полутвердые смеси (частицы не взаимодействуют между собой).

Если в смеси частицы имеют одинаковый размер, то систему называют монодисперсной, если разный – полидисперсной. Реальные системы обычно полидисперсны. Существуют сложные структуры с несколькими фазами.Если нагреть жидкую дисперсионной среду с твердой дисперсной фазой, то образуется сложная система «пар-капли-твердые вещества».

3 moloko
Сложная дисперсная система – молоко.

Пример сложной системы – молоко. Дисперсионной средой в структуре является вода, а дисперсной фазой – жир, казеин и молочный сахар. Жир –  эмульсия, которая при длительном стоянии поднимается кверху в виде сливок. Казеин – коллоидный раствор, который может осаждаться в виде творога при окислении молока. Молочный сахар – молекулярный раствор, который выделяется только при испарении воды.

 

Типы в зависимости от размера частиц

Дисперсные системы классифицируются на несколько видов в зависимости от размера частиц.

4 grubodispersnye sistemy

Отдельные вещества относятся к нескольким типам. Некоторые золи при определенной температуре текучи, поэтому их относят к свободнодисперсным. При понижении температуры частицы этого золя слипаются между собой, становясь твердыми и переходя в связнодисперсную форму.

 

Грубодисперсные системы (размер частиц > 1000 мкм)

Взвеси – грубодисперсные смеси, в которых агрегаты можно увидеть без помощи специальных устройств. Они отличаются непрозрачностью. Взвеси классифицируются на три вида.

5 tablica fazy vzvesi

Производство сельскохозяйственных удобрений основано на уникальных свойствах взвесей. При образовании почвы или насыщении грунта полезными элементами также участвуют грубодисперсные структуры.

 

Коллоидные системы (размер частиц 1-1000 мкм)

Коллоидные частицы нельзя разделить без специальной техники или препаратов, в отличие от взвесей. Внешне они схожи с однородными смесями. Коллоидные системы делятся на два вида.

6 kolloidnaya sistema

 

Истинные растворы (размер частиц < 1 мкм)

Истинные растворы – однофазные системы, в которых между фазой и средой есть прочная связь.Они долгое время сохраняют гомогенность. Истинные растворы всегда прозрачны. Их частицы не видны даже в электронный микроскоп.С истинными растворами мы сталкивается каждый день. Например, к ним относятся сахар в чае или соль в супе.

Высокомолекулярные вещества

Полимеры могут быть представителями как коллоидных систем, так и истинных растворов. Они отличаются между собой типом фазы и среды, температурой кипения и другими характеристиками. Высокомолекулярные дисперсные системы обладают рядом свойств.

  • Медленно смешиваются.
  • Перед смешиванием вещество набухает.
  • Истинные и коллоидные растворы одних и тех же высокомолекулярных соединений подчиняются разным химическим законам.
  • Повышенная вязкость.

Если полимер начинает набухать, то дисперсная система прекращает существовать. Это связано с тем, что фаза растворяется в среде, что не характерно для дисперсных систем.

 

Заряд на поверхности коллоидных частиц

Для частиц характерен заряд, который позволяет им находиться в электрическом поле. Заряд образуется при двух случаях:

  • при притяжении ионов к поверхности частиц;
  • при ионизации молекул, которые не растворимы.

В золях и истинных растворах есть броуновское движение – хаотичное движение мелких агрегатов. Все частицы в дисперсных системах могут иметь как положительный, так и отрицательный заряд. Агрегаты с одноименными зарядами не слипаются друг с другом. Благодаря этой особенности золи и истинные растворы устойчивы.

 

Коагуляция коллоидных растворов

Коагуляция – процесс слипания мелких частиц в крупные агрегаты. Ее можно создать искусственным путем с помощью продолжительного нагревания золя или при взаимодействии смеси с частицами, которые противоположно заряжены. Если частицы практически не вступают в реакцию со средой, то формируется осадок. Если они хорошо взаимодействуют с растворителем, то они вбирают в себя часть жидкости и образуют гелевую структуру.

 

Решение задач

№1. Чтобы приготовить насыщенный раствор хлорида натрия NaCl надо в 100 мл воды растворить 42 г соли. Какое количество вещества нужно растворить в 400 мл раствора.

  • Найти массу раствора, учитывая 42 г соли.

m (насыщенного раствора) = m(Н2О) + m(NaCl) = 100 г + 42 г = 142 г

  • Найти массу соли в 400 мл раствора.

142 г р-ра – 42 г соли

400 г р-ра – х г соли

m (NaCl)= (400 х 42)/142 = 118,3 г

  • Вычислить молярную массу соли.

M (NaCl) = 23г/моль + 35г/моль = 58 г/моль

  • Посчитать количество вещество в 118,3 г хлорида натрия.

n (NaCl) = m (NaCl)/М (NaCl) = 118,3 г/58 г/моль = 2,03 моль

Ответ: n (NaCl) = 2,03 моль

№2. Какой объем 0,1 М раствора гидроксида калия КOH можно приготовить из 100 мл раствора гидроксида калия с массовой долей 15% и плотностью 1,138 г/см3?

  • Найти массу раствора.

m (раствора KOH) = V (KOH) x p (KOH) = 100 мл х 1,138 г/см3 = 113,8 г

  • Найти массу гидроксида калия в 113,8 г 15%-ного раствора.

100 г р-ра – 15 г в-ва

113,8 г р-ра – х г в-ва

m (KOH) = (113,8 х 15)/100 = 17,07 г

  • Посчитать молярную массу гидроксида калия.

М (КОН) = 39 г/моль + 16 г/моль + 1 г/моль  = 56 г/моль

  • Найти количество гидроксида калия.

n (КОН) = m (КОН)/М (КОН) = 17,07 г/56 г/моль = 0,305 моль

  • Найти объем раствора с концентрацией гидроксида калия 0,1 М.

1000 мл – 0,1 моль

V мл – 0,305 моль

V (КОН)= (1000 мл х 0,305 моль)/0,1 моль = 3050 мл

Ответ: V (КОН) = 3050 мл

Применение дисперсных систем

Не только на производстве встречаются дисперсные системы, но и в природных условиях. Кровяная плазма, белок яйца,вода в реке и озере – золи. Дисперсными системами являются такие природные явления как облака, туман, дым, морская пена и т.д.

Человек в строительстве применяют краски, клеи, лаки. Также популярны косметические крема и медицинские мази, которые также относятся к дисперсным системам. Мы даже употребляем дисперсные системы в пищу в виде зефира, мармелада, киселя и других продуктов.

Дисперсные системы окружают нас и дома, и в живой природе. Без дисперсных систем невозможно представить жизнь на нашей планете. Таким образом, коллоидная химия – это наука о жизни.

 

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

Вопрос: 1
Пористый шоколад – дисперсная система, в которой…
1дисперсионная среда – газ, адисперсная фаза – твердое вещество
2среда – твердое вещество, а фаза – газ
3среда и фаза – твердое вещество
4среда – жидкость, а фаза – твердое вещество
Ответить
2
Вопрос: 2
В результате гомогенизации получают…
1эмульсии
2суспензии
3гели
4золи
Ответить
1
Вопрос: 3
Туман – дисперсная система, в которой…
1газовая среда и фаза
2жидкая фаза и газовая среда
3жидкая среда и фаза
4газовая среда и жидкая фаза
Ответить
4
Вопрос: 4
Какую дисперсную систему можно определить невооруженным глазом?
1грубодисперсные системы
2коллоидные системы
3истинные растворы
4каждую дисперсную систему можно определить только с помощью специального оборудования
Ответить
1
Вопрос: 5
Коагуляция – это…
1хаотичное движение частиц
2слипание мелких частиц в крупные агрегаты
3процесс перехода веществ из грубодисперсной в истинную систему
4процесс перехода веществ из коллоидной в истинный раствор
Ответить
2
Допущено ошибок:
Оценка:
Подробнее
Ваши ответы:
1 вопрос:

Пористый шоколад – дисперсная система, в которой…
1) дисперсионная среда – газ, адисперсная фаза – твердое вещество 2) среда – твердое вещество, а фаза – газ 3) среда и фаза – твердое вещество 4) среда – жидкость, а фаза – твердое вещество
2 вопрос:

В результате гомогенизации получают…
1) эмульсии 2) суспензии 3) гели 4) золи
3 вопрос:

Туман – дисперсная система, в которой…
1) газовая среда и фаза 2) жидкая фаза и газовая среда 3) жидкая среда и фаза 4) газовая среда и жидкая фаза
4 вопрос:

Какую дисперсную систему можно определить невооруженным глазом?
1) грубодисперсные системы 2) коллоидные системы 3) истинные растворы 4) каждую дисперсную систему можно определить только с помощью специального оборудования
5 вопрос:

Коагуляция – это…
1) хаотичное движение частиц 2) слипание мелких частиц в крупные агрегаты 3) процесс перехода веществ из грубодисперсной в истинную систему 4) процесс перехода веществ из коллоидной в истинный раствор
Посмотреть ответы
Правильные ответы:
1 вопрос: среда – твердое вещество, а фаза – газ
2 вопрос: эмульсии
3 вопрос: газовая среда и жидкая фаза
4 вопрос: грубодисперсные системы
5 вопрос: слипание мелких частиц в крупные агрегаты