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.

Классификация в зависимости от агрегатного состояния

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

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».

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.

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.

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.

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.