Что такое грубодисперсные системы

Грубодисперсные системы

Грубодисперсными аэрозольными системами являются дым, смог (частицы твердых веществ в газовой среде), облака (мель­чайшие капельки воды в газовой среде).

Более известны и применимы дисперсные системы, в которых средой выступает вода. Примером такой системы является строи­тельная побелка.

! Грубодисперсные системы с твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой называют суспензиями.

Суспензиями являются многие краски, строительные раство­ры (побелка, цементный раствор, бетон). Особую группу состав­ляют грубодисперсные системы, в которых концентрация диспер­сной фазы относительно велика. Примерами таких систем могут служить пасты (в том числе зубная), кремы, мази.

Суспензии, в которых седиментация (оседание) идет очень мед­ленно из-за малой разности плотностей дисперсионной среды и дисперсной фазы, называют взвесями. Вода из грязной лужи, сколь­ко ее не отстаивай, всегда остается мутноватой; в ней во взвешен­ном состоянии находятся мельчайшие частицы пыли.

Грубодисперсную систему можно получить из двух несмешивающихся друг с другом жидкостей. Если несколько капель расти­тельного масла энергично взболтать в пробирке с несколькими миллилитрами воды, образуется мутная дисперсная система — эмульсия. Со временем она расслоится, поскольку представляет собой грубодисперсную систему.

Примерами эмульсий могут служить некоторые смазочно-охлаждающие жидкости, пестицидные препараты, лекарственные и косметические средства. Например, в медицинской практике при­меняют жировые эмульсии для энергетического обеспечения го­лодающего или ослабленного организма путем внутривенного вли­вания. Типичные биологические эмульсии — это капельки жира в лимфе, кровь.

Коллоиды занимают промежуточное положение между грубодисперсными системами и истинными растворами.

На основании данных табл. 3.2 вы можете убедиться, что дис­персные системы чрезвычайно многообразны. Можно сказать, что они составляют основу всего живого мира. Распространенность их в быту, технике, промышленности также очень велика.

Большое значение имеют коллоидные системы для биологии и медицины. В состав любого живого организма входят твердые, жидкие и газообразные вещества, находящиеся в сложнейших вза­имоотношениях друг с другом и окружающей средой. Цитоплазма клеток обладает свойствами, характерными как для жидких, так и для студнеобразных веществ.

С химической точки зрения организм в целом — это сложная совокупность многих коллоидных систем, включающих в себя и жидкие коллоиды, и студни — гели.

Если частицы дисперсной фазы малы, коллоидная система напоминает истинный раствор, отсюда и происходит название — коллоидный раствор. Такая система образуется, например, при рас­творении небольшого количества яичного белка в воде.

Коллоидные растворы, как правило, опалесцируют, т.е. рассе­ивают падающий свет за счет частиц дисперсной фазы, размеры которых сравнимы с длиной волны излучения. При этом коллоид­ный раствор при освещении как бы светится сам. Характерным проявлением опалесценции является эффект Тиндаля. Он заклю­чается в появлении в коллоидном растворе светящейся дорожки при пропускании через него луча света (цв. вклейка, рис. 10). Та­кой эффект можно наблюдать, выпустив на луч лазерной указки немного аэрозоля.

Существует несколько основных способов получения коллоидных растворов. Один из них — дисперсионный, а проще говоря — дробление вещества на мелкие частицы в дисперсионной среде или вне ее. Такое дробление можно осуществлять механически с помощью специальных машин — коллоидных мельниц. Так получают, например, тушь, жидкие акварельные, водоэмульсионные и вододисперсионные краски. Дробление можно проводить при
помощи электрического тока (коллоидные растворы серебра, золой, платины) или ультразвука (коллоидные растворы гипса, графита, смол).

Важнейшими типами коллоидных систем являются золи и гели.

* Золи — это коллоидные системы, в которых дисперсионной средой является жидкость, а дисперсной фазой — твердое вещество.

Отдельные частицы золя изолированы друг от друга дисперси­онной средой. С течением времени они могут укрупняться, стал­киваясь друг с другом. Такое явление получило название коагуля­ция. В результате действия силы тяжести такие частицы выпадают в осадок, происходит их седиментация.

Кроме коагуляции при длительном хранении гидрофильные золи могут превращаться в гели — особое студнеобразное колло­идное состояние. При этом отдельные частицы золя связываются друг с другом, образуя сплошную пространственную сетку.

Гели широко распространены в нашей повседневной жизни. Любому известны пищевые гели (зефир, мармелад, холодец, за­ливное, косметические (гель для душа, кремы), медицинские (мази, пасты). Однако немногие знают, что хрящи, сухожилия, волосы представляют собой биологические гели, а опал, жемчуг, сердолик, халцедон — минеральные.

Для некоторых гелей характерно явление синерезиса (или рас­слоения) — самопроизвольного выделения жидкости. Чаше всего с явлением синерезиса приходится бороться, поскольку именно оно определяет сроки годности пищевых, косметических, меди­цинских гелей. Например, при длительном хранении мармелад или торт «Птичье молоко» выделяют жидкость, становятся непригод­ными к употреблению. Однако в некоторых случаях синерезис — великое благо. Благодаря биологическому синерезису, мы наблю­даем такое явление, как свертывание крови, суть которого состо­ит в превращении растворимого белка фибриногена в нераство­римый — фибрин.

? 1. На какие группы делят чистые вещества? Существуют ли абсолютно чистые вещества? Будет ли дистиллированная вода чистым веществом?

2. Как классифицируют химические реактивы по степени чистоты?

3. Дайте определение истинных растворов. Как выражают состав ис­тинных растворов?

4. В 150 мл воды растворили 33,6 л аммиака (н.у.). Найдите массовую долю аммиака в полученном растворе.

5. Чем отличаются дисперсные системы от истинных растворов? На какие группы их делят? Приведите примеры и покажите значение этих систем в природе и жизни человека.

6. Что такое суспензии? Эмульсии? Что между ними общего и чем они отличаются? Приведите примеры суспензий и эмульсий, с которы­ми вы сталкиваетесь на производственной практике.

7. Чем отличаются коллоидные растворы от истинных? Как их разли­чить опытным путем?

8. Охарактеризуйте понятие «золи». На какие группы делят золи? При­ведите примеры и расскажите об их значении.

9. Охарактеризуйте понятие «гели». На какие группы делят гели? При­ведите примеры каждой из групп гелей и расскажите об их значении.

10. Охарактеризуйте явления коагуляции и синерезиса.

11. Какое практическое значение имеет синерезис в промышленном производстве?

12. В чем суть биологического синерезиса — свертывания крови? Рас­скажите о его значении и условиях, необходимых для его протекания. Как называется болезнь, при которой этот биологический синерезис затруднен?

Дата добавления: 2015-01-19 ; просмотров: 67 ; Нарушение авторских прав

Источник

Что такое грубодисперсные системы

Ключевые слова конспекта: Дисперсные системы: дисперсная фаза и дисперсионная среда. Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию и размеру частиц дисперсной фазы. Грубодисперсные системы: эмульсии, суспензии, аэрозоли. Тонкодисперсные системы: золи и гели. Синерезис и коагуляция.

В природе индивидуальные вещества почти не встречаются, а образуют различные смеси, в том числе и дисперсные системы (от лат. dispersus — рассеянный, рассыпанный). Но можно ли чистый горный воздух назвать такой системой? Очевидно, нет, потому что у него отсутствует такой важный признак, как гетерогенность (от лат. heterogenes — неоднородный по составу), т. е. поверхность раздела фаз веществ системы.

Агрегатные состояния дисперсной фазы и среды в двухкомпонентной дисперсной системе позволяют выделить восемь типов дисперсных систем.

В свою очередь, грубодисперсные системы делятся на эмульсии, суспензии и аэрозоли.

К эмульсиям относятся жиросодержащие продукты питания: молоко, сливки, сметана, сливочное масло, маргарин, майонез и др. Нерастворимые в воде жидкие растительные и твёрдые животные жиры, попадая в организм, под действием желчи разрушаются на мелкие капельки, образуя водную эмульсию. Эта эмульсия с помощью ферментов (например, липазы) гидролизуется до глицерина и жирных кислот, которые транспортируются в кровь.

В медицине широко применяются эмульсии, позволяющие оказать энергетическую поддержку ослабленному организму, которые готовят на основе растительного масла (оливкового, соевого или хлопкового). В фармацевтической и косметической промышленности эмульсиями являются многие лекарственные и косметические препараты. В сельском хозяйстве для борьбы с вредителями используют эмульсии пестицидов. В металлообработке эмульсии используются в качестве охлаждающих и смазочных жидкостей.

В суспензиях частицы фазы отражают видимый свет, а потому визуально они воспринимаются как мутные системы.

Если вы помогали проводить ремонт дома, хотя бы косметический, то суспензии вы использовали часто. Это вододисперсионные краски, цементный раствор, бетон (строительные растворы). Широко распространены суспензии среди косметических и гигиенических средств: кремы, мази, зубные пасты.

В медицинской практике для лечения кожных заболеваний используют суспензии, содержащие кальциевые, магниевые, цинковые и другие препараты, а также пасты — предельно концентрированные суспензии. В сельском хозяйстве ядохимикаты, пестициды, минеральные удобрения применяют в основном в виде суспензий.

В быту обычной практикой стало применение таких грубодисперсных систем, как аэрозоли.

Аэрозоли с жидкой дисперсной фазой называются туманами, а с твёрдой — дымами. К естественным туманам относятся некоторые виды облаков, в том числе пылевые. Разновидностью дыма является смог, который появляется в результате выбросов промышленных предприятий, авто– и авиатранспорта и пр.

Аэрозоли возникают при распылении различных пестицидов, освежителей воздуха, парфюмерных жидкостей и т. д.

Аэрозоли также широко распространены в различных сферах производства: порошковая металлургия, технология лакокрасочного производства и т. д.

Промежуточное положение между истинными растворами (молекулярными, ионными, молекулярно-ионными), т. е. растворами, в которых размер растворённых частиц меньше 1 нм, и грубодисперсными системами занимают тонкодисперсные системы, или коллоидные растворы.

К природным коллоидным системам относятся: почва, глина, природные воды, многие минералы и драгоценные камни.

Живые организмы представляют собой совокупность множества коллоидных систем, которые можно разделить на золи и гели.

В золях можно наблюдать явление коагуляции, т. е. процесс укрупнения частиц дисперсной фазы и выпадение их в осадок.

Более плотные коллоидные системы живых организмов относятся к гелям.

Гели — это коллоидные системы с соприкасающимися частицами.

Со временем структура гелей нарушается — из них самопроизвольно выделяется вода. Это явление называется синерезисом. На его основе можно судить о качестве и сроках годности пищевых, медицинских и косметических продуктов.

Биологический синерезис происходит при свёртывании крови, в результате чего растворимый белок фибриноген превращается в нерастворимый — фибрин, образующий тромб, который закупоривает кровеносный сосуд. В этом случае коллоидный раствор белка превращается в гель, который уплотняется в результате синерезиса.

Визуально коллоидные и истинные растворы различают с помощью эффекта Тиндаля. При пропускании луча света через коллоидный раствор в нём возникает светящаяся дорожка из-за рассеивания света частицами дисперсной фазы. Частицы истинного раствора настолько малы, что не рассеивают свет. Подобное эффекту Тиндаля явление можно наблюдать при рассеивании лучей солнечного света частицами аэрозольного коллоида — воздуха.

Конспект урока по химии «Дисперсные системы». В учебных целях использованы цитаты из пособия «Химия. 11 класс : учеб, для общеобразоват. организаций : базовый уровень / О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, С. А. Сладков. — М. : Просвещение». Выберите дальнейшее действие:

Источник

Грубодисперсные системы (примеры)

Разделяются на несколько видов: суспензии, эмульсии, пены, твердое вещество в газе и жидкость в газе.

Что такое грубодисперсные системы

В гравитационном поле Земли они довольно быстро разрушаются.

Однако, несмотря на свою неустойчивость, грубо дисперсные системы используют в промышленности и сельском хозяйстве.

Пыль дым и туман (Грубодисперсные системы)

Пыль, дым и туман представляют собой грубо дисперсные системы типа твердое вещество в газе и жидкость в газе. Кинетическая неустойчивость этих систем приводит к их быстрому разрушению.

Однако при сильных порывах ветра, понижении температуры воздуха, пожарах и в результате работы промышленных предприятий пыль, дым и туман образуются вновь.

Рис. Стабилизация суспензии оксида железа (III) в бензоле с помощью ПАВ.

Дымы и туманы применяют в военном деле для маскирования определенных объектов и передвигающихся войсковых подразделений. Из всех известных дымов наивысшей кроющей способностью обладает маскировочный дым, который получается при горении фосфора.

Образование пыли, дыма и тумана является в большинстве случаев нежелательным процессом. Так, длительная работа в шахтах, воздух которых содержит мельчайшие пылинки кремнезема, приводит к опасному и практически неизлечимому заболеванию — силикозу.

Тяжелые легочные заболевания вызывают дымы, образованные оксидами некоторых тяжелых металлов.

Мелкая пыль, состоящая из частиц органического происхождения (уголь, сахарная пудра, мука), при определенной концентрации в воздухе дает взрывоопасную смесь.

Суспензии

Суспензиями называют взвеси порошков в жидкостях; концентрированные суспензии называют также пастами.

Частицы этих дисперсных систем представляют собой мелкие обломки кристаллических или аморфных тел, практически не растворимых в окружающей их среде.

Суспензии широко применяют в строительстве, сельском хозяйстве и химической промышленности.

Неустойчивость суспензий выражается в быстром осаждении твердой фазы, скорость которой зависит от природы частиц, их размера, массы и плотности, а также от температуры, плотности и вязкости дисперсионной среды.

Частицы дисперсной фазы могут осаждаться независимо друг от друга или первоначально слипаться в агрегаты. В последнем случае суспензия является агрегативно неустойчивой и быстро разрушается.

Рис. 2. Стабилизация суспензии сажи в воде с помощью ПАВ

Суспензии, частицы которых защищены оболочкой из молекул окружающей среды, являются агрегативно устойчивыми.

Образование прочных сольватных ободочек происходит в том случае, если поверхность частиц хорошо смачивается окружающей жидкостью.

Поэтому суспензии гидрофильных минеральных порошков (СаСО₃, BaSО₄, Al₂O₃) в воде и гидрофобной сажи в бензоле агрегативно устойчивы.

Пример суспензии

Суспензия оксида железа (III) в бензоле является агрегативно неустойчивой, поскольку полярная поверхность частиц не смачивается бензолом. Однако ее можно стабилизировать добавлением какого-нибудь ПАВ, например олеиновой кислоты.

Прикрепляясь полярными группами —СООН к поверхности частиц оксида железа, молекулы олеиновой кислоты ориентируются наружу своими неполярными углеводородными радикалами.

Получающаяся при этом новая гидрофобная поверхность хорошо смачивается бензолом, и суспензия становится агрегативно устойчивой (рис.).

Аналогично можно стабилизировать суспензию сажи в воде. При добавлении ПАВ поверхность частиц сажи гидрофилизируется и окружается гидратной оболочкой (рис.2).

Эмульсии

Эмульсия — это грубо дисперсная система, состоящая из двух практически не смешивающихся жидкостей, одна из которых (дисперсная фаза) распределена в другой (дисперсионной среде) в виде мельчайших капелек, размер которых изменяется обычно в пределах от 0,1 до 50 мкм.

Эмульсии принято называть, указывая сначала дисперсную фазу, а затем дисперсионную среду. Например, если говорят «эмульсия масла в воде», то это означает, что масло в виде мельчайших капелек распределено в воде.

Рис. 3. Стабилизация эмульсии «вода в масле» и «масло в воде» с помощью ПАВ (в — вода, м — масло).

Для эмульсий характерна прежде всего агрегативная неустойчивость. Сталкиваясь друг с другом, капельки дисперсной фазы сливаются и жидкости быстро расслаиваются. Устойчивые дисперсные системы получаются только в присутствии ПАВ (рис. 3).

Пример эмульсии

Эмульгирующей способностью обладают очень многие природные органические соединения с большой молекулярной массой, например белки. Ими стабилизирована, например, такая важная природная эмульсия, как молоко.

С помощью высокоэффективных поверхностно — активных веществ можно получать эмульсии с содержанием дисперсной фазы до 99%.

В таких концентрированных системах нет отдельных капелек; их форма искажается — из шариков они превращаются в многограннику (рис. 4). Примерами концентрированных эмульсий являются сливочное масло, маргарин, майонез, кремы.

Обычные эмульсии можно стабилизировать с помощью порошков, которые при этом должны иметь размер значительно меньший, чем диаметр капелек, и хорошо смачиваться молекулами дисперсионной среды. Окружая капельки с внешней стороны, твердые частицы предохраняют их от слияния при соударениях.

Гидрофильный порошок стабилизирует эмульсию типа «вода в масле», а гидрофобный — эмульсию типа «масло в воде» (рис. 5). Стабилизирующая способность порошков сравнительно невысока.

Рис. 4. Строение концентрированных эмульсий, стабилизированных ПАВ.

В некоторых случаях требуется не стабилизировать, а, наоборот, разрушить эмульсию. С этой проблемой сталкиваются, например, в нефтяной промышленности. Сырая нефть представляет собой устойчивую эмульсию воды в жидких углеводородах.

Ее стабилизируют растворенные в дисперсионной среде смолы и асфальтены. Для разрушения нефтяных эмульсий можно использовать самые различные методы: центрифугирование, действие высокого напряжения, добавление электролитов.

Наиболее эффективными оказываются, однако, химические методы, например разрушение эмульгаторов серной кислотой.

Пены

Пеной называют дисперсную систему, состоящую из множества ячеек, заполненных газом.

Ячейки отделены друг от друга твердыми или жидкими пленками малой толщины. Устойчивость дисперсных систем зависит только от прочности их пленочного каркаса.

Рис. 5. Стабилизация эмульсий порошками

Пены с твердыми стенками (каучук, пенопласта) устойчивы, они могут быть использованы в качестве теплоизоляционных и звукоизоляционных материалов.

Пены, образованные чистой жидкостью, неустойчивы; их время жизни зависит от вязкости жидкости.

Чтобы повысить устойчивость таких систем, в жидкость добавляют пенообразователи — вещества, придающие стенкам пузырьков механическую прочность. Такими веществами являются, в частности, мыла и желатин.

Пример пены

Примерами стабилизированных пен могут служить пастила, зефир, суфле. Жидкие пены, содержащие углекислый газ, применяются для тушения пожаров в емкостях с бензином и легкими маслами.

Статья на тему Грубодисперсные системы

Похожие страницы:

Понравилась статья поделись ей

Источник

Химия. 11 класс

Тезаурус

Аэрозоль – грубодисперсная система, в которой твёрдые или жидкие частицы размером более 10 –3 см равномерно распределены в газообразной среде.

Гель – полутвёрдая трёхмерная ячеистая структура, каркас которой образован коллоидными частицами, а в прослойках между частицами удерживается дисперсионная среда.

Грубодисперсная система – дисперсная система, в которой размер частиц дисперсной фазы более 10 –3 см.

Дисперсионная среда – сплошная фаза, составная часть дисперсной системы, в которой равномерно распределены частицы дисперсной фазы.

Дисперсная система – гетерогенная система, состоящая, как минимум, из двух фаз, одна из которых мелко раздроблена и равномерно распределена в другой, сплошной фазе.

Дисперсная фаза – мелко раздробленные частицы, равномерно распределённые в дисперсионной среде.

Гетерогенная система – неоднородная система, в которой компоненты находятся в разных фазах и между ними существует видимая граница раздела фаз.

Гомогенная система – однородная система, все компоненты которой находятся в одной фазе, граница раздела фаз между компонентами отсутствует.

Золь (коллоидный раствор) – тонкодисперсная система, в которой твёрдые частицы дисперсной фазы размером 10 –7 – 10 –5 см равномерно распределены в жидкой среде.

Истинный раствор – гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов, состав которой в определённых пределах можно изменять без нарушения однородности.

Коагуляция – процесс слипания коллоидных частиц в более крупные агрегаты.

Опалесценция – изменение окраски бесцветного коллоидного раствора с желтоватой в проходящем свете на голубую в отраженном свете.

Седиментация – процесс оседания крупных частиц дисперсной фазы.

Суспензия – грубодисперсная система, в которой твёрдые частицы размером более 10 –3 см равномерно распределены в жидкой дисперсионной среде.

Фаза – часть системы, однородная по составу и свойствам, отделённая от окружающей среды видимой границей раздела.

Электрофорез – движение коллоидных частиц золя в постоянном электрическом поле к одному из электродов.

Эмульсия – грубодисперсная система, в которой одна жидкая фаза в виде отдельных мелких капель равномерно распределена в другой жидкости, при этом жидкости взаимно нерастворимы.

Эффект Тиндаля – образование светлого конуса в отраженном свете при прохождении через дисперсную систему луча света.

Источник

Классификация дисперсных систем

Дисперсные системы — это гетерогенные смеси двух и более составных частей, с высокоразвитой поверхностью раздела между ними.

Отличительная особенность дисперсных систем заключена в малом размере частиц при наличии значительной межфазной поверхности. Поэтому, наибольшее значение имеют свойства поверхности и происходящие на ней процессы, а не свойства частиц в целом.
Итак, такие системы состоят из двух и более фаз, одна из которых находится в мелкораздробленном состоянии (дисперсная фаза) в среде другой фазы (дисперсионная среда).

Классификация дисперсных систем разнообразна:

По агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды

Для удобства, дисперсные системы принято условно обозначать через дробь, где в числителе указывают агрегатное состояние дисперсной фазы, а в числителе – дисперсионной среды:

По кинетическим свойствам дисперсной фазы

По наличию взаимодействия частиц дисперсной фазы с молекулами дисперсионной среды

— лиофильные – значительное взаимодействие частиц дисперсной фазы с молекулами дисперсионной среды. К ним могут относиться как природные, так и синтетические высокомолекулярные вещества.
— лиофобные – слабое взаимодействие частиц дисперсной фазы с молекулами дисперсионной среды. Это коллоидные растворы металлов, их оксидов, гидроксидов и солей.

По размеру частиц дисперсной фазы

-Грубодисперсные – размер частиц > 10 мкм;
-Среднедисперсные – размер частиц от 0,1 до 10 мкм;
-Высокодисперсные – размер частиц от 1 до 100 нм;
-Наноразмерные – размер частиц от 1 до 10 нм.
Предметом изучения коллоидной химии являются высокодисперсные или коллоидные системы (10-9-10-7 м).

Коллоидные системы

Коллоидные системы — это гетерогенные системы, в которых дисперсная фаза отделена от дисперсионной среды поверхностью раздела. При условии, что дисперсионная среда является жидкостью, а дисперсная фаза – твёрдым веществом, коллоидную систему называют золем; если дисперсная фаза является жидкостью, то коллоидную систему называют эмульсией.
Наиболее значимы коллоидные системы, в которых в качестве дисперсионной среды выступает вода. Они делятся на гидрофильные и гидрофобные коллоиды.

Гидрофильные коллоиды похожи на истинные растворы, которые являются однородными, гомогенными.
Гидрофобные коллоиды можно получить, если только они каким-то образом стабилизируются. Гидрофобные коллоиды можно стабилизировать при помощи адсорбции ионов на их поверхности. Адсорбированные ионы стабилизируют коллоид, взаимодействуя с водой. Укрупнение частиц и их слипание не происходит вследствие отталкивания частиц с адсорбированными на них ионов с одинаковым зарядом.

Гидрофобные коллоиды могут также стабилизироваться в присутствии других гидрофильных групп. Например, масло гидрофобно, и капельки масла, при смешивании с водой, отделяются от нее. При этом на поверхности воды образуется масляное пятно. Но такую систему можно стабилизировать, добавив в нее, например, стеарат натрия или другие поверхностно-активные вещества (ПАВ):

Молекула стеарата натрия состоит из двух частей: одна часть полярная или заряженая (гидрофильная), другая часть — неполярная (гидрофобная). При добавлении его к маслу, гидрофильные концы взаимодействуют с водой, а гидрофобные – с маслом.

Источник