Дисперсні і колоїдні системи. розчини
Дисперсні системи. У природі і техніці часто зустрічаються дисперсні системи, в яких одна речовина рівномірно розподілено у вигляді частинок усередині іншої речовини.
У дисперсних системах розрізняють дисперсну фазу - мелкораздробленного речовина і дисперсійне середовище - однорідна речовина, в якому розподілена дисперсна фаза. Наприклад, в каламутній воді, що містить глину, дисперсною фазою є тверді частинки глини, а дисперсійним середовищем - вода; в тумані дисперсна фаза - частинки рідини, дисперсійнаСереда - повітря; в димі дисперсна фаза тверді частинки вугілля, дисперсійнаСереда - повітря; в молоці - дисперсна фаза - частинки жиру, дисперсійнаСереда - рідина і т. д.
До дисперсним систем відносяться звичайні (справжні) розчини, колоїдні розчини, а також суспензії та емульсії. Вони відрізняються один від одного перш за все розмірами частинок, т. Е. Ступенем дисперсності (роздробленості).
Системи з розміром частинок менше 1 нм представляють собою - істинні розчини. що складаються з молекул або іонів розчиненої речовини. Їх слід розглядати як однофазну систему. Системи з розмірами частинок більше 100 нм - це Грубодисперсні системи - суспензії і емульсії.
Суспензії - це дисперсні системи, в яких дисперсною фазою є тверда речовина, а дисперсійним середовищем - рідина, - причому тверда речовина практично нерозчинні в рідини. Щоб приготувати суспензію, треба речовина подрібнити до тонкого порошку, висипати в рідину, в якій речовина не розчиняється, і добре збовтати (наприклад, збовтування глини в воді). Згодом частинки випадуть на дно посудини. Очевидно, чим менше частинки, тим довше буде зберігатися суспензія.
Емульсії - це дисперсні системи, в яких і дисперсна фаза і дисперсійне середовище є рідинами, взаємно що не змішуються. З води і масла можна приготувати емульсію тривалим струшуванням суміші. Прикладом емульсії є молоко, в якому дрібні кульки жиру плавають у рідині. Суспензії і емульсії - двофазні системи.
Колоїдні системи. Колоїдні раствори- це високодисперсні двофазні системи, що складаються з дисперсійного середовища і дисперсної фази, причому лінійні розміри частинок останньої лежать в межах від 1 до 100 нм. Як видно, колоїдні розчини за розмірами частинок є проміжними між істинними розчинами і суспензіями і емульсіями. Колоїдні частинки звичайно складаються з великого числа молекул або іонів.
Колоїдні розчини інакше називають золями. Їх отримують дисперсійними і конденсаційними методами. Диспергирование найчастіше роблять за допомогою особливих "колоїдних млинів". При конденсаційному методі колоїдні частинки образуютсяза рахунок об'єднання атомів або молекул в агрегати. Так, якщо порушити в воді дугового електричний розряд між двома дротами зі срібла, то пари металу конденсуються в колоїдні частинки. При протіканні багатьох хімічних реакцій також відбувається конденсація і утворюються високодисперсні системи (випадання опадів, протікання гідролізу, окислювально-відновні реакції і т.д.).
Золі мають ряд специфічних властивостей, які детально вивчає колоїдна хімія. Золі в залежності від розмірів частинок можуть мати різне забарвлення, а у справжніх розчинів вона однакова. Наприклад, золи золота можуть бути синіми, фіолетовими, вишневими, рубіново-червоними.
На відміну від істинних розчинів для золів характерний ефект Тиндаля, т. Е. Розсіювання світла колоїдними частинками. При пропущенні через золь пучка світла з'являється світлий конус, видимий в затемненому приміщенні. Так можна розпізнати, є даний розчин колоїдних або істинним.
Одним з важливих властивостей золів є те, що їх частки мають електричні заряди одного знака. Завдяки цьому вони не з'єднуються в більші частки і не осідають. При цьому частки одних золів, наприклад металів, сульфідів, кремнієвої та олов'яної кислот, мають негативний заряд, інших, наприклад гідроксидів, оксидів металів, - позитивний заряд. Виникнення заряду пояснюється адсорбцією колоїдними частинками іонів з розчину.
Для осадження золю необхідно, щоб його частинки з'єдналися в більші агрегати. З'єднання часток в більш великі агрегати називається коагуляцією. а осадження їх під впливом сили тяжіння - седиментацією.
Зазвичай коагуляція відбувається при додаванні до золю: 1) електроліту, 2) іншого золю, частки якого мають протилежний заряд, і 3) при нагріванні.
При певних умовах коагуляція золів призводить до утворення драглистої маси, називаемойгелем. У цьому випадку вся маса колоїдних частинок, пов'язуючи розчинник, переходить на своєрідне полужидкое-полутвердое стан. Від гелів слід відрізняти холодці - розчини високомолекулярних речовин в низькомолекулярних рідинах (системи гомогенні). Їх можна отримати при набуханні твердих полімерів в певних рідинах.
Значення золів виключно велике, так як вони більш поширені, ніж справжні розчини. Протоплазма живих клітин, кров, соки рослин - все це складні золі. З золями пов'язано отримання штучних волокон, дублення шкір, фарбування, виготовлення клеїв, лаків, плівок, чорнила. Багато золів в грунті, і вони мають першорядне значення для її родючості.
Розчини. Розчинами називаються гомогенні (однорідні) системи, що містять не менше двох речовин. Т. е. Можуть існувати розчини твердих, рідких і газоподібних речовин в рідких розчинниках, а також однорідні суміші (розчини) твердих, рідких і газоподібних речовин. Найбільше значення мають рідкі суміші, в яких розчинником є рідина.
Механізм утворення розчинів. Процес розчинення твердих речовин в рідинах можна змалювати таку картину: під впливом розчинника від поверхні твердого речовини поступово відриваються окремі іони або молекули і рівномірно розподіляються по всьому об'єму розчинника. Якщо розчинник стикається з великою кількістю речовини, то через деякий час розчин стає насиченим. Таким чином, в процесі розчинення частинки (іони або молекули) розчиняється речовини під дією хаотично рухомих частинок розчинника переходять в розчин, утворюючи якісно нову однорідну систему.
Розчинення речовин супроводжується тепловим ефектом: виділенням, або поглинанням теплоти - в залежності від природи речовини. При розчиненні в воді, наприклад, гідроксиду калію, сірчаної кислоти спостерігається сильне розігрівання розчину, тобто виділення теплоти, а при розчиненні нітрату амонію - сильне охолодження розчину, тобто поглинання теплоти. У першому випадку здійснюється екзотермічний процес (D Н <0), во втором — эндотермический (D H> 0). Теплота раствореніяDH - це кількість теплоти, що виділяється або поглинається при розчиненні 1 моль речовини. Так, для гідроксиду калію D Н0 = -55,65 кДж / моль, а для нітрату амонію D Н0 = +26,48 кДж / моль.