Поняття про дисперсні системи. Колоїдні та істинні розчини

Пригадайте:

• сумішами називають такі системи, що складаються з декількох речовин — компонентів; у їхньому складі містяться частинки (атоми, молекули або йони) різних речовин;

• якщо окремі компоненти суміші не можна розрізнити неозброєним оком або за допомогою мікроскопа, то такі суміші називають однорідними, в іншому випадку суміші є неоднорідними.

Поняття про дисперсні системи

Вам уже відомо, що існують однорідні й неоднорідні суміші. Суміші не мають сталого складу (на відміну від хімічних сполук), і їх можна розділити на індивідуальні речовини, якщо не відбувається необоротних хімічних процесів.

Суміші, в яких одна речовина розподілена в іншій, як, наприклад, дим, туман, молоко, називають дисперсними системами (від латин. dispergo — розсіювати, подрібнювати).

Дисперсні системи відрізняються тим, які частинки (тверді, рідкі, газоподібні) розподілені в якому середовищі.

Найпоширенішими в природі є дисперсні системи, в яких частинки твердої речовини розподілені в рідкому середовищі (воді).

Залежно від розміру частинок (подрібнення) речовин, що змішуються, розрізняють такі типи дисперсних систем:

• зависі (грубодисперсні системи);

• колоїдні розчини, або золі (високодисперсні системи);

• істинні розчини.

Головна відмінність між ними — розмір частинок розподіленої речовини

Порівняння властивостей дисперсних систем

У зависях окремі частинки речовини помітні неозброєним оком або у звичайний мікроскоп, саме тому зависі завжди мутні. Залежно від агрегатного стану розподіленої у воді речовини серед зависей виокремлюють суспензії, емульсії, піни й аерозолі.

Суспензії (зависі) — це системи, у яких частинки твердої речовини рівномірно розподілені між молекулами рідини (води). Тверді частинки можна побачити неозброєним оком. Наприклад, ретельно перемішана суміш розтертої крейди чи глини у воді; запарена кава; крохмаль, змішаний з холодною водою; зубна паста тощо. До суспензій належать будівельні розчини, фарби, значна кількість лікарських препаратів.

Емульсії — це системи, у яких дисперсною фазою та дисперсійним середовищем є рідини, що не змішуються. До емульсій належать добре струшена олія або бензин з водою, майонез, маргарин і вершкове масло, косметичні засоби (шампуні, креми), нафта, а також певні лікарські препарати. Прикладом відомої вам емульсії є молоко, де дрібні частинки (крапельки) жиру рівномірно розміщуються в середовищі рідини.

Піни — це системи, у яких дисперсною фазою є гази, а дисперсійним середовищем слугує рідина. До таких систем належить піна, утворена розчиненням у воді мийних засобів. Крім того, наявні й тверді піни, що є газами (дисперсна фаза), розчиненими у твердому середовищі. Приклади твердих пін — пемза, пінопласти, активоване вугілля, пінобетон, хлібобулочні вироби, різноманітні сорбенти.

Аерозолі - це системи, які часто трапляються в природних умовах і характеризуються тим, що дисперсійним середовищем у них є гази. До аерозолів належать: туман, коли в повітрі розчиняються дрібні краплинки води; дим, коли в повітрі поширені частинки твердої речовини; смог, що за своїм складом подібний до диму.

Грубодисперсні системи розшаровуються, тверді частинки, що утворюють дисперсну фазу, осідають упродовж кількох хвилин. Швидкість процесу розшарування залежить від розмірів частинок дисперсної фази. Що вони більші, то швидше відбувається розшарування.

У колоїдних розчинах розмір частинок речовини значно менший, ніж у зависях. Неозброєним оком і навіть у звичайний мікроскоп такі частинки помітити неможливо, тому колоїдні розчини здаються прозорими.

Розрізняють колоїдні розчини двох видів:

• золі — рідкі колоїдні розчини;

• гелі — желатиноподібні драглисті маси.

У золях колоїдні частинки переміщаються вільно. Золі характеризуються в'язкістю, прозорістю та стійкістю. Згодом вони старіють, що пов'язано зі злипанням частинок дисперсної фази під дією температури чи додаванням розчину, здатного проводити електричний струм. Збільшені частинки не утримуються дисперсійним середовищем, осідають і випадають в осад. До колоїдних розчинів належать цитоплазма клітин, плазма крові, білок курячого яйця, силікатний клей, свіжоосаджені алюміній і ферум(ІІІ) гідроксиди, кисіль тощо.

годом частинки золів збільшуються (коагулюють) з утворенням гелів. Зі зниженням температури відбувається драгління гелів, тобто перетворення їх із в'язкого, але текучого стану, на твердоподібні драглі, що зберігають форму. Отже, у гелі колоїдні частинки взаємопов'язані. Такий процес називають коагуляцією.

В організмі людини також відбуваються процеси, що стосуються коагуляції. У медицині процес зсідання крові (перехід її з рідкого стану у твердий) теж називають коагуляцією.

До гелів належать драглисті маси, які желатин утворює в гарячій воді, а також різноманітні желе, мармелад, м'ясний і рибний холодці тощо.

Істинні розчини. Систему, у якій молекули чи йони розчиненої речовини рівномірно розподіляються між молекулами розчинника, називають істинним розчином. Частинки розчиненої речовини настільки дрібні, що їх не можна побачити навіть за допомогою мікроскопа. Особливістю істинних розчинів є те, що розділити розчинену речовину та розчинник механічним способом неможливо. Це означає, що в істинних розчинах немає поверхні поділу фаз (тобто відсутній поділ між розчинником і розчиненою речовиною), тому вони є гомогенними системами. Таким системам властива висока стійкість розчинів. Істинні розчини є прозорими, не осідають і не фільтруються.

Як розрізнити істинні та колоїдні розчини?

Їх розпізнають, пропускаючи крізь розчин пучок світла в темному приміщенні. У склянці з істинним розчином світло проходить крізь нього непомітно, а в склянці з колоїдним розчином його шлях чітко простежується

Така відмінність зумовлена різним розміром частинок у розчинах. Очевидно, що колоїдні частинки є великими, тому й проявляють здатність розсіювати світло. Цим способом у домашніх умовах можна визначити, яким розчином — істинним чи колоїдним — є підсолоджений чай, кисіль, настоянка діамантового зеленого («зеленка»), виноградний сік, напій «Кока-кола», оцет. Як пучок світла можна використати лазерну указку.

Значення дисперсних систем. Дисперсні системи набули значного поширення в природі та практичного застосування в людській діяльності. За їх участю відбувається зміна структури та властивостей ґрунтів, утворення туману, хмар, вивітрювання гірських порід тощо. Їх застосовують під час технологічних процесів у хімічній, харчовій і фармацевтичній промисловості, медицині, парфумерії . Зокрема, у хімічній промисловості — під час виробництва штучного шовку (віскозного, ацетатного) і синтетичних волокон (капрону, лавсану тощо), лаків і фарб, клеїв, пластмас, гуми. У сільському господарстві з використанням дисперсних систем виготовляють композиційні добрива, що ефективно діють на ріст, розвиток і врожайність сільськогосподарських культур.

На використанні властивостей різних суспензій та емульсій ґрунтується виробництво цементу, гіпсу, бетону, будівельних композиційних матеріалів. Змінюючи дисперсність, покращують якість багатьох матеріалів.

Фармацевтична промисловість виробляє значну кількість лікарських речовин у формі тонких суспензій або емульсій, мазей, паст, кремів. У природоохоронній індустрії дисперсні системи використовують для очищення природних і стічних вод, повітря, а також інших заходів.

Значення дисперсних систем для життєдіяльності людини найрізноманітніше. Крім зазначеного, це й виробництво лаків і фарб, паперу, сажі, синтетичних каучуків, смол, клеїв, зубної пасти, продуктів харчування, видобуток і переробка нафти.

Широкого застосування набули істинні розчини. Насамперед їх використовують у шкільних хімічних лабораторіях, вивчаючи властивості речовин. Приготування їжі, догляд за рослинами, боротьба зі шкідниками рослин і тварин та їх лікування — усе це сфери застосування істинних розчинів.