За преподаватели в средните училища,
Педагогически студенти и ученици от 9-10 класове,
Решава да се посвети на Химия и естествени науки
Учебник zadachnik СЕМИНАРА ЛАБОРАТОРИЯ НАУКА приказки за четене
Дисперсни системи - са системи, в които фини частици на вещество, или на прекъснатата фаза. разпределен в хомогенна среда (течност, газ, кристал) или непрекъсната фаза (фиг. 8.25).
Фиг. 8.25. дисперсията
Размерът на частиците на дисперсната фаза се характеризира с дисперсност. В зависимост от неговите дисперсионни системи могат да бъдат разделени на силно диспергиран. или се колоид. и ниска дисперсия (груби).
Размерът на частиците е ниската системи дисперсия 10 -3 mm и повече. Размерът на частиците на високо дисперсни системи се намира в диапазона от 10 -6 -10 -4 mm (от 1 до 100 пМ), което е най-малко един порядък по-голям размер на частиците в истински разтвори (10 -7 mm). Chemistry разпръсне системи проучвания поведението на материята в силно фрактура, високо диспергиран състояние се характеризира с много високо съотношение на общата площ на всички частици на общия им обем или тегло (степен на дисперсия).
От името на колоидни системи е името на отделна област на химията - колоид. "Colloid Chemistry" - на традиционно наименование за химията на дисперсни системи и повърхностни явления. Преди наречен колоиди лепило-подобна субстанция, сега е силно диспергирани системи със силно развита повърхност интерфейс. По-долу ще използваме старите традиционни наименования, разбиране съвременен тяхното значение. Например, изразът "колоиден разтвор" означава вещество силно диспергиран състояние във вода като дисперсна среда.
Най-важната характеристика на дисперсно състояние на материята се състои в това, че енергийната система се фокусира основно върху интерфейса. Когато диспергиращи или смилане, веществото е значително увеличение на повърхностната площ на частиците (при постоянна общо тяхната цялост). Енергията, изразходвано за смилане и да се преодолеят силите на привличане между частиците, произведени, трансформирани в енергията на повърхностния слой - повърхностната енергия. Колкото по-висока степен на смилане, толкова по-голяма енергия на повърхността. Следователно, областта на химията на дисперсни системи (и колоидни разтвори), помисли химия на повърхностни явления.
Колоидни частици са толкова малки (10 съдържат 3 -10 9 атома), които не се задържа от конвенционалните филтри, които не са видими в обикновен микроскоп, не утайка под действието на гравитацията. Тяхната стабилност намалява с времето, т.е. те са обект на "остаряване". термодинамично нестабилни дисперсии и се стремят да достигнат състояние с най-ниска енергия, когато тя стане минимална повърхностна енергия частици. Това се постига чрез намаляване на общата площ при разширяването на частиците (който може да се появи по време на адсорбция на други вещества върху повърхността на частиците).
Свойства на веществото в натрошен или диспергиран, състояние значително различен от свойствата на същото вещество в недисперсна състояние, т.е. като твърдо вещество парче или обем от течност.
Така налягането на водната пара върху плоска повърхност при 20 ° С е 2,333 Ра, но преди водните капчици радиус 1 mm е над 0.003 Ра и радиусът на капките
0.01 mm - 0.3 Pa. Кристален хидрат на алуминиев оксид Al2 О3 • 3H2 О (или
Al (ОН) 3) започва да губи вода при 200 ° С и в много фино разделен състояние - при 100 ° С Gold в солна киселина не е разтворим, но в силно диспергирано състояние преминава в разтвор лесно. Разтворимостта във вода е SaSO4
4.9 • 10 -3 мол / л, но за SaSO4 размер на частиците от 2 • 10 -4 cm се издига до
1,5 • 10 -3 мол / л.
Поради факта, че енергията на малките частици повърхност е по-висока от по-голям, термодинамични свойства са различни. По този начин, най-малките кристали разтворимост по-високи от голям и има трансфер от високо фаза материал вътрешния в по диспергира, т.е. големи кристали растат чрез разтваряне малък. Това спонтанен процес
G <0.
парното налягане на малък спад е по-висока, отколкото на по-големи капчици нараства за сметка на малък изпаряване (фиг. 8.26). Ето защо, в облаците се образуват дъждовните капки, просто расте снежинки.
Фиг. 8.26.
Схема трансфер вещество от пирогенен
състояние на ниска дисперсия
Веществото в разпръснати държавата се стреми да усвои други вещества. Разтворимостта на газове в капчиците е по-висока, отколкото в голям обем течност. Поради факта, че разтворимостта на кислород в капчицата на водата е висока, корозия на желязо преминава дори без примеси на други вещества в жлезата (фиг. 8.27). Съгласно капка вода на повърхността на желязо корозия се проявява главно в ръбовете на капка, където разтворимостта на кислород повече.
Фиг. 8.27.
корозия Схема желязо
малка капка вода
Има няколко класификации на диспергирани системи: размер на частиците, фазата на дисперсната фаза и дисперсна среда, естеството на взаимодействието дисперсната фаза на частиците с веществото в дисперсна среда на термодинамичен и кинетичната стабилност на дисперсни системи и т.н.
Класификацията на диспергирани системи фазата на дисперсната фаза и диспергиране среда дадени в таблицата.
Системите за класификация дисперсни
Сплави, цветно стъкло, минерали
Голям междуфазовата повърхност причинява силно взаимодействие между частиците на дисперсната фаза с дисперсионната среда, което води до факта, че частиците на дисперсната фаза са заобиколени от молекули и йони на среда дисперсия (разтворител) или стане доста значително електрически заряд.
Всеки две вещества върху повърхността на контакт се изисква да си взаимодействат. То може да бъде химична реакция, реакцията причинени проникването на едно вещество в друга и спиране, когато определено състояние на равновесие, образуване на обвивка около частиците на друго вещество, и повече. Дисперсната фаза и средата диспергиране също взаимодействат, но степента на взаимодействие може да бъде различен.
По силата на взаимодействие на дисперсната фаза с носителя на дисперсия за колоидни системи дял лиофилен (от гръцки -. Разтваря - подобни) и lyophobic (от гръцката -. Страх). Тези имена показват, че взаимодействието на лиофилни колоидни системи частиците с по същество среда дисперсия е по-силна от lyophobic.
Лиофилни разпръсне системи се характеризират със силно влечение към молекулите на диспергиране среда на частиците на дисперсната фаза. Около частици спонтанно образува плътен и относително стабилен солват обвивка. При взаимодействието с водните молекули показват, хидрофилен диспергирана фаза и образуването на хидрат черупки. Ако частиците се разпределят в петрол като органични вещества и са заобиколени от мембрани, се говори за олеофилни частици. Липофилно вещество (тяло) се разтварят в тази течност, или набъбват в него са добре намокрен.
лиофилни колоиди силно солватиран повърхността на частиците и повърхностната енергия (повърхностното напрежение) на интерфейса е малък. Лиофилни колоиди са формирани в резултат на спонтанна дисперсия на големи твърди частици или течни капчици в малък колоиден частиците (или мицели). Лиофилни колоиди са термодинамично стабилни и затова почти не се разграждат при постоянни условия на формирането им.
Лиофилни системи образуват спонтанно в течности без електролити или повърхностно активни вещества. По този начин, хидрофилни системи образуват нишесте и желатин, които набъбват във вода и след това да влезе в разтвор (желе, пудинг, нишесте лепило); албумин, включително яйчен протеин, и разтворим във вода; естествен каучук е лесно разтворим в бензин (каучук цимент). Към лиофилни колоидни системи включват конвенционални сапунени разтвори във вода.
Най-важната характеристика на дисперсни системи - знак и величина на разходите на частиците. Частици лиофилни колоиди такса или много малък, или да липсват. Обвинението на колоидно приготвя със частица променила много лесно при добавянето на малки количества електролити. Промяната на водороден йон концентрация (рН) причинява презареждане на частиците на колоиден разтвор. В електрично поле или лиофилни колоиди не са местени или се преместват в произволна посока.
Слабата взаимодействието на молекулна дисперсия среда с частиците на диспергирани резултатите фаза в образуването на lyophobic системи. Ако среда дисперсия е вода, се говори за хидрофобността на системата, ако органичният масло-подобен вещество - от своя олеофобично. Частиците на lyophobic вещества (тялото) не се разтварят слабо намокрени с и не набъбват в материала на носителя на дисперсия. Lyophobic система с концентрацията на дисперсната фаза над 1% не може да се получи и лиофилни колоидни системи могат да бъдат много концентрирани.
За лиофилен или lyophobic система може да се съди от количеството на топлината, генерирана от разтваряне, подуване и намокряне. В разгара на лиофилни системи взаимодействие е много повече, отколкото на lyophobic.
На гладката повърхност на лиофилна агент течност капчицата на разпростира, образуващи тънък слой (филм), и капка не се разпространява по повърхността на liquophobic образуване леща или сплескан топка. Количествена мярка на lyophobic може да бъде ъгълът между капчицата и повърхности на умокряем тялото (ъгъл контакт или омокрящи ъгъл).
Lyophobic колоидни системи близост до вискозитета на дисперсионна среда лиофилни системи имат по-висок вискозитет.
Лиофилни колоиди разсейват светлината малко lyophobic.
Типични lyophobic вещество - окиси или сулфиди на металните елементи на природата.
Основната разлика lyophobic и лиофилни колоидни системи е основна техните термодинамични свойства. Lyophobic система - хетерогенна, и в тази връзка не може да се дължи на истинските разтвори. Лиофилни системи - еднофазни, хомогенни, имащи много от свойствата на истинските разтвори. Благодарение на системата за енергиен lyophobic високата повърхностна термодинамично и кинетично нестабилна. Freeze система е термодинамично стабилна.
При разпадането на lyophobic колоиди загрубяване на колоидни частици, което е придружено от намаляване на енергията на системата. Способността да устои загрубяване на частици (стабилност агрегат) на системата има liquophobic временна и често се дължи на присъствието на вещества (стабилизатори), адсорбиран на повърхността на частиците и ги предпазва от залепване (или сливане).
Суспендираният система тип "твърдо-течно" с относително голям (по-голямо от 1 • 10 -3 mm) частици, наречени суспензии. или частици. суспензии на частиците не проявяват брауново движение. Суспензия с плътност по-голяма от плътността на средата за дисперсия, утаяване; ако тяхната плътност е по-малко частици поплавъка.
Мътност естествени водоеми дължи както фино разделени и суспендирани твърди вещества (пясък, глина частици разлагане на растителни и животински организми). В случай на нарушение на седиментите в морето или океана течения възникват бентосни окачване (мътност), който се движи със скорост до 90 km / h до стотици километри. Мътност присъщи водни потоци с висока скорост на потока.
При максимално мътност концентрация на частиците природни води достигне 1 г / л. Мътност (или обратна стойност - прозрачност) определя природна вода, изпаряване на водата, изсушаване на сухия остатък при 105 ° С и претегляне. Тя е много по-лесно да се направи оценка на мътността на височината на водния стълб, чрез които може да се види на бял порцелан плоча с ширина черен кръст линия от 1 mm. Във водата за битови нужди трябва да се разглежда в напречното дълбочината на не по-малко от 3 м.
Глина - фината утаечни скалата, която включва 30-70% SiO2. размер на 10-40% Al2 О3 и 5-10% глина частиците Н2 О. не повече от 0.01 mm (големи глинени частици преминават в пясъка). Суспензията от глина във вода, наречен "кал" се използва като течност за промиване при сондиране и като смазващо вещество за намаляване на триенето по време на въртенето на тръби в ямките.
Силно концентриран глинени суспензия образува тесто с вода, която може да се даде желаната форма и, след изсушаване и изпичане да се получи тухли или друг продукт. Порцелан направен от смес от каолинит прах AL4 [Si4 Ø10] (ОН) 8. кварц SiO2. фелдшпат (калиев алумосиликат, натрий, калций, барий). Прахът се смесва с вода за образуване на плътна пластична маса, която придава желана форма, суши се и се калцинира.
Циментов прах, получен чрез калциниране на силикати и алуминати на калция, при смесване с вода, след известно време се втвърдява в твърда скала като тяло.
Кръв - важно за живеене хора и много животни суспензия от еритроцити, левкоцити и тромбоцити във физиологичен разтвор (лимфен). Червените кръвни клетки - червени кръвни клетки - пренасят кислород и въглероден диоксид, имат диаметър
(7,2-7,5) • 10 -2 mm и 1 mm 3 от кръв, съдържаща 4.5-5 милиона.
Тъй като размерите на частиците са сравнително големи, суспензии са нестабилни и кинетично при стоене частици се утаяват. Процесът на изолиране на суспендираните частици срещащи се под действието на гравитацията, наречен утаяване. или утаяване. В началото на есента на утаяване най-големите частици. Скоростта на отлагане на частиците зависи от съотношението на плътностите на фазите, вискозитетът на течната фаза, радиуса на частиците, тяхната степен на хидрофилност, присъствието на повърхностно активни вещества и други фактори.
На хидрофилността или хидрофобността на частици на базата на флотация - отделяне на фини частици с различен омокряне. При метода на флотация на обогатяване на полезни изкопаеми хидрофобните частици nonwettable събират на повърхността и частиците са обвити от минерална умокряем хидрофилен филм течност и потъват на дъното. Не-навлажнява частици се отстраняват от повърхността на течността. След разделяне настъпва руда фракция
(Фиг. 8.28).
Фиг. 8.28.
Разделяне на частици nonwettable
и напоен минерали
Размерът на частиците междинен между истинските разтвори и суспензии заемат золове. Золове - силно диспергират система на твърди частици, разположени в брауново движение. Най-често се споменава като золове система с течна дисперсионна среда. Zoli - типични колоидни системи, които са най-ясно показват свойствата, присъщи на вещество в силно диспергирано състояние.
Методи за изследване диспергират системи (определяне на размера, формата и заряд на частиците) на базата на изследване на техните специални свойства поради хетерогенността и дисперсността, по-специално оптично. Колоидни разтвори имат оптични свойства, които ги отличават от истинските разтвори, - те абсорбират и разсейване на светлината, преминала през тях. Когато се гледа странично разпръсне система, чрез която тесния светлинния лъч в разтвор на тъмен фон е видим светлинен синкав наречен Tyndall конус (фиг. 8.29). Същото нещо се случва, когато забележим в прашна стая, светла ивица слънчева светлина от прозореца. Това явление се нарича опалесценция.
Фиг. 8.29.
Tyndall ефект (опалесценция)
Разсейване на светлината е възможно, ако размерът на колоидни частици по-малки от дължината на вълната на пропуснатата светлина и индексът на пречупване дисперсна фаза и средата диспергиране са различни. Размери на колоидни частици е по-малко от дължината на вълната на видимия спектър (приблизително 0,1-0,2 светлина дължина на вълната) и повторно абсорбира светлинната енергия се излъчва от частиците в различни посоки, в резултат на дисперсия на светлина. Интензитетът на разсейване на светлина увеличава рязко с намаляване на дължината на вълната на светлината.
Tyndall конус ярко, толкова по-висока концентрация и по-голям размер на частиците. светлинен интензитет разсейване увеличава с късовълнова радиация и значителна разлика в коефициентите на пречупване на разпръснати и диспергиращи фази. С намаляване на размер на частиците от абсорбционния максимум се измества към по-къси дължини на вълните и фино диспергиране системи на светлина къса дължина на вълната и поради това имат синкав оттенък. В разсейване на светлината спектри на базата на методите за определяне на размера и формата на частиците.
Размери золни частици обикновено са 10 -3 -10 -5 mm, което им позволява да участват в брауново движение - непрекъснато движение разнородни малките частици в течност или газ (Фигура 8.30.).
Фиг. 8.30.
брауново движение
частици
Свързани статии