Регистрация

Версия для слабовидящих
Детство – важнейший период человеческой жизни, не подготовка к будущей жизни, а настоящая, яркая, самобытная, неповторимая жизнь. И от того, как прошло детство, кто вел ребенка за руку в детские годы, что вошло в его разум и сердце из окружающего мира, - от этого, в решающей степени, зависит, каким человеком станет сегодняшний малыш
Василий Александрович Сухомлинский
Сертификат владельца сайта
Сертификат владельца сайта http://www.kuksova-irina.ru/
Центр дистанционного образования

 

 

 

 
Мир олимпиад

ФГОС урок

Высшая школа делового администрирования

Установите себе наш баннер

Показать код баннера
Сейчас на сайте: 70
Школа "Карьера"
Проголосуй за наш сайт
Оцените мой сайт





Результаты
счетчик посещений
Банк Интернет-портфолио учителей
Периодическая таблица
Таблица растворимости
Праздники сегодня

Дисперсные системы

Урок посвящен теме «Фазовые состояния веществ. Дисперсные системы». Вы познакомитесь с определениями фазы или фазового состояния вещества, познакомитесь с гомогенными и гетерогенными системами. Узнаете, как классифицируются смеси веществ. Подробно познакомитесь с дисперсной системой и её видами.

I. Учебный фильм: “Дисперсные системы”


II. Cущность дисперсной системы


Чистые вещества в природе встречаются очень редко. Смеси разных веществ в различных агрегатных состояниях могут образовывать гетерогенные и гомогенные системы — дисперсные системы и растворы.

Дисперсными называют гетерогенные системы, в которых одно вещество в виде очень мелких частиц равномерно распределено в объеме другого.

То вещество, которое присутствует в меньшем количестве и распределено в объеме другого, называют дисперсной фазой. 

Фаза – од­но­род­ная по со­ста­ву и свой­ствам часть рас­смат­ри­ва­е­мой си­сте­мы, от­де­лен­ная от дру­гих фаз по­верх­но­стя­ми раз­де­ла, на ко­то­рых скач­ком из­ме­ня­ют­ся неко­то­рые свой­ства си­сте­мы – на­при­мер, плот­ность, элек­тро­про­вод­ность, вяз­кость.

Фаза – это го­мо­ген­ная часть ге­те­ро­ген­ной си­сте­мы.

На­при­мер, если мы на­льем под­сол­неч­ное масло в воду, мы по­лу­чим си­сте­му, на­хо­дя­щу­ю­ся в одном аг­ре­гат­ном со­сто­я­нии – в жид­ком. Но ве­ще­ства в ней будут на­хо­дить­ся в двух раз­лич­ных фазах: одна – это вода, дру­гая – это рас­ти­тель­ное масло, и между ними будет от­чет­ли­вая гра­ни­ца, так на­зы­ва­е­мая по­верх­ность раз­де­ла. Зна­чит, си­сте­ма будет ге­те­ро­ген­ной.

Дру­гой по­хо­жий при­мер: если сме­шать муку и са­хар­ный песок, мы по­лу­чим си­сте­му, где ве­ще­ства на­хо­дят­ся в одном аг­ре­гат­ном со­сто­я­нии, но в двух раз­лич­ных фазах, и си­сте­ма яв­ля­ет­ся ге­те­ро­ген­ной.

III. Классификация дисперсных систем


Вещество, присутствующее в большем количестве, в объеме которого распределена дисперсная фаза, называют дисперсионной средой.

Между ней и частицами дисперсной фазы существует поверхность раздела, поэтому дисперсные системы называют гетерогенными (неоднородными).

И дисперсионную среду, и дисперсную фазу могут представлять вещества, находящиеся в различных агрегатных состояниях — твердом, жидком и газообразном.

В зависимости от сочетания агрегатного состояния дисперсионной среды и дисперсной фазы можно выделить 9 видов таких систем.

Рис.  Клас­си­фи­ка­ция дис­перс­ных си­стем

IV. Гру­бо­дис­перс­ные си­сте­мы


Дис­пер­си­он­ную среду и дис­перс­ную фазу могут со­став­лять ве­ще­ства, на­хо­дя­щи­е­ся в раз­лич­ных аг­ре­гат­ных со­сто­я­ни­ях. В за­ви­си­мо­сти от со­че­та­ния дис­пер­си­он­ной среды и дис­перс­ной фазы вы­де­ля­ют 8 типов таких си­стем. См. Табл. 1.

1. Клас­си­фи­ка­ция дис­перс­ных си­стем по аг­ре­гат­но­му со­сто­я­нию


Табл. 1

2. Некоторые свойства грубодисперсных систем

Гру­бо­дис­перс­ные си­сте­мы с жид­кой или га­зо­об­раз­ной дис­пер­си­он­ной сре­дой по­сте­пен­но раз­де­ля­ют­ся на со­став­ля­ю­щие ком­по­нен­ты. Срок таких про­цес­сов может быть раз­лич­ным. Имен­но они опре­де­ля­ют сроки год­но­сти и сроки воз­мож­но­го ис­поль­зо­ва­ния и про­дук­тов пи­та­ния, и дру­гих ве­ществ, со­дер­жа­щих дис­перс­ные си­сте­мы. В слу­чае ве­ществ с твер­дой дис­пер­си­он­ной сре­дой, их свой­ства опре­де­ля­ют­ся раз­ме­ра­ми ча­стиц дис­перс­ной фазы. На­при­мер, пемза не тонет в воде. По­то­му что вода не может про­ник­нуть в поры, на­хо­дя­щи­е­ся внут­ри камня, и сред­няя плот­ность объ­ек­та ста­но­вит­ся мень­ше плот­но­сти воды.

Гру­бо­дис­перс­ные си­сте­мы хо­ро­шо рас­смат­ри­вать в мик­ро­скоп. Имен­но этим свой­ством вос­поль­зо­вал­ся в 1827 году шот­ланд­ский бо­та­ник Джон Броун, ко­то­рый об­на­ру­жил ха­о­ти­че­ское дви­же­ние мель­чай­ших ча­сти­чек пыль­цы и дру­гих ве­ществ, взве­шен­ных в воде. Позд­нее дан­ное яв­ле­ние было на­зва­но бро­унов­ским дви­же­ни­ем и стало одно из основ мо­ле­ку­ляр­но-ки­не­ти­че­ской тео­рии.

Не все­гда по­лу­ча­ет­ся четко про­ве­сти гра­ни­цу между по­ня­ти­я­ми «го­мо­ген­ная» и «ге­те­ро­ген­ная» си­сте­ма. При уве­ли­че­нии раз­ме­ра ча­стиц, смесь ве­ществ делят на гру­бо­дис­перс­ные, кол­ло­ид­ные рас­тво­ры и ис­тин­ные рас­тво­ры. 

По величине частиц веществ, составляющих дисперсную фазу, дисперсные системы делят на грубодисперсные (взвеси) с размерами частиц более 100 нм и тонкодисперсные (коллоидные растворы или коллоидные системы) с размерами частиц от 100 до 1 нм. Если же вещество раздроблено до молекул или ионов размером менее 1 нм, образуется гомогенная система — раствор. Она однородна (гомогенна), поверхности раздела между частицами и средой нет.

Уже беглое знакомство с дисперсными системами и растворами показывает, насколько они важны в повседневной жизни и в природе.

Судите сами: без нильского ила не состоялась бы великая цивилизация Древнего Египта; без воды, воздуха, горных пород и минералов вообще бы не существовала живая планета — наш общий дом — Земля; без клеток не было бы живых организмов и т. д.

3. Взвеси

Взвеси — это дисперсные системы, в которых размер частиц фазы более 100 нм. Это непрозрачные системы, отдельные частицы которых можно заметить невооруженным глазом.

Дисперсная фаза и дисперсионная среда легко разделяются отстаиванием. Такие системы разделяют на:

1) Эмульсии (и среда, и фаза — нерастворимые друг в друге жидкости). Это хорошо известные вам молоко, лимфа, водоэмульсионные краски и т. д.


Эмульсии: водоэмульсионные краски

Эмульсии: молоко

2) Суспензии (среда — жидкость, а фаза — нерастворимое в ней твердое вещество). Это строительные растворы (например, «известковое молоко» для побелки), взвешенный в воде речной и морской ил, живая взвесь микроскопических живых организмов в морской воде — планктон, которым питаются гиганты-киты, и т. д.

Суспензии: "известковое молоко"

Суспензии: ил в морской или речной воде

Суспензии: планктон в морской воде

3) Аэрозоли — взвеси в газе (например, в воздухе) мелких частиц жидкостей или твердых веществ. Различают пыли, дымы, туманы. Первые два вида аэрозолей представляют собой взвеси твердых частиц в газе (более крупные частицы в пылях), последний — взвесь мелких капелек жидкости в газе. Например, природные аэрозоли: туман, грозовые тучи — взвесь в воздухе капелек воды, дым — мелких твердых частиц. А смог, висящий над крупнейшими городами мира, также аэрозоль с твердой и жидкой дисперсной фазой. Жители населенных пунктов вблизи цементных заводов страдают от всегда висящей в воздухе тончайшей цементной пыли, образующейся при размоле цементного сырья и продукта его обжига — клинкера. Аналогичные вредные аэрозоли — пыли — имеются и в городах с металлургическими производствами. Дым заводских труб, смоги, мельчайшие капельки слюны, вылетающие изо рта больного гриппом, также вредные аэрозоли.

Аэрозоли: грозовые тучи

Аэрозоли: пыль в воздухе

Аэрозоли играют важную роль в природе, быту и производственной деятельности человека. Скопления облаков, обработка полей химикатами, нанесение лакокрасочных покрытий при помощи пульверизатора, распыление топлив, выработка сухих молочных продуктов, лечение дыхательных путей (ингаляция) — примеры тех явлений и процессов, где аэрозоли приносят пользу. Аэрозоли — туманы над морским прибоем, вблизи водопадов и фонтанов, возникающая в них радуга доставляет человеку радость, эстетическое удовольствие.

Для химии наибольшее значение имеют дисперсные системы, в которых средой является вода и жидкие растворы.

Природная вода всегда содержит растворенные вещества. Природные водные растворы участвуют в процессах почвообразования и снабжают растения питательными веществами. Сложные процессы жизнедеятельности, происходящие в организмах человека и животных, также протекают в растворах. Многие технологические процессы в химической и других отраслях промышленности, например получение кислот, металлов, бумаги, соды, удобрений, протекают в растворах.

V. Тонкодисперсные системы


1. Коллоидные системы

Коллоидные системы — это такие дисперсные системы, в которых размер частиц фазы от 100 до 1 нм. Эти частицы не видны невооруженным глазом, и дисперсная фаза и дисперсионная среда в таких системах отстаиванием разделяются с трудом.

Их подразделяют на золи (коллоидные растворы) и гели (студни).

1. Коллоидные растворы, или золи. 

Это большинство жидкостей живой клетки (цитоплазма, ядерный сок — кариоплазма, содержимое органоидов и вакуолей) и живого организма в целом (кровь, лимфа, тканевая жидкость, пищеварительные соки, гуморальные жидкости и т. д.). Такие системы образуют клеи, крахмал, белки, некоторые полимеры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коллоидные растворы могут быть получены в результате химических реакций, например, при взаимодействии растворов силикатов калия или натрия («растворимого стекла») с растворами кислот образуется коллоидный раствор кремниевой кислоты. Золь образуется и при гидролизе хлорида железа (Ш) в горячей воде.

Золь, полученный при гидролизе хлорида железа (III)

Коллоидные растворы внешне похожи на истинные растворы. Их отличают от последних по образующейся «светящейся дорожке» — конусу при пропускании через них луча света.

Это явление называют эффектом Тиндаля. Более крупные, чем в истинном растворе, частицы дисперсной фазы золя отражают свет от своей поверхности, и наблюдатель видит в сосуде с коллоидным раствором светящийся конус. В истинном растворе он не образуется. Аналогичный эффект, но только для аэрозольного, а не жидкого коллоида, вы можете наблюдать в кинотеатрах при прохождении луча света от киноаппарата через воздух кинозала.

Эффект Тиндаля

 

 

 

 

 

 

 

Рас­твор белка в воде – кол­ло­ид­ный рас­твор. Кол­ло­ид­ные рас­тво­ры про­зрач­ны, но рас­се­и­ва­ют свет.

При про­пус­ка­нии света через про­зрач­ный сосуд с рас­тво­ром, можно на­блю­дать све­тя­щий­ся конус.

С по­мо­щью спе­ци­аль­но­го мик­ро­ско­па в кол­ло­ид­ных рас­тво­рах можно об­на­ру­жить от­дель­ные ча­сти­цы.

Ве­ще­ства в кол­ло­ид­ном со­сто­я­нии при­ни­ма­ют уча­стие в об­ра­зо­ва­нии мно­гих ми­не­ра­лов, таких как агат, ма­ла­хит, опал, сер­до­лик, хал­це­дон, жем­чуг. 

Есть гели и в че­ло­ве­че­ском теле. Это во­ло­сы, хрящи, су­хо­жи­лья. Много золей и гелей на­хо­дит­ся в ор­га­низ­ме че­ло­ве­ка, по­это­му один из уче­ных  оте­че­ствен­ной хи­ми­че­ской науки И.И. Жуков ска­зал, что че­ло­век – это хо­дя­чий кол­ло­ид.

Частицы дисперсной фазы коллоидных растворов нередко не оседают даже при длительном хранении из-за непрерывных соударений с молекулами растворителя за счет теплового движения. Они не слипаются и при сближении друг с другом из-за наличия на их поверхности одноименных электрических зарядов. Но при определенных условиях может происходить процесс коагуляции.

Коагуляция — явление слипания коллоидных частиц и выпадения их в осадок — наблюдается при нейтрализации зарядов этих частиц, когда в коллоидный раствор добавляют электролит.

При этом раствор превращается в суспензию или гель. Некоторые органические коллоиды коагулируют при нагревании (клей, яичный белок) или при изменении кислотно-щелочной среды раствора.

2. Гели, или студни

Гель (желе)

Гель (мармелад)

Природные гели: сухожилия

Природные гели: тело медузы

Природные гели: хрящи

Представляют собой студенистые осадки, образующиеся при коагуляции золей. К ним относят большое количество полимерных гелей, столь хорошо известные вам кондитерские, косметические и медицинские гели (желатин, холодец, желе, мармелад, торт «Птичье молоко») и конечно же бесконечное множество природных гелей: минералы (опал), тела медуз, хрящи, сухожилия, волосы, мышечная и нервная ткани и т. д. Историю развития жизни на Земле можно одновременно считать историей эволюции коллоидного состояния вещества. Со временем структура гелей нарушается — из них выделяется вода. Это явление называют синерезисом.

2. Растворы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. а) раствор медного купороса              б) раствор соли никеля (II)

Растворомназывают гомогенную систему, состоящую из двух и более веществ.

Растворы всегда однофазны, то есть представляют собой однородный газ, жидкость или твердое вещество. Это связано с тем, что одно из веществ распределено в массе другого в виде молекул, атомов или ионов (размер частиц менее 1 нм).

Растворы называют истинными, если требуется подчеркнуть их отличие от коллоидных растворов.

Растворителем считают то вещество, агрегатное состояние которого не изменяется при образовании раствора. Например, вода в водных растворах поваренной соли, сахара, углекислого газа. Если же раствор образовался при смешении газа с газом, жидкости с жидкостью и твердого вещества с твердым, растворителем считают тот компонент, которого больше в растворе. Так, воздух — это раствор кислорода, благородных газов, углекислого газа в азоте (растворитель). Столовый уксус, в котором содержится от 5 до 9% уксусной кислоты, представляет собой раствор этой кислоты в воде (растворитель — вода). Но в уксусной эссенции роль растворителя играет уксусная кислота, так как ее массовая доля составляет 70— 80%, следовательно, это раствор воды в уксусной кислоте.

При кристаллизации жидкого сплава серебра и золота можно получить твердые растворы разного состава.

Растворы подразделяют на:

  • молекулярные — это водные растворы неэлектролитов — органических веществ (спирта, глюкозы, сахарозы и т. д.);
  • молекулярно-ионные — это растворы слабых электролитов (азотистой, сероводородной кислот и др.);
  • ионные — это растворы сильных электролитов (щелочей, солей, кислот — NaOH, K2S04, HN03, НС1О4).

Раньше существовали две точки зрения на природу растворения и растворов: физическая и химическая. Согласно первой растворы рассматривали как механические смеси, согласно второй — как нестойкие химические соединения частиц растворенного вещества с водой или другим растворителем. Последняя теория была высказана в 1887 г. Д. И. Менделеевым, который посвятил исследованию растворов более 40 лет. Современная химия рассматривает растворение как физико-химический процесс, а растворы как физико-химические системы.

Более точное определение раствора таково:

Раствор — гомогенная (однородная) система, состоящая из частиц растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия.

Поведение и свойства растворов электролитов, как вы хорошо знаете, объясняет другая важнейшая теория химии — теория электролитической диссоциации, разработанная С. Аррениусом, развитая и дополненная учениками Д. И. Менделеева, и в первую очередь И. А. Каблуковым.

VI. Истинные растворы, способы выражения состава раствора


1. Ис­тин­ные рас­тво­ры

Со­сто­я­ние рас­тво­ров опре­де­ля­ет­ся кон­цен­тра­ци­ей рас­тво­рен­ных ве­ществ, тем­пе­ра­ту­рой и дав­ле­ни­ем. При рас­тво­ре­нии ве­ще­ства в ка­ком-ни­будь рас­тво­ри­те­ле при по­сто­ян­ной тем­пе­ра­ту­ре и дав­ле­нии, кон­цен­тра­ция рас­тво­рен­но­го ве­ще­ства не будет расти бес­ко­неч­но. В ка­кой-то мо­мент оно пе­ре­ста­нет рас­тво­рять­ся, и до­сти­га­ет­ся его мак­си­маль­но воз­мож­ная кон­цен­тра­ция. На­сту­пит ди­на­ми­че­ское рав­но­ве­сие, ко­то­рое за­клю­ча­ет­ся в том, что часть ве­ще­ства по­сто­ян­но рас­тво­ря­ет­ся, а часть пе­ре­хо­дит из рас­тво­ра в оса­док. Но при этом кон­цен­тра­ция рас­тво­рен­но­го ве­ще­ства боль­ше ме­нять­ся не будет.

На­сы­щен­ный рас­твор– это рас­твор, ко­то­рый на­хо­дит­ся в фа­зо­вом рав­но­ве­сии с рас­тво­ря­е­мым ве­ще­ством.

Пе­ре­сы­щен­ный рас­твор – это рас­твор, в ко­то­ром со­дер­жит­ся боль­ше рас­тво­рен­но­го ве­ще­ства, чем в на­сы­щен­ном рас­тво­ре при оди­на­ко­вых тем­пе­ра­ту­ре и дав­ле­нии.

Так как рас­тво­ри­мость боль­шин­ства ве­ществ уве­ли­чи­ва­ет­ся с уве­ли­че­ни­ем тем­пе­ра­ту­ры, то по­лу­чить пе­ре­сы­щен­ный рас­твор можно при охла­жде­нии на­сы­щен­но­го при более вы­со­кой тем­пе­ра­ту­ре рас­тво­ра. Пе­ре­сы­щен­ный рас­твор неста­би­лен, и вне­се­ние в него неболь­шо­го кри­стал­ла, по­па­да­ние пыли или даже рез­кий тол­чок могут вы­звать быст­рую кри­стал­ли­за­цию рас­тво­рен­но­го ве­ще­ства.

Нена­сы­щен­ный рас­твор – это рас­твор, со­дер­жа­щий рас­тво­рен­но­го ве­ще­ства мень­ше, чем его может со­дер­жать­ся в на­сы­щен­ном рас­тво­ре того же ве­ще­ства при оди­на­ко­вых тем­пе­ра­ту­ре и дав­ле­нии.

Рас­тво­ри­мость – это масса пор­ции рас­тво­рен­но­го ве­ще­ства, ко­то­рую при дан­ной тем­пе­ра­ту­ре и дав­ле­нии необ­хо­ди­мо рас­тво­рить в опре­де­лен­ном ко­ли­че­стве рас­тво­ри­те­ля для при­го­тов­ле­ния на­сы­щен­но­го рас­тво­ра. Чаще всего рас­смат­ри­ва­ют рас­тво­ри­мость в 100 г, в 1 кг или 1 л рас­тво­ри­те­ля.

2. Способы выражения состава раствора

1. Массовая доля растворенного вещества

Для вы­ра­же­ния ко­ли­че­ствен­но­го со­ста­ва рас­тво­ра ис­поль­зу­ет­ся по­ня­тие мас­со­вой доли рас­тво­рен­но­го ве­ще­ства.

Массовая доля растворенного вещества в растворе– это от­но­ше­ние рас­тво­рен­но­го ве­ще­ства к сум­мар­ной массе рас­тво­ра.

 =

2. Мо­ляр­ная кон­цен­тра­ция

Молярная концентрация - это от­но­ше­ние ко­ли­че­ства ве­ще­ства в молях к объ­ё­му рас­тво­ра.

Об­ла­сти при­ме­не­ния ис­тин­ных рас­тво­ров весь­ма об­шир­ны. По­это­му очень важно уметь при­го­тав­ли­вать рас­тво­ры со­от­вет­ству­ю­щих ве­ществ.

Способы выражения содержания компонентов раствора

VI. Тренажеры


Тренажер №1: “Массовая доля растворенного вещества в растворе

Тренажер №2: “Молярная концентрация

ЦОРы

Учебный фильм: “Дисперсные системы”