Дисперсные системы
Материал по химии
Оглавление
- Дисперсные системы на ЕГЭ
- Что такое дисперсная система?
- Классификация дисперсных систем по дисперсности
- Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию
- Коллоиды и кристаллоиды. Истинные и коллоидные растворы
- Классификация коллоидных систем
Дисперсные системы на ЕГЭ
В кодификаторе, предложенном ФИПИ для 2022 года по химии, в разделе «Химия и жизнь» (пункт 4.1.2) появились следующие темы:
- Дисперсные системы
- Понятие о коллоидах (золи и гели)
- Истинные растворы
В каких заданиях появятся данные понятия пока неизвестно, возможно, это будут задания линии 25.
Что такое дисперсная система?
Дисперсные системы – это измельченные тела одного вещества, равномерно распределенные в сплошной массе другого вещества. Другими словами – это смеси мельчайших частиц, не взаимодействующих друг с другом химически, но имеющие отличные от отдельно взятых чистых веществ, из которых состоит данная система, физические свойства.
Дисперсные системы состоят из двух основных структур:
Дисперсная фаза – частицы, равномерно распределенные в какой-либо среде.
Дисперсионная среда – вещество, в котором растворяют (размешивают) дисперсную фазу.
К дисперсным системам относят большое количество биологических объектов: почву, кровь, цитоплазму, яичный белок и т. д.
Классификация дисперсных систем по дисперсности (размеру частиц)
- Грубодисперсные системы содержат относительно крупные частицы радиусом от 10‒4 до 10‒7м, то есть самые крупные частицы этой системы достигают радиуса 0,1мм.
- Коллоидно-дисперсные системы (золи) содержат частицы с радиусами от 10‒7 до 10‒9 м, то есть самые крупные частицы этих систем достигают радиуса 0,0001мм.
- Молекулярные и ионные растворы (истинные растворы) содержат частицы с радиусом менее 10‒9 м или 0,000001 мм.
Классификация дисперсных систем по размеру частиц
Отличия грубодисперсных и коллоидных систем от истинных растворов
Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию
Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию
Таблица с примерами дисперсных систем в разных агрегатных состояниях
- Две или более жидкости, не смешивающиеся между собой, образуют эмульсии. При их отстаивании жидкости отслаиваются и распределяются в сосуде по плотности: более плотная жидкость опускается вниз, менее плотная жидкость поднимается наверх. В этом случае дисперсную систему восстанавливают повторным размешиванием. К эмульсиям относят масла, диспергированные в воде, например, молочные жиры в молоке, основу которого составляет вода; яичный белок, сырую нефть. Жировые эмульсии используются в медицине для инфузий (капельниц). Эмульсии широко распространены в косметологии, к ним относятся кремы. Для того чтобы компоненты эмульсии не расслаивались, используют эмульгаторы.
- Жидкость, диспергированная в газовой среде, образует туман. Примером может служит туман как погодное явление и туман, образующийся при растворении серного ангидрида или серной кислоты в воде. Этот туман обладает высокой окислительной способностью, вызывает коррозию, сжигает слизистые, поэтому данный метод получения раствора серной кислоты неприемлем. Вместо серного ангидрида используют олеум – раствор ангидрида в концентрированной серной кислоте, который растворяют не в воде, а в растворах серной кислоты, получая более концентрированные растворы. Из них, в свою очередь, можно получить раствор заданной концентрации, добавив серную кислоту в воду небольшими порциями. К системе жидкость/газ также можно отнести облака.
- Жидкость, диспергированная в твёрдом пористом веществе, образует множество природных дисперсных систем, таких как почва.
- Если мельчайшие частицы твердого вещества распределены в газовой среде, то образуется аэрозоль. Их широко применяют в быту: в форме аэрозолей выпускают дезодоранты, освежители воздуха, лекарственные средства для ингаляций.
- Если частицы твердого вещества диспергированы в жидкости, то образованная система называется суспензией, если частицы крупные или коллоидным раствором (золем), если радиус твёрды частиц не превышает 10‒7 м.
- Существуют дисперсные системы, состоящие из нескольких твёрдых веществ, например, в сырые пластмассы добавляют порошкообразные красители, пластмасса застывает и тоже становится твёрдой.
- При пропускании газа через раствор или при встряхивании раствора в резервуаре, содержащем газ (например, воздух), молекулы раствора обволакивают пузырьки газа тонким слоем, образуя пены. К таким системам относят пены моющих (поверхностно-активных) средств.
Газовая эмульсия отличается от пены тем, что в ней количество газовых частиц (дисперсной фазы) значительно меньше, чем частиц жидкости, образующих дисперсионную среду. В пене количество газовых частиц достигает 90% из-за чего пены имеют ячеистую очень рыхлую структуру.
- Газы имеют способность растворяться в твёрдых веществах. Например, водород проникает между узлами металлической решетки металлов, например, свинца. Также газы хорошо проникают между частицами силикагеля и активированного угля.
- Два газа не образуют дисперсной системы, так как при их смешивании они самопроизвольно распределяются между молекулами друг друга, и главного условия существования дисперсной системы — границы раздела фаз не наблюдается.
Коллоиды и кристаллоиды. Истинные и коллоидные растворы
Особое место в природе занимают коллоидные системы. Еще в середине XIX века шотландский ученый Томас Грэм обнаружил, что некоторые вещества, обычно не растворимые в воде, при определенных условиях могут образовывать с ней однородные смеси, отличающиеся от обычных растворов. Так, обычные растворы проходят через фильтр из растительного пергамента полностью и в дальнейшем способны кристаллизоваться, а смеси из нерастворимых веществ и воды не проходят через поры такого фильтра и не способны кристаллизоваться.
Растворы, проходящие через фильтр и способные кристаллизоваться, он назвал кристаллоидами, их принято называть истинными растворами. Смеси, не проходящие через фильтр – коллоидами, по названию клея (по греч. – «колла») или коллоидными растворами (золями). Данная классификация является простой, но устаревшей.
В истинных растворах присутствуют отдельные ионы и молекулы, тогда как в коллоидных растворах присутствуют более крупные частицы.
Классификация растворов на коллоиды и кристаллоиды
Таблица с примерами дисперсных систем в разных агрегатных состояниях
Классификация коллоидных систем
Коллоидные системы могут быть не только жидкими (молоко, горячий раствор желатина), но и твёрдыми (яшма и многие другие окрашенные минералы), и газообразными (дым, туман).
Если дисперсионной средой выступает вода, то коллоид называется гидрозолем, если спирт – алкозоли, если бензол – бензозоли и т. д.
Если дисперсионной средой выступает газ, то коллоид называется аэрозолем.
Кроме того, существуют особые коллоиды, занимающие промежуточное состояние между жидкими и твердыми, их называют гелями. Гель образуется, например, при застывании раствора желатина при охлаждении. К гелям относят осадок кремниевой кислоты, желе, кисель.
2 ноября 2021
В закладки
Обсудить
Жалоба
Дисперсные системы
Презентация по химии.
Дисперсными называют гетерогенные системы, в которых одно вещество в виде очень мелких частиц равномерно распределено в объёме другого.
Дисперсные системы состоят как минимум из двух компонентов
→ дисперсионной среды, которая играет роль растворителя и, следовательно, является непрерывной фазой;
→ дисперсной фазы, играющей роль растворённого вещества.
disp-s.ppt
disp-s.pdf
Автор: Зубкова Маргарита Михайловна.
Дисперсные 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.
- Если размер частиц дисперсной фазы составляет от 1 до 100 нм, систему называют тонкодисперсной, или коллоидной системой.
- Если размер частиц дисперсной фазы превышает 100 нм, систему называют грубодисперсной системой.
В свою очередь, грубодисперсные системы делятся на эмульсии, суспензии и аэрозоли.
Грубодисперсные системы с жидкой дисперсионной средой и жидкой дисперсной фазой, т. е. состоящие из двух и более несмешивающихся жидкостей, называются эмульсиями.
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.
Грубодисперсные системы, в которых дисперсная фаза — твёрдое вещество, а дисперсионная среда — жидкость, называются суспензиями.
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.
Грубодисперсные системы, в которых дисперсионной средой является газ (например, воздух), а дисперсной фазой — твёрдые или жидкие частицы, называются аэрозолями.
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.
К золям относится большинство жидкостей организма: кровь, лимфа, плазма крови, пищеварительные соки, слюна и др. Коллоидными растворами является содержимое клеток (цитоплазма, клеточный сок вакуолей, ядерный сок). В качестве дисперсной фазы в них выступают молекулы белков, жиров, холестерина, гормонов.
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:
- Вернуться к Списку конспектов по химии
- Найти конспект в Кодификаторе ОГЭ по химии
- Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по химии
Теория
| 1. | Чистые вещества и смеси | |
| 2. | Дисперсное состояние вещества | |
| 3. | Грубодисперсные системы | |
| 4. | Коллоидные системы |
Задания
| 1. |
Основные понятия
Сложность: |
1 |
| 2. |
Классификация дисперсных систем
Сложность: |
2 |
| 3. |
Вычисли массовую долю компонента смеси
Сложность: |
1 |
| 4. |
Гомогенные и гетерогенные смеси
Сложность: |
2 |
| 5. |
Вычисли массу компонентов смеси
Сложность: |
1 |
| 6. |
Смеси и способы их разделения
Сложность: |
2 |
| 7. |
Вычисли массу осадка
Сложность: |
2 |
| 8. |
Задача на смесь углеводородов
Сложность: |
2 |
| 9. |
Вычисли объём углекислого газа
Сложность: |
3 |
Тесты
| 1. |
Тренировка по теме Дисперсные системы (смеси)
Сложность: среднее |
12 |
Материалы для учителей
| 1. | Методическое описание |
- Взрослым: Skillbox, Хекслет, Eduson, XYZ, GB, Яндекс, Otus, SkillFactory.
- 8-11 класс: Умскул, Лектариум, Годограф, Знанио.
- До 7 класса: Алгоритмика, Кодланд, Реботика.
- Английский: Инглекс, Puzzle, Novakid.
Дисперсные системы
В естественной среде достаточно редко можно встретить чистое вещество. Поэтому чаще всего рассматриваются дисперсные системы и растворы. В зависимости от количества фаз бывают гетерогенные или гомогенные системы.
Гетерогенная и гомогенная системы
Дисперсные системы представляют собой гетерогенные системы, состоящие из нескольких фаз. Для них характерно распределение более мелких частиц одного вещества в объёме другого.
Дисперсной фазой называют вещества, которые присутствуют в дисперсной системе в малом объёме и распределены в большем объёме другого вещества. Дисперсионная среда – это однородное вещество, в объёме которого распределена дисперсная фаза. Между дисперсионной средой и дисперсной фазой находится поверхность раздела, т. е. своеобразная граница. Именно поэтому дисперсные системы считаются неоднородными.
Дисперсную фазу и дисперсионную среду могут составлять вещества в любых из трёх состояний. Дисперсионные системы разделяются на восемь видов, в зависимости от сочетаний агрегатных состояний веществ, составляющих дисперсную фазу и дисперсионную среду:
- сочетание газообразного и жидкого состояний, например, туман, аэрозоли;
- сочетание газообразного и твёрдого состояний, например, смог, пыль в воздухе, песчаная буря;
- сочетание жидкого и газообразного состояний, например, газированная вода, пена;
- сочетание жидкого и жидкого состояний, например, эмульсии, плазма крови, цитоплазма в клетках организмов;
- сочетание жидкого и твёрдого состояний, например, кисель, ил, гель, паста;
- сочетание твёрдого и газообразного состояний, например, почва, поролон, порошок, кирпич;
- сочетание твёрдого и жидкого состояний, например, медицинская мазь, косметическая тушь и помада, влажная почва;
- сочетание твёрдого и твёрдого состояний, например, сплавы, горные породы, цветное стекло.
Дисперсионные системы также различаются по размеру частиц вещества, образующего дисперсную фазу.
Раствор представляет собой гомогенную систему. Её образует вещество, которое находится в ней в виде молекул и ионов размером менее одного нанометра. Такая система находится в однородном состоянии, т. е. в ней не существует границ между дисперсионной средой и дисперсной фазой. Следовательно, растворы не могут быть отнесены к дисперсным системам.
Дисперсные системы и растворы играют важную роль в быту и природе. Так, живые организмы не могут существовать без воды и воздуха, земная кора планеты Земля состоит из горных пород и минералов, благодаря плодородному слою нильского ила существовали древние египтяне, кровеносная система и клетки – жизненно важные составляющие человеческого и животного организмов.
Классификация дисперсных систем и растворов
Классификация дисперсных систем и растворов зависит от величины частиц, составляющих фазы. Так, дисперсные системы разделяются на следующие виды:
- грубодисперсные системы – это эмульсии, суспензии, аэрозоли;
- коллоидные системы – это гели и золи.
Исходя из размеров частиц, растворы имеют три классификации – молекулярные, молекулярно-ионные и ионные.
Грубодисперсные системы
Грубодисперсные системы – это классификация дисперсной системы, в дисперсионной среде которой распределены частицы вещества размером свыше 100 нанометров. Все грубодисперсные системы подразделяются на эмульсии, суспензии и аэрозоли.
Эмульсии представляют собой сочетание жидкой дисперсионной среды с жидкой дисперсной фазой. Они бывают прямыми и обратными.
Принцип прямой эмульсии можно определить как растительное масло, находящееся в воде. Это обусловлено тем, что в прямых эмульсиях капли неполярных жидких веществ распределены в объёме полярного вещества. Для обратных эмульсий, наоборот, проводится аналогия с водой в растительном масле, т. е. капли полярной дисперсной фазы распределены в объёме неполярной дисперсионной среды. Кроме этого, прямая эмульсия может превратиться в обратную, и наоборот, при воздействии внешних факторов или в результате изменения состава.
Самыми распространёнными примерами естественных эмульсий считаются молоко и нефть, а также капли жира, распределённые в лимфатической жидкости.
Искусственными эмульсиями, полученными в результате деятельности человека, можно считать битумы и все состоящие из них материалы, пестициды, лекарства и косметика, смазочно-охлаждающие жидкости. Полимеризация эмульсии, как метод получение каучука, полистирола и поливинилацетата, широко используется в химической отрасли.
Грубодисперсная система, представляющая собой сочетание жидкой дисперсионной среды и твёрдой дисперсной фазы, называется суспензией. Частицы распределённого вещества имеют достаточно крупные размеры, поэтому они оседают в объёме дисперсионной среды под воздействием силы тяжести.
Седиментация – это процесс оседания крупных частиц дисперсной фазы. Взвеси – это суспензии, в которых происходит слишком медленная седиментация. Это обусловлено небольшой разницей в плотности дисперсной фазы и дисперсионной среды. Побелка, цементный раствор, краски-эмали, медицинские мази-линименты – самые распространённые примеры суспензий.
Аэрозоли – грубодисперсные системы, в которых сочетаются газообразная дисперсионная среда и жидкая, либо твёрдая дисперсная фаза, например, присутствующие в воздухе жидкие и твёрдые частицы. К примерам аэрозолей можно отнести туман, пылевую и песчаную бури, выпущенный из баллончика поток вещества.
В отдельную от основных группу входят грубодисперсные системы, в которых частицы, или дисперсная фаза, находятся в повышенной концентрации. К ним относятся пасты, например, зубные, косметические, гигиенические.
Коллоидные системы
Коллоидные системы – это классификация дисперсной системы, дисперсную фазу которых составляют достаточно мелкие частицы, от 1 до 100 нанометров. Такие системы представляют собой промежуточное состояние между дисперсными системами и истинными растворами.
Они обычно встречаются в живой природе, например, почва, вода, минералы, глина. Кроме этого, учёные-химики утверждают, что живой организм – это совокупность коллоидных систем, т. е. в нём присутствуют по большей части золи и гели. В организме вещества в разных агрегатных состояниях находятся в постоянном взаимодействии с внешней средой.
Кроме этого, большинство основных биологических жидкостей, например, кровь, плазматическая, лимфатическая и спинномозговая жидкости находятся в промежуточном коллоидном состоянии. Такие важные органические соединения, как белки, гликоген и холестерин также являются коллоидными системами.
Всё это обусловлено тем, что в коллоидных системах дисперсная фаза и дисперсионная среда имеют большую поверхность раздела. Следовательно, в такой системе будет лучше проходить обмен веществ.
Коллоидные системы разделяются на два вида:
- золи, или коллоидные растворы;
- гели, или студни.
Как уже известно, цитоплазма, кариоплазма, жидкость в тканях, плазма, пищеварительные соки представляют собой биологические коллоидные растворы, или золи. Для такой формы коллоидов характерна коагуляция, при которой частицы соединяются и выпадают в осадок. В результате коагуляции золи превращаются в суспензии или гели.
Гели – это группа коллоидных систем, для которых характерна пространственная структура, образованная дисперсной фазой. Гели часто встречаются в повседневной жизни:
- пищевые, например, мармелад, сыр, хлеб, зефир;
- косметические, например, гель для душа, крем, гель для бритья;
- медицинские, например, мази;
- биологические, например, сухожилия, волосы, хрящи, ткани;
- минеральные, например, жемчуг, халцедон.
По истечении некоторого времени в гелях происходит отделение жидкости – этот признак сигнализирует об изменении их структуры. Такой процесс называется синерезисом, т. е. уменьшение объёма геля за счёт выделения жидкости. На основании этого признака устанавливаются сроки годности для бытовых гелей – мазей, косметики, пищевых продуктов.
Кроме этого, синерезис играет важную роль для теплокровных живых организмов. Этот процесс сопровождается свёртыванием крови, когда фибриноген под воздействием определённых факторов трансформируется в фибрин. Это необходимо при ранении, и благодаря этому процессу происходит закупоривание раны во избежание инфицирования. Если этот процесс нарушен, то можно предполагать наличие такого опасного наследственного заболевания как гемофилия.
Внешние признаки коллоидных и истинных растворов практически не различаются, поэтому визуально их достаточно трудно отличить. Для того чтобы их различить, применяют эффект Тиндаля. В этом случае более крупные частицы золя будут отражать свет от своей поверхности, а более мелкие частицы истинного раствора – нет.
- Взрослым: Skillbox, Хекслет, Eduson, XYZ, GB, Яндекс, Otus, SkillFactory.
- 8-11 класс: Умскул, Лектариум, Годограф, Знанио.
- До 7 класса: Алгоритмика, Кодланд, Реботика.
- Английский: Инглекс, Puzzle, Novakid.