Что такое дисперсная система
Растворы бывают гомогенными и гетерогенными смесями веществ - в первых составные части раствора нельзя обнаружить никаким физическим способом; во вторых - различаются области (фазы) различных веществ, которые разграничены поверхностью раздела.
| Дисперсной системой называется гетерогенная смесь, в которой одна фаза в виде отдельных частиц распределена в другой фазе |
Основу дисперсной системы составляет дисперсная среда, в которой находится раздробленное вещество, называемое дисперсной фазой.
Классификация дисперсных систем по степени дисперсности:
- тонкодисперсные (коллоидные) системы (средний размер частиц менее 1 мкм, вплоть до 1 нм) - являются устойчивыми системами;
- грубодисперсные системы (средний размер частиц более 1 мкм) - являются неустойчивыми системами, со временем разделяются на дисперсную среду и дисперсную фазу.
Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию:
- Жидкая дисперсная среда:
- жидкая дисперсная фаза: эмульсии;
- твердая д.ф.: суспензии (взвеси), коллоидные растворы (золи);
- газообразная д.ф.: пены.
- Твердая дисперсная среда:
- жидкая дисперсная фаза: жидкость в пористых телах;
- твердая д.ф.: горные породы, минералосодержащие руды;
- газообразная д.ф.: пористые материалы (пемза).
- Газообразная дисперсная среда:
- жидкая дисперсная фаза: аэрозоли жидкости в газе (туман);
- твердая д.ф.: аэрозоли (дым, смог, пыль)
Классическим естественным примером дисперсной системы является коровье молоко, в состав которого входит вода, жир, казеин и молочный сахар:
- Жир в молоке находится в виде эмульсии, со временем поднимаясь вверх с образованием сливок.
- Белок казеин присутствует в молоке в виде раствора и может быть выделен в виде творога при подкислении молока, также казеин выделяется при скисании молока;
- Молочный сахар находится в молоке в виде молекулярного раствора и может быть выделен только выпариванием.
Коллоидные растворы (золи)
Коллоидными растворами называют тонкодисперсные системы с жидкой дисперсионной средой.
Частицы коллоидных растворов называются мицеллами.
Основой мицеллы является ядро коллоидной частицы, которая адсорбирует на своей поверхности ионы, присутствующие в растворе, образуя тем самым адсорбционный слой, в котором ионы достраивают кристаллическую решетку ядра, придавая ему отрицательный заряд. Такие ионы называются потенциалоопределяющими.
Присутствующие в растворе ионы, противоположные по знаку потенциалоопределяющим ионам, носят название противоионов.
Поскольку потенциалоопределяющие ионы, вклинившиеся в кристаллическую структуру ядра, и противоионы имеют различные знаки, они притягиваются друг к другу, вследствие чего некоторая часть противоионов прилипает к адсорбционному слою, формируя гранулу.
Противоионы, не прилипшие к адсорбционному слою, формируют диффузный слой, который завершает структуру мицеллы.
Таким образом, строение мицеллы можно сравнить со строением Земли, в центре которой находится ядро, окруженное мантией, сверху которой находится земная кора. Роль земного ядра выполняют микрокристаллы нерастворимых молекул. В роли земной мантии выступает адсорбционный слой, сформированный потенциалоопределяющими ионами (ядро+адсорбционный слой = гранула). И завершает строительство мицеллы диффузный слой, выполняющий роль земной коры (гранула+диффузный слой = мицелла).
Высокая устойчивость коллоидного раствора объясняется наличием одноименного заряда у всех гранул. Одноименные заряды, как известно, отталкиваются, поэтому, гранулы не склонны к слипанию (коагуляции), приводящему к укрупнению коллоидных частиц. По этой причине нерастворенное вещество в коллоидном растворе не выпадает в осадок.
Добавление в коллоидный раствор электролита уменьшает заряд гранул, и снижает устойчивость раствора, в результате этих процессов начинается коагуляция, завершающаяся седиментацией (выпадением осадка) или образованием полутвердой упругой массы (геля).
Следует знать, что растворы полимеров (белковые или крахмальные растворы) не являются коллоидными, хоть и обладают многими их свойствами.
Растворы полимеров относятся к истинным растворам, поскольку они не обладают гетерогенностью, основным признаком коллоидных растворов - в полимерных растворах нет поверхности раздела между дисперсной средой и фазой.
Коллоидные растворы широко применяются в промышленности при производстве мыла, бумаги, текстиля и проч.Кровь, сок растений, протоплазма клеток - это всё коллоидные растворы.
Примеры решения задач...См. далее: Состав растворов...
