Die meeste van die stowwe om ons is mengsels van verskeie stowwe, so die studie van hul eienskappe speel 'n belangrike rol in die ontwikkeling van chemie, medisyne, die voedselindustrie en ander sektore van die ekonomie. Die artikel bespreek die kwessies van wat die graad van verspreiding is, en hoe dit die kenmerke van die stelsel beïnvloed.
Wat is verspreide stelsels?
Voordat die graad van verspreiding bespreek word, is dit nodig om te verduidelik op watter sisteme hierdie konsep toegepas kan word.
Kom ons stel ons voor dat ons twee verskillende stowwe het wat van mekaar kan verskil in chemiese samestelling, byvoorbeeld tafelsout en suiwer water, of in die toestand van aggregasie, byvoorbeeld, dieselfde water in vloeistof en vaste stof (ice) state. Nou moet jy hierdie twee stowwe neem en meng en intensief meng. Wat sal die resultaat wees? Dit hang daarvan af of die chemiese reaksie tydens vermenging plaasgevind het of nie. Wanneer daar oor verspreide stelsels gepraat word, word geglo dat wanneer hullegeen reaksie vind in die formasie plaas nie, dit wil sê die aanvanklike stowwe behou hul struktuur op die mikrovlak en hul inherente fisiese eienskappe, soos digtheid, kleur, elektriese geleidingsvermoë, en ander.
Dus, 'n verspreide sisteem is 'n meganiese mengsel, as gevolg waarvan twee of meer stowwe met mekaar gemeng word. Wanneer dit gevorm word, word die begrippe "dispersiemedium" en "fase" gebruik. Die eerste het die eienskap van kontinuïteit binne die sisteem en word as 'n reël daarin in 'n groot relatiewe hoeveelheid aangetref. Die tweede (verspreide fase) word gekenmerk deur die eienskap van diskontinuïteit, dit wil sê in die sisteem is dit in die vorm van klein deeltjies, wat beperk word deur die oppervlak wat hulle van die medium skei.
Homogene en heterogene stelsels
Dit is duidelik dat hierdie twee komponente van die verspreide sisteem sal verskil in hul fisiese eienskappe. As jy byvoorbeeld sand in die water gooi en dit roer, is dit duidelik dat die sandkorrels wat in die water bestaan, waarvan die chemiese formule SiO2 is, nie sal verskil nie op enige manier van die staat toe hulle nie in die water was nie. In sulke gevalle praat mens van heterogeniteit. Met ander woorde, 'n heterogene sisteem is 'n mengsel van verskeie (twee of meer) fases. Laasgenoemde word verstaan as een of ander eindige volume van die sisteem, wat deur sekere eienskappe gekenmerk word. In die voorbeeld hierbo het ons twee fases: sand en water.
Die grootte van die deeltjies van die gedispergeerde fase kan egter so klein word wanneer hulle in enige medium opgelos word dat hulle ophou om hul individuele eienskappe te toon. In hierdie geval praat mens vanhomogene of homogene stowwe. Alhoewel hulle verskeie komponente bevat, vorm hulle almal een fase deur die hele volume van die stelsel. 'n Voorbeeld van 'n homogene stelsel is 'n oplossing van NaCl in water. Wanneer dit oplos, as gevolg van die interaksie met polêre molekules H2O, ontbind die NaCl-kristal in aparte katione (Na+) en anione (Cl).-). Hulle word homogeen met water gemeng, en dit is nie meer moontlik om die raakvlak tussen die opgeloste stof en die oplosmiddel in so 'n stelsel te vind nie.
Partikelgrootte
Wat is die graad van verspreiding? Hierdie waarde moet in meer besonderhede oorweeg word. Wat verteenwoordig sy? Dit is omgekeerd eweredig aan die deeltjiegrootte van die gedispergeerde fase. Dit is hierdie eienskap wat ten grondslag lê aan die klassifikasie van alle stowwe wat oorweeg word.
Wanneer hulle verspreide stelsels bestudeer, raak studente dikwels verward in hul name, omdat hulle glo dat hul klassifikasie ook gebaseer is op die toestand van aggregasie. Dit is nie waar nie. Mengsels van verskillende toestande van aggregasie het werklik verskillende name, byvoorbeeld, emulsies is waterstowwe, en aërosols dui reeds op die bestaan van 'n gasfase. Die eienskappe van dispergeerstelsels hang egter hoofsaaklik af van die deeltjiegrootte van die fase wat daarin opgelos is.
Algemeen aanvaarde klassifikasie
Klassifikasie van verspreide stelsels volgens die graad van verspreiding word hieronder gegee:
- As die voorwaardelike deeltjiegrootte minder as 1 nm is, word sulke stelsels werklike of ware oplossings genoem.
- As die voorwaardelike deeltjiegrootte tussen 1 nm en100 nm, dan sal die betrokke stof 'n kolloïdale oplossing genoem word.
- As die deeltjies groter as 100 nm is, dan praat ons van suspensies of suspensies.
Met betrekking tot bogenoemde klassifikasie, kom ons verduidelik twee punte: eerstens is die gegewe syfers aanduidend, dit wil sê, 'n stelsel waarin die deeltjiegrootte 3 nm is, is nie noodwendig 'n kolloïed nie, dit kan ook 'n ware wees. oplossing. Dit kan vasgestel word deur die fisiese eienskappe daarvan te bestudeer. Tweedens kan jy dalk agterkom dat die lys die frase "voorwaardelike grootte" gebruik. Dit is te wyte aan die feit dat die vorm van die deeltjies in die stelsel heeltemal arbitrêr kan wees, en in die algemene geval 'n komplekse meetkunde het. Daarom praat hulle van een of ander gemiddelde (voorwaardelike) grootte van hulle.
Later in die artikel gee ons 'n kort beskrywing van die genoteerde tipes verspreide stelsels.
Ware oplossings
Soos hierbo genoem, is die graad van verspreiding van deeltjies in werklike oplossings so hoog (hul grootte is baie klein, < 1 nm) dat daar geen raakvlak tussen hulle en die oplosmiddel (medium) is nie, dit wil sê daar is 'n enkelfase homogene stelsel. Vir volledigheid van inligting, onthou ons dat die grootte van 'n atoom in die orde van een angstrom (0,1 nm) is. Die laaste getal dui aan dat die deeltjies in werklike oplossings atoomgrootte is.
Die hoofeienskappe van ware oplossings wat hulle van kolloïede en suspensies onderskei, is soos volg:
- Die toestand van die oplossing bestaan vir 'n arbitrêre lang tyd onveranderd, dit wil sê, geen neerslag van die verspreide fase word gevorm nie.
- Opgelosdie stof kan nie van die oplosmiddel geskei word deur filtrasie deur gewone papier nie.
- Die stof word ook nie geskei as gevolg van die proses van deurgang deur die poreuse membraan, wat in chemie dialise genoem word nie.
- Dit is moontlik om 'n opgeloste stof van 'n oplosmiddel te skei slegs deur die toestand van aggregasie van laasgenoemde te verander, byvoorbeeld deur verdamping.
- Vir ideale oplossings kan elektrolise uitgevoer word, dit wil sê, 'n elektriese stroom kan deurgevoer word as 'n potensiaalverskil (twee elektrodes) op die stelsel toegepas word.
- Hulle strooi nie lig nie.
'n Voorbeeld van ware oplossings is die vermenging van verskeie soute met water, byvoorbeeld NaCl (tafelsout), NaHCO3 (koeksoda), KNO 3(kaliumnitraat) en ander.
Kolloïedoplossings
Dit is tussenstelsels tussen werklike oplossings en skorsings. Hulle het egter 'n aantal unieke eienskappe. Kom ons lys hulle:
- Hulle is meganies stabiel vir 'n arbitrêre lang tyd as die omgewingstoestande nie verander nie. Dit is genoeg om die stelsel te verhit of sy suurheid (pH-waarde) te verander, aangesien die kolloïed koaguleer (presipiteer).
- Hulle word nie met filtreerpapier geskei nie, maar die dialiseproses lei tot skeiding van die gedispergeerde fase en die medium.
- Soos met ware oplossings, kan hulle geelektroliseer word.
- Vir deursigtige kolloïdale stelsels is die sogenaamde Tyndall-effek kenmerkend: as jy 'n ligstraal deur hierdie stelsel stuur, kan jy dit sien. Dit is verbind metverstrooiing van elektromagnetiese golwe in die sigbare deel van die spektrum in alle rigtings.
- Vermoë om ander stowwe te adsorbeer.
Kolloïdale stelsels, as gevolg van die gelyste eienskappe, word wyd deur mense gebruik in verskeie aktiwiteitsvelde (voedselindustrie, chemie), en word ook dikwels in die natuur aangetref. 'n Voorbeeld van 'n kolloïed is botter, mayonnaise. In die natuur is dit mis, wolke.
Voordat ons voortgaan met die beskrywing van die laaste (derde) klas verspreide stelsels, laat ons sommige van die genoemde eienskappe vir kolloïede in meer besonderhede verduidelik.
Wat is kolloïdale oplossings?
Vir hierdie tipe verspreide stelsels kan die klassifikasie gegee word, met inagneming van die verskillende aggregaattoestande van die medium en die fase wat daarin opgelos is. Hieronder is die ooreenstemmende tabel/
| Woensdag/Fase | Gas | Vloeistof | Styf lyf |
| gas | alle gasse is oneindig oplosbaar in mekaar, so hulle vorm altyd ware oplossings | aërosol (mis, wolke) | aërosol (rook) |
| vloeistof | skuim (skeer, geklopte room) | emulsie (melk, mayonnaise, sous) | sol (waterverf) |
| solid body | skuim (puimsteen, deurlugte sjokolade) | gel (gelatien, kaas) | sol (robyn kristal, graniet) |
Die tabel toon dat kolloïdale stowwe oral teenwoordig is, beide in die alledaagse lewe en in die natuur. Let daarop dat 'n soortgelyke tabel ook vir skorsings gegee kan word, onthou dat die verskil metkolloïede in hulle is slegs in die grootte van die verspreide fase. Opskortings is egter meganies onstabiel en is dus van minder praktiese belang as kolloïdale stelsels.
Die rede vir die meganiese stabiliteit van kolloïede
Hoekom mayonnaise lank in die yskas kan lê, en gesuspendeerde deeltjies daarin presipiteer nie? Hoekom "val" verfdeeltjies wat in water opgelos is, nie uiteindelik na die bodem van die houer nie? Die antwoord op hierdie vrae sal Brownse beweging wees.
Hierdie tipe beweging is in die eerste helfte van die 19de eeu ontdek deur die Engelse plantkundige Robert Brown, wat onder 'n mikroskoop waargeneem het hoe klein stuifmeeldeeltjies in water beweeg. Vanuit 'n fisiese oogpunt is Brownse beweging 'n manifestasie van die chaotiese beweging van vloeibare molekules. Die intensiteit daarvan neem toe as die temperatuur van die vloeistof verhoog word. Dit is hierdie tipe beweging wat veroorsaak dat klein deeltjies kolloïdale oplossings in suspensie is.
Adsorpsie-eiendom
Dispersie is die wederkerige van die gemiddelde deeltjiegrootte. Aangesien hierdie grootte in kolloïede in die reeks van 1 nm tot 100 nm lê, het hulle 'n baie ontwikkelde oppervlak, dit wil sê die verhouding S / m is 'n groot waarde, hier is S die totale raakvlakoppervlak tussen die twee fases (dispersiemedium) en deeltjies), m - totale massa van deeltjies in oplossing.
Atome wat op die oppervlak van die deeltjies van die verspreide fase is, het onversadigde chemiese bindings. Dit beteken dat hulle verbindings met ander kan vormmolekules. As 'n reël ontstaan hierdie verbindings as gevolg van van der Waals-kragte of waterstofbindings. Hulle is in staat om verskeie lae molekules op die oppervlak van kolloïdale deeltjies te hou.
'n Klassieke voorbeeld van 'n adsorbens is geaktiveerde koolstof. Dit is 'n kolloïed, waar die dispersiemedium 'n vaste stof is, en die fase 'n gas. Die spesifieke oppervlakte daarvoor kan 2500 m2/g bereik.
Fynheidgraad en spesifieke oppervlakte
Om S/m te bereken is nie 'n maklike taak nie. Die feit is dat die deeltjies in 'n kolloïdale oplossing verskillende groottes, vorms het, en die oppervlak van elke deeltjie het 'n unieke reliëf. Daarom lei teoretiese metodes om hierdie probleem op te los tot kwalitatiewe resultate, en nie tot kwantitatiewe nie. Dit is nietemin nuttig om die formule vir die spesifieke oppervlakte te gee uit die graad van verspreiding.
As ons aanneem dat alle deeltjies van die sisteem 'n sferiese vorm en dieselfde grootte het, word die volgende uitdrukking as gevolg van eenvoudige berekeninge verkry: Sud=6/(dρ), waar Sud - oppervlakte (spesifiek), d - partikel deursnee, ρ - digtheid van die stof waaruit dit bestaan. Uit die formule kan gesien word dat die kleinste en swaarste deeltjies die meeste sal bydra tot die hoeveelheid wat oorweeg word.
Die eksperimentele manier om Sud te bepaal, is om die volume gas te bereken wat deur die stof wat bestudeer word geadsorbeer word, asook om die poriegrootte (dispergeerde fase) te meet. daarin.
Vriesdroog enlyofobies
Liofilisiteit en lyofobisiteit - dit is die kenmerke wat in werklikheid die bestaan bepaal van die klassifikasie van verspreide sisteme in die vorm waarin dit hierbo gegee word. Beide konsepte kenmerk die kragbinding tussen die molekules van die oplosmiddel en die opgeloste stof. As hierdie verhouding groot is, dan praat hulle van lyofilisiteit. Dus, alle ware oplossings van soute in water is lyofiel, aangesien hul deeltjies (ione) elektries verbind is met polêre molekules H2O. As ons sulke stelsels as botter of mayonnaise beskou, dan is dit verteenwoordigers van tipiese hidrofobiese kolloïede, aangesien vet (lipied) molekules daarin polêre molekules afstoot H2O.
Dit is belangrik om daarop te let dat lyofobiese (hidrofobies as die oplosmiddel water is) sisteme termodinamies onstabiel is, wat hulle onderskei van lyofiele.
Eienskappe van skorsings
Beskou nou die laaste klas verspreide stelsels – skorsings. Onthou dat hulle gekenmerk word deur die feit dat die kleinste deeltjie in hulle groter as of in die orde van 100 nm is. Watter eienskappe het hulle? Die ooreenstemmende lys word hieronder gegee:
- Hulle is meganies onstabiel, so hulle vorm sediment in 'n kort tydperk.
- Hulle is bewolk en ondeursigtig vir sonlig.
- Fase kan met filtreerpapier van medium geskei word.
Voorbeelde van suspensies in die natuur sluit in modderige water in riviere of vulkaniese as. Menslike gebruik van suspensies word geassosieer asgewoonlik saam met medisyne (middeloplossings).
Koagulasie
Wat kan gesê word oor mengsels van stowwe met verskillende grade van verspreiding? Hierdie kwessie is gedeeltelik reeds in die artikel behandel, aangesien die deeltjies in enige verspreidingstelsel 'n grootte het wat binne sekere perke lê. Hier kyk ons net na een eienaardige geval. Wat gebeur as jy 'n kolloïed en 'n ware elektrolietoplossing meng? Die geweegde stelsel sal gebreek word, en die stolling daarvan sal plaasvind. Die rede daarvoor lê in die invloed van die elektriese velde van die ware oplossing-ione op die oppervlaklading van kolloïdale deeltjies.
