Дисперсные системы. Коллоидные растворы.

Муниципальное общеобразовательное учреждение
Лицей №2 при Пермском Государственном Университете.







Дисперсные системы.
Коллоидные растворы.





Работу выполнили ученицы
10 биохимического класса
Островидова Екатерина Викторовна
Кожина Мария Николаевна
Руководитель, преподаватель
Зотина Ирина Михайловна


г. Пермь. 2010.
Введение в тему.
Холодный утренний туман, пыль, летящая из-под колёс автомобиля и поднимающаяся в воздух. Столбы дыма над заводами и фабриками. Взвешенные частицы в воде рек и ручьёв. Всё это мы видели множество раз. Нас постоянно окружают дисперсные системы. Они широко распространены в природе и технике.

Дисперсные системы - это такие системы, в которых одно вещество равномерно распределено в виде частиц внутри другого вещества.

В дисперсных системах различают:
1.Дисперсную фазу - мелкораздробленное вещество. С увеличением дисперсности возрастает общая поверхность дисперсной фазы.
2.Дисперсную среду – однородное вещество, в котором распределена дисперсная фаза.











Дисперсная фаза

Дисперсионная среда


Туман

Частичка жидкости

Воздух


Дым

Твёрдые частицы

Воздух


Молоко

Частицы жира

Жидкость


Мутная вода

Твёрдые частицы

Вода

1

Дисперсные системы







Тонкодисперсные системы Грубодисперсные системы
Обычные (истинные) растворы а) Коллоидные растворы
б) Суспензии
в) Эмульсии





Все дисперсные системы отличаются размером частиц.
Сравнительно большие размеры частиц (больше 100 нм) имеют грубодисперсные системы – суспензии и эмульсии (осаждаются, легко задерживаются фильтровальной бумагой).
В истинных растворах вещества находятся в виде молекул и ионов, распределённых равномерно среди молекул растворителя.
Частицы грубодисперсных систем хорошо видны в микроскоп. Например, молоко представляющее эмульсию капелек жира в сыворотке. Дым – это множество твёрдых частиц, взвешенных в воздухе. Грубодисперсные системы неустойчивы и со временем дисперсная фаза отделяется от дисперсионной среды. Размером частиц промежуточное положение между истинными растворами и взвесями занимают коллоидные растворы – золи. Коллоидные частицы очень малы, но всё - же они могут состоять из сотен и тысяч молекул.










2

Коллоидные растворы.
От греч. Колла – клей, подобный клею.
Коллоидные растворы иначе называют золями.

Коллоидные растворы (золи).
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Гидрофильные Гидрофобные

Гидрофильные золи – взаимодействие между дисперсной фазой и средой выражено сильно. Частицы дисперсной фазы окружены гидратной оболочкой.
Гидрофобные золи – взаимодействие между дисперсной фазой и средой отсутствует или слабеет.




3
Свойства коллоидных растворов.

Коллоидные частицы настолько малы, что не видны в обычный микроскоп. По внешнему виду коллоидный раствор нельзя отличить от истинного. Однако, если на освещённый коллоидный раствор посмотреть сбоку, то путь луча будет виден, как светлая дорожка, образовавшаяся в результате рассеивания светочастицами (этот эффект можно наблюдать в затемнённом помещении). Это явление используют для распознавания коллоидных растворов. В истинном растворе луч света не виден, так как молекулы и ионы слишком малы и не рассеивают его. В коллоидном растворе свет хорошо заметен. Он образует так называемый конус Тиндаля (рис. 1, рис. 2 ,рис 3).


Рис.1






Рис.2
Кажется, что мука, растворенная в воде
имеет синий цвет. Этот эффект объясняется
тем, что синий свет рассеян частицами муки более сильно, чем красный свет.
4

Рис.3
Солнечные лучи, проходящие сквозь туман





Частицы коллоидных растворов под ударами молекул растворителя совершают непрерывные хаотические перемещения. Это явление носит название Броуновского движения (рис. 4)


рис. 4

Из-за очень малых размеров коллоидные частицы имеют огромную суммарную поверхность. В самом деле, поверхность кубика с длиной ребра в 1 см составляет всего 6 см2 . Но если 1 см3 вещества раздробить на части объёмом в 1 кубический микрон, то общая их поверхность увеличится в 10000 тысяч раз. Поэтому поглотительные свойства коллоидных частиц проявляются значительно сильнее, чем у нераздробленного вещества. Коллоидные частицы адсорбируют на своей поверхности катионы или анионы из окружающей среды. Адсорбированные ионы сообщают коллоидным частицам положительный или отрицательный заряд. В электрическом поле заряженные частицы коллоидных растворов приобретают направленное движение к полюсу противоположного знака. Это явление называют электрофорезом - используется для разделения коллоидных растворов. Одноимённый заряд коллоидных частиц препятствует слипанию их друг с другом и придаёт коллоидным растворам относительную устойчивость. Если в коллоидную

5

систему добавить электролит, то заряд нейтрализуется ионами противоположного знака. Лишённые заряда коллоидные частицы слипаются в более крупные образования. Происходит коагуляция коллоида, которая обычно сопровождается выпадением осадка. Некоторые коллоиды при коагуляции дают осадки, удерживающие большое количество воды. Их называют гидрофильными. Другие, осаждаются в виде порошков, почти не увлекая с собой воду. Они носят название гидрофобные.


Золи обладают рядом специфических свойств:

В зависимости от размеров частиц они могут иметь различную окраску. Золи золота могут быть синими, фиолетовыми, вишневатыми, рубиново – красными.

Используя различную величину частиц коллоидных растворов и истинных растворов, можно разделять смесь коллоидного и истинного раствора.
Для этого подбирают пористую перепонку (пергаментную бумагу, животный пузырь) с такими мелкими порами, через которые коллоидные частицы пройти не могут, а проходят только молекулы и ионы. Такой способ освобождения золя от частиц истинного раствора называется диализом, а прибор диализатором.
Однако из важных свойств золей – то, что их частицы имеют электрические заряды одного знака. Благодаря этому они не соединяются в большие крупные частицы и не осаждаются. При этом частицы одних золей имеют заряд «-» , других «+».
Заряд « - » имеют золи : металлов, сульфидов, кремниевой кислоты, оловянной кислоты .
Заряд «+» имеют золи : гидроксидов металлов, оксидов металлов.
Возникновение заряда объясняется адсорбцией коллоидными частицами ионов из раствора.

Строение коллоидных частиц .
Коллоидные частицы имеют сложное строение. Они состоят из ядер и адсорбированных и притянутых ионов.
В качестве примера рассмотрим строение коллоидной частицы кремниевой кислоты .
Ядро частицы нейтрально и состоит из молекул кислоты. На поверхности ядра адсорбируется n ионов (SiO3)2- (т.к. золь получают прибавлением к соляной кислоте раствора Na2SiO3).
Обычно адсорбируемые ионы близки по свойствам природе к составу ядра. Это потенциально определяющие ионы (зарядообразующие именно они обусловливают заряд частиц)
Адсорбированные ионы притягивают из раствора ионы противоположного знака – противоионы в нашем примере это H+ . Часть их 2(n-1) адсорбируются на частицы. Адсорбированные ионы SiO32- с адсорбированными ионами Н+ образуют адсорбированный слой. Другая часть противоионов 2x H+ находится в жидкой фазе и образует подвижный диффузный слой.
Ядро вместе с адсорбционным слоем называется гранулой или собственно коллоидной частицей. Например, гранула заряжена отрицательно, так как адсорбция ионов SiO32- происходит сильнее, чем ионов Н+.
Коллоидная частица вместе с противоионами диффузного слоя называется мицеллой. Мицелла – структурная единица золя.
6



{ [H2 SiO3] m * n SiO32- * 2(n-x) Н+}- * 2 x Н+
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

Ядро потенциал - противоионы
определяющие
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
адсорбционный слой диффузный слой




Гранула



Мицелла





m -число молекул в ядре
n - число ионов, адсорбированных на ядре
2(n-x)- число противоионов адсорбционного слоя
2 x-число противоионов диффузного слоя

Мицелла электронейтральна,
гранула несёт заряд (в примере – отрицательный).

Устойчивости золей так же способствует гидратная оболочка, образуемая зарядообразующими ионами и противоионами
(на схеме не показана)
Для осаждения золя необходимо, чтобы его частицы соединялись в более крупные агрегаты. Этот процесс называется коагуляция, а осаждение под действием силы тяжести называется седиментация.
Причины, вызывающие коагуляцию:
прибавление к золю электролита
прибавление к золю другого золя, частицы которого имеют противоположный заряд Fe(OH)3 – заряжены «+» и As2S3 – заряжены «-».
3) температура уменьшает адсорбцию ионов коллоидными частицами (уменьшает их заряд) и разрушает сольватные оболочки.
В 1-м случае происходит нейтрализация зарядов коллоидных частиц ионами электролита. Золи, содержащие «+» - заряженные частицы коагулируют под действием анионов; и наоборот.
7
Частицы золя As2S3 осаждаются при добавлении соляной кислоты, так как ионы H+ проникают в адсорбционный слой частиц и уменьшают или полностью нейтрализуют их « -» заряд.


Коагуляция гидрофильных золей приводят к образованию гелей. При этом вся масса коллоидных частиц, связывая растворитель, переходит в своеобразное полужидкое-полутвёрдое состояние.
От гелей следует отличать студни – растворы высокомолекулярных веществ в низкомолекулярных жидкостях (системы гомогенные). Их можно получить при набухании твёрдых полимеров в определённых жидкостях.

Процесс, обратный коагуляции, называется пептизация. Он всегда имеет место при промывании осадков водой. При этом ионы электролита-коагулятора вымываются, частицы снова приобретают заряды и переходят в состояние золя. Пептизации легко подвергаются осадки сульфидов.
Во избежание пептизации осадка при его промывании к промывной воде добавляют электролит – обычно соль аммония (при необходимости легко удаляется).



{ [ Fe(OH)3]m * n Fe3+ * 3(n-x) Cl - } 3x+ * 3x Cl -
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Ядро потенциал - противоионы
определяющие

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
адсорбционный слой диффузный слой



Гранула




Мицелла

Fe Cl3 + 3 NaOH= Fe (OH)3 + 3 NaCl
KI + AgNO3 =AgI + KNO3
10мл 3мл



8

{ [ AgI ]m * n I - * (n-x) K+ } x- * x K+
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

Ядро потенциал - противоионы
определяющие
ионы или
зарядообразующие
ионы




диффузный слой
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
AgNO3 + KI = AgI + KNO3
10мл 3мл


{ [ AgI ]m * n Ag + * (n-x) I - } x+ * x I -

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Ядро потенциал - противоионы
определяющие
ионы




диффузный слой












9
Способы получения коллоидных систем.
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
дисперсионный метод конденсационный метод


Дисперсионные методы получения коллоидов осуществляют размельчение вещества на различных дробилках, шаровых и других мельниц. Коллоидные растворы можно получать и при помощи электрической дуги. Металл превращается в пар, в результате конденсации образуются коллоидные частицы. Диспергирование чаще всего производят при помощи особых «коллоидных мельниц».


Конденсационные методы – коллоидные частицы образуются за счёт объединения атомов или молекул в агрегаты. При этом методе молекулы нерастворимого вещества, например, хлористого серебра, слипаются, конденсируются в более крупные образования – частицы. Вот ещё один пример, приливая раствор хлорного железа в горячую воду, получаем зольгидроокись железа.














10

Макромолекулы.

Некоторыми свойствами коллоидов обладают растворы высокомолекулярных веществ - белка, каучука, полиэтилена и многих других. Они диспердируют до отдельных молекул, как вещества в истинных растворах, но сами эти молекулы настолько велики, что вполне соизмеримы с коллоидными частицами. Такие молекулярные коллоиды могут быть получены непосредственным растворением. Растворению высокомолекулярных веществ предшествует набухание и образование студнеобразной массы – геля. При набухании студ же поглощает ту или иную жидкость окружающей среды и сильно увеличивается в объёме, что приводит к огромному повышению давления на стенке сосудов. Студни обладают рядом свойств твёрдого тела. Они легко режутся, сохраняют первоначальную форму. В студнях химические реакции протекают своеобразно. Нерастворимые продукты реакции осаждаются не сплошной массой, а в виде концентрических колец. Так называемых колец Лизеганга.












11
Дисперсные системы в природе и технике.

Вещества в коллоидном состоянии являются основой органической жизни на земле. Протоплазма любой органической клетки – это сложная коллоидная система.
Золи более распространены, чем истинные растворы. Протоплазма живых клеток, кровь, соки растений – всё это сложные золи. С золями связано получение искусственных волокон, дубление кож, крашение, изготовление клеев, лаков, плёнок, чернил. Много золей в почве. Они имеют первостепенное значение для её плодородия.





Электроочистка в коллоидном растворе.












12

Список литературы.

«Вода в дисперсные системы» под редакцией А.Н. Дерягина.
«Коллоидная химия» Е.Д. Щукин.
«Курс коллоидной химии» С.С. Воюцкий .




























13





зима 041Копия 199431

Приложенные файлы

  • doc fil 19.doc
    Размер файла: 3 MB Загрузок: 7