Розділ 3. Дисперсні системи. Розчини. Комплексні речовини

Тема 3.1. Дисперсні системи

План

1. Дисперсні системи. Склад дисперсних систем.
2. Класифікація дисперсних систем

2.1. Класифікація за ступенем дисперсності.*

2.2. Класифікація за агрегатним станом.**

2.3. Класифікація за взаємодією між часточками дисперсної фази.*

3. Поняття про колоїдні розчини.*

1. Системи, в яких одна речовина розподілена в середовищі іншої у вигляді дуже дрібних частинок, називаються дисперсними системами. Вони складаються з роздроблених часточок того чи іншого розміру і форми (дисперсна фаза), і оточуючої їх речовини (дисперсійне середовище). Отже всі дисперсні системи є гетерогенними.

Обов’язковою умовою існування дисперсних систем є взаємна нерозчинність диспергованої речовини і дисперсійного середовища. Наприклад, не можна дістати колоїдні розчини цукру або солі у воді, але їх можна мати у гасі чи бензолі, у яких ці речовини не розчиняються.

2. Дисперсні системи класифікують за дисперсністю, агрегатним станом дисперсної фази і дисперсійного середовища, інтенсивністю взаємодії між ними, відсутністю або утворенням структур у дисперсних системах.

2.1. Кількісною характеристикою дисперсності речовини є ступінь дисперсності (D) – величина, обернена поперечнику а дисперсних часток:

,

де а дорівнює діаметру сферичних чи волокнистих, або довжині ребра кубічних часточок чи товщині плівок.

 

 

Системи	Роздробленість речовини	Поперечник часточок, см	Ступінь дисперсності, см-1	Число атомів в одній часточці
Грубодисперсні	Макроскопічна Мікроскопічна	1-10-2 10-2-10-5	1-102 102-105	>1018 >109
Гранично-високодисперсні	Колоїдна	10-5 - 10-7	105 - 107	109- 103
Молекулярні або йонні	Молекулярна та йонна	10-7 – 10-8	>107	>103

 

2.2. Записуючи схематично агрегатний стан дисперсних систем, першим вказують агрегатний стан дисперсійного середовища за допомогою букв Г (газ), Р (рідина),або Т (твердий), потім ставлять тире і записують агрегатний стан дисперсної фази.

Табл. Класифікація дисперсних систем за агрегатним станом

№	Агрегатний стан дисперсійного середовища	Агрегатний стан дисперсної фази	Схема дисперсної системи	Тип дисперсної системи	Приклади
	газ	рідина	Г1 – Р2	Туман – це аерозоль з рідкою дисперсною фазою
	газ	твердий	Г1 – Т2	Пил і дим – це аерозоль з твердою дисперсною фазою; Пил утворюється в результаті диспергування речовин; а дим – в результаті конденсації летких речовин
	рідина	газ	Р1 – Г2	Піна – дисперсія газу в рідині
	рідина	рідина	Р1 – Р2	Емульсія – дисперсні системи, у яких одна рідина роздроблена в іншій рідині, що її не розчиняє	рослинна олія і вода; бензин і вода
	рідина	твердий	Р1 – Т2	Суспензії (зависі) – низько дисперсні системи твердих часточок у рідинах Колоїдні розчини (золі) – гранично-високодисперсні системи твердих часточок у рідинах	суміш крейди з водою
	твердий	газ	Т1 – Г2	Тверді піни – дисперсія газу в твердому тілі	Пінопласти, пінобетон, пемза, шлак, метали з включенням газів; хлібобулочні вироби
	твердий	рідина	Т1 – Р2		Натуральні перли, що являють собою карбонат кальцію, у якому колоїдно диспергована вода
	твердий	твердий	Т1 – Т2		Бетон, деякі сплави, кольорове скло (диспергування в силікатному склі домішок металів або їхніх оксидів. Що надають склу забарвлення), емалі (різновидності силікатного скла з включеннями пігментів SnO2, TiO2, ZrO2), ряд мінералів, коштовних каменів (рубін –Cr2O3 диспергований в Al2O3)

 

2.3. Дисперсні системи можуть бути вільнодисперсними і зв’язнодисперсними. До вільно дисперсних систем належать аерозолі, лізолі, розбавлені суспензії та емульсії. Вони текучі. У цих системах часточки дисперсної фази не мають контактів, беруть участь у безладному тепловому русі. Вільно рухаються під дією сили тяжіння.

Зв’язнодисперсні системи – твердоподібні; вони виникають при контакті часточок дисперсної фази, що приводить до утворення структури у вигляді каркасу або сітки. Така структура обмежує текучість дисперсної системи і надає їй здатності зберігати форму. Подібні структуровані системи називають гелями. Приклади: порошки, концентровані емульсії і суспензії (пасти), піни.

Дисперсні системи принципово термодинамічно нестійкі, що приводить до руйнування систем: тумани випадають дощем, емульсії розшаровуються, колоїдні розчини коагулюють.

3. Колоїдні часточки можуть мати різну внутрішню структуру, що істотно позначається на способах утворення колоїдних розчинів і на їхніх властивостях. Існують три типи внутрішньої структури первинних часточок колоїдних розчинів.

І тип – суспензоїди (необоротні колоїди, ліофобні колоїди). Так називають колоїдні розчини металів, їхніх оксидів, гідроксидів, сульфідів та інших солей. Суспезоїди – типові гетерогенні високодисперсні системи, властивості яких визначаються дуже сильно розвинутою міжфазовою поверхнею. Від суспензій вони відрізняються вищою дисперсністю. Як і суспензії, не можуть тривалий час існувати, коли немає стабілізатора дисперсності. Необоротними їх називають тому, що осади, які лишаються при випаровуванні таких колоїдних розчинів, не утворюють знову золю в разі контакту з дисперсійним середовищем.

Ліофобні золі можна добути двома способами: диспергуванням, тобто подрібненням великих тіл, і конденсацією молекулярно- або іонно розчинених речовин.

ІІ тип – асоціативні або міцелярні колоїди (напівколоїди)

Міцели – скупчення правильно розміщених молекул, що утримуються переважно дисперсійними силами.

Утворення міцел є характерним для водних розчинів миючих речовин і деяких органічних барвників з великими молекулами; в інших середовищах, наприклад в етиловому спирті. Ці речовини розчиняються з утворенням молекулярних розчинів.

ІІІ тип – молекулярні колоїди (оборотні або ліофільні колоїди). До них належать природні і синтетичні ВМС з молекулярною масою від 10000 до кількох мільйонів. Речовини цього типу назвали оборотними колоїдами, тому що після випаровування їх розчинів і добавляння нової порції розчинника сухий залишок знову переходить у розчин.

Контрольні запитання:

1. Що називається дисперсними системами?
2. Склад дисперсних систем.
3. Класифікація дисперсних систем.
4. Що називається ступенем диспергування?
5. Типи колоїдних розчинів.

Література:

1. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. – Л.: Химия, 1979. – Гл. Х, §§ 105-107, с. 305-316.
2. Хомченко Г.П. Химия. – М.: Высшая школа, 1981. – Ч. І, Гл. 5, §48, с. 57-58.