
Чистые вещества в природе встречаются очень редко. В природе чаще всего
встречаются смеси различных веществ. Смеси разных веществ в различных
агрегатных состояниях могут образовывать гетерогенные и гомогенные системы.
Дисперсной называется система, состоящая из двух или
более веществ, причем одно из них в виде очень маленьких частиц равномерно
распределено в объеме другого.
Вещество распадается на ионы, молекулы, атомы, значит “дробится” на
мельчайшие частицы. “Дробление” > диспергирование, т.е. вещества диспергируют
до разных размеров частиц видимых и невидимых.
Вещество, которое присутствует в меньшем количестве,
диспергирует и распределено в объеме другого, называют дисперсной
фазой. Она может состоять из нескольких веществ.
Вещество, присутствующее в большем количестве, в
объеме которого распределена дисперсная фаза, называют дисперсной средой. Между ней и
частицами дисперсной фазы существует поверхность раздела, поэтому дисперсные
системы называются гетерогенными (неоднородными).
И дисперсную среду, и дисперсную фазу могут представлять вещества,
находящиеся в различных агрегатных состояниях – твердом, жидком и газообразном.
В зависимости от сочетания агрегатного состояния дисперсной среды и
дисперсной фазы можно выделить 9 видов таких систем.
Таблица
Примеры дисперсных систем
Примеры дисперсных систем
Дисперсионная
среда
|
Дисперсная
фаза
|
Примеры
некоторых природных и бытовых дисперсных систем
|
Газ
|
Газ
|
Всегда
гомогенная смесь (воздух, природный газ)
|
Жидкость
|
Туман,
попутный газ с капельками нефти, карбюраторная смесь в двигателях автомобилей
(капельки бензина в воздухе), аэрозоли
|
|
Твердое
вещество
|
Пыли в
воздухе, дымы, смог, самумы (пыльные и песчаные бури), аэрозоли
|
|
Жидкость
|
Газ
|
Шипучие
напитки, пены
|
Жидкость
|
Эмульсии.
Жидкие среды организма (плазма крови, лимфа, пищеварительные соки), жидкое
содержимое клеток (цитоплазма, кариоплазма)
|
|
Твердое
вещество
|
Золи,
гели, пасты (кисели, студни, клеи). Речной и морской ил, взвешенные в воде;
строительные растворы
|
|
Твердое
вещество
|
Газ
|
Снежный
наст с пузырьками воздуха в нем, почва, текстильные ткани, кирпич и керамика,
поролон, пористый шоколад, порошки
|
Жидкость
|
Влажная
почва, медицинские и косметические средства (мази, тушь, помада и т. д.)
|
|
Твердое
вещество
|
Горные
породы, цветные стекла, некоторые сплавы
|
По величине частиц веществ, составляющих дисперсную фазу, дисперсные
системы делятся на грубодисперсные (взвеси) с размерами
частиц более 100 нм и тонкодисперсные (коллоидные растворы
или коллоидные системы) с размерами частиц от 100 до 1 нм. Если же вещество
раздроблено до молекул или ионов размером менее 1 нм, образуется гомогенная
система – раствор. Она однородна,
поверхности раздела между частицами и средой нет.
Дисперсные системы и растворы очень важны в повседневной жизни и в природе.
Судите сами: без нильского ила не состоялась бы великая цивилизация Древнего
Египта; без воды, воздуха, горных пород и минералов вообще бы не существовала
живая планета – наш общий дом – Земля; без клеток не было бы живых организмов и
т.д.
ВЗВЕСИ
Взвеси – это дисперсные
системы, в которых размер частицы фазы более 100 нм. Это непрозрачные системы,
отдельные частицы которых можно заметить невооруженным глазом. Дисперсная фаза
и дисперсная среда легко разделяются отстаиванием, фильтрованием. Такие системы
разделяются на:
1.
Эмульсии (и среда, и фаза – нерастворимые друг в
друге жидкости). Из воды и масла можно приготовить эмульсию длительным
встряхиванием смеси. Это хорошо известные вам молоко, лимфа, водоэмульсионные
краски и т.д.
2.
Суспензии ( среда – жидкость, фаза – нерастворимое
в ней твердое вещество).Чтобы приготовить суспензию , надо вещество измельчить
до тонкого порошка, высыпать в жидкость и хорошо взболтать. Со временем частица
выпадут на дно сосуда. Очевидно, чем меньше частицы, тем дольше будет сохраняться
суспензия. Это строительные растворы, взвешенный в воде речной и морской ил,
живая взвесь микроскопических живых организмов в морской воде – планктон,
которым питаются гиганты – киты, и т.д.
3.
Аэрозоли взвеси в газе (например, в
воздухе) мелких частиц жидкостей или твердых веществ. Различаются пыли, дымы,
туманы. Первые два вида аэрозолей представляют собой взвеси твердых частиц в
газе (более крупные частицы в пылях), последний – взвесь капелек жидкости в
газе. Например: туман, грозовые тучи – взвесь в воздухе капелек воды, дым –
мелких твердых частиц. А смог, висящий над крупнейшими городами мира, также
аэрозоль с твердой и жидкой дисперсной фазой. Жители населенных пунктов вблизи
цементных заводов страдают от всегда висящей в воздухе тончайшей цементной
пыли, образующейся при размоле цементного сырья и продукта его обжига –
клинкера. Дым заводских труб, смоги, мельчайшие капельки слюны, вылетающих изо
рта больного гриппом, также вредные аэролози. Аэрозоли играют важную роль в
природе, быту и производственной деятельности человека. Скопление облаков,
обработка полей химикатами, нанесение лакокрасочных покрытий при помощи
пульверизатора, лечение дыхательных путей (ингаляция) – примеры тех явлений и
процессов, где аэрозоли приносят пользу. Аэрозоли – туманы над морским прибоем,
вблизи водопадов и фонтанов, возникающая в них радуга доставляет человеку
радость, эстетическое удовольствие.
Для химии наибольшее значение имеют дисперсные системы, в которых средой
является вода и жидкие растворы.
Природная вода всегда содержит растворенные вещества. Природные водные
растворы участвуют в процессах почвообразования и снабжают растения
питательными веществами. Сложные процессы жизнедеятельности, происходящие в
организмах человека и животных, также протекают в растворах. Многие
технологические процессы в химической и других отраслях промышленности,
например получение кислот, металлов, бумаги, соды, удобрений, протекают в
растворах.
КОЛЛОИДНЫЕ СИСТЕМЫ
Коллоидные системы (в переводе с
греческого “колла” – клей, “еидос” вид клееподобные) – это
такие дисперсные системы, в которых размер частиц фазы от 100 до 1 нм. Эти
частицы не видны невооруженным глазом, и дисперсная фаза и дисперсная среда в
таких системах отстаиванием разделяются с трудом.
Из курса общей биологии вам известно, что частицы такого размера можно
обнаружить при помощи ультрамикроскопа, в котором используется принцип
рассеивания света. Благодаря этому коллоидная частица в нем кажется яркой
точкой на темном фоне.
Их подразделят на золи (коллоидные растворы) и гели (студни).
1. Коллоидные растворы, или золи. Это большинство жидкостей живой клетки
(цитоплазма, ядерный сок – кариоплазма, содержимое органоидов и вакуолей). И
живого организма в целом (кровь, лимфа, тканевая жидкость, пищеварительные соки
и т.д.) Такие системы образуют клеи, крахмал, белки, некоторые полимеры.
Коллоидные растворы могут быть получены в результате химических реакций;
например, при взаимодействии растворов силикатов калия или натрия (“растворимого
стекла”) с растворами кислот образуется коллоидный раствор кремниевой кислоты.
Золь образуется и при гидролизе хлорида железа (III) в горячей воде.
Характерное свойство коллоидных растворов – их прозрачность. Коллоидные
растворы внешне похожи на истинные растворы. Их отличают от последних по
образующейся “светящейся дорожке” – конусу при пропускании через них луча
света. Это явление называют эффектом Тиндаля. Более крупные, чем в истинном
растворе, частицы дисперсной фазы золя отражают свет от своей поверхности, и
наблюдатель видит в сосуде с коллоидным раствором светящийся конус. В истинном
растворе он не образуется. Аналогичный эффект, но только для аэрозольного, а не
жидкого коллоида, можно наблюдать в лесу и в кинотеатрах при прохождении луча
света от киноаппарата через воздух кинозала.
Коагуляция – явление слипания коллоидных частиц и выпадения их в
осадок – наблюдается при нейтрализации зарядов этих частиц, когда в коллоидный
раствор добавляют электролит. При этом раствор превращается в суспензию или
гель. Некоторые органические коллоиды коагулируют при нагревании (клей, яичный
белок) или при изменении кислотно-щелочной среды раствора.
2. Гели или студни представляют собой студенистые осадки,
образующиеся при коагуляции золей. К ним относят большое количество полимерных
гелей, столь хорошо известные вам кондитерские, косметические и медицинские
гели (желатин, холодец, мармелад, торт “Птичье молоко”) и конечно же
бесконечное множество природных гелей: минералы (опал), тела медуз, хрящи,
сухожилия, волосы, мышечная и нервная ткани и т.д. Историю развития на Земле
можно одновременно считать историей эволюции коллоидного состояния вещества. Со
временем структура гелей нарушается (отслаивается) – из них выделяется вода.
Это явление называют синерезисом.
Отличная статья, спасибо)
ОтветитьУдалить