АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология
|
Классификация дисперсных систем
Тема 11. ХИМИЯ КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМ
Приведенная цитата – это название книги об основах коллоидной химии, опубликованной В. Оствальдом в 1914 году. Ученый хотел подчеркнуть, что, во-первых, коллоидальное состояние вещества является функцией величины частиц, а, во-вторых, тот факт, этой области химии и физики уделяют недостаточно внимания.
Коллоидная химия – химия дисперсных систем. Дисперсными называются системы, состоящие из измельченных частиц одной фазы, распределенных в другой. Та фаза, которая распределена в виде мелких частиц, называется дисперсной фазой, а другая, сплошная фаза – дисперсионной средой.
Название “коллоиды” (от греч.”колла”– клей) впервые ввел английский химик Томас Грэм в 1861 году. Подобные вещества изучали и раньше. Но долго коллоиды рассматривали либо в виде больших молекул, либо в виде множества сцепившихся друг с другом молекул, либо в виде тонких осадков.
Однако некоторые свойства подобных растворов не поддавались объяснению.
Коллоидная химия изучает физико-химические свойства гетерогенных дисперсных систем, образованных из двух или более фаз с сильно развитой поверхностью раздела.
Классификация дисперсных систем
Таблица 12.1.
Классификация дисперсных систем по величине частиц
Тип системы
| Диаметр
частиц, см
| Число атомов в молекуле
| Характеристика
| Грубодисперсные
| > 10-2
| >109
| Видны невооруженным глазом
| Микрогетерогенные
| 10-2 – 10-5
| Видны в микроскоп
| Коллоидные
| 10-5 – 10-7
| 103 - 109
| Видны в ультрамикроскоп
| Ионные и
молекулярные
| < 10-7
| 1 - 103
|
|
Особые свойства характерны для коллоидной дисперсии (диаметр частиц 10-5 – 10-7 см), и именно это состояние является основным объектом изучения коллоидной химии.
Отметим, что система приобретает коллоидные свойства даже тогда, когда хотя бы одно из измерений находится в указанной области высокой дисперсности. К такому типу систем относятся пленки, тонкие пластины (толщиной 10-6 см), поверхностные слои на границах фаз в порах катализаторов, пенах, эмульсиях и т.п.
Таблица 12.2.
Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию
№
| Дисперсионная среда
| Дисперсная фаза
| Обозначение
системы
| Тип системы
| Примеры
| 1.
| Жидкость
| Тв. в-во
| Т/ж
| Суспензии, золи
| Взвесь в природных водах; золи металлов в воде; бактерии
| 2.
| Жидкость
| Жидкость
| Ж/ж
| Эмульсии
| Молоко, смазки, сырая нефть, растворы ПАВ в воде
| 3.
| Жидкость
| Газ
| Г/ж
| Пены
| Мыльная пена, взбитые белки,
| 4.
| Тв. в-во
| Тв. в-во
| Т/т
| Твердые коллоиды
| Минералы, некоторые сплавы (сталь, чугун), самоцветы
| 5.
| Тв. в-во
| Жидкость
| Ж/т
| Гели, пористые тела, капиллярные системы
| Адсорбенты, влажный грунт, некоторые минералы (жемчуг, опал)
| 6.
| Тв. в-во
| Газ
| Г/т
| Ксерогели, пористые и капиллярные системы
| Порошки, осевшая пыль, активные гели, пемза, хлеб, пенопласт, древесина, ткани, кожа, бумага
| 7.
| Газ
| Тв. в-во
| Т/г
| Аэрозоли (пыль, дым)
| Табачный дым, взвешенная пыль, космическая пыль
| 8.
| Газ
| Жидкость
| Ж/г
| Аэрозоли (туманы)
| Туман, кучевые облака, тучи, распыленная вода
| 9.
| Газ
| Газ
| Г/г
| Системы с флуктуациями плотности
| Атмосфера Земли
|
Основной признак дисперсионной среды – непрерывность. Так, для пены, содержащей менее 1 % (об.) воды (остальное – воздух) дисперсионной средой является вода, т.к. по водным пленкам можно пройти из одной точки в любую другую, а по газовой фазе непрерывного пути нет. А в капиллярно-пористых телах этому условию удовлетворяют обе фазы.
3. По структуре различают свободнодисперсные (1, 2, 7, 8, 9) и связнодисперсные системы (4, 5, 6). Промежуточное положение занимают пены (3).
4. По межфазному взаимодействию различают лиофильные (лио – растворяю, филео – люблю, т.е. любящий растворение) и лиофобные (лио – растворяю, фобос – страх, т.е. боящийся растворения) дисперсные системы.
Для лиофильных характерно сильное межмолекулярное взаимодействие вещества дисперсной фазы со средой, а для лиофобных – слабое.
Так, мыла, многие глины самопроизвольно "распускаются в воде".
К коллоидным системам относятся и растворы высокомолекулярных соединений (ВМС), состоящие из гигантских молекул, по размеру соизмеримых с коллоидными частицами.
А каковы же размеры частиц дисперсной фазы?
Таблица 12.3.
Размеры частиц дисперсной фазы некоторых образцов
Дисперсная фаза
| Размер частиц,
(1 мк = 10-6 м = 10-4 см)
(1 нм = 10-9 м = 10-7 см)
| Грунты
|
| Песчаные
| > 50 мк = 5×10-3 см
| Пылеватые
| 1 – 50 мк
| Эритроциты крови человека
| 7 мк
| Кишечная палочка
| 3 мк
| Вирус гриппа
| 0,1 мк = 10-5 см
| Муть в природных водах
| 10 – 100 нм
| Дым (древесный уголь)
| 30 – 40 нм
| Вирус ящура
| 10 нм
| Тонкие поры угля
| 1-10 нм
| Поверхность Венеры (пыль)
| 0,1 – 10 мк
| Молекула гликогена
| 10 нм
|
Основная особенность дисперсных систем состоит в том, при уменьшении размеров частиц, а особенно при коллоидной дисперсии резко увеличивается площадь поверхности частиц.
Рассмотрим такой пример.
У нас имеется образец твердого вещества, имеющий форму куба с ребром, равным 1 см. Его поверхность составляет S = 6 см2.
Разделим этот кубик на 1000 одинаковых кубиков с ребром 0,1 см, тогда суммарная площадь поверхности составит S = 1000×6×0,12 = 60 см2.
Если же разделить наш образец на одинаковые кубики с ребром 10−6 см (т.е. размер частиц коллоидного размера), то таких кубиков окажется 1018, а площадь поверхности S = 1018×6×(10−6)2 = 6×106 см2 = 600 м2.
Приведенный пример показывает, что площадь поверхности вещества существенно зависит от размеров его частиц.
Коллоиды широко распространены в природе (почвы, глины, дым, пыль, воздух, облака, минералы). Большое значение имеют коллоидные системы для биологии и медицины. Такие биологические жидкости как кровь, плазма, лимфа, представляют собой коллоидные системы, в которых ряд веществ, например, белки, холестерин, гликоген находятся в коллоидном состоянии. Известно изречение русского ученого И.И. Жукова: “Человек – ходячий коллоид”.
Важнейшие пищевые продукты – хлеб, молоко, масло – коллоидные системы. От величины капелек жира зависит скорость их всасывания через стенки органов пищеварения. Именно поэтому тонко раздробленный жир сливочного масла усваивается организмом лучше, чем жир в сплошной массе, например, сало.
В медицине широко используются лекарственные вещества в виде коллоидных систем – суспензии, эмульсии, мази, кремы, пасты, аэрозоли.
Жировые эмульсии применяются для энергетического обеспечения голодающего или ослабленного организма. Их готовят на основе хлопкового, оливкового, соевого масла.
Существенную роль играют коллоиды в промышленности, при добыче и переработке нефти, в производстве строительных материалов, в текстильной, лакокрасочной и пищевой промышленности.
Дата добавления: 2015-10-11 | Просмотры: 748 | Нарушение авторских прав
|