Классификация дисперсных систем
Лабораторная работа № 2 «Ознакомление с дисперсными системами»
Цели работы
- изучить способы приготовления эмульсий и суспензий;
- научиться отличать коллоидный раствор от истинного;
- отработать навыки экспериментальной работы, соблюдая правила техники безопасности при работе в кабинете химии.
Краткие теоретические сведения
Организмы животных и растений, гидросфера, земная кора и недра, космическое пространство часто представляют собой вещества в раздробленном, или, как говорят, дисперсном, состоянии. Большинство веществ окружающего нас мира существует в виде дисперсных систем: почвы, ткани живых организмов, пищевые продукты и др. Химия дисперсного состояния довольно новая наука, но она почти не изучается ни в школе, ни в нехимических высших учебных заведениях, хотя эта научная область имеет не меньшее значение для нашей жизни, чем химия комплексных и органических соединений. Читая эту главу, постоянно думайте, когда и где вы встречаете описываемое явление в природе, быту или производстве, а также, как можно его использовать.
Дисперсные системы – это системы, в которых мелкие частицы вещества, или дисперсная фаза, распределены в однородной среде (жидкость, газ, кристалл), или дисперсионной фазе
Рис.13
| Размер частиц дисперсной фазы характеризуется дисперсностью. В зависимости от нее дисперсные системы можно разделить на высокодисперсные, или собственно коллоидные, и низкодисперсные (грубодисперсные). Размер частиц низкодисперсных систем составляет 10–3 мм и больше. Размер частиц высокодисперсных систем лежит в интервале 10–6–10–4 мм (от 1 до 100 нм), что, как минимум, на порядок больше размера частиц в истинных растворах (10–7 мм). |
Химия дисперсных систем изучает поведение вещества в сильно раздробленном, высокодисперсном состоянии, характеризующемся очень высоким отношением общей площади поверхности всех частиц к их общему объему или массе (степень дисперсности).
|
|
|
От названия коллоидных систем произошло название отдельной области химии – коллоидной. «Коллоидная химия» – традиционное название химии дисперсных систем и поверхностных явлений. Раньше коллоидами называли клееподобные вещества, теперь это высокодисперсные системы с сильно развитой поверхностью раздела фаз. Ниже мы будем использовать старые традиционные термины, понимая их современный смысл. Например, под выражением «коллоидный раствор» будем иметь в виду высокодисперсное состояние вещества в воде в качестве дисперсионной среды.
Важнейшая особенность дисперсного состояния вещества состоит в том, что энергия системы главным образом сосредоточена на поверхности раздела фаз. При диспергировании, или измельчении, вещества происходит значительное увеличение площади поверхности частиц (при постоянном суммарном их объеме). При этом энергия, затрачиваемая на измельчение и на преодоление сил притяжения между образующимися частицами, переходит в энергию поверхностного слоя – поверхностную энергию. Чем выше степень измельчения, тем больше поверхностная энергия. Поэтому область химии дисперсных систем (и коллоидных растворов) считают химией поверхностных явлений.
|
|
|
Коллоидные частицы настолько малы (содержат 103–109 атомов), что не задерживаются обычными фильтрами, не видны в обычный микроскоп, не оседают под действием силы тяжести. Их устойчивость со временем снижается, т.е. они подвержены «старению». Дисперсные системы термодинамически неустойчивы и стремятся к состоянию с наименьшей энергией, когда поверхностная энергия частиц становится минимальной. Это достигается за счет уменьшения общей площади поверхности при укрупнении частиц (что может также происходить при адсорбции на поверхности частиц других веществ).
Свойства вещества в раздробленном, или дисперсном, состоянии значительно отличаются от свойств того же вещества, находящегося в не дисперсном состоянии, т.е. в виде куска твердого тела или некоторого объема жидкости.
|
|
|
Классификация дисперсных систем
| Дисперсная фаза | Дисперсионная среда | Название системы | Примеры |
| Газ | Газ | (Дисперсная система не образуется) | - |
| Жидкость | Пена | Пена газированной воды, пузырьки газа в жидкости, мыльная пена | |
| Твердое тело | Твердая пена | Пенопласт, микропористая резина, пемза, хлеб, сыр | |
| Жидкость | Газ | Аэрозоль | Туман, облака, струя из аэрозольного баллона |
| Жидкость | Эмульсия | Молоко, сливочное масло, майонез, крем, мазь | |
| Твердое тело | Твердая эмульсия | Жемчуг, опал | |
| Твердое тело | Газ | Аэрозоль, порошок | Пыль, дым, мука, цемент |
| Жидкость | Суспензия, золь (коллоидный раствор) | Глина, паста, ил, жидкие смазочные масла с добавкой графита или MoS | |
| Твердое тело | Твердый золь | Сплавы, цветные стекла, минералы |
Конус Тиндаля тем ярче, чем выше концентрация и больше размер частиц. Интенсивность светорассеяния усиливается при коротковолновом излучении и при значительном отличии показателей преломления дисперсной и дисперсионной фаз. С уменьшением диаметра частиц максимум поглощения смещается в коротковолновую часть спектра, и высокодисперсные системы рассеивают более короткие световые волны и поэтому имеют голубоватую окраску. На спектрах рассеяния света основаны методы определения размера и формы частиц.
|
|
|
Рис.14
| Методы исследования дисперсных систем (определение размера, формы и заряда частиц) основаны на изучении их особых свойств, обусловленных гетерогенностью и дисперсностью, в частности оптических. Коллоидные растворы обладают оптическими свойствами, отличающими их от настоящих растворов, – они поглощают и рассеивают проходящий через них свет. При боковом рассматривании дисперсной системы, через которую проходит узкий световой луч, внутри раствора на темном фоне виден светящийся голубоватый так называемый конус Тиндаля. |
Приборы и реактивы
- ступка с пестиком, ложка-шпатель, стакан, стеклянная палочка, фонарик, пробирка;
- вода, карбонат кальция (кусочек мела), масло, ПАВ, мука, молоко, зубная паста, раствор крахмала, раствор сахара
Опыт № 1. Приготовление суспензии карбоната кальция в воде
Суспензии имеют ряд общих свойств с порошками, они подобны по дисперсности. Если порошок поместить в жидкость и перемешать, то получится суспензия, а при высушивании суспензия снова превращается в порошок. Поэтому способы получения суспензий и порошков одинаковы, лишь при получении суспензий появляется дополнительная технологическая стадия – смешивание порошка с дисперсионной средой.
Концентрированные суспензии (пасты) могут быть получены как в результате оседания более разбавленных суспензий, так и непосредственно растиранием порошков или массивных твердых тел с жидкостями.
В ступке из кусочка мела приготовить порошок. В стакан насыпать ложку порошка мела и постепенно при помешивании стеклянной палочкой добавить воды. Запишите наблюдения.
На что похожа полученная смесь?
Опыт № 2. Получение эмульсии моторного масла
В водной среде молока эмульгированы мелкие капельки жира. Они постепенно поднимаются на поверхность, поскольку их плотность меньше, чем плотности воды. В молоке за несколько часов образуется слой сливок. Молоко является не устойчивой эмульсией.
В пробирку налейте ¼ часть воды и столько же масла. Тщательно перемешайте. Добавьте каплю ПАВ (эмульгатора) и перемешайте ещё раз. Сравните результаты. Запишите наблюдения.
Молоко, поступающее в продажу с предприятий молочной промышленности, должны быть более устойчивы к расслоению. Каким образом можно повысить устойчивость данной эмульсии.
Опыт № 3. Ознакомление со свойствами дисперсных систем
Изучить образцы дисперсных систем и заполнить таблицу.
| Характеристика дисперсных систем | Виды дисперсных систем. | |||||
| Аэрозоли | Эмульсии | Суспензии | Коллоидные растворы | Истинные растворы | ||
| Состав | Дисперсная фаза | |||||
| Дисперсионная среда | ||||||
| Примеры (дополнить список) | Мука | Молоко | Зубная паста | Раствор крахмала | Раствор сахара | |
| Размеры частиц | ||||||
| Внешний вид. Эффект Тиндаля. | ||||||
| Способность осаждаться | ||||||
| Значение | ||||||
Вопросы для выводов
1. Как отличить коллоидный раствор от истинного?
2. Значение дисперсных систем в повседневной жизни.
Список литературы
Габриелян О. С. Химия: учеб. для студ. проф. учеб. заведений. – М., 2010.
Дата добавления: 2020-11-23; просмотров: 105; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!