Коллоидные растворы - это высокодисперсные двухфазные системы, состоящие из дисперсионной среды и дисперсной фазы, причем линейные размеры частиц последней лежат в пределах от 10 -9 м до 10 -7 м. Как видно, коллоидные растворы по размерам частиц являются промежуточными между истинными растворами и суспензиями и эмульсиями. Коллоидные частицы обычно состоят из большого числа молекул или ионов.
Коллоидные растворы иначе называют золями. Их получают дисперсионными и конденсационными методами. Диспергирование чаще всего производят при помощи особых “коллоидных мельниц”. При конденсационном методе коллоидные частицы образуются за счет объединения атомов или молекул в агрегаты. Так, если возбудить в воде дуговой электрический разряд между двумя проволоками из серебра, то пары металла конденсируются в коллоидные частицы. При протекании многих химических реакций также происходит конденсация и образуются высокодисперсные системы (выпадение осадков, протекание гидролиза, окислительно-восстановительные реакции и т.д.).
Золи обладают рядом специфических свойств, которые подробно изучает коллоидная химия. Золи в зависимости от размеров частиц могут иметь различную окраску, а у истинных растворов она одинаковая. Например, золи золота могут быть синими, фиолетовыми, вишневыми, рубиново-красными.
В отличие от истинных растворов для золей характерен эффект Тиндаля, т. е. рассеяние света коллоидными частицами. При пропускании через золь пучка света появляется светлый конус, видимый в затемненном помещении. Так можно распознать, является данный раствор коллоидным или истинным. Строение структурной единицы лиофобных коллоидов – мицеллы – может быть показано лишь схематически, поскольку мицелла не имеет определенного состава. Рассмотрим строение коллоидной мицеллы на примере гидрозоля иодида серебра, получаемого взаимодействием разбавленных растворов нитрата серебра и иодида калия:
AgNO 3 + KI ––> AgI + KNO 3
Коллоидная мицелла золя иодида серебра (см. рис. 4.9) образована микрокристаллом иодида серебра, который способен к избирательной адсорбции из окружающей среды катионов Ag+ или иодид-ионов. Если реакция проводится в избытке иодида калия, то ядро будет адсорбировать иодид-ионы; при избытке нитрата серебра микрокристалл адсорбирует ионы Ag+. В результате этого микрокристалл приобретает отрицательный либо положительный заряд; ионы, сообщающие ему этот заряд, называются потенциалопределяющими , а сам заряженный кристалл – ядром мицеллы . Заряженное ядро притягивает из раствора ионы с противоположным зарядом – противоионы ; на поверхности раздела фаз образуется двойной электрический слой. Некоторая часть противоионов адсорбируется на поверхности ядра, образуя т.н. адсорбционный слой противоионов ; ядро вместе с адсорбированными на нем противоионами называют коллоидной частицей или гранулой. Остальные противоионы, число которых определяется, исходя из правила электронейтральности мицеллы, составляют диффузный слой противоионов ; противоионы адсорбционного и диффузного слоев находятся в состоянии динамического равновесия адсорбции – десорбции.
Схематически мицелла золя иодида серебра, полученного в избытке иодида калия (потенциалопределяющие ионы – анионы I – , противоионы – ионы К +) может быть изображена следующим образом:
{ m · nI – · (n-x)K + } x– · x K +
При получении золя иодида серебра в избытке нитрата серебра коллоидные частицы будут иметь положительный заряд:
{ m · nAg + · (n-x)NO 3 – } x+ · x NO 3 –
Рис.1 Строение коллоидной мицеллы
Агрегативная устойчивость золей обусловлена, таким образом, рядом факторов: во-первых, снижением поверхностной энергии дисперсной фазы (т.е. уменьшения движущей силы коагуляции) в результате образования двойного электрического слоя и, во-вторых, наличием кинетических препятствий для коагуляции в виде электростатического отталкивания имеющих одноименный заряд коллоидных частиц и противоионов. Еще одна причина устойчивости коллоидов связана с процессом гидратации (сольватации) ионов. Противоионы диффузного слоя сольватированы; эта оболочка из сольватированных противоионов также препятствует слипанию частиц.
Одним из важных свойств золей является то, что их частицы имеют электрические заряды одного знака. Благодаря этому они не соединяются в более крупные частицы и не осаждаются. При этом частицы одних золей, например металлов, сульфидов, кремниевой и оловянной кислот, имеют отрицательный заряд, других, например гидроксидов, оксидов металлов, - положительный заряд. Возникновение заряда объясняется адсорбцией коллоидными частицами ионов из раствора.
Для осаждения золя необходимо, чтобы его частицы соединились в более крупные агрегаты. Соединение частиц в более крупные агрегаты называется коагуляцией, а осаждение их под влиянием силы тяжести - седиментацией.
Обычно коагуляция происходит при прибавлении к золю: 1) электролита, 2) другого золя, частицы которого имеют противоположный заряд, и 3) при нагревании.
При определенных условиях коагуляция золей приводит к образованию студенистой массы, называемой гелем. В этом случае вся масса коллоидных частиц, связывая растворитель, переходит в своеобразное полужидкое-полутвердое состояние. От гелей следует отличать студни - растворы высокомолекулярных веществ в низкомолекулярных жидкостях (системы гомогенные). Их можно получить при набухании твердых полимеров в определенных жидкостях.
Значение золей исключительно велико, так как они более распространены, чем истинные растворы. Протоплазма живых клеток, кровь, соки растений - все это сложные золи. С золями связано получение искусственных волокон, дубление кож, крашение, изготовление клеев, лаков, пленок, чернил. Много золей в почве, и они имеют первостепенное значение для ее плодородия.
Специфической особенностью коллоидных растворов по сравнению с истинными является их агрегативная неустойчивость , т.е. способность разделяться на фазы под влиянием незначительных внешних воздействий. Еще легче такое расслоение происходит в случае грубодисперсных гетерогенных систем (неустойчивых эмульсий, суспензий и т.п.)
Причиной принципиальной неустойчивости гетерогенных дисперсных систем является наличие у них большой межфазной поверхности. Эта поверхность обладает большим избытком энергии. При разделении фаз (расслаивании гетерогенной системы) межфазная поверхность становится минимальной, общая энергия системы понижается, система становится более стабильной.
При своем хаотическом тепловом движении частицы дисперсной фазы сталкиваются и объединяются, так как на близких расстояниях между ними возникают межмолекулярные (ван-дер-ваальсовские) силы притяжения. Далее укрупненные частицы под действием гравитационных сил объединяются, образуя слои фаз, например, осадок твердой фазы отделяется от жидкой фазы, или более плотная жидкость опускается вниз, а более легкая остается наверху, или пузырьки газа отделяются от жидкости и т.д.
Однако, если частицы дисперсной фазы достаточно малы, многие коллоидные растворы и другие ультрамикрогетерогенные системы в определенных условиях могут существовать как угодно долго, не смотря на большую избыточную поверхностную энергию. Это означает. что сближению частиц и их укрупнению препятствуют какие-то силы.
В ряде случаев устойчивость ультрамикрогетерогенных систем можно объяснить редкими столкновениями между частицами. Например, аэрозоли (дисперсионная среда – газ) существуют только благодаря малочисленности столкновений между частицами в результате их низкой концентрации в газе. Относительная устойчивость вязких коллоидных систем, особенно твердых, объясняется медленным броуновским движением частиц, что также приводит к редким столкновениям.
Иногда сближению частиц, при котором начинают действовать ван-дер-ваальсовские силы притяжения, может препятствовать сольватная оболочка из молекул среды.
Но главной причиной устойчивости коллоидных систем считают наличие одноименного заряда на поверхности коллоидных частиц
. Частицы не могут подойти близко друг к другу из-за электростатического отталкивания одинаковых по знаку зарядов.
С современной точки зрения, заряд на коллоидных частицах обусловлен наличием на их поверхности двойного электрического слоя (ДЭС) из ионов, возникающего либо в результате избирательной адсорбции одного из ионов электролита, находящегося в растворе, либо за счет ионизации поверхностных молекул вещества.
Избирательная адсорбция – это адсорбция ионов, общих с ионами, входящими в состав кристалла. Адсорбирующиеся ионы участвуют в достройке кристаллической решетки и связаны с поверхностью прочными химическими связями. Иногда в достройке кристаллической решетки участвуют изоморфные ионы, т.е. близкие по размеру и строению.
Например, при смешивании растворов AgNO 3 и KI образуется малорастворимое соединение AgI.
AgNO 3 + KI = KNO 3 + AgI↓
При эквивалентном соотношении реагентов (1: 1 мольн.) из раствора выпадает осадок иодида серебра. Если один из реагентов взят в избытке, образуется коллоидный раствор.
В случае избытка KI образующиеся кристаллы AgI адсорбируют на поверхности ионы I¯ . Иодид- ионы участвуют в достройке кристалла иодида серебра. Поверхность частицы при этом заряжается отрицательно. Оставшиеся свободные ионы К + притягиваются к заряженной поверхности. Образуется двойной электрический слой, состоящий из отрицательно заряженных ионов иодида и положительно заряженных ионов калия. Возникает разность потенциалов.
Существует несколько теорий, объясняющих строение двойного электрического слоя на поверхности коллоидных частиц: теория Гельмгольца-Перрена, теория Гуи-Чэпмена, теория Штерна. Эти теории различаются, в основном, представлениями о структуре слоя противоионов.
Согласно теории Гельмгольца-Перрена, двойной электрический слой (ДЭС) является плоским конденсатором; одна обкладка – поверхность частицы, другая – находится в жидкости на расстоянии l = 2r иона.
Теория Гуи-Чэпмена предполагает, что вследствие теплового движения не все противоионы находятся рядом с поверхностью. Их концентрация постепенно убывает по мере удаления от поверхности. Таким образом, ДЭС состоит из адсорбционного и диффузного слоя.
Теория Штерна объединяет эти две теории и дополняет картину представлением о том, что адсорбированные на поверхности ионы находятся на расстоянии от поверхности, равном радиусу иона.
В целом образовавшаяся частица остается нейтральной. Эти нейтральные частицы дисперсной фазы называют мицеллами . Строение мицеллы в описанном выше случае образования AgI в присутствиии избытка KI можно изобразить следующим образом:
{n(AgI) mI¯ (m-x)K + } xK +
где {n(AgI) mI - (m-x)K + } – коллоидная частица, обладающая зарядом;
n(AgI) – ядро частицы;
I¯ - потенциалопределяющие ионы;
К + - противоионы.
В случае избытка AgNO 3 в достройке кристалла AgI участвуют ионы Ag + . Поверхность частицы заряжается положительно, к ней притягиваются противоионы NO 3 ¯, образуя двойной электрический слой. Строение мицеллы в этом случае имеет вид:
{n(AgI) mAg + (m-x)NO 3 ¯} хNO 3 ¯
Общие правила написания формулы мицеллы:
1) Ядро частицы образует малорастворимое вещество.
2) Потенциалопределяющими (т.е. адсорбируемыми) ионами могут быть только ионы, входящие в состав кристаллической решетки малорастворимого вещества (за некоторым исключением, когда в решетку встраиваются "чужие" ионы, подходящие по размеру и имеющиеся в растворе в достаточном количестве).
3) Встраиваются в решетку те ионы, которые входили в состав реагента, взятого в избытке.
4) Противоионами тоже являются ионы, входящие в состав реагента, взятого в избытке.
5) Часть противоионов, находящихся близко к поверхности и образующих адсорбционный слой, - (m-x) - записывают во внутреннюю сферу мицеллы, выделенную фигурными скобками. Другая часть противоинов, свободно перемещающаяся вблизи поверхности и образующая диффузионный слой - (х) - находится во внешней сфере мицеллы.
Заряд на поверхности частицы может также образовываться за счет электролитической диссоциации молекул вещества, образующего ядро частицы. Так, на поверхности частицы малорастворимого оксида кремния SiO 2 происходит образование кремниевой кислоты и последующая ионизация ее молекул:
SiO 2 + H 2 O = H 2 SiO 3
H 2 SiO 3 ↔ SiO 3 2 ¯ + 2H + .
Строение мицеллы: {n(SiO 2) mSiO 3 2 ¯ 2(m-x)H + }2xH + .
Если мицеллу поместить в электрическое поле, то ионы диффузного слоя начнут перемещаться к одному из электродов, а противоположно заряженная частица – к другому электроду. Мицелла как бы «разрывается». Потенциал, соответствующий границе скольжения, называется электрокинетическим или дзета-потенциалом (ξ) . Именно этот потенциал обнаруживается при всех четырех электрокинетических явлениях; от его величины зависит скорость этих процессов.
Кроме дзета-потенциала для характеристики ДЭС пользуются величиной термодинамического потенциала. Термодинамический потенциал (φ) - скачок потенциала в адсорбционном слое.
Описанный механизм образования зарядов на поверхности частиц дисперсной фазы указывает на необходимое условие образования коллоидных растворов и других устойчивых гетерогенных систем - наличие вещества, образующего ДЭС на поверхности частиц. Это вещество называется стабилизатором .
©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-26
"Увеличение скорости химической реакции при введении катализатора происходит в результате уменьшения.......
Ответ "энергии активации"
Ответ 1. "Sn" 2. "Mg" 3. "Zn"
"Дисперсная система была получена путем обработки вещества ультразвуком. Этот способ является:
Ответ "диспергационным"
"Соотнесите название метода анализа с законом, на котором основан метод:
Ответ: "титриметрия" - "эквивалентов"; "потенциометрия" - "Нернста"; "кулонометрия" - "Фарадея"
"При добавлении к раствору, содержащему ионы железа, добавили гексацианоферрат (II) калия K4 или желтую кровяную соль. Какой ион присутствует в растворе, если образовался темно-синий осадок берлинской лазури:
Ответ "Fe3+"
Задан вопрос: "Синтетическим полимером является: Ответ "капрон"
"Неорганическая кислота, которая имеет полимерное строение называется: Ответ "кремниевой"
"Эквивалентны ли 1 моль молекул CО2 и 1 моль молекул SO2 ? Ответ "да"
Ответ "CuCl2"
"Наибольшее давление водяного пара будет наблюдаться над раствором, в 1 литре
"Наименьшую энергию ионизации имеет атом: Ответ "Na"
Задан вопрос: "Возможно ли протекание реакции: 2SO2(г)+О2(г) -> 2SО3 в стандартных условиях..... ?н= -197,8 кДж/моль; ?G=-142 Дж/моль; ?s=-187,8 Дж/моль?К
Ответ "да"
"Возможно ли протекание реакции: СаСО3(т) ->СаО(г)+СО2(г) в стандартных условиях
Н= 178 кДж | |
Ответ "нет" |
"Какие из перечисленных металлов будут вступать в реакцию c HNO3 (концентрированную или разбавленную).
Ответ 1. "Bi" 2. "Na" 3. "Ag"
"Какое утверждение справедливо?
Ответ "Гранула коллоидной частицы с диффузным слоем образует мицеллу"
Ответ "SnCl4"
"В основе титриметрического метода анализа лежит закон: Ответ "эквивалентов"
"В основе спектрофотометрического метода анализа лежит: Ответ "поглощение света"
"Наиболее высокой температурой кипения при прочих равных условиях будет обладать 20%-ный водный раствор:
"формальдегида (МЧ=15)"
"Число нейтронов, совпадает с числом протонов в ядре атома изотопа: Ответ "21Н"
"Какой из перечисленных металлов будет служить протектором для медного кабеля. Ответ "Zn"
"Является ли данная реакция окислительно-восстановительной: 4Al+3O2=2Al2O3 ? Ответ "ДА"
Ответ "Na2HPO4"
"Соотнесите явление А и процесс В."
Ответ: "пептизация" - "укрупнение коллоидных частиц"; "коагуляция" - обратимый переход геля в золь при механическом воздействии"; "тиксотропия" - "превращение свежевыпавшего осадка в золь при действии электролита"
"Формула вещества, способного вступать в реакцию поликонденсации, имеет вид:
Ответ "NН2-CH2COOH"
"Полимер, которому соответствует формула: (-СH2-CH(OCOCH3-)n, называется..." Ответ: "поливинилацетат"
"Эквивалентны ли 44 грамма СО2 и 64 грамма SO2 ? Ответ "да"
"Сильным электролитом является водный раствор: Ответ "СuSО4"
"Сильным электролитом является водный раствор:
Ответ "CuCl2"
"Масса H2SO4, содержащаяся в 0,5 литрах раствора с молярной концентрацией
"Формула соли, значение рН водного раствора которой больше 7, имет вид:
Ответ "Na2CО3"
"Масса H2SO4, необходимая для приготовления 500 мл раствора с молярной концентрацией растворенного вещества 1 моль/л составляет....... граммов. Ответ "49"
"Для электронов, находящихся на р-орбиталях, значение орбитального квантового числа равно:
Наибольшей степенью ионности характеризуется химическая связь в соединениях:
Ответ "NaCl"
"Назовите газообразный продукт, при реакции HNO3 конц. с Hg, если реакция возможна. Ответ "NO2
"Определите в какой из реакций выделится наибольшее количество тепла, условия стандартные.
Ответ: "2Zn(к) +O2(г)?2ZnО(к)"
"Частицы дисперсной фазы имеют размеры от 10 нм до 100 нм. Они являются частицами: Ответ "колллоидными частицами"
"Продуктом восстановления перманганата калия сульфитом натрия в сернокислой среде является вещество, формула которого:
Ответ "MnSO4"
Ответ "NaOH"
"Цепь состоит из: -Si-О-, -Al-О-, -Са-О-, -Mg-O- фрагментов - это полимеры: Ответ "неорганические"
"К гомополимерам относится: Ответ "капрон"
"Число неспаренных электронов в основом состоянии атомаэлемента, образующего высший оксид состава Э2О5 равно:
"Назовите вещество, которое легче всего окисляется в стандартных условиях, используя значение?0
"Какой знак заряда гранулы мицеллы золя AgJ, полученного по реакции KJ c AgNO3 при избытке второго?
Ответ "отрицательный"
"Два моль молекул SO2 при нормальных условиях занимает обьем ______ л. Ответ "44,8"
Текущая оценка 5,000 (5)
"Количество моль молекул, содержащихся в четырех моль эквивалентах O2, равно ______
"Какой обьем (л) при нормальных условиях занимает 1,5 моль эквивалентов кислорода. Ответ пользователя: "8,4"
"Концентрация ионов водорода в водном растворе с рН=11 составляет..... моль/л: Ответ "10-11"
"500 мл водного раствора, содержащего 156 граммов Na2S, разбавили водой в 2 раза. Молярная концентрация вещества в полученном растворе составляет.......... моль/л.
"Масса H2SO4, содержащаяся в 0,5 литрах раствора с молярной концентрацией эквивалентов (нормальная концентрация) 2 моль/л, равна......... граммам. Ответ "49"
"Число электронных орбиталей определяет..... квантовое число. Ответ "главное"
"Назовите какой продукт образуется при реакции H2SO4 конц. с Cu, если реакция возможна.
Ответ "SO2"
"Продуктами, выделяющимися на инертных электродах при электролизе водного раствора сульфата натрия, являются......
Ответ "Н2 и О2"
"Какая формула описываетизменение энтропии системы: Ответ "?S=Qобр/T"
"Какие из перечисленных металлов будут вступатьв реакцию с разбавленной H2SO4 и
"Водород является окислителем в реакции:
Ответ "Сa+H2=CaH2
"Коллоидная частица имеет положительный заряд. Выбрать электролит, который наиболее эффективно (при прочих равных условиях) вызовет коагуляцию этого золя.
Ответ "K2SO4"
"Коллоидная частица имеет отрицательный заряд. Выбрать электролит, который наиболее эффективно (при прочих равных условиях) вызовет коагуляцию этого золя.
Ответ "Al(NO3)3"
"Остатки аминокислот являются структурными звеньями: Ответ "полипептидов"
"Вещества, при взаимодействии которых с активными радикалами происходит образование малоактивных центров, не способных инициировать дальнейший процесс полимеризации, называется:
Ответ "ингибиторами"
"К сополимерам относится:
Ответ "карбамидоформальдегидная смола"
"Оксидом, который не проявляет амфотерные свойства, является: Ответ "CuO
"В одном литре насыщенного раствора содержится 5,7*10-4 SrSO4. Значение произведения растворимости ПРSrSO4 равно.....
Ответ "3,2*10 -7"
"Наиболее низкой температурой кристаллизации при стандартных условиях будет обладать 5%-ный водный раствор:
Ответ "формальдегида (МЧ=15)"
"Наибольшее давление водяного пара будет наблюдаться над раствором, в 1 литре
"Для электронов, находящихся на d-орбиталях, значение орбитального квантового числа равно:
"Число нейтронов, совпадает с числом протонов в ядре атома изотопа: Ответ "168О"
"Для электронов, находящихся на р-орбиталях, значение орбитального квантового числа равно:
"Cоотнесите: термодинамическую характеристику реакции с возможностью самопроизвольного протекания реакции
Ответ: "?G=0" ассоциируется с: (1)"в системе установилось равновесие"; "?G>0" - "реакция невозможна" "?G<0" - "реакция возможна"
"Вещество, атомы или ионы которого принимают электроны, называется: Ответ "окислителем"
Задан вопрос: "Какой знак заряда гранулы мицеллы золя PbJ2, полученного по реакции KJ c Pb(NO3)2 при избытке первого?
Ответ "отрицательный"
"Люминесцентный анализ относится к методам:" Ответ "спектральным"
"К сополимерам относится:"
Ответ "фенолформальдегидная смола"
"К природным полимерам относится:" Ответ "крахмал"
"Один моль молекул О2 при нормальных условиях занимает обьем ______ л."
Ответ "22,4"
"Сколько граммов соли потребуется для приготовления 500 граммов 15% раствора. (с точностью до целого значения)
"Концентрация ионов водорода в водном растворе с рН=6 составляет..... моль/л: Ответ "10-6"
"Наибольшее давление водяного пара будет наблюдаться над раствором, в 1 литре
"Наиболее низкой температурой кипения при прочих равных условиях будет обладать 10%-ный водный раствор:
Ответ "сахарозы (МЧ=342)"
"Молярная концентрация эквивалентов (нормальная концентрация) СаO, в растворе, полученном растворением 28 граммов этого вещества в 2000 мл воды (изменением обьема при растворении пренебречь), равна....... моль/л.
Ответ "0,5"
"Укажите элементы - неметаллы:" Ответ 1. "фосфор" 2. "сера" 3. "хлор"
"Выбрать процесс, происходящий на аноде при нарушении целостности покрытия на пластинке оцинкованного железа, находящейся в растворе HCl, доступ О2 свободный.
Ответ: "Zn -2e ? Zn2+"
"Определите катодную реакцию в серебряно-магниевом гальваническом элементе."
Ответ "Ag+ + e ? Ag"
"Атомы каких элементов относятся к металлам:"
Ответ 1. "Na" 2. "K"
"Возможно ли протекание реакции: 2SO2(г)+О2(г) -> 2SО3 в стандартных условиях.....
Н= -197,8 кДж/моль;
G=-142 Дж/моль; ?s=-187,8 Дж/моль?К" Ответ "да"
"Если реакция при температуре 700 С протекает за 54 минут, а при 1000 С - за 2 минуты то температурный коэффициент равен......."
"Теплота сгорания метанола равна 726 кДж/моль. При сгорании 8 г метанола выделится
КДж теплоты Образец ответа: 234,4"
Ответ "181,5"
"Число электронов, которое присоединяет 1 моль окислителя в окислительно-
восстановительной реакции: Zn+HNO3(разб)? Zn(NO3)2+NH4NO3+H2O равно.........
"Какие из указанных веществ могут проявлять как восстановительные, так и окислительные свойства:
"Процесс перехода свежевыпавшго осадка в золь при действии электролита называется:" Ответ "пептизация"
"Коллоидная частица имеет положительный заряд. Выбрать электролит, который наиболее эффективно (при прочих равных условиях) вызовет коагуляцию этого золя."
Ответ "K3PO4"
"Частицы дисперсной фазы имеют размер 30 нм. Относится ли эта система к коллоидным?"
Ответ "да"
"Cooтнесите определяемый катион и реактив для его обнаружения:"
Ответ: "Fe(II)" - "K3"; "Cd(II)" - "K2S"; "Fe(III)" - "K4Fe[(CN)6]"
Холодный утренний туман, оседающий на землю, столб дыма над костром, взвешенные частицы в воде рек и озер — все это мы видели множество раз.
Нас постоянно окружают дисперсные системы
Понимание коллоидных систем важно для общего понимания образования гидроокиси железа в водоочистке и принципов фильтрации. Этот старый советский обучающий фильм отлично рассказывает о том, что такое коллоиды, как они образуются и взаимодействуют с окружающей средой. СМОТРИМ! Если смотреть не получается — читаем.
Они состоят из вещества в мелкораздробленом состоянии — дисперсной фазы и среды в которой эта фаза распределеа и которую называют дисперсионной средой.
Величина частиц и степень их дисперсности может быть различной. Сравнительно большие размеры частиц имеют грубодисперсные системы — взвеси и эмульсии .
В истинных растворах вещество находится в виде молекул или оинов распределенных равномерно среди молекул растворителя.
Частицы грубодисперсных систем хорошо видны в микроскоп. Например, молоко, представляющее эмульсию капелек жира в сыворотке, дым — это множество твердых частиц, взвешенных в воздухе.
Грубодисперсные системы неустойчивы и со временем дисперсная фаза отделяется от дисперсионной среды (выпадает в осадок).
По размеру частиц промежуточной положение между истинными растворами и взвесями занимают коллоидные растворы — золи.
Коллоидные частицы очень малы. И все же они могут состоять из сотен и тысяч молекул.
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 освещенный коллоидный раствор посмотреть сбоку, то свет луча будет виден, как светлая дорожка, образовавшаяся от рассеивания света частицами. Это явление используют для распознавания коллоидных растворов.
В истинном растворе свет луча не виден, так как молекулы и ионы истинного раствора слишком малы и не рассеивают его.
В коллоидном — свет хорошо заметен. Он образует так называемый конус Тиндаля . Частицы коллоидных растворов под уадарами молекул растворителя совершают непрерывные хаотические перемещения. Это явление носит название Броуновского движения .
Из-за очень малых размеров коллоидные частицы имеют огромную суммарную поверхность.
Поверхность кубика с длинной ребра в 1 см составляет всего 6 квадратных сантиметров.. Но если 1 кубический сантиметр вещества раздробить на части объемом в 1 кубический микрон, то общая их поверхность увеличится в 10 тысяч раз. Поэтому и поглотительные свойства у коллоидных частиц проявляются значительно сильнее, чем у нераздробленного вещества.
Дисперсные системы в природе и технике
Вещества в коллоидном состоянии являются основой органической жизни на земле. Протоплазма любой живой клетки — это сложная коллоидная система. Мышечные ткани, хрящи, клеточные ткани растений, оболочки эритроцитов — тоже разновидности студней.
Коллоиды почвы играют большую роль в корневом питании растений. Адсорбированные на поверхности частиц почвы ионы калия, кальция и других элементов, в результате ионного обмена переходят в почвенный раствор и всасываются корневой системой.
Вещества в коллоидном состоянии принимают участие в образовании многих минералов:
- агата
- малахита
- мрамора
Некоторые драгоцнные камни, например жемчуг представляют собой колоидную систему, где дисперсионной средой является твердое тело — углекислый кальций, а дисперсной фазой — капельки воды. Окраска драгоценных камней: рубинов, изумрудов, сапфиров зависит от присуствия в них небольших количеств золей тяжелых металлов.
Еще в глубокой древности человек использовал коллоидные процессы. Египтяне забивали в щели скал деревянные клинья. Поливали их водой. Древесина набухала, создавалось огромное давление, которое разрушало самые твердые скальные породы.
Процессы коагуляции коллоидов применяют для очистки природной воды. В бассейн отстойник добавляют электролит и коллоиды осаждаются в виде хлопьев, которые задерживает песчаный фильтр.
Мели и наносы в устьях рек образуются под действием морской воды, приводящие к коагуляции коллоидных частиц, находящихся в реке.
Сегодня с коллоидными процессами связаны важнейшие отрасли химической промышленности:
- производство искусственного волокна
- раличных клеящих веществ
- синтетического каучука
- и многих других химических продуктов
Знакомые уже нам явления электрофареза используют в работе электрофильтров — дымоуловителей.
Адсорбционные свойства коллоидных частиц положены в основу процесса флотационного обогащения руд. Частицы пустой породы гидрофильны, то есть удерживают на своей поверхности молекулы воды, а частицы руды при добавлении некоторых химических веществ приобретают гидрофобные — водоотталкивающие свойства. При продувании через эту смесь воздуха несмачиваемые частички руды поднимаются на поверхность, а пустая порода опускается на дно.
Важные пищевые продукты:
- простокваша
- кефир
- творог
- джемы
- и другие