Дисперсные системы

Дисперсные системы

Дисперсные системы

Дисперсными называют гетерогенные системы, в которых одно вещество в виде очень мелких частиц равномерно распределено в объёме другого

Дисперсные системы состоят как минимум из двух компонентов:

• дисперсионной среды , которая играет роль растворителя и, следовательно, является непрерывной фазой;
• дисперсной фазы , играющей роль растворённого вещества.

Дисперсионная среда

Частица дисперсной фазы

Поверхность раздела фаз

Газ – газ

Газ – жидкость

Туман

Аэрозоль

Газ – твердое вещество

Пыль в воздухе

Дым

Смог

Жидкость – газ

Пена

Шипучие напитки

Жидкость – жидкость

Плазма крови

Соки

Жидкость – твердое вещество

Ил в речной воде

Строительный раствор

Раствор соли

Твердое вещество – газ

Поролон

Пористый шоколад

Кирпич

Твердое вещество – жидкость

Крем

Помада

Тушь

Твердое вещество – твердое вещество

Стекло

Руда

Дисперсные системы

с жидкой средой

Коллоидные системы

Истинные растворы

Взвеси

Суспензии

Эмульсии

Золи

Гели

Молекулярные

Ионные

100 нм. Это мутные системы, отдельные частицы которых можно заметить невооруженным глазом. Фаза и среда легко разделяются отстаиванием. Среда – жидкость, фаза – твердое вещество Среда и фаза – жидкости " width="640"

Взвеси

Это дисперсные системы, в которых размер частиц фазы 100 нм.

Это мутные системы, отдельные частицы которых можно заметить невооруженным глазом. Фаза и среда легко разделяются отстаиванием.

Среда – жидкость,

фаза – твердое вещество

Среда и фаза – жидкости

Эмульсии

Водоэмульси-онная краска

Молоко

Лечебная косметика

Эмульсии в химической технологии

Каучуки

Поливинил-ацетат

Полистирол

Суспензии

Известковое молоко

Желетелый планктон

Эмалевые краски

Коллоидные системы

• Это такие дисперсные системы, в которых размер частиц фазы от 100 до 1 нм.
• Эти частицы не видны невооруженным глазом, и фаза и среда отстаиванием разделяются с трудом.

Коллоидные растворы (золи)

Гели или студни

Коллоидные растворы или золи

Клеи

Томатный сок

Эффект Тиндаля

• рассеяние света при прохождении светового пучка через оптически неоднородную среду
• Обычно наблюдается в виде светящегося конуса (конус Тиндаля), видимого на тёмном фоне

Коагуляция

• Слипание коллоидных частиц и выпадение их в осадок
• Коагуляция играет важную роль во многих технологических, биологических, атмосферных и геологических процессах

Гели в пищевой промышленности

Желе

Зефир

Заливное

Гели в природе

Минеральные

Медузы

Хрящи

Синерезис

Самопроизвольное уменьшение объема геля, сопровождающееся отделением жидкости

Биологический синерезис сопровождается свертываемостью крови

Синерезис определяет

сроки годности пищевых,

медицинских и

косметических гелей

Истинные растворы

• Это такие дисперсные системы, в которых размер частиц дисперсной фазы не превышает 1 нм.

Это водные растворы органических соединений и слабых электролитов

Это растворы сильных электролитов

Истинные растворы

Гидроксид меди

Раствор глюкозы

Растворение. Растворы.

Физическая теория

Вильгельм Оствальд

Якоб Хендрик Вант-Гофф

Сванте Аррениус

• Растворы – однородные смеси, состоящие из двух или более веществ.
• Растворение – это диффузия.

Химическая теория

В 1887 году доказал, что растворение является результатом химического взаимодействия растворенного вещества с молекулами воды

В 1906 году предсказал, что обе точки зрения приведут к общей теории растворов

1. В процессе растворения некоторые вещества меняют цвет

Безводный сульфат меди CuSO 4 белого цвета (слева) при соприкосновении с водой превращается в медный купорос CuSO 4 •5Н 2 О и становится голубого цвета (справа)

2. В процессе растворения может поглощаться и выделяться энергия

При растворении нитрата аммония стаканчик примерзает к деревянной скамейке

При растворении концентрированная серная кислота экзотермически взаимодействует с водой, образуя гидраты.

При растворении гидроксида натрия выделяется тепло .

3. В процессе растворения может уменьшаться объем раствора по сравнению с суммой объема исходных компонентов

Например при растворении спирта в воде между ними возникают водородные связи, приводящие к уменьшению объема.

Физико-химическая теория растворов

• Раствор — гомогенная (однородная) система, состоящая из растворителя, растворенных веществ и продуктов их взаимодействия.
• Растворение – процесс измельчения вещества до структурных единиц (ионов, молекул, атомов) под действием растворителя.

Процесс растворения

Растворы по агрегатному состоянию могут быть

раствор кислорода и углекислого газа в азоте – воздух

1. Газообразные

2. Жидкие:

-в жидкости – газ

-в жидкости – жидкость

-в жидкости – твердое вещество

3.Твердые

-сплавы металлов, амальгамы

-растворы газов в металле

Растворитель и растворимость

1. Растворителем считают то вещество, агрегатное состояние которого при образовании раствора не изменяется

2. Если агрегатные состояния компонентов одинаковы, то растворителем считают тот компонент, которого в растворе больше. Так столовый уксус – это раствор уксусной кислоты в воде, а уксусная эссенция – это раствор воды в уксусной кислоте.

Растворимость - это способность веществ разрушаться до структурных единиц под действием растворителя.

Растворимость зависит от :

-природы вещества,

-природы растворителя.

-температуры,

-давления (для газов)

Растворы

Коэффициент растворимости показывает сколько граммов вещества может растворяться в 100 г растворителя.

В соответствии с этим растворы могут быть:

- насыщенными -раствор, в котором растворённое вещество при данных условиях больше не растворяется.

- ненасыщенными - раствор, в котором при данных условиях можно растворить еще некоторое количество растворенного вещества.

- пересыщенными - раствор, содержащий при данных условиях больше растворённого вещества, чем в насыщенном растворе, избыток вещества легко выпадает в осадок.

Концентрированный раствор — раствор с высоким содержанием растворённого вещества в противоположность разбавленному раствору, содержащему малое количество растворённого вещества.

Так насыщенный 0,0000134М раствор хлорида серебра является очень разбавленным, а 4М раствор бромида калия, будучи очень концентрированным, не является насыщенным.

Концентрированные растворы могут образовывать только хорошо растворимые вещества.

Деление растворов на концентрированные и разбавленные не связано с делением на насыщенные и ненасыщеные.

Факторы, влияющие на процесс растворения

Химическая природа вещества

Температура

Давление

Непосредственное влияние на процесс растворения веществ оказывает полярность их молекул, что описывается правилом подобия : подобное растворяется в подобном.

Вещества с полярными молекулами хорошо растворяются в полярных растворителях и плохо в неполярных и наоборот.

С повышением давления растворимость газов в жидкостях увеличивается, а с понижением – уменьшается.

На растворимость жидких и твердых веществ изменение давления не влияет.

Для большинства жидких и твердых веществ характерно увеличение растворимости при повышении температуры.

Растворимость газов в жидкостях с повышением температуры уменьшается, а с понижением – увеличивается.

Способы выражения концентрации растворов

Массовая доля растворённого вещества

Молярная концентрация

Массовая концентрация

Это безразмерная величина, равная отношению массы растворённого вещества к общей массе раствора

Указывает на массу вещества, находящегося в одном литре раствора:

Показывает, сколько моль растворённого вещества содержится в 1 литре раствора:

М вещества  - молярная масса растворенного вещества (г/моль).

Единицей измерения данной концентрации является моль/л (М).

Единица измерения – г/л.

Данным способом часто оценивают состав природных и минеральных вод.

Например, 3%-ный спиртовой раствор йода содержит 3г йода в 100г раствора или 3г йода в 97г спирта.

Например, 1М раствор Н 2 SO 4 - это раствор, содержащий в 1 литре 1 моль (или 98г) серной кислоты .

Теория электролитической диссоциации

ЭД – это процесс распада электролита на ионы (заряженные частицы) под действием полярного растворителя (воды) с образованием растворов, способных проводить электрический ток.

Электролиты – это вещества, способные распадаться на ионы.

Электролитическая диссоциация вызывается взаимодействием полярных молекул растворителя с частицами растворяемого вещества. Это взаимодействие приводит к поляризации связей, в результате чего образуются ионы за счет «ослабления» и разрыва связей в молекулах растворяемого вещества. Переход ионов в раствор сопровождается их гидратацией:

Электролитическая диссоциация

Количественно ЭД характеризуется степенью диссоциации ( α ); она выражает отношение продиссоциированных молекул на ионы к общему числу молекул, растворенных в растворе (меняется от 0 до 1.0 или от 0 до 100%):

n – продиссоциированные на ионы молекулы,

N – общее число молекул, растворенных в растворе.

Электролитическая диссоциация

Характер ионов, образующихся при диссоциации электролитов – различен.

В молекулах солей при диссоциации образуются катионы металла и анионы кислотного остатка:

Na 2 SO 4 ↔ 2Na + + SO 4 2-

Кислоты диссоциируют с образованием ионов Н + :

HNO 3 ↔ H + + NO 3 -

Основания диссоциируют с образованием ионов ОН - :

KOH ↔ K + + OH -

30%): щелочи (хорошо растворимые в воде основания металлов IA группы – NaOH, KOH ); одноосновные кислоты и серная кислота ( НС l, HBr, HI, Н N О 3, НС lO 4 , Н 2 SO 4 ( разб.) ); все растворимые в воде соли. " width="640"

Электролитическая диссоциация

По степени диссоциации все вещества можно разделить на 4 группы:

1. Сильные электролиты ( α 30%):

• щелочи (хорошо растворимые в воде основания металлов IA группы – NaOH, KOH );
• одноосновные кислоты и серная кислота ( НС l, HBr, HI, Н N О 3, НС lO 4 , Н 2 SO 4 ( разб.) );
• все растворимые в воде соли.

Электролитическая диссоциация

2. Средние электролиты ( 3%

• кислоты – H 3 PO 4 , H 2 SO 3 , HNO 2 ;
• двухосновные, растворимые в воде основания – Mg(OH) 2 ;
• растворимые в воде соли переходных металлов , вступающие в процесс гидролиза с растворителем – CdCl 2 , Zn(NO 3 ) 2 ;
• соли органических кислот – CH 3 COONa.

Электролитическая диссоциация

3. Слабые электролиты (0, 3%

• низшие органические кислоты ( CH 3 COOH, C 2 H 5 COOH );
• некоторые растворимые в воде неорганические кислоты ( H 2 CO 3 , H 2 S, HCN, H 3 BO 3 );
• почти все малорастворимые в воде соли и основания ( Ca 3 (PO 4 ) 2 , Cu(OH) 2 , Al(OH) 3 );
• гидроксид аммония – NH 4 OH ;
• вода.

Электролитическая диссоциация

4. Неэлектролиты ( α≤ 0, 3% ):

• нерастворимые в воде соли, кислоты и основания;
• большинство органических соединений (как растворимых, так и нерастворимых в воде)

Электролитическая диссоциация

Одно и то же вещество может быть как сильным, так и слабым электролитом.

Например, хлорид лития и иодид натрия, имеющие ионную кристаллическую решетку:

• при растворении в воде ведут себя как типичные сильные электролиты ,
• при растворении в ацетоне или уксусной кислоте являются слабыми электролитами со степенью диссоциации меньше единицы;
• в «сухом» виде выступают неэлектролитами .

Водородный показатель. Индикаторы

Для определения рН используют кислотно-основные индикаторы – вещества, меняющие свой цвет в зависимости от концентрации ионов Н + и ОН - .

Одним из наиболее известных индикаторов является универсальный индикатор , окрашивающийся при избытке Н + (т.е. в кислой среде) в красный цвет, при избытке ОН - (т.е. в щелочной среде) – в синий и имеющий в нейтральной среде желто-зеленую окраску: