Методическая разработка Дисперсные системы

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

КАМЧАТСКОГО КРАЯ

«КАМЧАТСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

ЛЕКЦИИ

По дисциплине «Химия»

По теме: «Дисперсные системы. Растворы.

Процессы, происходящие в растворах»

Для специальности: 31.02.03 Лабораторная диагностика

Уровень подготовки базовый

Составитель:

Потапова Елена Витальевна – преподаватель высшей квалификационной категории ГБПОУ КК «Камчатский медицинский колледж»

Петропавловск-Камчатский, 2025

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Методическая разработка лекции по теме «Дисперсные системы. Растворы. Процессы, происходящие в растворах» разработана в соответствии с ФГОС СПО специальности 31.02.03 «Лабораторная диагностика» и рассчитано на одно занятие (2 часа) в соответствии с календарно-тематическим планом программы учебной дисциплины.

Данная тема входит в изучение общеобразовательной дисциплины профильного уровня «Химия». Преподавание реализовано с учётом профессиональной направленности обучающихся по специальности 34.02.01 «Сестринское дело».

Актуальность темы:

В природе чаще всего встречаются смеси различных веществ. Большинство веществ, находящихся в окружающем нас мире находится в раздробленном (диспергированном) состоянии, то есть состоит из дисперсных систем. Дисперсные системы широко распространены в природе и участвуют во многих технологических процессах. Дисперсные системы активно применяют в медицине: это в первую очередь коллоидные растворы, аэрозоли, кремы, мази. Биохимические процессы в организме протекают также в дисперсных системах. Усвоение пищи связано с переходом питательных веществ в растворенное состояние. Поэтому будущему медицинскому работнику необходимо иметь представление о дисперсных системах и их классификации.

Тип учебного занятия: лекция

Цели занятия:

Учебные:

• дать представление о дисперсных системах и их классификации;

• показать значение дисперсных систем в природе и жизни человека, относительность деления растворов на истинные и коллоидные;

• дать понятие о свертывании крови как биологическом синерезисе, его значении.

Развивающие:

• способствовать развитию клинического и логического мышления, медицинской наблюдательности;

• способствовать развитию умения сравнивать и выделять различия;

• развивать познавательную и поисковую активность;

Воспитательная:

• повышение интереса к предмету, формирование положительного отношения к образовательному процессу, к самостоятельной работе;

• содействие личностному самоопределению обучающихся в отношении их будущей профессии

Обучающийся должен обладать общими компетенциями, включающими в себя способность:

ОК 01. Выбирать способы решения задач профессиональной деятельности применительно к различным контекстам;

ОК 04. Эффективно взаимодействовать и работать в коллективе и команде;

ОК 05. Осуществлять устную и письменную коммуникацию на государственном языке Российской Федерации с учетом особенностей социального и культурного контекста;

ОК 08. Использовать средства физической культуры для сохранения и укрепления здоровья в процессе профессиональной деятельности и поддержания необходимого уровня физической подготовленности.

Занятие способствует формированию у обучающихся следующих личностных результатов:

ЛР.12 Способный искать нужные источники информации и данные, воспринимать, анализировать, запоминать и передавать информацию с использованием цифровых средств; предупреждающий собственное и чужое деструктивное поведение в сетевом пространстве.

ЛР.13 Проявляющий навыки сотрудничества со сверстниками, детьми младшего возраста, взрослыми в образовательной, общественно полезной, учебно-исследовательской, проектной деятельности.

ЛР.14 Развивающий творческие способности, способный креативно мыслить.

ЛР.21 Соблюдающий и пропагандирующий правила здорового и безопасного образа жизни, спорта; предупреждающий либо преодолевающий зависимости от алкоголя, табака, психоактивных веществ, азартных игр и т.д.

ЛР.26 Готов к выполнению поставленной задачи, направленной на помощь пациенту в любой ситуации.

Обучающийся (базовый уровень) должен обладать профессиональными компетенциями, соответствующими видам деятельности:

ПК 1.1. Организовывать рабочее место.

ПК 1.2. Обеспечивать безопасную окружающую среду.

ПК 3.2. Пропагандировать здоровый образ жизни.

После изучения данной темы обучающийся должен:

уметь:

- называть: дисперсные системы;

– характеризовать: общие химические свойства металлов, неметаллов;

–объяснять: зависимость свойств химического элемента и образованных им веществ от положения в Периодической системе Д.И.  Менделеева;

– называть: изученные вещества;

– определять: принадлежность веществ к разным классам неорганических соединений; типы реакций в неорганической химии

– характеризовать: общие химические свойства основных классов неорганических соединений;

– объяснять: зависимость свойств дисперсных систем от их состава и строения.

знать:

- Классификацию дисперсных систем в зависимости от агрегатного состояния дисперсионной среды и дисперсной фазы, а также по размеру их частиц.

- Грубодисперсные системы: эмульсии и суспензии.

- Тонкодисперсные системы: коллоидные (золи и гели) и истинные (молекулярные, молекулярно-ионные и ионные).

- Эффект Тиндаля. Коагуляцию в коллоидных растворах. Синерезис в гелях.

- Значение дисперсных систем в живой и неживой природе и практической жизни человека.

- Биологические, медицинские и технологические золи.

- Свертывание крови как биологический синерезис, его значение.

Междисциплинарные связи:

• ОДП.03 Биология

• ОП.01 Анатомия и физиология человека

• ОП.06 Фармакология

• ПМ.01 Проведение мероприятий по профилактике инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи.

Методы организации и осуществления учебно-познавательной деятельности:

• словесный (лекция, объяснение, фронтальная беседа);

• наглядный (демонстрация таблиц, мультимедийной презентации, видеофрагментов)

Место проведения лекции: учебная аудитория ГБПОУ КК «Камчатский медицинский колледж».

Материально-техническое оснащение занятия:

• Компьютер;

• Мультимедийное сопровождение;

• Проектор.

СТРУКТУРНО-ЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ЗАНЯТИЯ

Ход занятия

Основные понятия: дисперсная система, грубодисперсная система, тонкодисперсная система; взвеси, эмульсия, суспензия, аэрозоль, коллоидная система; золь, гель, истинные растворы, эффект Тиндаля, дисперсионная среда, дисперсная фаза, чистое вещество, смесь, синерезис, мицелла.

Оборудование: препараты бытовой химии, аэрозоли; гели косметические, медицинские, пищевые; мази, пасты; чугун, сталь и изделия из них; образцы горных пород, минералы; вода, растительное масло (для демонстрации эмульсий); желатин, вода (для демонстрации желе); NaCl, бензол, одеколон, минеральная вода (для демонстрации относительности деления растворов на истинные и коллоидные: Na₂SiO₃, HCl, FeCl₃, NH₃ (р-ры); АlСl₃(тв.); HCl, спирт.

Актуализация знаний:

1. Дайте определение понятию «вещество» (Вещество – это одна из форм материи, представляющая собой совокупность частиц (атомов, молекул или ионов), характеризующаяся при определённых условиях одними и теми же индивидуальными свойствами.).

2. Какие вещества бывают? (Вещества делят на простые и сложные

Простое вещество — это химическое вещество, состоящее исключительно из атомов одного химического элемента. Сложными называют вещества, состоящие из атомов разных химических элементов.)

1. Перечислите агрегатные состояния вещества (твердое, жидкое, газообразное)

2. Что такое соль? (Соль — это сложное соединение состоящая из катионов метала и кислотного остатка)

3. Что такое кислота? (Кислота — это сложное соединение состоящая из катиона водорода и кислотного остатка)

Состояние чистого вещества описывается так: твердое, жидкое, газообразное. Однако абсолютно чистых веществ в природе не существует. Даже незначительное количество примесей может существенно влиять на свойства вещества — температуру плавления, кипения, электро- и теплопроводимость, реакционную способность.

Получение чистых веществ — важнейшая задача современной химии: только чистое вещество проявляет свои индивидуальные свойства качественно.

Существует следующая маркировка веществ:

Однако в природе, и в жизни человека встречаются не отдельные вещества, а их системы.

Важнейшими из них являются дисперсные, т.е. гетерогенные системы — состоящие из двух или более фаз с сильно развитой поверхностью раздела между ними.

Фаза— часть системы, отделенная от других ее частей поверхностью раздела.

Одна из фаз раздроблена на мелкие частицы и равномерно распределена в объеме другого вещества — это дисперсная фаза, а другая — сплошная фаза — дисперсионная среда.

В зависимости от сочетания агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды можно выделить 9 видов таких систем.

Классификация дисперсных систем

Классификация дисперсных систем по величине частиц

Дисперсные системы классифицируются по степени взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой:

а) взаимодействие слабое: если среда водная — система гидрофобная — галогениды серебра; система лиофобная, если среда не водная.

б) взаимодействие сильное: если среда водная — гидрофильные системы, они самопроизвольно образуются, имеют высокую дисперсность.

Если среда не водная — то лиофильные системы, они термодинамически устойчивы и не разрушаются со временем.

Для дисперсных систем важен признак гетерогенности.

Например, сплавы железа: чугун и стали — отличаются именно по этому признаку. Процентное содержание углерода в них разное. В чугуне более 0,02 %, а встали менее 0,02 %.

Избыток углерода в чугуне становится твердым раствором, выделяется в виде пластинок графита. Вследствие этого чугун хрупок, в отличие от стали: сталь — это твердый гомогенный раствор углерода в железе. Сталь можно прокатывать, ковать, штамповать, волочить. На изломе чугуна можно заметить серый цвет графита. При затвердевании чугун не сжимается, как большинство металлов, а расширяется, как вода и лед. Используется чугун только для литья.

Таким образом, чугун — дисперсная гетерогенная система.

Сталь — дисперсная гомогенная система. Это твердый, истинный раствор.

Некоторые дисперсные системы:

1. Грубодисперсные: размер частиц ≥ 100 нм.

Это непрозрачные системы, частицы видны невооруженным глазом, отстаиваются, у жидкостей видна граница раздела;

а) эмульсии: синтомициновая эмульсия — лекарство; молоко; лимфа (природная), водоэмульсионная краска, битумный материал, строительные эмульсии.

На основе эмульсий получают полимеры: каучук, полистирол, поливинил, ацетат.

б) суспензии: дисперсная фаза твердая, нерастворимая в дисперсионной среде она жидкая.

Пример: «известковое молоко» — Са(ОН)₂ и Н₂О — строительный раствор; или речной и морской ; мел и Н₂О (показать).

Суспензии чаше называют взвесями.

Грубодисперсные системы очень высокой дисперсной фазы называются пастами: зубные пасты (демонстрация — пасты, помады, тушь).

2.Коллоидные системы относятся к тонкодисперсным и имеют размер частиц от 100 до 1 нм.

Коллоидная частица называется мицеллой. Она имеет довольно сложное строение, состоящее из частицы гранулы и диффузного слоя. Гранулы могут иметь и положительный, и отрицательный заряд. Это зависит от избытка одного из реагентов. В случае образования коллоидного раствора из AgNO₃ и NaCl, при избытке AgNО₃ гранула имеет положительный заряд, при избытке NaCl гранула отрицательно заряжена.

Коллоидные системы хорошо распространены в природе.

Почва, глина, природные воды, воздух, облака, пыль, дым, многие минералы и даже драгоценные камни — это все коллоидные системы.

Коллоидные системы имеют большое значение в биологии, медицине. Все пищевые продукты — хлеб, молоко, масло — коллоидные системы.

С химической точки зрения организм в целом — это сложнейшая совокупность многих коллоидных систем, включая жидкие коллоиды и гели.

Кровь, плазма, лимфа, спинномозговая жидкость — системы, в которых белки, холестерин, гликоген и другие вещества находятся в коллоидном состоянии.

А почему коллоидным состояниям природа отдает предпочтение?

В коллоидном состоянии вещество имеет большую поверхность раздела между фазами, а это способствует лучшему протеканию важнейшего жизненного процесса — обмену веществ.

К примеру: если взять кубик вещества с ребром 10^-2 м, его поверхность составляет 6 · 10^-4 м². Если раздробить вещество до размера коллоидной частицы 10^-7—10^-9 м, то суммарная площадь 1 м³ вещества уже составит сотни и тысячи квадратных метров. А скорость реакций, как известно, зависит от поверхности соприкосновения.

Коллоидные системы подразделяются на золи и гели.

Золи — коллоидные растворы с изолированными друг от друга частицами фазы и дисперсионной средой.

Пример: кремниевая кислота, растворимое стекло Na₂SiО₃

Демонстрация эксперимента:

а)

б) гидролиз АlСl₃ в горячей воде дает золь.

Гели — коллоидная система с соприкасающимися частицами фазы и дисперсионной среды. Это студенистые тела. Частицы дисперсной фазы соединяются между собой в рыхлую пространственную сетку, в ячейках которой содержится дисперсионная фаза (среда). Эта система лишена текучести.

Демонстрация: желатин + Н₂O, крахмальный клейстер.

Для гелей характерна реакция синирезиса — самопроизвольного выделения жидкости.

Уплотняется структура геля, уменьшается объем. Явление синирезиса определяет срок годности продукта: пищевого, косметического, медицинского.

Свертывание крови — это тоже синирезис. Идет превращение растворимого белка крови — фибриногена — в нерастворимый — фибрин. Это защитная реакция организма.

Золи могут подвергаться коагуляции. Это объединение коллоидных частиц в более крупные агрегаты и выпадение их в осадок под влиянием температуры, изменения концентрации, механического воздействия, облучения, добавления электролита, образование геля.

Внешне коллоидные растворы бывают полупрозрачными и прозрачными растворами. Их можно не отличить от тонкодисперсных систем — истинных растворов, где размеры частиц фазы ≤ 1 нм. Для коллоидных растворов характерен эффект Тиндаля.

При пропускании луча света через коллоидный раствор крупные частицы отражают свет от своей поверхности, в сосуде виден светящийся конус. Такого конуса не наблюдается при пропускании луча света через истинный раствор, тонкодисперсную систему.

Коллоидные растворы — гомогенные системы, состоящие из двух и более веществ одной фазы.

Одно вещество распределено в другом в виде атомов, молекул, ионов. Растворитель, дисперсионная среда, агрегатное состояние не изменяется при образовании дисперсной системы.

Пример: растворитель — дисперсионная среда вода; в водных растворах солей, кислот, щелочей, сахара, углекислого газа.

Воздух — это раствор кислорода, азота, благородных газов, углекислого газа.

Столовый уксус 9 % — вода растворитель.

Уксусная эссенция 80 % — растворитель уксусная кислота.

Растворы подразделяются на:

— молекулярные — водные растворы неэлектролитов (спиртовой раствор йода, растворы сахарозы, глюкозы);

— молекулярно-ионные — растворы слабых электролитов (азотистая кислота, угольная кислота, аммиачная вода);

— ионные растворы — растворы электролитов.

Растворение — физико-химический процесс, т.к. наряду с образованием обычной механической смеси веществ идет и процесс взаимодействия частиц растворенного вещества с растворителями.

К таким заключениям в 1887 году пришел Д. И. Менделеев. Точное определение раствора:

Раствор — гомогенная (однородная) система, состоящая из частиц растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия.

Эксперимент.

Идет гидратация катиона меди (II) молекулами воды. Гидратированные ионы придают раствору голубой цвет, выделяется тепло — признак химической реакции.

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ

1. Приготовление насыщенного раствора

Условие задачи: Для приготовления насыщенного раствора поваренной соли надо в 100 г воды растворить 36 г хлорида натрия. Какое количество (моль) поваренной соли будет растворено в 360 г насыщенного раствора? Ответ запишите с точностью до десятых долей.

Шаг первый: найдём массу насыщенного раствора соли, в котором растворено 36 г хлорида натрия. Для этого сложим массу растворителя и растворённого вещества:

100 + 36 = 136 (г).

Шаг второй: найдём массу хлорида натрия, которая содержится в 360 г насыщенного раствора. Для этого составим пропорцию:

В 136 г насыщенного раствора содержится 36 г хлорида натрия;

в 360 г такого же раствора содержится т г хлорида натрия.

т = (360·36) : 136 = 95,3 (г).

Шаг третий: вычислим молярную массу хлорида натрия:

М = 23 + 35 = 58 (г/моль).

Шаг четвертый: найдём, сколько моль хлорида натрия содержится в 95,3 г.

Для этого массу хлорида натрия разделим на его молярную массу:

95,3 : 58 = 1,6 (моль).

Ответ: 1,6

2. Расчёт объёма раствора, который можно приготовить из раствора известной концентрации

Условие задачи: Какой объём 0,25 М раствора NaOH можно приготовить из 200 мл раствора гидроксида натрия с массовой долей 12% и плотностью 1,13 г/см3? Ответ запишите в мл в виде целого числа.

Шаг первый: найдём массу 200 мл 12%-ного раствора.

Для этого умножим объём раствора на его плотность:

200·1,13 = 226 (г).

Шаг второй: найдём массу гидроксида натрия, которая содержится в 226 г 12%-ного раствора.

Для этого составим пропорцию:

В 100 г раствора содержится 12 г гидроксида натрия;

в 226 г раствора содержится т г гидроксида натрия.

т = (226·12) : 100 = 27,12 (г)

Шаг третий: найдём количество моль гидроксида натрия, которое содержится в 27,12 г.

Для этого вычислим молярную массу гидроксида натрия:

М = 23 + 16 + 1 = 40 (г/моль).

Теперь разделим массу гидроксида натрия на его молярную массу:

27,12 : 40 = 0,68 (моль).

Шаг четвёртый: Найдём объём раствора, в котором это количество гидроксида натрия составит концентрацию 0,5 М.

Для этого составим пропорцию:

в 1000 мл раствора содержится 0,5 моль гидроксида натрия;

в V мл раствора содержится 0,68 моль гидроксида натрия.

V = (1000·0,68) : 0,5 = 1360 (мл).

Ответ: 1360.

II. Обобщение и выводы

Мы изучили более углубленно классификацию дисперсных систем, важность их в природе, жизни человека.

Следует отметить, что резкой границы между видами дисперсных систем нет. Классификацию считать относительной. В зависимости от условий одна система может перейти в другую. Пример: кровь — коллоидный раствор и может стать грубодисперсной системой. FeCl₃ — тонкодисперсная система, но при нагревании образуется коллоидный раствор.

III. Домашнее задание:

1. Провести эксперимент по получению дисперсных систем.

2. Выучить конспект.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Основная литература:

1. Габриелян, О. С. Химия: 11-й класс: базовый уровень: учебник / О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, С. А. Сладков. — 5-е изд., стер. — Москва: Просвещение, 2023. — 128 с.

2. Урок 6. Дисперсные системы - Химия - 11 класс – Видео. // Российская электронная школа: сайт. – URL: https://resh.edu.ru/subject/lesson/4939/main/151137/ (дата обращения: 13.02.2024).

Дополнительная литература:

1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тестов по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс: учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.: Просвещение. – 2018. – 352 с.

Физкультминутка для глаз