Дисперсные (коллоидные) системы и растворы презентация

Дисперсная система
Дисперсная фаза- это раздробленная фаза, она состоит из частиц нерастворимого тонкоизмельченного вещества, распределенных по всему объёму дисперсионной среды.
Дисперсионная среда
(непрерывная часть дисперсной системы)
Дисперсный - раздробленный, рассеянный.
Высокая дисперсность придает веществам новые качественные признаки:
повышенную реакционную способность, растворимость, светорассеяние и т.д.
Дисперсные системы – гетерогенные системы, в которых одна из фаз находится в дисперсном (раздробленном состоянии).

Признаки объектов коллоидной химии

Для коллоидных систем характерно интенсивное броуновское движение частиц дисперсной фазы.
По степени взаимодействия между молекулами дисперсной фазы и дисперсионной среды коллоиды делятся на:
а) лиофильные (сильное взаимодействие);
б) лиофобные (слабое взаимодействие).
ХАРАКТЕРИСТИКА КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМ:

Эффект Тиндаля
рассеяние света при прохождении светового пучка через оптически неоднородную среду. Обычно наблюдается в виде светящегося конуса (конус Тиндаля), видимого на тёмном фоне. Характерен для растворов коллоидных систем (например, золей металлов, разбавленных латексов, табачного дыма), в которых частицы и окружающая их среда различаются по преломления показателю. На эффекте Тиндаля основан ряд оптических методов определения размеров, формы и концентрации коллоидных частиц и макромолекул. Назван по имени открывшего его Дж. Тиндаля.
справа - вода
Слева –
раствор крахмала

Зависимость удельной поверхности от размера частиц
II – высокодисперсные, коллоидные (наносистемы)
10-9 < a < 10-7
III – среднедисперсные (микрогетерогенные)
10-7 < a < 10-5
IV – грубодисперсные
a > 10-5

Виды дисперсных систем

Дисперсионная среда:
ГАЗ
Дисперсная фаза:
ГАЗ
Всегда гомогенная смесь
(воздух, природный газ)
Дисперсная фаза:
Жидкость
Туман, попутный газ с капельками нефти, карбюраторная смесь в двигателях
автомобилей, аэрозоли
Дисперсная фаза:
Твёрдое вещ-во
Пыль в воздухе, дым, смог,
пыльные и песчаные бури

Дисперсионная среда:
Жидкость
Дисперсная фаза:
ГАЗ
Шипучие напитки, пены
Дисперсная фаза:
Жидкость
Эмульсии. Жидкие среды организма
(плазма крови, лимфа, пищеварительные соки), жидкое содержимое клеток
(цитоплазма, кариоплазма)
Дисперсная фаза:
Твёрдое вещ-во
Золи, гели, пасты (кисели, студни, клеи)
Речной и морской ил, взвешенные в воде;
Строительные растворы

Дисперсионная среда:
Твёрдое вещество
Дисперсная фаза:
ГАЗ
Снежный наст с пузырьками воздуха
в нём, почва, кирпич и керамика,
пористый шоколад, порошок
Дисперсная фаза:
Жидкость
Влажная почва, медицинские и
косметические средства
(мази, тушь, помада и т.д.)
Дисперсная фаза:
Твёрдое вещ-во
Горные породы, цветные стёкла,
некоторые сплавы
Нажмите любую клавишу

Строение коллоидных мицелл

{m[ AgI ] n I- (n-x) K+}x-x K+

Получение дисперсных систем
измельчение крупных образцов вещества до частиц дисперсных размеров;
химический состав и агрегатное состояние вещества не меняется;
затрачивается внешняя работа;
используют для получения грубодисперсных систем – производство цемента (1 млрд.т в год), измельчении руд полезных ископаемых, помол муки и т.д.

основаны на ассоциации молекул в агрегаты из истинных растворов;
используют для получения высокодисперсных систем;
не требуют затраты внешней работы;
появление новой фазы происходит при пересыщении среды.
Конденсационные методы

Стадии конденсации
2. Рост зародышей.
3. Формирование слоя стабилизатора (ДЭС).

Физические конденсационные методы

Химические конденсационные методы

3. Реакции окисления
Образование золя серы.
2H2Sр-р + O2 = 2S ↓+ 2H2O
Строение мицеллы:

4. Реакции гидролиза
Получение золя гидроксида железа.
FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3 ↓ + 3HCl
Cтроение мицеллы:

Метод пептизации

Низкомолекулярные примеси (чужеродные электролиты) разрушают коллоидные системы.
Диализ – отделение золей от низкомолекулярных примесей с помощью полупроницаемой мембраны.
Электродиализ – диализ, ускоренный внешним электрическим полем.
Ультрафильтрация – электродиализ под давлением (гемодиализ).
Методы очистки дисперсных систем

Особенности коллоидных растворов
Опалесценция (светорассеяние) наблюдается когда λ > d.
Чем короче длина волны падающего света, тем больше рассеяние.
400 нм - синий, 780 нм - красный
При боковом свечении дисперсные системы имеют голубоватую окраску (атмосфера Земли), а в проходящем свете – красноватую (восход и закат Солнца).
Светомаскировка - синий свет.
Сигнализация – красный, оранжевый свет.
Окраска драгоценных камней и самоцветов
Рубин – коллоидный раствор Cr или Au в Al2O3,
Сапфир - коллоидный раствор Ti в Al2O3,
Аметист – коллоидный раствор Mn в SiO2.

2. Способность к электрофорезу - явление перемещения частиц ДФ относительно неподвижной ДС по действием внешнего электрического поля.
Причина электрофореза - наличие двойного электрического слоя (ДЭС) на поверхности частиц ДФ.
Электроосмос- перемещение дисперсионной среды под действием электрического тока через неподвижную пористую диафрагму.
Применяется в процессах обезвоживания и сушки многих пористых материалов или концентрированных коллоидных систем.

Устойчивость и коагуляция дисперсных систем

Коагуляция золей электролитами
Все электролиты при определенной концентрации могут вызвать коагуляцию золя.
Правило знака заряда: коагуляцию золя вызывает тот ион электролита, знак заряда которого противоположен заряду коллоидной частицы (гранулы).
Этот ион называют ионом-коагулятором.
Каждый электролит по отношению к коллоидному раствору обладает порогом коагуляции (коагулирующей способностью).

Порог коагуляции (γ, Спор) – наименьшая концентрация электролита, достаточная для того, чтобы вызвать коагуляцию золя
Коагулирующая способность (Р) – величина, обратная порогу коагуляции
Влияние заряда иона-коагулятора (правило Шульце-Гарди): коагулирующая способность электролита возрастает с увеличением заряда иона – коагулятора

Седиментация
Седиментацией называют процесс оседания частиц дисперсной фазы в жидкой или газообразной среде под действием силы тяжести.
Скорость оседания не зависит от природы, а определяется размером частиц, разностью плотностей частиц и среды, вязкостью среды.
Седиментации противодействуют броуновское движение и диффузия. Через некоторое время устанавливается седиментационно- диффузионное равновесие.

КОЛЛОИДНЫЕ СИСТЕМЫ В ОРГАНИЗМЕ
Можно смело сказать, что весь человек – это ходячий коллоид, а все органы и системы организма – дисперсные системы. Рассмотрим некоторые из них…

Кости – это коллаген, насыщенный кальцием и фосфором.

Кровь – это дисперсная система, в которой ферментные элементы эритроциты, тромбоциты, лейкоциты являются фазой, а плазма – дисперсионной
средой.

Кожа, мышцы, ногти, волосы, кровеносные сосуды, легкие, весь желудочно-кишечный тракт и многое другое, без чего немыслима сама жизнь состоит из коллоидов, богатых белками соединительной ткани.