Фазовые состояния веществ. Дисперсные системы. Способы выражения концентрации

1. Классификация дисперсионных систем по агрегатному состоянию

Необ­хо­ди­мо раз­ли­чать по­ня­тия аг­ре­гат­но­го и фа­зо­во­го со­сто­я­ния ве­ществ.

Фаза – од­но­род­ная по со­ста­ву и свой­ствам часть рас­смат­ри­ва­е­мой си­сте­мы, от­де­лен­ная от дру­гих фаз по­верх­но­стя­ми раз­де­ла, на ко­то­рых скач­ком из­ме­ня­ют­ся неко­то­рые свой­ства си­сте­мы – на­при­мер, плот­ность, элек­тро­про­вод­ность, вяз­кость.

Фаза – это го­мо­ген­ная часть ге­те­ро­ген­ной си­сте­мы.

На­при­мер, если мы на­льем под­сол­неч­ное масло в воду, мы по­лу­чим си­сте­му, на­хо­дя­щу­ю­ся в одном аг­ре­гат­ном со­сто­я­нии – в жид­ком. Но ве­ще­ства в ней будут на­хо­дить­ся в двух раз­лич­ных фазах: одна – это вода, дру­гая – это рас­ти­тель­ное масло, и между ними будет от­чет­ли­вая гра­ни­ца, так на­зы­ва­е­мая по­верх­ность раз­де­ла. Зна­чит, си­сте­ма будет ге­те­ро­ген­ной.

Дру­гой по­хо­жий при­мер: если сме­шать муку и са­хар­ный песок, мы по­лу­чим си­сте­му, где ве­ще­ства на­хо­дят­ся в одном аг­ре­гат­ном со­сто­я­нии, но в двух раз­лич­ных фазах, и си­сте­ма яв­ля­ет­ся ге­те­ро­ген­ной.

Клас­си­фи­ка­ция дис­перс­ных си­стем

Рис. 1. Клас­си­фи­ка­ция дис­перс­ных си­стем

Не все­гда по­лу­ча­ет­ся четко про­ве­сти гра­ни­цу между по­ня­ти­я­ми «го­мо­ген­ная» и «ге­те­ро­ген­ная» си­сте­ма. При уве­ли­че­нии раз­ме­ра ча­стиц, смесь ве­ществ делят на гру­бо­дис­перс­ные, кол­ло­ид­ные рас­тво­ры и ис­тин­ные рас­тво­ры. См. рис. 1.

Дис­перс­ной на­зы­ва­ют си­сте­му, в ко­то­рой одно ве­ще­ство в виде мел­ких ча­стиц рас­пре­де­ле­но в объ­ё­ме дру­го­го.

Дис­перс­ная фаза – это ве­ще­ство, ко­то­рое при­сут­ству­ет в дис­пер­си­он­ной си­сте­ме в мень­шем ко­ли­че­стве. Она может со­сто­ять и из несколь­ких ве­ществ.      

Дис­пер­си­он­ная среда – это ве­ще­ство, ко­то­рое при­сут­ству­ет в дис­пер­си­он­ной си­сте­ме в боль­шем ко­ли­че­стве, и в объ­е­ме ко­то­ро­го рас­пре­де­ле­на дис­перс­ная фаза

Рис. 2

Дис­пер­си­он­ная среда – это ве­ще­ство, ко­то­рое при­сут­ству­ет в дис­пер­си­он­ной си­сте­ме в боль­шем ко­ли­че­стве, и в объ­е­ме ко­то­ро­го рас­пре­де­ле­на дис­перс­ная фаза. Рис. 2.

Гру­бо­дис­перс­ные си­сте­мы

Дис­пер­си­он­ную среду и дис­перс­ную фазу могут со­став­лять ве­ще­ства, на­хо­дя­щи­е­ся в раз­лич­ных аг­ре­гат­ных со­сто­я­ни­ях. В за­ви­си­мо­сти от со­че­та­ния дис­пер­си­он­ной среды и дис­перс­ной фазы вы­де­ля­ют 8 типов таких си­стем. См. Табл. 1.
Клас­си­фи­ка­ция дис­перс­ных си­стем по аг­ре­гат­но­му со­сто­я­нию

Клас­си­фи­ка­ция дис­перс­ных си­стем по аг­ре­гат­но­му со­сто­я­нию
Табл. 1

2. Некоторые свойства грубодисперсных систем

Гру­бо­дис­перс­ные си­сте­мы с жид­кой или га­зо­об­раз­ной дис­пер­си­он­ной сре­дой по­сте­пен­но раз­де­ля­ют­ся на со­став­ля­ю­щие ком­по­нен­ты. Срок таких про­цес­сов может быть раз­лич­ным. Имен­но они опре­де­ля­ют сроки год­но­сти и сроки воз­мож­но­го ис­поль­зо­ва­ния и про­дук­тов пи­та­ния, и дру­гих ве­ществ, со­дер­жа­щих дис­перс­ные си­сте­мы. В слу­чае ве­ществ с твер­дой дис­пер­си­он­ной сре­дой, их свой­ства опре­де­ля­ют­ся раз­ме­ра­ми ча­стиц дис­перс­ной фазы. На­при­мер, пемза не тонет в воде. По­то­му что вода не может про­ник­нуть в поры, на­хо­дя­щи­е­ся внут­ри камня, и сред­няя плот­ность объ­ек­та ста­но­вит­ся мень­ше плот­но­сти воды.

Гру­бо­дис­перс­ные си­сте­мы хо­ро­шо рас­смат­ри­вать в мик­ро­скоп. Имен­но этим свой­ством вос­поль­зо­вал­ся в 1827 году шот­ланд­ский бо­та­ник Джон Броун, ко­то­рый об­на­ру­жил ха­о­ти­че­ское дви­же­ние мель­чай­ших ча­сти­чек пыль­цы и дру­гих ве­ществ, взве­шен­ных в воде. Позд­нее дан­ное яв­ле­ние было на­зва­но бро­унов­ским дви­же­ни­ем и стало одно из основ мо­ле­ку­ляр­но-ки­не­ти­че­ской тео­рии.

3. Коллоидные растворы

Кол­ло­ид­ные си­сте­мы

Кол­ло­ид­ные си­сте­мы под­раз­де­ля­ют на:

· ЗОЛИ – дис­перс­ная фаза не об­ра­зу­ет сплош­ных жест­ких струк­тур.

· ГЕЛИ – ча­сти­цы дис­перс­ной фазы об­ра­зу­ют жест­кие про­стран­ствен­ные струк­ту­ры.  При­ме­ры: сыр, хлеб, мар­ме­лад, зефир, желе, хо­ло­дец.

Рас­твор белка в воде – кол­ло­ид­ный рас­твор. Кол­ло­ид­ные рас­тво­ры про­зрач­ны, но рас­се­и­ва­ют свет.

При про­пус­ка­нии света через про­зрач­ный сосуд с рас­тво­ром, можно на­блю­дать све­тя­щий­ся конус.

С по­мо­щью спе­ци­аль­но­го мик­ро­ско­па в кол­ло­ид­ных рас­тво­рах можно об­на­ру­жить от­дель­ные ча­сти­цы.

Ве­ще­ства в кол­ло­ид­ном со­сто­я­нии при­ни­ма­ют уча­стие в об­ра­зо­ва­нии мно­гих ми­не­ра­лов, таких как агат, ма­ла­хит, опал, сер­до­лик, хал­це­дон, жем­чуг. См. рис. 3.

Агат, ма­ла­хит, опал, сер­до­лик, хал­це­дон, жем­чуг

Рис. 3

Есть гели и в че­ло­ве­че­ском теле. Это во­ло­сы, хрящи, су­хо­жи­лья. Много золей и гелей на­хо­дит­ся в ор­га­низ­ме че­ло­ве­ка, по­это­му один из уче­ных  оте­че­ствен­ной хи­ми­че­ской науки И.И. Жуков ска­зал, что че­ло­век – это хо­дя­чий кол­ло­ид.

Ко­а­гу­ля­ция

Ко­а­гу­ля­ция – это сли­па­ние кол­ло­ид­ных ча­стиц и их осе­да­ние из рас­тво­ра.

 По­че­му при­ро­да столь часто от­да­ет пред­по­чте­ние имен­но кол­ло­ид­но­му со­сто­я­нию ве­ще­ства? Дело в том, что ве­ще­ства в кол­ло­ид­ном со­сто­я­нии имеют боль­шую по­верх­ность раз­де­ла между фа­за­ми. Это об­лег­ча­ет про­те­ка­ние ре­ак­ции об­ме­на ве­ществ, ко­то­рая про­ис­хо­дит имен­но на по­верх­но­сти раз­де­ла. Для кол­ло­ид­ных ча­стиц боль­шое зна­че­ние имеет пло­щадь их по­верх­но­сти. Кол­ло­ид­ные ча­сти­цы легко ад­сор­би­ру­ют на своей по­верх­но­сти раз­лич­ные ве­ще­ства. На­при­мер, ионы как бы при­кле­и­ва­ют­ся к их по­верх­но­сти. При этом кол­ло­ид­ные ча­сти­цы при­об­ре­та­ют по­ло­жи­тель­ный или от­ри­ца­тель­ный заряд. Ча­сти­цы с оди­на­ко­вым за­ря­дом будут от­тал­ки­вать­ся друг от друга. Если в кол­ло­ид­ную си­сте­му до­ба­вить элек­тро­лит, ли­шен­ные по­верх­ност­но­го за­ря­да ча­сти­цы нач­нут сли­пать­ся в более круп­ные об­ра­зо­ва­ния. Про­ис­хо­дит ко­а­гу­ля­ция кол­ло­и­да, ко­то­рая со­про­вож­да­ет­ся вы­па­де­ни­ем осад­ка. Ко­а­гу­ля­цию можно вы­звать и дру­ги­ми воз­дей­стви­я­ми, на­при­мер, на­гре­ва­ни­ем. Такие яв­ле­ния имеют боль­шое зна­че­ние, как в при­ро­де, так и в про­мыш­лен­но­сти.

4. Истинные растворы, способы выражения состава раствора

Ис­тин­ные рас­тво­ры

Со­сто­я­ние рас­тво­ров опре­де­ля­ет­ся кон­цен­тра­ци­ей рас­тво­рен­ных ве­ществ, тем­пе­ра­ту­рой и дав­ле­ни­ем. При рас­тво­ре­нии ве­ще­ства в ка­ком-ни­будь рас­тво­ри­те­ле при по­сто­ян­ной тем­пе­ра­ту­ре и дав­ле­нии, кон­цен­тра­ция рас­тво­рен­но­го ве­ще­ства не будет расти бес­ко­неч­но. В ка­кой-то мо­мент оно пе­ре­ста­нет рас­тво­рять­ся, и до­сти­га­ет­ся его мак­си­маль­но воз­мож­ная кон­цен­тра­ция. На­сту­пит ди­на­ми­че­ское рав­но­ве­сие, ко­то­рое за­клю­ча­ет­ся в том, что часть ве­ще­ства по­сто­ян­но рас­тво­ря­ет­ся, а часть пе­ре­хо­дит из рас­тво­ра в оса­док. Но при этом кон­цен­тра­ция рас­тво­рен­но­го ве­ще­ства боль­ше ме­нять­ся не будет.

На­сы­щен­ный рас­твор – это рас­твор, ко­то­рый на­хо­дит­ся в фа­зо­вом рав­но­ве­сии с рас­тво­ря­е­мым ве­ще­ством.

Пе­ре­сы­щен­ный рас­твор – это рас­твор, в ко­то­ром со­дер­жит­ся боль­ше рас­тво­рен­но­го ве­ще­ства, чем в на­сы­щен­ном рас­тво­ре при оди­на­ко­вых тем­пе­ра­ту­ре и дав­ле­нии.

Так как рас­тво­ри­мость боль­шин­ства ве­ществ уве­ли­чи­ва­ет­ся с уве­ли­че­ни­ем тем­пе­ра­ту­ры, то по­лу­чить пе­ре­сы­щен­ный рас­твор можно при охла­жде­нии на­сы­щен­но­го при более вы­со­кой тем­пе­ра­ту­ре рас­тво­ра. Пе­ре­сы­щен­ный рас­твор неста­би­лен, и вне­се­ние в него неболь­шо­го кри­стал­ла, по­па­да­ние пыли или даже рез­кий тол­чок могут вы­звать быст­рую кри­стал­ли­за­цию рас­тво­рен­но­го ве­ще­ства.

Нена­сы­щен­ный рас­твор – это рас­твор, со­дер­жа­щий рас­тво­рен­но­го ве­ще­ства мень­ше, чем его может со­дер­жать­ся в на­сы­щен­ном рас­тво­ре того же ве­ще­ства при оди­на­ко­вых тем­пе­ра­ту­ре и дав­ле­нии.

Рас­тво­ри­мость – это масса пор­ции рас­тво­рен­но­го ве­ще­ства, ко­то­рую при дан­ной тем­пе­ра­ту­ре и дав­ле­нии необ­хо­ди­мо рас­тво­рить в опре­де­лен­ном ко­ли­че­стве рас­тво­ри­те­ля для при­го­тов­ле­ния на­сы­щен­но­го рас­тво­ра. Чаще всего рас­смат­ри­ва­ют рас­тво­ри­мость в 100 г, в 1 кг или 1 л рас­тво­ри­те­ля.

 

 Для вы­ра­же­ния ко­ли­че­ствен­но­го со­ста­ва рас­тво­ра ис­поль­зу­ет­ся по­ня­тие мас­со­вой доли рас­тво­рен­но­го ве­ще­ства. Это от­но­ше­ние рас­тво­рен­но­го ве­ще­ства к сум­мар­ной массе рас­тво­ра.

 =мас­со­вая доля рас­тво­рен­но­го ве­ще­ства. Это от­но­ше­ние рас­тво­рен­но­го ве­ще­ства к сум­мар­ной массе рас­тво­ра

Мо­ляр­ная кон­цен­тра­ция – это от­но­ше­ние ко­ли­че­ства ве­ще­ства в молях к объ­ё­му рас­тво­ра.

Мо­ляр­ная кон­цен­тра­ция – это от­но­ше­ние ко­ли­че­ства ве­ще­ства в молях к объ­ё­му рас­тво­ра

Об­ла­сти при­ме­не­ния ис­тин­ных рас­тво­ров весь­ма об­шир­ны. По­это­му очень важно уметь при­го­тав­ли­вать рас­тво­ры со­от­вет­ству­ю­щих ве­ществ.

Под­ве­де­ние итога

Была рас­смот­ре­на тема «Фа­зо­вые со­сто­я­ния ве­ществ. Дис­перс­ные си­сте­мы. Спо­со­бы вы­ра­же­ния кон­цен­тра­ции». Вы по­зна­ко­ми­лись с опре­де­ле­ни­я­ми фазы или фа­зо­во­го со­сто­я­ния ве­ще­ства, узна­ли, что такое го­мо­ген­ные и ге­те­ро­ген­ные си­сте­мы, клас­си­фи­ка­цию смеси ве­ществ. По­дроб­но по­зна­ко­ми­лись с дис­перс­ной си­сте­мой и её ви­да­ми, кол­ло­ид­ной си­сте­мой и её ви­да­ми и ис­тин­ны­ми рас­тво­ра­ми, с по­ня­ти­ем на­сы­щен­но­сти рас­тво­ра и рас­тво­ри­мо­стью ве­ще­ства.

Последнее изменение: Пятница, 20 Октябрь 2017, 03:40