Sisteme dispersate și coloidale. soluţii
Dispozitive de dispersie. În natură și tehnologie se găsesc deseori sisteme de dispersie în care o substanță este distribuită uniform sub formă de particule în interiorul unei alte substanțe.
În sistemele dispersate, se disting o fază de dispersie - o substanță fin divizată și un mediu de dispersie - o substanță omogenă în care este distribuită faza dispersată. De exemplu, în apa murdară care conține argilă, faza dispersată este particule de argilă solidă, iar mediul de dispersie este apă; în ceață faza dispersată este o particulă a lichidului, mediul de dispersie este aerul; în fum, faza dispersată este particule solide de cărbune, mediul de dispersie fiind aerul; în faza dispersată în lapte - particule de grăsime, mediu de dispersie - lichid etc.
Sistemele dispersate includ soluții convenționale (adevărate), soluții coloidale, precum și suspensii și emulsii. Ele diferă una de alta, în primul rând, în dimensiunea particulelor, adică gradul de dispersie (fragmentare).
Sistemele cu o dimensiune a particulelor mai mică de 1 nm sunt soluții reale. constând din molecule sau ioni de substanță dizolvată. Acestea ar trebui considerate un sistem monofazat. Sistemele cu dimensiuni ale particulelor mai mari de 100 nm sunt sisteme cu dispersie grosieră - suspensii și emulsii.
Suspensiile sunt sisteme de dispersie în care faza dispersată este o substanță solidă și mediul de dispersie este un lichid, prin care solidul este practic insolubil în lichid. Pentru a prepara suspensia, substanța trebuie să fie măcinată până la o pulbere fină, turnată într-un lichid în care substanța nu se dizolvă și se agită bine (de exemplu, se agită argila în apă). De-a lungul timpului, particulele cad în fundul vasului. Evident, cu cât particulele sunt mai mici, cu atât suspensia va persista mai mult.
Emulsiile sunt sisteme de dispersie în care atât faza dispersată cât și mediul de dispersie sunt lichide care nu sunt reciproc miscibile. Apa și uleiul pot fi utilizate pentru a prepara emulsia prin agitarea amestecului pentru o lungă perioadă de timp. Un exemplu de emulsie este laptele, în care bile mici de grăsime plutesc într-un lichid. Suspensiile și emulsiile sunt sisteme cu două faze.
Sisteme coloidale. Soluțiile coloidale sunt sisteme cu două faze înalt dispersate, constând dintr-un mediu de dispersie și o fază dispersată, dimensiunile liniare ale acestora din urmă fiind în intervalul de la 1 la 100 nm. După cum se poate observa, soluțiile coloidale în mărimea particulelor sunt intermediare între soluțiile reale și suspensii și emulsii. Particulele coloidale constau, de obicei, dintr-un număr mare de molecule sau ioni.
Soluțiile coloidale sunt numite și soluri. Ele sunt obținute prin metode de dispersie și de condensare. Dispersarea este cel mai adesea efectuată cu ajutorul unor "mori coloidale" speciale. În metoda de condensare, particulele coloidale se formează prin combinarea atomilor sau a moleculelor în agregate. Deci, dacă excitați în apă o descărcare electrică cu arc între două fire de argint, atunci vaporii de metal se condensează în particule coloidale. Când au loc multe reacții chimice, apare și condensarea și se formează sisteme de dispersie înaltă (precipitare, hidroliză, reacții de reducere a oxidării etc.).
Solurile au un număr de proprietăți specifice care sunt studiate în detaliu prin chimia coloidală. În funcție de dimensiunea particulelor, soluțiile pot avea culori diferite, dar în soluții reale este aceeași. De exemplu, solurile de aur pot fi albastru, violet, cireș, roșu roșu.
Spre deosebire de soluțiile reale pentru soluri, efectul Tyndall este caracteristic, adică împrăștierea luminii de către particulele coloidale. Când un fascicul de lumină trece prin sol, în camera întunecată apare un con de lumină. Deci, puteți recunoaște dacă soluția este coloidală sau adevărată.
Una dintre proprietățile importante ale solurilor este că particulele lor au încărcături electrice de același semn. Din acest motiv, nu se combină în particule mai mari și nu se așează. În acest caz, particulele unor soluri, de exemplu metale, sulfuri, acizi silici și tinici, au o încărcătură negativă, altele, de exemplu hidroxizi, oxizi metalici, reprezintă o încărcătură pozitivă. Apariția încărcării se explică prin adsorbția ionilor din soluție prin particule coloidale.
Pentru a precipita solul, este necesar ca solidele acestuia să fie conectate la agregate mai mari. Combinația de particule în agregate mai mari se numește coagulare. și sedimentarea lor sub influența gravitației - sedimentării.
De obicei, coagularea apare când se adaugă solului: 1) un electrolit, 2) un alt sol al cărui particule are încărcătura opusă și 3) când este încălzit.
În anumite condiții coagularea solului duce la formarea unei mase gelatinoase numită gel. În acest caz, întreaga masă a particulelor coloidale, care leagă solventul, trece într-o stare semi-solidă semi-solidă. Din geluri este necesar să se facă distincția între soluțiile de gelatină și substanțele moleculare de mare mărime în lichidele cu concentrație mică (sisteme omogene). Acestea pot fi obținute prin umflarea polimerilor solizi în anumite lichide.
Importanța solurilor este extrem de ridicată, deoarece acestea sunt mai frecvente decât soluțiile adevărate. Protoplasma celulelor vii, a sângelui, a sucurilor de plante este o cenușă complexă. Cu solurile, se asociază achiziționarea de fibre artificiale, tăbăcirea pieilor, vopsirea, producția de adezivi, lacuri, filme, cerneluri. Multe soluri din sol și ele au o importanță primordială pentru fertilitate.
Soluții. Soluțiile sunt sisteme omogene (omogene) care conțin cel puțin două substanțe. Astfel, pot exista soluții de substanțe solide, lichide și gazoase în solvenți lichizi, precum și amestecuri omogene (soluții) de substanțe solide, lichide și gazoase. Cele mai importante sunt amestecurile lichide în care solventul este lichid.
Mecanismul de formare a soluțiilor. Procesul de dizolvare a solidelor în lichide poate fi reprezentat după cum urmează: sub influența unui solvent, ionii sau moleculele separate se separă treptat de suprafața unui solid și sunt distribuite uniform pe întregul volum al solventului. Dacă solventul intră în contact cu o mare cantitate de material, atunci după o perioadă soluția devine saturată. Astfel, în procesul de dizolvare, particulele (ioni sau molecule) ale substanței dizolvate sub acțiunea particulelor în mișcare haotic a solventului trec în soluție, formând un sistem omogen nou calitativ.
Dizolvarea substanțelor este însoțită de un efect termic: eliberarea sau absorbția căldurii - în funcție de natura substanței. Când se dizolvă în apă, se observă, de exemplu, hidroxid de potasiu, acid sulfuric, o încălzire cu soluție puternică, adică eliberarea căldurii și, când se dizolvă azotatul de amoniu, o răcire puternică a soluției, i. absorbția căldurii. În primul caz, se efectuează un proces exotermic (D H <0), во втором — эндотермический (D H> 0). Căldura de dizolvare DH este cantitatea de căldură eliberată sau absorbită prin dizolvarea a 1 mol de substanță. Astfel, pentru hidroxidul de potasiu D H0 = -55,65 kJ / mol, și pentru azotatul de amoniu D H0 = +26,48 kJ / mol.