Raspršena nazivaju se heterogeni sustavi u kojima je jedna tvar u obliku vrlo malih čestica ravnomjerno raspoređena u volumenu druge.
Tvar koja je prisutna u manjim količinama i raspoređena u volumenu drugog naziva se disperzirana faza. Može se sastojati od nekoliko tvari.
Tvar prisutna u većim količinama, u čijem je volumenu raspoređena dispergirana faza, naziva se disperzijski medij. Između njega i čestica disperzne faze postoji međupovršina, pa se disperzni sustavi nazivaju heterogenim (nehomogenim).
I disperzni medij i disperznu fazu mogu predstavljati tvari u različitim agregatnim stanjima - krutim, tekućim i plinovitim.
Ovisno o kombinaciji agregatnog stanja disperzijskog medija i disperzne faze, može se razlikovati 8 vrsta takvih sustava.
Prema veličini čestica tvari koje čine disperznu fazu, disperzne sustave dijelimo na grubo(obustave) s veličinom čestica većom od 100 nm i fino raspršen(koloidne otopine ili koloidni sustavi) s veličinama čestica od 100 do 1 nm. Ako se tvar fragmentira u molekule ili ione veličine manje od 1 nm, nastaje homogeni sustav - riješenje. Jednoličan je (homogen), nema sučelja između čestica disperzne faze i medija.
Već brzo upoznavanje s disperznim sustavima i rješenjima pokazuje koliko su važni u svakodnevnom životu iu prirodi (vidi tablicu).
Stol. Primjeri disperziranih sustava
| Disperzivni medij | Raspršena faza | Primjeri nekih prirodnih i kućanskih disperznih sustava |
| Plin | Tekućina | Magla, prateći plin s kapljicama ulja, smjesa rasplinjača u automobilskim motorima (kapljice benzina u zraku), aerosoli |
| Čvrsto | Prašina u zraku, dim, smog, simoomi (prašne i pješčane oluje), aerosoli | |
| Tekućina | Plin | Gazirana pića, pjene |
| Tekućina | Emulzije. Tekuće podloge u tijelu (krvna plazma, limfa, probavni sokovi), tekući sadržaj stanica (citoplazma, karioplazma) | |
| Čvrsto | Solovi, gelovi, paste (želei, želei, ljepila). Riječni i morski mulj suspendiran u vodi; minobacači | |
| Čvrsto | Plin | Snježna kora s mjehurićima zraka u njoj, zemlja, tekstilne tkanine, cigla i keramika, pjenasta guma, gazirana čokolada, prašci |
| Tekućina | Vlažna zemlja, medicinski i kozmetički proizvodi (masti, maskara, ruž za usne, itd.) | |
| Čvrsto | Stijene, stakla u boji, neke legure |
Prosudite sami: bez nilskog mulja velika civilizacija ne bi nastala Drevni Egipt; bez vode, zraka, stijena i minerala ne bi uopće bilo živog planeta – našeg zajednički dom− Zemlja; bez stanica ne bi bilo živih organizama itd.
Ako sve čestice disperzne faze imaju istu veličinu, tada se takvi sustavi nazivaju monodisperznim (slika 1, a i b). Čestice disperzne faze nejednake veličine tvore polidisperzne sustave (slika 1, c).
Riža. 1. Slobodno disperzni sustavi: korpuskularni - (a-c), vlaknasti - (d) i filmski dispergirani - (e); a, b – monodisperzni; c – polidisperzni sustav.
Disperzni sustavi mogu biti slobodno raspršene(slika 1) i kohezivno raspršena(Sl. 2, a - c) ovisno o odsutnosti ili prisutnosti interakcije između čestica disperzne faze. Slobodno raspršeni sustavi uključuju aerosole, razrijeđene suspenzije i emulzije. Oni su fluidni, u tim sustavima čestice disperzne faze nemaju dodira, sudjeluju u nasumičnom toplinskom kretanju i slobodno se kreću pod utjecajem gravitacije. Kohezivno disperzni sustavi su čvrsti; nastaju kada čestice disperzne faze dođu u kontakt, što dovodi do stvaranja strukture u obliku okvira ili mreže. Ova struktura ograničava fluidnost disperznog sustava i daje mu sposobnost da zadrži svoj oblik. Prašci, koncentrirane emulzije i suspenzije (paste), pjene, gelovi primjeri su kohezivnih disperznih sustava. Kontinuiranu masu tvari mogu probiti pore i kapilare, tvoreći kapilarno-raspršene sustave (koža, karton, tkanine, drvo).
Riža. 3. Kohezivno disperzni (a-c) i kapilarno-disperzni (d,e) sustavi: gel (a), koagulant guste (b) i rahle lučne (c) strukture.
Disperzni sustavi, u skladu s njihovim međupoložajem između svijeta molekula i velikih tijela, mogu se dobiti na dva načina: metodama disperzije, tj. mljevenja velikih tijela i metodama kondenzacije molekularnih ili ionskih otopljenih tvari.
Međudjelovanje faza disperznih sustava podrazumijeva procese solvatacije (hidratacije u slučaju vodenih sustava), odnosno stvaranja solvatnih (hidratnih) ljuski iz molekula disperzijskog medija oko čestica disperzne faze. Prema tome, prema intenzitetu međudjelovanja između tvari disperzne faze i disperzijskog medija (samo za sustave s tekućim disperzijskim medijem), prema prijedlogu G. Freundlicha, razlikuju se sljedeći disperzni sustavi:
− Liofilni (hidrofilne, ako je DS voda): otopine micelarnih tenzida, kritične emulzije, vodene otopine neki prirodni BMC, na primjer, proteini (želatina, bjelanjak), polisaharidi (škrob). Karakterizira ih snažna interakcija DF čestica s DS molekulama. U graničnom slučaju opaža se potpuno otapanje. Liofilni disperzni sustavi nastaju spontano uslijed procesa solvatacije. Termodinamički agregatno stabilan.
− Liofobni (hidrofobni, ako je DS voda): emulzije, suspenzije, solovi. Karakterizira ih slaba interakcija DP čestica s DS molekulama. Ne nastaju spontano; potreban je rad da bi se formirale. Termodinamički agregatno nestabilni (tj. skloni su spontanoj agregaciji čestica disperzne faze), njihova relativna stabilnost (tzv. metastabilnost) je zbog kinetičkih faktora (tj. niske stope agregacije).
3. Izvažite.
Obustaviti – to su disperzni sustavi u kojima je veličina čestica faze veća od 100 nm. To su neprozirni sustavi čije se pojedinačne čestice mogu vidjeti golim okom. Disperzna faza i disperzni medij lako se odvajaju taloženjem i filtracijom. Takvi sustavi dijele se na:
1. Emulzije ( i medij i faza su tekućine netopljive jedna u drugoj). Od vode i ulja može se pripremiti emulzija dugim mućkanjem. To su dobro poznate boje na bazi mlijeka, limfe, vode itd.
2. Suspenzije (medij je tekućina, faza je krutina netopljiva u njoj) Za pripremu suspenzije potrebno je samljeti tvar u fini prah, uliti u tekućinu i dobro protresti. S vremenom će čestica pasti na dno posude. Očito, što su čestice manje, to će suspenzija dulje postojati. To su građevinska rješenja, riječni i morski mulj suspendiran u vodi, živa suspenzija mikroskopskih živih organizama u morska voda– plankton, koji hrani divove – kitove i dr.
3. Aerosoli suspenzije u plinu (npr. u zraku) malih čestica tekućina ili čvrste tvari. Ima prašine, dima i magle. Prve dvije vrste aerosola su suspenzije krutih čestica u plinu (veće čestice u prašini), potonji je suspenzija kapljica tekućine u plinu. Na primjer: magla, grmljavinski oblaci - suspenzija kapljica vode u zraku, dim - male čvrste čestice. I smog koji se nadvio najveći gradovi svijetu, također aerosol s čvrstom i tekućom dispergiranom fazom. Stanovnici naselja u blizini tvornica cementa pate od najfinije cementne prašine koja uvijek visi u zraku, a koja nastaje prilikom mljevenja cementne sirovine i produkta njenog pečenja - klinkera. Dim iz tvorničkih dimnjaka, smog, sitne kapljice sline koje izlaze iz usta oboljelog od gripe također su štetni aerosoli. Aerosoli imaju važnu ulogu u prirodi, svakodnevnom životu i ljudskim proizvodnim aktivnostima. Nakupljanje oblaka, tretiranje polja kemikalijama, nanošenje premaza boja i lakova pištoljem za prskanje, tretiranje dišnih puteva (udisanje) primjeri su onih pojava i procesa kod kojih su aerosoli korisni. Aerosoli su magle nad morskim valovima, u blizini vodopada i fontana; duga koja se pojavljuje u njima pruža čovjeku radost i estetski užitak.
Za kemiju najveća vrijednost imaju disperzne sustave u kojima je medij voda i tekuće otopine.
Prirodna voda uvijek sadrži otopljene tvari. Prirodne vodene otopine sudjeluju u procesima formiranja tla i opskrbljuju biljke hranjivima. Složeni životni procesi koji se odvijaju u ljudskim i životinjskim tijelima također se odvijaju u otopinama. Mnogi tehnološki procesi u kemijskoj i drugim industrijama, primjerice proizvodnja kiselina, metala, papira, sode, gnojiva, odvijaju se u otopinama.
4. Koloidni sustavi.
Koloidni sustavi (u prijevodu s grčkog "kolla" - ljepilo, "eidos" - vrsta poput ljepila) – To su disperzni sustavi u kojima je veličina čestica faze od 100 do 1 nm. Te čestice nisu vidljive prostim okom, a disperzna faza i disperzni medij u takvim sustavima teško se razdvajaju taloženjem.
Iz kolegija opće biologije znate da se čestice ove veličine mogu detektirati ultramikroskopom koji koristi princip raspršenja svjetlosti. Zahvaljujući tome, koloidna čestica u njemu izgleda kao svijetla točka na tamnoj pozadini.
Dijele se na sole (koloidne otopine) i gelove (žele).
1. Koloidne otopine, ili sols. To je većina tekućina žive stanice (citoplazma, jezgrin sok - karioplazma, sadržaj organela i vakuola). I živi organizam u cjelini (krv, limfa, tkivna tekućina, probavni sokovi itd.) Takvi sustavi tvore ljepila, škrob, proteine i neke polimere.
Kao rezultat mogu se dobiti koloidne otopine kemijske reakcije; na primjer, kada otopine kalijevih ili natrijevih silikata ("topivo staklo") reagiraju s kiselim otopinama, nastaje koloidna otopina silicijeve kiseline. Sol nastaje i tijekom hidrolize željezovog (III) klorida u vrućoj vodi.
Karakteristično svojstvo koloidnih otopina je njihova prozirnost. Koloidne otopine izgledom su slične pravim otopinama. Od potonjih se razlikuju po "svjetlećoj stazi" koja se formira - stožac kada kroz njih prođe snop svjetlosti. Taj se fenomen naziva Tyndallov efekt. Čestice disperzne faze sola, veće nego u pravoj otopini, reflektiraju svjetlost sa svoje površine, a promatrač vidi svjetleći stožac u posudi s koloidnom otopinom. Ne nastaje u pravoj otopini. Sličan učinak, ali samo za aerosol, a ne za tekući koloid, možete promatrati u šumi i u kinima kada snop svjetlosti filmske kamere prolazi kroz zrak kino dvorane.
Prolazak snopa svjetlosti kroz rješenja:
a – otopina pravog natrijeva klorida;
b – koloidna otopina željezovog (III) hidroksida.
Čestice disperzne faze koloidnih otopina često se ne talože ni tijekom dugotrajnog skladištenja zbog kontinuiranih sudara s molekulama otapala uslijed toplinskog kretanja. Ne drže se zajedno kada se približavaju jedna drugoj zbog prisutnosti istog imena na njihovoj površini električni naboji. To se objašnjava činjenicom da tvari u koloidnom, tj. fino usitnjenom stanju imaju veliku površinu. Bilo pozitivno ili negativno nabijeni ioni adsorbirani su na ovoj površini. Na primjer, silicijeva kiselina adsorbira negativne ione SiO 3 2-, kojih ima mnogo u otopini zbog disocijacije natrijeva silikata:
Čestice jednakog naboja se međusobno odbijaju i stoga se ne lijepe.
Ali pod određenim uvjetima može doći do procesa koagulacije. Kada se neke koloidne otopine kuhaju, dolazi do desorpcije nabijenih iona, tj. koloidne čestice gube naboj. Počinju se povećavati i taložiti. Ista stvar se opaža pri dodavanju bilo kojeg elektrolita. U tom slučaju koloidna čestica privlači suprotno nabijen ion i njegov se naboj neutralizira.
Zgrušavanje - pojava sljepljivanja i taloženja koloidnih čestica - uočava se kada se naboji tih čestica neutraliziraju kada se u koloidnu otopinu doda elektrolit. U tom slučaju otopina se pretvara u suspenziju ili gel. Neki organski koloidi koaguliraju kada se zagrijavaju (ljepilo, bjelanjak) ili kada se mijenjaju acidobazna sredina riješenje.
2. Gelovi ili želei su želatinozni sedimenti nastali tijekom koagulacije sola. To uključuje veliki broj polimerni gelovi, slastičarski, kozmetički i medicinski gelovi, vama tako dobro poznati (želatina, žele, marmelada, kruh, meso, džem, žele, marmelada, žele, sir, svježi sir, skušeno mlijeko, kolač Ptičje mlijeko) i naravno beskrajna raznolikost prirodnih gelova: minerali (opal), tijela meduza, hrskavica, tetive, kosa, mišićno i živčano tkivo itd. Povijest razvoja na Zemlji može se istovremeno smatrati i poviješću evolucije koloidnog stanja tvari. S vremenom dolazi do poremećaja strukture gelova (ljušti se) – iz njih se oslobađa voda. Ova pojava se zove sinereza .
želei − to su strukturirani sustavi sa svojstvima elastičnih čvrstih tijela. Želatinozno stanje tvari može se smatrati srednjim između tekućeg i krutog stanja.
Želei visokomolekularnih tvari mogu se dobiti uglavnom na dva načina: metodom oblikovanja želea iz polimernih otopina i metodom bubrenja suhih visokomolekularnih tvari u odgovarajućim tekućinama.
Proces prijelaza polimerne otopine ili sola u žele naziva se stvaranje želea . Želatinizacija je povezana s povećanjem viskoznosti i usporavanjem Brownovog gibanja, a sastoji se u sjedinjavanju čestica disperzne faze u obliku mreže ili stanica i vezivanju cijelog otapala.
Na proces stvaranja želea značajno utječu priroda otopljenih tvari, oblik njihovih čestica, koncentracija, temperatura, vrijeme procesa i nečistoće drugih tvari, posebice elektrolita. .
Želei se prema svojstvima dijele u dvije velike skupine:
a) elastični ili reverzibilni, dobiveni od visokomolekularnih tvari;
b) krti, ili ireverzibilni, dobiveni iz anorganskih hidrofobnih sola.
Kao što je već spomenuto, želei visokomolekularnih tvari mogu se dobiti ne samo metodom želatinizacije otopina, već i metodom bubrenja suhih tvari. Ograničeno bubrenje završava stvaranjem mliječi i ne prelazi u otapanje, a kod neograničenog bubrenja mliječ je međufaza na putu do otapanja.
Žele karakterizira niz svojstava čvrstih tvari: zadržavaju svoj oblik, imaju elastična svojstva i elastičnost. Međutim, njihova mehanička svojstva određena su koncentracijom i temperaturom.
Zagrijavanjem želei prelaze u viskozno tečno stanje. Taj se proces naziva taljenje. To je reverzibilno, jer nakon hlađenja otopina ponovno stvara žele.
Mnogi želei mogu se ukapiti i pretvoriti u otopine pod mehaničkim utjecajem (miješanje, mućkanje). Ovaj proces je reverzibilan, budući da u mirovanju nakon nekog vremena otopina stvara žele. Svojstvo želea da se više puta izotermno ukapljuje pod mehaničkim naprezanjem i formira žele u mirovanju naziva se tiksotropija . Na primjer, tiksotropne promjene sposobne su čokoladna masa, margarin i tijesto.
Budući da u svom sastavu ima ogromnu količinu vode, mliječ, osim svojstava čvrstih tijela, ima i svojstva tekućeg tijela. U njima se mogu odvijati različiti fizikalni i kemijski procesi: difuzija, kemijske reakcije između tvari.
Svježe pripremljeni želei se mijenjaju tijekom vremena, kako se proces strukturiranja u želeima nastavlja. Istodobno se na površini želea počinju pojavljivati kapljice tekućine koje, spajajući se, tvore tekući medij. Dobiveni disperzijski medij je razrijeđena otopina polimera, a disperzna faza je želatinozna frakcija. Studio to naziva spontani proces dijeljenja želea u faze, popraćen promjenom volumena sinereza ( natapanje).
Sinereza se smatra nastavkom procesa koji određuju stvaranje mliječi. Brzina sinereze različitih želea je različita i ovisi uglavnom o temperaturi i koncentraciji.
Sinereza u želeima formiranim od polimera je djelomično reverzibilna. Ponekad je dovoljno zagrijavanje da se mliječ koja je podvrgnuta sinerezi vrati u prvobitno stanje.U kulinarskoj praksi ova se metoda koristi, primjerice, za osvježavanje kaša, pirea, starog kruha. Ako se tijekom skladištenja želea dogode kemijski procesi, tada se sinereza komplicira i gubi njena reverzibilnost, a žele stari. U tom slučaju mliječ gubi sposobnost zadržavanja vezane vode (ustajali kruh). Praktični značaj sinereze je prilično velik. Najčešće je sinereza nepoželjna u svakodnevnom životu i industriji. To je stajanje kruha, namakanje marmelade, želea, karamele i voćnih džemova.
5. Otopine visokomolekularnih tvari.
Polimeri, kao niskomolekularne tvari, ovisno o uvjetima dobivanja otopine (priroda polimera i otapala, temperatura itd.) mogu tvoriti i koloidne i prave otopine. U tom smislu, uobičajeno je govoriti o koloidnom ili pravom stanju tvari u otopini. Nećemo se doticati koloidnih sustava polimer-otapalo. Razmotrimo samo otopine polimera molekularnog tipa. Treba napomenuti da zbog velike veličine molekula i osobitosti njihove strukture, IUD otopine imaju niz specifičnih svojstava:
1. Ravnotežni procesi u otopinama IUD-a uspostavljaju se sporo.
2. Procesu otapanja spirale obično prethodi proces bubrenja.
3. Otopine polimera ne podliježu zakonima idealnih otopina, tj. Raoultovi i Van't Hoffovi zakoni.
4. Pri strujanju otopina polimera dolazi do anizotropije svojstava (nejednak fizička svojstva otopina u različitim smjerovima) zbog usmjerenosti molekula u smjeru strujanja.
5. Visoka viskoznost IUD otopina.
6. Zbog svoje velike veličine, polimerne molekule imaju tendenciju udruživanja u otopine. Životni vijek polimernih asocijata duži je od životnog vijeka tvari niske molekularne težine.
Proces otapanja BMC-a odvija se spontano, ali tijekom dugog vremenskog razdoblja, a često mu prethodi bubrenje polimera u otapalu. Polimeri čije makromolekule imaju simetričan oblik mogu prijeći u otopinu bez prethodnog bubrenja. Na primjer, hemoglobin, jetreni škrob - glikogen gotovo ne bubre kada se otope, a otopine ovih tvari nemaju visoku viskoznost čak i pri relativno visokim koncentracijama. Dok tvari s izrazito asimetričnim izduženim molekulama vrlo snažno bubre kada se otope (želatina, celuloza, prirodni i sintetski kaučuci).
Bubrenje je povećanje mase i volumena polimera zbog prodiranja molekula otapala u prostornu strukturu IMC.
Postoje dvije vrste oteklina: neograničen, završava potpunim otapanjem spirale (na primjer, bubrenje želatine u vodi, gume u benzenu, nitroceluloze u acetonu) i ograničeno, što dovodi do stvaranja nabubrenog polimera - želea (na primjer, bubrenje celuloze u vodi, želatina u hladna voda, vulkanizirana guma u benzenu).
Klasifikacija disperznih sustava može se provesti na temelju različitih svojstava: po disperznosti, po agregatnom stanju faza, po interakciji disperzne faze i disperznog medija, po interakciji između čestica.
Klasifikacija prema disperziji
Ovisnost specifične površine o disperziji Ssp = f(d) grafički je izražena jednakostraničnom hiperbolom (sl.).Grafikon pokazuje da se smanjenjem poprečnih dimenzija čestica specifična površina značajno povećava. Ako se kocka s veličinom ruba 1 cm zdrobi na kubične čestice dimenzija d = 10 -6 cm, vrijednost ukupne međufazne površine će se povećati sa 6 cm 2 na 600 m 2.
Pri d ≤ 10 -7 cm hiperbola se prekida, jer se čestice smanjuju na veličinu pojedinačnih molekula, a heterogeni sustav postaje homogen, u kojem nema međupovršine. Prema stupnju disperzije disperzni sustavi se dijele na:
- grubi sustavi, d ≥ 10 -3 cm;
- mikroheterogeni sustavi, 10 -5 ≤ d ≤ 10 -3 cm;
- koloidni disperzni sustavi ili koloidne otopine, 10 -7 ≤ d ≤ 10 -5 cm;
- prave otopine, d ≤ 10 -7 cm.
Podjela prema agregatnom stanju faza
Klasifikaciju prema stanju agregacije faza predložio je Wolfgang Ostwald. U principu je moguće 9 kombinacija. Predstavimo ih u obliku tablice.| Agregatno stanje disperzne faze | Agregatno stanje dispergiranog medija | Konvencija | Naziv sustava | Primjeri |
| G | G | g/g | aerosoli | Zemljina atmosfera |
| i | G | w/g | magla, slojeviti oblaci | |
| televizor | G | tv/g | dim, prašina, cirusi | |
| G | i | g/ž | plinske emulzije, pjene | gazirana voda, pjena od sapuna, terapeutski koktel kisika, pivska pjena |
| i | i | w/w | emulzije | mlijeko, maslac, margarin, kreme itd. |
| televizor | i | TV/W | liosoli, suspenzije | liofobne koloidne otopine, suspenzije, paste, boje itd. d. |
| G | televizor | g/tv | čvrste pjene | plovućac, tvrde pjene, polistirenska pjena, pjenasti beton, kruh, porozna tijela u plinu itd. d. |
| i | televizor | g TV | čvrste emulzije | voda u parafinu, prirodni minerali s tekućim uključcima, porozna tijela u tekućini |
| televizor | televizor | tv/tv | čvrsti solovi | čelik, lijevano željezo, staklo u boji, drago kamenje: Au sol u staklu - rubinsko staklo (0,0001%) (1t stakla - 1g Au) |
Podjela prema interakciji disperzne faze i disperznog medija (međufaznom interakcijom).
Ova klasifikacija je prikladna samo za sustave s tekućim disperzijskim medijima. G. Freundlich je predložio podjelu disperznih sustava u dvije vrste:- liofobne, u kojima disperzna faza ne može komunicirati s disperzijskim medijem i stoga se otopiti u njemu; to uključuje koloidne otopine i mikroheterogene sustave;
- liofilne, u kojima disperzna faza stupa u interakciju s disperzijskim medijem i, pod određenim uvjetima, može se otopiti u njemu; to uključuje otopine koloidnih tenzida i otopine spirala.
Klasifikacija prema međučestičnim interakcijama
Prema ovoj klasifikaciji, disperzni sustavi se dijele na:- slobodno raspršen (bez strukture);
- kohezivno dispergiran (strukturiran).
U kohezivno disperziranim sustavima čestice disperzne faze međusobno su povezane međumolekularnim silama tvoreći jedinstvene prostorne mreže ili okvire (strukture) u disperzijskom mediju. Čestice koje tvore strukturu nisu sposobne za međusobno kretanje i mogu vršiti samo oscilatorna kretanja.
Popis korištene literature
- Gelfman M. I., Kovalevich O. V., Yustratov V. P. Koloidna kemija. 2. izd. izbrisano. - St. Petersburg: Izdavačka kuća Lan, 2004. - 336 str.: ilustr. ISBN 5-8114-0478-6 [str. 8-10]
Disperzijske sustave možemo podijeliti prema veličini čestica disperzijske faze. Ako je veličina čestica manja od jednog nm, to su molekularni ionski sustavi, od jedan do sto nm su koloidni, a više od sto nm su grubi. Skupinu molekularno disperznih sustava predstavljaju otopine. To su homogeni sustavi koji se sastoje od dvije ili više tvari i jednofazni su. To uključuje plin, krutinu ili otopine. Zauzvrat, ovi sustavi mogu se podijeliti u podskupine:
- Molekularno. Kada organska tvar, kao što je glukoza, kombinirati s neelektrolitima. Takve otopine nazvane su pravim kako bi se mogle razlikovati od koloidnih. To uključuje otopine glukoze, saharoze, alkohola i drugih.
- Molekularno-ionski. U slučaju interakcije između slabih elektrolita. Ova skupina uključuje kisele otopine, dušične, sumporovodikove i druge.
- Jonski. Spoj jakih elektrolita. Istaknuti predstavnici su otopine lužina, soli i nekih kiselina.
Koloidni sustavi
Koloidni sustavi su mikroheterogeni sustavi u kojima veličine koloidnih čestica variraju od 100 do 1 nm. Oni se ne mogu taložiti dugo vremena zbog solvatacijske ionske ljuske i električnog naboja. Raspoređene u mediju, koloidne otopine ravnomjerno ispunjavaju cijeli volumen i dijele se na solove i gelove, koji su pak precipitati u obliku želea. To uključuje otopinu albumina, želatinu, otopine koloidnog srebra. Želeirano meso, soufflé, pudinzi svijetli su koloidni sustavi koji se nalaze u svakodnevnom životu.
Grubi sustavi
Neprozirni sustavi ili suspenzije u kojima su sastojci sitnih čestica vidljivi golim okom. Tijekom procesa taloženja disperzna faza se lako odvaja od disperznog medija. Dijele se na suspenzije, emulzije i aerosole. Sustavi u kojima se krutina s većim česticama nalazi u tekućem disperzijskom mediju nazivaju se suspenzijama. To uključuje vodene otopine škroba i gline. Za razliku od suspenzija, emulzije se dobivaju miješanjem dviju tekućina, pri čemu se jedna kapljično raspoređuje u drugu. Primjer emulzije je mješavina ulja i vode, kapljice masti u mlijeku. Ako su male krute ili tekuće čestice raspoređene u plinu, to su aerosoli. U suštini, aerosol je suspenzija u plinu. Jedan od predstavnika aerosola na bazi tekućine je magla - to je veliki broj malih kapljica vode lebdećih u zraku. Čvrsti aerosol - dim ili prašina - višestruko nakupljanje malih čvrstih čestica također lebdećih u zraku.
Koloidna kemija je znanost koja proučava metode proizvodnje, sastav, unutarnju strukturu, kemijska i fizikalna svojstva disperznih sustava. Disperzni sustavi su sustavi koji se sastoje od usitnjenih čestica (disperzne faze) raspoređenih u okolnom (disperziranom) mediju: plinovima, tekućinama ili čvrste tvari. Veličine čestica disperzijske faze (kristala, kapljica, mjehurića) razlikuju se po stupnju disperzije čija je vrijednost upravno proporcionalna veličini čestice. Osim toga, dispergirane čestice razlikuju se i po drugim karakteristikama, u pravilu po disperznoj fazi i mediju.
Raspršeni sustavi i njihova klasifikacija
Svi disperzijski sustavi mogu se klasificirati prema veličini čestica disperzijske faze na molekularno-ionske (manje od jednog nm), koloidne (od jedan do sto nm) i grubo disperzne (više od sto nm).
Molekularno dispergirani sustavi. Ovi sustavi sadrže čestice čija veličina ne prelazi jedan nm. Ova skupina uključuje različite prave otopine neelektrolita: glukozu, ureu, alkohol, saharozu.
Grubi sustavi karakteriziraju najveće čestice. To uključuje emulzije i suspenzije. Disperzni sustavi u kojima je čvrsta tvar lokalizirana u tekućem disperzijskom mediju (otopina škroba, glina) nazivaju se suspenzijama. Emulzije su sustavi koji se dobivaju miješanjem dviju tekućina, pri čemu je jedna dispergirana u obliku kapljica u drugoj (ulje, toluen, benzen u vodi ili kapljice triacilglicerola (masti) u mlijeku).
Koloidni disperzni sustavi. Njihova veličina doseže do 100 nm. Takve čestice lako prodiru u pore papirnatih filtera, ali ne prodiru u pore bioloških membrana biljaka i životinja. Budući da koloidne čestice (micele) imaju električni naboj i solvatne ionske ljuske, zbog čega ostaju suspendirane, ne mogu se taložiti dosta dugo. Upečatljiv primjer su otopine želatine, albumina, arapske gume, zlata i srebra.
Omogućuje vam razlikovanje homogenih i heterogenih disperznih sustava. U homogenim disperznim sustavima čestice faze su usitnjene u molekule, atome i ione. Primjer takvih disperzijskih sustava može biti otopina glukoze u vodi (molekularno disperzni sustav) i kuhinjske soli u vodi (ionski disperzni sustav). Oni su Veličina molekula disperzne faze ne prelazi jedan nanometar.
Raspršeni sustavi i rješenja
Od svih prikazanih sustava i rješenja u životu živih organizama najveću važnost imaju koloidno disperzni sustavi. Kao što je poznato, kemijska osnova postojanja živog organizma je metabolizam proteina u njemu. U prosjeku, koncentracija proteina u tijelu kreće se od 18 do 21%. Većina bjelančevina se otapa u vodi (čija je koncentracija u tijelu čovjeka i životinje približno 65%) i stvara koloidne otopine.
Postoje dvije skupine koloidnih otopina: tekuće (soli) i gelaste (gelovi). Svi vitalni procesi koji se odvijaju u živim organizmima povezani su s koloidnim stanjem tvari. U svakoj živoj stanici postoje biopolimeri ( nukleinske kiseline, proteini, glikozaminoglikani, glikogen) su u obliku disperznih sustava.
Koloidne otopine su široko rasprostranjene i uključuju ulje, tkanine, plastiku. Mnogi prehrambeni proizvodi mogu se svrstati u koloidne otopine: kefir, mlijeko itd. Većina lijekova (serumi, antigeni, cjepiva) su koloidne otopine. Boje se također klasificiraju kao koloidne otopine.
Čiste tvari su vrlo rijetke u prirodi. Smjese različitih tvari u različitim agregatnim stanjima mogu tvoriti heterogene i homogene sustave – disperzne sustave i otopine.
Tvar koja je prisutna u manjim količinama i raspoređena u volumenu drugog naziva se dispergirana faza. Može se sastojati od nekoliko tvari.
Tvar prisutna u većim količinama, u čijem je volumenu raspoređena disperzna faza, naziva se disperzijsko sredstvo. Između njega i čestica disperzne faze postoji međupovršina, pa se disperzni sustavi nazivaju heterogenim (nehomogenim).
I disperzni medij i disperznu fazu mogu predstavljati tvari u različitim agregatnim stanjima - krutim, tekućim i plinovitim.
Ovisno o kombinaciji agregatnog stanja disperzijskog medija i disperzne faze, može se razlikovati 8 tipova takvih sustava (tablica 11).
Tablica 11
Primjeri disperziranih sustava
Prema veličini čestica tvari koje čine disperznu fazu, disperzne sustave dijelimo na grubo disperzne (suspenzije) s veličinama čestica većim od 100 nm i fino disperzne (koloidne otopine ili koloidni sustavi) s veličinama čestica od 100 do 1 nm. nm. Ako se tvar fragmentira na molekule ili ione veličine manje od 1 nm, nastaje homogeni sustav – otopina. Jednoličan je (homogen), nema sučelja između čestica disperzne faze i medija.
Već brzo upoznavanje s disperznim sustavima i rješenjima pokazuje koliko su oni važni u svakodnevnom životu iu prirodi (vidi tablicu 11).
Prosudite sami: bez nilskog mulja velika civilizacija starog Egipta ne bi se dogodila; bez vode, zraka, stijena i minerala ne bi uopće bilo živog planeta - našeg zajedničkog doma - Zemlje; bez stanica ne bi bilo živih organizama itd.
Klasifikacija disperznih sustava i otopina prikazana je na shemi 2.
Shema 2
Klasifikacija disperznih sustava i otopina
Obustaviti
Suspenzije su disperzni sustavi u kojima je veličina čestica faze veća od 100 nm. To su neprozirni sustavi čije se pojedinačne čestice mogu vidjeti golim okom. Disperzna faza i disperzni medij lako se razdvajaju taloženjem. Takvi sustavi podijeljeni su u tri skupine:
- emulzije (i medij i faza su tekućine netopljive jedna u drugoj). To su poznate mliječne, limfne, vodene boje itd.;
- suspenzije (medij je tekućina, a faza je krutina netopljiva u njoj). To su građevinske otopine (na primjer, "vapneno mlijeko" za krečenje), riječni i morski mulj suspendiran u vodi, živa suspenzija mikroskopskih živih organizama u morskoj vodi - plankton, kojim se hrane divovski kitovi itd.;
- aerosoli su suspenzije u plinu (na primjer, u zraku) malih čestica tekućina ili krutina. Razlikujte prašinu, dim i maglu. Prve dvije vrste aerosola su suspenzije krutih čestica u plinu (veće čestice u prašini), potonji je suspenzija malih kapljica tekućine u plinu. Na primjer, prirodni aerosoli: magla, grmljavinski oblaci - suspenzija kapljica vode u zraku, dim - male čvrste čestice. I smog koji visi nad najvećim svjetskim gradovima također je aerosol s krutom i tekućom raspršenom fazom. Stanovnici naselja u blizini tvornica cementa pate od najfinije cementne prašine koja uvijek visi u zraku, a koja nastaje prilikom mljevenja cementne sirovine i produkta njenog pečenja - klinkera. Slični štetni aerosoli – prašina – prisutni su i u gradovima s metalurškom proizvodnjom. Dim iz tvorničkih dimnjaka, smog, sitne kapljice sline koje izlaze iz usta oboljelog od gripe, a također i štetni aerosoli.
Aerosoli imaju važnu ulogu u prirodi, svakodnevnom životu i ljudskim proizvodnim aktivnostima. Nakupljanje oblaka, kemijska obrada polja, nanošenje boje u spreju, atomizacija goriva, proizvodnja mlijeka u prahu i respiratorna obrada (udisanje) primjeri su pojava i procesa u kojima aerosoli imaju koristi.
Aerosoli su magle nad morskim valovima, u blizini vodopada i fontana; duga koja se pojavljuje u njima pruža čovjeku radost i estetski užitak.
Za kemiju su od najveće važnosti disperzni sustavi u kojima je voda medij.
Koloidni sustavi
Koloidni sustavi su disperzni sustavi u kojima je veličina čestica faze od 100 do 1 nm. Te čestice nisu vidljive prostim okom, a disperzna faza i disperzni medij u takvim sustavima teško se razdvajaju taloženjem.
Dijele se na sole (koloidne otopine) i gelove (žele).
1. Koloidne otopine, ili sols. To je većina tekućina žive stanice (citoplazma, jezgrov sok - karioplazma, sadržaj organela i vakuola) i živog organizma u cjelini (krv, limfa, tkivna tekućina, probavni sokovi, humoralne tekućine itd.). Takvi sustavi tvore ljepila, škrob, proteine i neke polimere.
Koloidne otopine mogu se dobiti kao rezultat kemijskih reakcija; na primjer, kada otopine kalijevih ili natrijevih silikata ("topivo staklo") reagiraju s kiselim otopinama, nastaje koloidna otopina silicijeve kiseline. Sol nastaje i tijekom hidrolize željezovog (III) klorida u vrućoj vodi. Koloidne otopine izgledom su slične pravim otopinama. Od potonjih se razlikuju po "svjetlećoj stazi" koja se formira - stožac kada kroz njih prođe snop svjetlosti. Taj se fenomen naziva Tyndallov efekt. Čestice disperzne faze sola, veće nego u pravoj otopini, reflektiraju svjetlost sa svoje površine, a promatrač vidi svjetleći stožac u posudi s koloidnom otopinom. Ne nastaje u pravoj otopini. Sličan učinak možete primijetiti, ali samo za aerosol, a ne za tekući koloid, u kinima kada zraka svjetlosti s filmske kamere prolazi kroz zrak kino dvorane.
Čestice disperzne faze koloidnih otopina često se ne talože ni tijekom dugotrajnog skladištenja zbog kontinuiranih sudara s molekulama otapala uslijed toplinskog kretanja. Ne lijepe se kada se približavaju jedna drugoj zbog prisutnosti istoimenih električnih naboja na njihovoj površini. Ali pod određenim uvjetima može doći do procesa koagulacije.
Zgrušavanje- pojava sljepljivanja i taloženja koloidnih čestica - uočava se kada se naboji tih čestica neutraliziraju kada se u koloidnu otopinu doda elektrolit. U tom slučaju otopina se pretvara u suspenziju ili gel. Neki organski koloidi koaguliraju pri zagrijavanju (ljepilo, bjelanjak) ili pri promjeni kiselinsko-bazne sredine otopine.
2. Druga podskupina koloidni sustavi- Ovo gelovi, ili želei y predstavljaju želatinozne sedimente nastale tijekom koagulacije sola. To uključuje veliki broj polimernih gelova, vama dobro poznatih konditorskih, kozmetičkih i medicinskih gelova (želatina, aspik, žele, marmelada, Bird's Milk soufflé torta) i naravno beskrajna raznolikost prirodnih gelova: minerali (opal), meduza tijela, hrskavice, tetiva, kose, mišićnog i živčanog tkiva itd. Povijest razvoja života na Zemlji može se istovremeno smatrati i poviješću evolucije koloidnog stanja tvari. S vremenom se struktura gelova narušava i iz njih se oslobađa voda. Taj se fenomen naziva sinereza.
