Классификация дисперсных систем

Реферат

на тему: «Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию. Особенности каждой системы»

Выполнил: студент гр. Э – 2

Федотов А.Ю.

Проверила: Бубнова О.А.

Пенза 2008

1. Понятие о дисперсных системах

2. Классификация дисперсных систем

2.1 Грубодисперсные системы

2.2 Коллоидные системы

2.2.1 Золи

2.2.2 Гели

2.2.3 Мицеллы

Список используемой литературы

1. Понятие о дисперсных системах

Далеко не все вещества растворимы друг в друге, т. е. образуют истинные растворы. Конечно, можно искусственно измельчить одно вещество и распределить его в объеме другого, но в любом случае такая система будет гетерогенной. Например, можно разбить жидкость на мельчайшие капельки и распылить их в газовую среду (допустим, с помощью аэрозольного баллончика).

Раствором полученную систему назвать нельзя, даже мельчайшая капелька жидкости будет отделена от газа поверхностью раздела двух фаз: жидкой и газообразной.

Аналогичную систему представляет собой зубная паста: мелкие частицы твердого вещества распределены в жидкости. Подобные системы веществ получили название дисперсных систем.

Дисперсными называют гетерогенные системы, в которых одно вещество в виде очень мелких частиц равномерно распределено в объеме другого.

То вещество, которое распределено в объеме другого, называют дисперсной фазой. Второе вещество носит название дисперсионной среды.

В зависимости от агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды различают восемь типов дисперсных систем.

2. Классификация дисперсных систем

По размеру частиц дисперсной фазы различают грубодисперсные системы (взвеси) с размером частиц более 500 нм и тонкодисперсные (коллоидные растворы или коллоиды) с размерами частиц от 1 до 500 нм.

Дисперсные системы классифицируют также по степени взаимодействия между дисперсионной средой и дисперсной фазой. Если такое взаимодействие выражено очень слабо, систему называют лиофобной (в случае воды — гидрофобной). Примером гидрофобной системы может служить «баритовая каша» — осадок сульфата бария, получаемый смешиванием растворов, содержащих катион бария и сульфат-анион. Если же дисперсная фаза и дисперсионная среда «тяготеют» друг к другу (например, образуют водородные связи), образуется лиофилъная (гидрофильная) дисперсионная система. Такие системы образуются самопроизвольно и очень устойчивы. К ним относятся растворы высокомолекулярных соединений, например белков. Многие глобулярные белки диспергированы в водных растворах до отдельных молекул, но, поскольку их размеры составляют десятки нанометров, раствор нельзя считать истинным — это дисперсная система.

Разновидность дисперсных систем.

2.1 Грубодисперсные системы

Коэффициент растворимости карбоната кальция (мел) очень мал (6,2-10″4 г/100 г Н2 О).

Попробуем приготовить из этого вещества и воды дисперсную систему. Как можно более тщательно разотрем мел в Ступке, перенесем в стакан с водой и перемешаем. Получим мутную жидкость — дисперсную систему, называемую суспензией. Однако пройдет немного времени, и мел осядет на дно стакана, жидкость станет прозрачной. Под действием силы тяжести частицы твердого вещества седиментируют. Это aw кое доказательство того, что наша система получилась Грубодисперсной. Получить дисперсную систему карбонат кальция-вода можно химическим способом: пропусканием углекислого газа через известковую воду (раствор гидроксид кальция). При этом раствор мутнеет. Полученная система также грубодисперсна, через непродолжительное время в результате осаждения карбоната кальция она расслоится.

Грубодисперсные системы с твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой называют суспензиями. Суспензиями являются многие краски, побелка, строительные растворы (цементный раствор, бетон). Особую группу составляют грубодисперсные системы, в которых концентрация дисперсной фазы относительно велика. Примерами таких систем могут служить пасты (в том числе зубная), кремы, мази.

Суспензии, в которых седиментация идет очень медленно из-за малой разности в плотностях дисперсионной среды и дисперсной фазы, называют взвесями. Вода из грязной лужи, сколько ее не отстаивай, всегда остается мутноватой, в ней во взвешенном состоянии находятся мельчайшие частицы пыли.

Грубодисперсную систему можно получить из двух несмешивающихся друг с другом жидкостей. Если несколько капель растительного масла энергично взболтать в пробирке с несколькими миллилитрами воды, образуется мутная дисперсная система — эмульсия. Со временем она расслоится, поскольку представляет собой грубодисперсную систему.

Примерами эмульсий могут служить некоторые смазоно-охлаждающие жидкости, пестицидные препараты, лекарственные и косметические средства. Например, в медицинской практике применяются жировые эмульсии для энергетического обеспечения голодающего или ослабленного организма путем внутривенного вливания. Типичные биологические эмульсии — это капельки жира в лимфе, кровь. Млечный сок каучуконосных деревьев (латекс) — тоже эмульсия. В химической технологии широко применяют эмульсионную полимеризацию, как основной метод получения каучуков, полистирола, поливинилацетата.

2.2 Коллоидные системы

Коллоиды занимают промежуточное положение между грубодисперсными системами и истинными растворами.

На основании таблицы вы можете убедиться, что дисперсные системы чрезвычайно многообразны. Можно сказать, что они составляют основу всего живого мира. Распространенность их в быту, в технике, в промышленности также очень велика.

Большое значение имеют коллоидные системы для биологии и медицины. В состав любого живого организма входят твердые, жидкие и газообразные вещества, находящиеся в сложнейших взаимоотношениях друг с другом и окружающей средой. Цитоплазма клеток обладает свойствами, характерными как для жидких, так и студнеобразных веществ.

С химической точки зрения организм в целом — это сложная совокупность многих коллоидных систем, включающих в себя и жидкие коллоиды, и гели.

Если частицы дисперсной фазы достаточно малы, коллоидная система напоминает истинный раствор, отсюда и происходит название — коллоидный раствор. Такая систем образуется, например, при растворении небольшого количества яичного белка в воде.

Коллоидные растворы, как правило, опалесцируют, т.е. рассеивают падающий свет за счет частиц дисперсной фазы, размеры которых сравнимы с длиной волны излучения. При этом коллоидный раствор при освещении как бы светится сам. Характерным проявлением опалесценции является эффект Тиндаля. Он заключается в появлении в коллоидном растворе светящейся дорожки при пропускании через него луча света. Такой эффект можно наблюдать, выпустив на луч лазерной указки немного аэрозоля.

Существует несколько основных способов получения коллоидных растворов. Первый из них — дисперсионный, а проще говоря, дробление вещества на мелкие частицы в дисперсионной среде или вне ее. Такое дробление можно осуществлять механически с помощью специальных машин — коллоидных мельниц. Так получают, например, тушь, жидкие акварельные, водоэмульсионные и вододисперсионные краски. Дробление можно производить при помощи электрического тока (коллоидные растворы серебра, золота, платины) или ультразвука (коллоидные растворы гипса, графита, смол).

Второй способ получения коллоидов — химический, он основан на проведении различных реакций, приводящих к образованию нерастворимых в жидкости веществ.

При сливании очень разбавленных растворов нитрата серебра и хлорида натрия удается получить коллоидный раствор хлорида серебра:

AgNO3 + NaCl =AgCl+ NaNO3 .

С помощью реакции взаимодействия растворов тиосульфата натрия и кислоты можно получить коллоидный раствор серы:

Na2 S2 O3 + 2НС1 = 2NaCl + Н2 О + SO2 + S

Восстановлением соли золота формальдегидом можно получить коллоидный раствор этого металла:

2NaAuO2 + ЗНСНО + Na2 CO3 = = 2Au| + 3HCOONa + NaHCO3 + H2 O.

Важнейшими типами коллоидных систем являются золи и гели.

2.2.1 Золи

Золи — это коллоидные системы, в которых дисперсионной средой является жидкость, а дисперсной фазой — твердое вещество. Отдельные частицы золя изолированы друг от друга дисперсионной средой. С течением времени они могут укрупняться, сталкиваясь друг с другом. Такое явление получило название коагуляция. В результате действия силы тяжести такие частицы выпадают в осадок, происходит их седиментация.

2.2.2 Гели

Кроме коагуляции, при длительном хранении гидрофильные золи могут превращаться в гели — особое студнеобразное коллоидное состояние. При этом отдельные частицы золя связываются друг с другом, образуя сплошную пространствен ную сетку. Внутрь ячеек сетки попадают частицы растворителя. Получается, что дисперсная фаза и дисперсионная среда меняются ролями! Твердая фаза становится непрерывной, а частички жидкости — изолированными. Дисперсная система теряет свою текучесть, приобретая новые механические свойства. При нагревании гель может вновь превратиться в золь.

Грубодисперсные системы

Грубодисперсными аэрозольными системами являются дым, смог (частицы твердых веществ в газовой среде), облака (мель­чайшие капельки воды в газовой среде).

Более известны и применимы дисперсные системы, в которых средой выступает вода. Примером такой системы является строи­тельная побелка.

Растворимость карбоната кальция (мела) очень мала (6,2х х 10-4 г/100 г Н20). Попробуем приготовить из этого вещества и воды дисперсную систему. Как можно более тщательно разотрем мел в ступке, перенесем в стакан с водой и перемешаем. Получим мутную жидкость — дисперсную систему, называемую суспензией. Однако пройдет немного времени, и мел осядет на дно стакана, жидкость станет прозрачной. Под действием силы тяжести части­цы твердого вещества оседают — седиментируют. Это доказатель­ство того, что наша система получилась грубодисперсной. Получить дисперсную систему карбонат кальция —вода можно хими­ческим способом: пропуская углекислый газ через известковую воду (раствор гидроксида кальция). При этом раствор мутнеет. Полученная система также грубодисперсная, через непродолжи­тельное время в результате осаждения карбоната кальция она рас­слоится.

! Грубодисперсные системы с твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой называют суспензиями.

Суспензиями являются многие краски, строительные раство­ры (побелка, цементный раствор, бетон). Особую группу состав­ляют грубодисперсные системы, в которых концентрация диспер­сной фазы относительно велика. Примерами таких систем могут служить пасты (в том числе зубная), кремы, мази.

Суспензии, в которых седиментация (оседание) идет очень мед­ленно из-за малой разности плотностей дисперсионной среды и дисперсной фазы, называют взвесями. Вода из грязной лужи, сколь­ко ее не отстаивай, всегда остается мутноватой; в ней во взвешен­ном состоянии находятся мельчайшие частицы пыли.

Грубодисперсную систему можно получить из двух несмешивающихся друг с другом жидкостей. Если несколько капель расти­тельного масла энергично взболтать в пробирке с несколькими миллилитрами воды, образуется мутная дисперсная система — эмульсия. Со временем она расслоится, поскольку представляет собой грубодисперсную систему.

Примерами эмульсий могут служить некоторые смазочно-охлаждающие жидкости, пестицидные препараты, лекарственные и косметические средства. Например, в медицинской практике при­меняют жировые эмульсии для энергетического обеспечения го­лодающего или ослабленного организма путем внутривенного вли­вания. Типичные биологические эмульсии — это капельки жира в лимфе, кровь.

Коллоидные системы

Коллоиды занимают промежуточное положение между грубодисперсными системами и истинными растворами.

На основании данных табл. 3.2 вы можете убедиться, что дис­персные системы чрезвычайно многообразны. Можно сказать, что они составляют основу всего живого мира. Распространенность их в быту, технике, промышленности также очень велика.

Большое значение имеют коллоидные системы для биологии и медицины. В состав любого живого организма входят твердые, жидкие и газообразные вещества, находящиеся в сложнейших вза­имоотношениях друг с другом и окружающей средой. Цитоплазма клеток обладает свойствами, характерными как для жидких, так и для студнеобразных веществ.

С химической точки зрения организм в целом — это сложная совокупность многих коллоидных систем, включающих в себя и жидкие коллоиды, и студни — гели.

Если частицы дисперсной фазы малы, коллоидная система напоминает истинный раствор, отсюда и происходит название — коллоидный раствор. Такая система образуется, например, при рас­творении небольшого количества яичного белка в воде.

Коллоидные растворы, как правило, опалесцируют, т.е. рассе­ивают падающий свет за счет частиц дисперсной фазы, размеры которых сравнимы с длиной волны излучения. При этом коллоид­ный раствор при освещении как бы светится сам. Характерным проявлением опалесценции является эффект Тиндаля. Он заклю­чается в появлении в коллоидном растворе светящейся дорожки при пропускании через него луча света (цв. вклейка, рис. 10). Та­кой эффект можно наблюдать, выпустив на луч лазерной указки немного аэрозоля.

Существует несколько основных способов получения коллоидных растворов. Один из них — дисперсионный, а проще говоря — дробление вещества на мелкие частицы в дисперсионной среде или вне ее. Такое дробление можно осуществлять механически с помощью специальных машин — коллоидных мельниц. Так получают, например, тушь, жидкие акварельные, водоэмульсионные и вододисперсионные краски. Дробление можно проводить при
помощи электрического тока (коллоидные растворы серебра, золой, платины) или ультразвука (коллоидные растворы гипса, графита, смол).

Важнейшими типами коллоидных систем являются золи и гели.

* Золи — это коллоидные системы, в которых дисперсионной средой является жидкость, а дисперсной фазой — твердое вещество.

Отдельные частицы золя изолированы друг от друга дисперси­онной средой. С течением времени они могут укрупняться, стал­киваясь друг с другом. Такое явление получило название коагуля­ция. В результате действия силы тяжести такие частицы выпадают в осадок, происходит их седиментация.

Кроме коагуляции при длительном хранении гидрофильные золи могут превращаться в гели — особое студнеобразное колло­идное состояние. При этом отдельные частицы золя связываются друг с другом, образуя сплошную пространственную сетку.

Гели широко распространены в нашей повседневной жизни. Любому известны пищевые гели (зефир, мармелад, холодец, за­ливное, косметические (гель для душа, кремы), медицинские (мази, пасты). Однако немногие знают, что хрящи, сухожилия, волосы представляют собой биологические гели, а опал, жемчуг, сердолик, халцедон — минеральные.

Для некоторых гелей характерно явление синерезиса (или рас­слоения) — самопроизвольного выделения жидкости. Чаше всего с явлением синерезиса приходится бороться, поскольку именно оно определяет сроки годности пищевых, косметических, меди­цинских гелей. Например, при длительном хранении мармелад или торт «Птичье молоко» выделяют жидкость, становятся непригод­ными к употреблению. Однако в некоторых случаях синерезис — великое благо. Благодаря биологическому синерезису, мы наблю­даем такое явление, как свертывание крови, суть которого состо­ит в превращении растворимого белка фибриногена в нераство­римый — фибрин.

? 1. На какие группы делят чистые вещества? Существуют ли абсолютно чистые вещества? Будет ли дистиллированная вода чистым веществом?

2. Как классифицируют химические реактивы по степени чистоты?

3. Дайте определение истинных растворов. Как выражают состав ис­тинных растворов?

4. В 150 мл воды растворили 33,6 л аммиака (н.у.). Найдите массовую долю аммиака в полученном растворе.

5. Чем отличаются дисперсные системы от истинных растворов? На какие группы их делят? Приведите примеры и покажите значение этих систем в природе и жизни человека.

6. Что такое суспензии? Эмульсии? Что между ними общего и чем они отличаются? Приведите примеры суспензий и эмульсий, с которы­ми вы сталкиваетесь на производственной практике.

7. Чем отличаются коллоидные растворы от истинных? Как их разли­чить опытным путем?

8. Охарактеризуйте понятие «золи». На какие группы делят золи? При­ведите примеры и расскажите об их значении.

9. Охарактеризуйте понятие «гели». На какие группы делят гели?

При­ведите примеры каждой из групп гелей и расскажите об их значении.

10. Охарактеризуйте явления коагуляции и синерезиса.

11. Какое практическое значение имеет синерезис в промышленном производстве?

12. В чем суть биологического синерезиса — свертывания крови? Рас­скажите о его значении и условиях, необходимых для его протекания. Как называется болезнь, при которой этот биологический синерезис затруднен?

Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз , их виды и обозначения .?

Наиболее общая классификация дисперсных систем основана на различии в агрегатном состоянии дисперсионной среды и дисперсной фазы. Сочетания трех видов агрегатного состояния позволяют выделить девять видов дисперсных систем. Для краткости записи их принято обозначать дробью, числитель которой указывает на дисперсную фазу, а знаменатель на дисперсионную среду, например для системы «газ в жидкости» принято обозначение Г/Ж.

Обозначение Дисперсная фаза Дисперсионная среда Название и пример
Г/Г Газообразная Газообразная Не образуют дисперсные системы
Ж/Г Жидкая Газообразная Аэрозоли: туманы, облака
Т/Г Твёрдая Газообразная Аэрозоли (пыли, дымы), порошки
Г/Ж Газообразная Жидкая Газовые эмульсии и пены
Ж/Ж Жидкая Жидкая Эмульсии: нефть, крем, молоко
Т/Ж Твёрдая Жидкая Суспензии и золи: пульпа, ил, взвесь, паста
Г/Т Газообразная Твёрдая Пористые тела: поролон, пемза
Ж/Т Жидкая Твёрдая Капиллярные системы: жидкость в пористых телах, грунт, почва
Т/Т Твёрдая Твёрдая Твёрдые гетерогенные системы: сплавы, бетон, ситаллы, композиционные материалы

78-79
По размерам частиц дисперсные системы делят на три типа: 1. Грубодисперсные системы (суспензии, эмульсии, порошки, грубые взвеси) – размер ча-стиц больше 1 мкм (10 –6 м), а удельная поверхность меньше 1м 2 /г; 2. Системы средней дисперсности – частицы 1 – 0,1 мкм (10 –6 – 10 –7 м); Иногда их объединя-ют с грубодисперсными системами. 3. Коллоидно–дисперсные системы (или золи) имеют размер частиц 100 – 1 нм (10 –7 – 10 –9 м), а удельную поверхность больше 10 м 2 /г. Далее идут истинные (молекулярные и ионные) растворы, которые имеют размер частиц ме-нее 10 –9 м. Здесь уже нет поверхности раздела фаз и их неотносят кдисперсным системам. Таблица1. Отличиядисперсныхсистем и растворов Грубодисперсные системы Коллоидные системы Истинные растворы Непрозрачные Прозрачные,опалесциируют Прозрачные, неопалесциируют Имеют поверхность раздела Имеют поверхность раздела Не имеют поверхности раздела фаз фаз фаз Частицы не проходят через Частицы проходят через бу- Частицы проходят черезбумаж- бумажный фильтр мажный фильтр, нозадержива- ный фильтр и целлофан ются целлофаном Нестойкиекинетически и Относительностойкиекинети- Стойкиекинетически и термоди- термодинамически чески намически Современем стареют Современем стареют Современем не стареют Частицы видны воптический Частицы видны вэлектронный Частицы невидны всовремен- микроскоп микроскоп ных микроскопах
80
В зависимости от агрегатногосостояниядисперсной фазы и дисперсной среды гете- рогенные системы делят на твердые, жидкие, газообразные (таблица2). Таблица2. Типы гетерогенныхсистем Дисперсная Дисперсная среда Сокращенное Примеры систем фаза (растворитель) обозначение Жидкость Газ ж/г Туманы,аэрозоли жидкихвеществ Твердое тело Газ т/г Дымы,аэрозоли твердыхвеществ Газ Жидкость г/ж Пены, газовые эмульсии Жидкость Жидкость ж/ж Эмульсии (молоко) Твердое тело Жидкость т/ж Суспензии и коллоидные растворы Газ Твердое тело г/т Твердые пены, пемза,активные угли Жидкость Твердое тело ж/т Гели, студни Твердое тело Твердое тело т/т Сплавы металлов, природные минералы По типу взаимодействиядисперсной фазы и дисперсной среды различают:2 Лиофильные системы – в которых дисперсные частицы сильно взаимодействуют с растворителем. В случаях, когда растворителем является вода, их можно назвать гидрофиль-ными системами. Например – растворы белков или полисахаридоввводе; Лиофобные системы – в которых частицы слабо взаимодействуют с растворителем. Если растворителем является вода, системы называют гидрофобными, так как поверхность частиц слабо смачивается водой. Примеры – коллоидные растворы благородных металлов
. 81-83
Условия и способы полученияколлоидных растворов. Термин “коллоидный” раствор предложил Томас Грем (от латинского слова cоlа – клей), ко-торый заметил их сходство с растворами клеящих веществ. Коллоидные растворы занимают промежуточное место между грубодисперсными системами и истинными растворами. Для приготовления коллоидных растворов необходимо придерживаться определенныхусловий: 1. Размеры частиц должны бытьв пределах10 –7 – 10 – 9 м. 2. Необходимы ионы электролитов, которые образуют ионный слой вокруг коллоидной ча-стицы, придавая ей стабильность. 3. Дисперсная фазагидрофобныхколлоидных растворовдолжна иметь низкую раствори-мостьвводе. Различают 2 группы методов получения коллоидных растворов: Дисперсионный ме-тод заключается в измельчении вещества до мелких частиц: 1) механическим способом (ша-ровые мельницы, гомогенизаторы, ультразвуковые дезинтеграторы); 2) физико-химическим способом – метод пептизации, когда осадок вещества переводиться в коллоидное состояние добавлением поверхностно–активных соединений — мыла, белков. Пептизацией называют переход осадков в коллоидный раствор под действием специальных стабилизирующих добавок (пептизаторов), либо за счет удаления из системы ионов, способствующих агрегации частиц. В роли пептизаторов могут выступать раствор электролита, поверхностно-активного вещества или растворитель. Пептизировать можно только свежеприготовленные осадки, в которых частицы коллоидного размера соединены в более крупные агрегаты через прослойки ДС. По мере хранения осадков происходят явления рекристаллизации и старения, приводящие к сращиванию частиц друг с другом, что препятствует пептизации. Пептизацию относят к методам диспергирования условно, т. к. в ее основе лежит и метод конденсации, т. е. предварительное получение агрегатов из истинных растворов. Метод пептизации, в отличие от другихдиспергационных методов, позволяет также добиться получения коллоидных систем с малым размером частиц (до1 нм),чтохарактерновосновном для методовконденсации. Конденсационный метод направлен на увеличение размеров частиц путем агрегации молекул или ионов. Для этого используют: 1) испарение растворителя, вследствиечего идет конденсация твердой фазы; 2) замена растворителя, например, если спиртовой раствор холе-стеринавылитьвводу; 3) использование реакций, в которых осадки формируются из мелких частиц. Так, получение коллоидного раствора йодидасеребра идет по реакции замещения: + KNO3¯ AgJ ®KJ + AgNO3 Коллоидные растворы можно получатьв реакцияхвосстановления,окисления и гидролиза: + H2O¯ 2Ag®Ag2O + H2 +2Н2О¯ 3 S®2 H2S+SO2 +3 HCl. 3¯ Fe(OH)3®FeCl3 +3H2O
84
Строениеколлоидныхчастиц Считают, что коллоидный раствор состоит из мицелл, которые образуются заряженны-ми коллоидными частицами. Зарядвозникает вследствие избирательной адсорбции ионов на поверхности частиц, или засчет ионизации поверхностных функциональных групп твердой фазы. В мицелле различают три составных части: ядро, адсорбционный слой ионов и диф-фузионный слой ионов. Ядро составляет основную массу мицеллы и является совокупно-стью нейтральных атомов или молекул, общим числом сотни и миллионы единиц. На ядре адсорбируются ионы (избирательная адсорбция) которые придают ему определенный заряд, поэтому их называют потенциалообразующими. Потенциал, возникающий на ядре, получил еще название электротермодинамического и он обуславливает дальнейшее присоединение к потенциал-образующим ионам некоторого количества других ионов с противоположным знаком заряда. Такой двойной электрический слой, потенциало-образующих ионов, вместе с противоионами (ионами з противоположным знаком) составляет адсорбционный слой ионов. Часть противоионов слабо связана с потенциало- образующими ионами и свободно переме-щается в растворителе, формируя диффузионный слой. Ядро вместе с адсорбционным и диф-фузионным слоями ионов и составляет мицеллу, которая в целом является электронейтраль-ной (тогдакаксамаколлоиднаячастица несет определенный заряд). Рассмотрим строение мицеллы йодидасеребра,котораяобразуетсяв реакции:4 ¯ KNO3 + AgI®AgNO3 + KI Возможны два варианта образования мицеллы. 1. В растворе есть избыток йодид-анионов (т.е. к раствору KI по каплям добавляют раствор нитрата серебра). Ядро мицеллы образуется из выпадающего в осадок малорастворимого йодида серебра AgI.

На его поверх-ности начинают, в соответствии с правилом избирательной адсорбции сорбироваться йодид-ионы (I — ), которые находятся в избытке и которые могут пойти на достройку ядра. Они обра-зуют отрицательный заряд ядра и являются потенциало- образующими. К этому слою присо-единяются положительно заряженные ионы калия (К + ), которые образуют адсорбционный слой ионов и противоионов. Часть ионов калия слабо связанасядром и может диссоцииро-вать, формируядиффузионный слой ионов. Строение мицеллы будет следующим: {m ∙nI – (n – x)K + } x– ∙xK + где в фигурных скобках изображена гранула мицеллы (коллоидная частица), которая состоит из агрегата m∙, к которому присоединяются потенциало-образующие ионы n∙I – , с об-разованием заряженного ядра m∙∙n∙I – , к которому присоединяются противоионы (n– x)∙K + с формированием адсорбционного слоя ионов n I – ∙(n–x)∙K + } –x в виде двойного электрического слоя,что придает заряд коллоидной частице, нейтрализациякоторого идет засчет диффузионного слоя ионовxK + , поэтому мицеллав целом электронейтральна. 2. В растворе избыток ионов серебра (к раствору нитрата серебра добавляют по кап-лям раствор йодида калия). В этом случае образуется мицелла с противоположным знаком потенциал-образующего иона. Строение мицеллы такое: { m∙nAg + (n–x)NO3 — } x+ xNO3 — ) илиVНаличие поверхности раздела фаз между адсорбционным и диффузионным слоями ми-целлы обуславливает возникновение дзета–потенциала ( электрокинетического потен-циала. Он представляет разницу между общим зарядом потенциало-образующих ионов и за-рядом противоионов, находящихся в адсорбционном слое. -потенциал имеет нулевое значение, а мицелла находится в изоэлектрическом состоянии.VЕсли общий заряд потенциально-образующих ионов равняется заряду противоионов, то Электрокинетический потенциал изме-ряют по скорости движениягранулы коллоидной частицы при электрофорезе: ∙He∙V V =——— , h∙p4∙ — вязкость среды; Н — напряженность электрического поля; V – скоростьдвижениячастицы вэлектрическомh — диэлектрическая проницаемость среды; e — дзета–потенциал; Vгде поле Заряженными являются не толькоколлоидныечастицы, но и все живыеклетки, причем поверхность их несет отрицательный заряд (имеет отрицательный электрокинетический по-тенциал). Все биологические жидкости являются коллоидными растворами, так как присутствую-щие в них малорастворимые вещества (холестерин, триглицериды, жирные кислоты и др.) могут поддерживаться в взвешенном состоянии только благодаря стабилизации. Нарушение стойкости коллоидов желчи и мочи ведет к образованию камней, снижение стойкости колло-идных систем крови ведет к отложению холестерина и липидов в сосудах. Чаще всего потеря стабильности коллоидных биологических жидкостей является следствием недостаточного количества белков, которые стабилизируют частицы липидов и других веществ, или (что чаще) — следствием качественных изменений в этих белках. В организме существуют процес-сы, которые напоминают процессы коагуляции колодных растворов. Например, переход кро-ви из жидкого состояния в твердое носит названиекоагуляции (свертывания) крови

85.Правило Панета-Фаянса. Структура дэс. Принципы его формирования

Правило Фаянса — Панета — правило, эмпирически установленное

К.Фаянсом и Ф.Панетом (1913),согласно которому

радиоактивный изотоп, присутствующий в растворе в

микроконцентрациях в формекатиона, тем сильнее сорбируется

выпадающим или заранее полученным осадком, чем меньше

растворимость соединения, которое образует этот катион с анионом

осадка. Правило Фаянса — Панетаприменимо при соосаждении в радиохимии.

Иная формулировка этого правила (также называемая правилом

Фаянса — Пескова Панета) гласит отом, что на поверхности твердого

вещества преимущественно адсорбируются ионы, которые могут

достраивать кристаллическую решетку , то есть входят в ее состав,

изоморфны или образуюттруднорастворимое соединение с ионами,

составляющими кристаллическую решетку. Эта формулировка

применяется для определении знака заряда поверхности

при образовании ДЭС в коллоидной химии.

В отсутствие теплового движения частиц строение двойного электрического слоя было бы

подобно строению плоского конденсатора. Но в отличие от идеального случая, ДЭС в

реальных условиях имеет диффузное (размытое) строение. Согласно современной

теории структуру ДЭС составляют два слоя: Слой Гельмгольца или адсорбционный

слой, примыкающий непосредственно к межфазной поверхности. Этот слой имеет

толщину δ, равную радиусу потенциалопределяющих ионов внесольватированном состоянии.

Диффузный слой или слой Гуи, в котором находятся противоионы.

Диффузный слой имеет толщину λ, которая зависит от свойств системы и может достигать

больших значений. Толщина диффузного слоя рассчитывается по формуле:

Дисперсион-ная среда Дисперс-ная фаза Примеры дисперсных систем
Твердая Твердая Рубиновое стекло; пигментированные волокна;сплавы; рисунок на ткани, нанесенный методом пигментной печати
Твердая Жидкая Жемчуг, вода в граните, вода в бетоне, остаточный мономер в полимерно-мономерных частицах
Твердая Газо- образная Газовые включения в различных твердых телах: пенобетоны, замороженные пены, пемза, вулканическая лава, полимерные пены,пенополиуретан
Жидкая Твердая Суспензии, краски, пасты, золи, латексы
Жидкая Жидкая Эмульсии: молоко, нефть, сливочное масло, маргарин, замасливатели волокон
Жидкая Газо- образная Пены, в том числе для пожаротушения и пенных технологий замасливания волокон, беления и колорирования текстильных материалов
Газообразная Твердая Дымы, космическая пыль, аэрозоли
Газообразная Жидкая Туманы, газы в момент сжижения
Газообразная Газо- образная Коллоидная система не образуется

Устойчивость дисперсных систем — это возможность их нахождения в исходном состоянии неопределенно долгое время.

Устойчивость дисперсных систем может быть:

1. К осаждению дисперсной фазы — характеризует способность дисперсной системы сохранять равновесное распределение фазы по объему дисперсионной среды или ее устойчивость к разделению фаз. Это свойство называется седиментационная (кинетическая) устойчивость.

2. К агрегации ее частиц.

Коллоидные системы — дисперсные системы, промежуточные между истинными растворами игрубодисперсными системами — взвесями, в которых дискретные частицы, капли или пузырьки дисперсной фазы, имеющие размер хотя бы в одном из измерений от 1 до 100 нм, распределены в дисперсионной среде, обычно непрерывной, отличающейся от первой по составу или агрегатному состоянию. В свободнодисперсных коллоидных системах (дымы,золи) частицы не выпадают в осадок.

20. Химическая кинетика. Скорость химической реакции, определение, единицы измерения. Факторы, влияющие на скорость химической реакции.

Химическая кинетика – изучает скорость и молекулярный механизм химической реакции.

Скорость хим.реакции –изменение количества реагирующего вещества за единицу времени в единицу реакционного пространства.Скорость гомогенной хим.реакции измеряется изменением концентрации одного из веществ участвующего в процессе за единицу времени.

V= ( )

Скорость гетерогенной хим.рекции измеряется изменением поверхностной концентрации одного из реагента за еиницу времени.

Скорость хим.реакции зависит от нескольких факторов:

1.природа реагирующих веществ.

2.концентрация реагирующих вещест.

3.температура

4.катализаторы

21.зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ. Закон действия масс. Константа скорости реакции и ее зависимость от параметров.

Современная формулировка закона действия масс:

При постоянной температуре скорость хим реакции прямо пропорционально произведению концентрации реагирующих в-в взятых в степенях = стехиометрическим коэф-м ур-й реакции

Математическое выражение закона действия масс называется кинематическим уравнением.

для реакции уравнение имеет вид

K-Коэ-т пропорц константы скорости химической реакции

-концетрация моль/л

a,b-стехиометрические коэф-ты.

Константа хим реакции зависит от:

-Природы реагентов

-Условия проведения процессов т.е температуры и присут. катализаторов

Константа скорости не зависит от концентрации реагентов.

Закон действия масс справедлив только для простых по своему механизму взаимодействий протекающий в газах или разбавленных растворах.

К гетерогенным взаимодействиям закон действия масс часто не применяется, а если применяется, то концентрация веществ находящихся в твердой фазе не включаются кинематические уравнения т.к в ходе реакции не знач. изменяются

При рассмотрении зависимости скорости хим.реакции от концетрац газообр веществ, следует иметь ввиду, что парциальное давление каждого газа при t-const против его концетр.

P=RTC(?)

Поэтому в кинетическое уравнение вместо концентрации газообразных в-в можно подставлять парциальное у-е этих газов

22. Зависимость скорости реакции от температуры.

Правило Вант-Гоффа. Уравнение Аренниуса. Энергия активации. Стерический фактор.

Для большинства реакций справедливо правило Вант-Гоффа: Повышение температуры на 10К увеличивает скорость большинства реакций в 2-4 раза:

t2>t1

где — скорости реакции при Т1 и Т2; γ – термический коэффициент скорости химической реакции

величина гамма показывает во сколько раз увеличилась скорость реакции при повышении температуры на 10градусов.

Зависимость константы скорости химической реакции от температуры описывается уравнением Аррениуса:

где k – константа скорости реакции;А-пред экспронец множитель=P*Z; Z-общее число соударений молекул реагирующих веществ в еденицу объема за единицу времени. р-стерический фактор учитывающий влияние пространсвенной ориентации молекул на константу скорости и на скорость реакции Р=10вминус9 до 1. Е- энергия активации; R – универсальная газовая постоянная; Т – температура , К. Константа скорости, а следовательно и скорость химической реакции экспоненциально растет с увеличением температуры.

Молекулы с повышенными запасами энергии, достаточны для взаимодействия называются активными.

Активация молекул возможна при нагревании или растворении в-в, при выделении энергии в ходе самой реакции, при поглощении молекул.

Энергия активации зависит от природы реагентов

Реакции для которых Еа>Дж/моль при комн t не протекают. Большая энергия активации является препятствием из-за которого не идут эти реакции, вполне вероятно с точки зрения хим термодинамики ( G<0) . разноименно заряженные ионы притягиваются др к другу и не требуют затрачивать энергию на преодоление сил отталкивания взаи-х частиц.

Про стерический фактор ничего нет в лекции у меня((

Стеричесикй фактор-фактор, отражающий влияние на скорость химической реакции определенного расположения молекул реагентов в момент соударения.
он зависит в силу этого от температуры (возрастает скорость соударения молекул реагентов и ускоряется реакция), от давления (при высоком давлении в среде, где происходит реакция расстояния между молекулами реагентов меньше)

23. Влияние катализатора на скорость химической реакции. Катализаторы. Гомогенный и гетерогенный катализ. Адсорбция и катализ.

Скорость реакций часто зависит от присутствия в системе дополнительного компонента, называемого катализатором. Реакции, протекающие под действием катализатора, называются каталитическими.

Действие катализатора заключается в том, что он образует с одним из реагентов активированный комплекс (нестабильное промежуточное соединение), взаимодействующее с другим реагентом.

А+kt® (а)

+B®AB+kt(б)

После разрушения активированного комплекса, катализатор не входит в состав продуктов реакции, т.е остается химически неизменным, поэтому общее уравнение реакции остается прежним.

Катализатор-вещество, изменяющее скорость химической реакции и остающееся после нее химически неизменным.

Примечание: катализатор не может менять скорость в процессах, которые не могут протекать (DG>0)

Изменение скорости каталитической реакции происходит за счет изменения ее энергии активации, т.к она протекает через промежуточные стадии (а) и (б), характеризующиеся своей энергией активации. Изменение скорости реакции под действием катализатора называется катализом. Если энергия активации промежуточных стадий (а) и (б) ниже энергии активации процесса без катализатора, то общая скорость процесса растет, и такой катализ называют положительным. В ином случае скорость процесса уменьшается и катализ будет отрицательным.

Еа1+Еа11<Еа( без kt) –положительный kt

Еа1+Еа11>Еа( без kt) – отрицательный kt

Для замедления нежелательных процессов или для придания реакциям более спокойного характера используют отрицательные катализаторы.

Наряду с отрицательными катализаторами применяются ингибиторы, которые отличаются тем, что входят в состав продуктов реакции. Например, Ингибитором коррозии железа может быть Са(НСО3)2 , под действием которого на поверхности Ме образуется нерастворимая пленка карбоната железа.

В зависимости от однородности системы, в которой протекает катализ, различают: гомогенный и гетерогенный.

Если катализатор и реагенты находятся в одной фазе и процесс протекает во всем объеме, то это гомогенный катализ. Напр., С+О2=СО2

Если катализатор и реагенты находятся в разных фазах и процесс протекает на поверхности их раздела, то это гетерогенный катализ. В гетерогенном катализе чаще всего используют кристаллические kt (Ме и их оксиды)

N2+H2®(Fe)®NH3

Необходимым условием гетерогенногоkt является адсорбция молекул реагентов с поверхностью kt. Существуют вещества увеличивающие активность катализатора, их называют промоторами.

Адсорбция — увеличение концентрации растворенного вещества у поверхности раздела двух фаз (твердая фаза-жидкость, конденсированная фаза — газ) вследствие нескомпенсированности сил межмолекулярного взаимодействия на разделе фаз.

24.Цепные реакции. Фотохимические и радиохимические реакции. Примеры.

Цепная реакция — химическая или ядерная реакция, в которой появление активной частицы вызывает большое число (цепь) последовательных превращений неактивных молекул или ядер. Свободные радикалы и многие атомы, в отличие от молекул, обладают свободными ненасыщенными валентностями (непарным электроном), что приводит к их взаимодействию с исходными молекулами. При столкновении свободного радикала (R•) с молекулой происходит разрыв одной из валентных связей последней и, таким образом, в результате реакции образуется новый свободный радикал, который, в свою очередь, реагирует с другой молекулой — происходит цепная реакция.

К цепным реакциям в химии относятся процессы окисления (горение, взрыв), крекинга, полимеризации и другие

В ядерной цепной реакции (которая была так названа по аналогии с химической) активными частицами являются нейтроны, которые инициируют один из видов ядерной реакции — деление ядер. Цепная ядерная реакция является основой для ядерной энергетики и ядерного оружия.

Фотохимическиминазываются реакции, которые происходят под действием света – видимого, а также инфракрасного и ультрафиолетового излучений. Эффективность воздействия света зависит от его энергии: чем короче длина волны, тем выше энергия излучаемых фотонов и тем сильнее воздействие кванта света на облучаемую частицу – атом, ион или молекулу.

С термодинамической точки зрения фотохимические реакции можно разделить на два класса:

1. реакции, которые в данных условиях термодинамически (самопроизвольно) протекать не могут, и для их осуществления необходимы затраты световой энергии;

2.реакции, которые при данных условиях термодинамически способны протекать произвольно, но не протекают из-за высокой энергии активации; в данном случае свет играет роль возбудителя, инициатора реакции.

Реакцией первого класса является фотосинтез – получение вещества растительного происхождения из неорганических веществ СО2 и Н2О:

К этому же классу относятся фотографические процессы – разложение галогенидов серебра под действием света.

Фотохимические реакции первого класса сопровождаются увеличением энтальпии и увеличением изобарно-изотермического потенциала, для них ΔG > 0.

Отличительной особенностью фотохимических реакций является то, что скорость их протекания не зависит от температуры и определяется только вероятностью поглощения квантов света, которая практически не зависит от температуры.

Добавить комментарий

Закрыть меню