Дисперсная система газа. Дисперсные системы (11-й класс)
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство общего и профессионального образования Свердловской области
«Екатеринбургский колледж транспортного строительства»
по дисциплине « Химия»
Дисперсные системы
Для химии наибольшее значение имеют дисперсионные системы, в которых средой является вода и жидкие растворы.
Чистые вещества в природе встречаются очень редко. Смеси различных веществ в разных агрегатных состояниях могут образовывать гетерогенные и гомогенные системы - дисперсные системы и растворы. Знакомство с дисперсными системами и растворами показывает, насколько они важны в повседневной жизни и природе. Цивилизация Древнего Египта не состоялась бы без нильского ила; без воды, воздуха, горных пород, минералов вообще бы не существовала живая планета - наш общий дом - Земля; без клеток не было бы живых организмов.
Как известно, химической основой существования живого организма является обмен белков в нем. В среднем концентрация белков в организме составляет от 18 до 21 %. Большинство белков растворяются в воде (концентрация которой в организме человека и животных составляет примерно 65 %) и образуют коллоидные растворы.
Дисперсные системы - это гетерогенные системы, состоящие из двух или большего числа фаз с сильно развитой поверхностью раздела между ними.
Особые свойства дисперсных систем обусловлены именно малым размером частиц и наличием большой межфазной поверхности. В связи с этим определяющими являются свойства поверхности, а не частиц в целом. Характерными являются процессы, происходящие на поверхности, а не внутри фазы. Отсюда становится понятным, почему коллоидную химию называют физико-химией поверхностных явлений и дисперсных систем.
Дисперсная фаза и дисперсная среда. То вещество (или несколько веществ), которое присутствует в дисперсной системе в меньшем количестве и распределено в объеме, называют дисперсной фазой. Присутствующее в бьльшем количестве вещество, в объеме которого распределена дисперсная фаза, называют дисперсионной средой. Между дисперсионной средой и частицами дисперсной фазы существует поверхность раздела, именно поэтому дисперсные системы называют гетерогенными, т.е. неоднородными.
Классификация дисперсных систем
И дисперсионную среду, и дисперсную фазу могут составлять вещества, находящиеся в различных агрегатных состояниях. В зависимости от сочетания состояний дисперсионной среды и дисперсной фазы можно выделить восемь видов таких систем
Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию
|
Дисперсионная среда |
Дисперсная фаза |
Примеры некоторых природных и бытовых дисперсных систем |
|
|
Жидкость |
Туман, попутный газ с капельками нефти, карбюраторная смесь в двигателях автомобилей (капельки бензина в воздухе) |
||
|
Твердое вещество |
Пыль в воздухе, дымы, смог, самумы (пыльные и песчаные бури) |
||
|
Жидкость |
Шипучие напитки, пена в ванне |
||
|
Жидкость |
Жидкие среды организма (плазма крови, лимфа, пищеварительные соки), жидкое содержимое клеток (цитоплазма, кариоплазма) |
||
|
Твердое вещество |
Кисели, студни, клеи, взвешенный в воде речной или морской ил, строительные растворы |
||
|
Твердое вещество |
Снежный наст с пузырьками воздуха в нем, почва, текстиль- ные ткани, кирпич и керамика, поролон, пористый шоколад, порошки |
||
|
Жидкость |
Влажная почва, медицинские и косметические средства (мази, тушь, помада и т.д.) |
||
|
Твердое вещество |
Горные породы, цветные стекла, некоторые сплавы |
Так же в качестве классификационного признака можно выделить такое понятие как размер частиц дисперсной системы:
Грубодисперсные (> 10 мкм): сахар-песок, грунты, туман, капли дождя, вулканический пепел, магма и т. п.
Среднедисперсные (0,1-10 мкм): эритроциты крови человека, кишечная палочка и т. п.
дисперсный эмульсия суспензия гель
Высокодисперсные (1-100 нм): вирус гриппа, дым, муть в природных водах, искусственно полученные золи различных веществ, водные растворы природных полимеров (альбумин, желатин и др.) и т. п.
Наноразмерные (1-10 нм): молекула гликогена, тонкие поры угля, золи металлов, полученные в присутствии молекул органических веществ, ограничивающих рост частиц, углеродные нанотрубки, магнитные нанонити из железа, никеля и т. п.
Грубодисперсные системы: эмульсии, суспензии, аэрозоли
По величине частиц вещества, составляющих дисперсную фазу, дисперсные системы делят на грубодисперсные с размерами частиц более 100 нм и тонкодисперсные с размерами частиц от 1 до 100 нм. Если же вещество раздроблено до молекул или ионов размером менее 1 нм, образуется гомогенная система - раствор. Раствор однороден, поверхности раздела между частицами и средой нет, а потому к дисперсным системам он не относится. Грубодисперсные системы делятся на три группы: эмульсии, суспензии и аэрозоли.
Эмульсии - это дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой и жидкой дисперсной фазой.
Их можно также разделить на две группы: 1) прямые - капли неполярной жидкости в полярной среде (масло в воде); 2) обратные (вода в масле). Изменение состава эмульсий или внешнее воздействие могут привести к превращению прямой эмульсии в обратную и наоборот. Примерами наиболее известных природных эмульсий являются молоко (прямая эмульсия) и нефть (обратная эмульсия). Типичная биологическая эмульсия - это капельки жира в лимфе.
Из известных в практической деятельности человека эмульсий можно назвать смазочно-охлаждающие жидкости, битумные материалы, пестицидные препараты, лекарственные и косметические средства, пищевые продукты. Например, в медицинской практике широко применяют жировые эмульсии для энергетического обеспечения голодающего или ослабленного организма путем внутривенного вливания. Для получения таких эмульсий используют оливковое, хлопковое и соевое масла. В химической технологии широко используют эмульсионную полимеризацию как основной метод получения каучуков, полистирола, поливинилацетата и др. Суспензии - это грубодисперсные системы с твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой.
Обычно частицы дисперсной фазы суспензии настолько велики, что оседают под действием силы тяжести - седиментируют. Системы, в которых седиментация идет очень медленно из-за малой разности в плотности дисперсной фазы и дисперсионной среды, также называют взвесями. Практически значимыми строительными суспензиями являются побелка («известковое молоко»), эмалевые краски, различные строительные взвеси, например те, которые называют «цементным раствором». К суспензиям относят также медицинские препараты, например жидкие мази - линименты. Особую группу составляют грубодисперсные системы, в которых концентрация дисперсной фазы относительно высока по сравнению с ее небольшой концентрацией в суспензиях. Такие дисперсные системы называют пастами. Например, вам хорошо известные из повседневной жизни зубные, косметические, гигиенические и др.
Аэрозоли - это грубодисперсные системы, в которых дисперсионной средой является воздух, а дисперсной фазой могут быть капельки жидкости (облака, радуга, выпущенный из баллончика лак для волос или дезодорант) или частицы твердого вещества (пылевое облако, смерч)
Коллоидные системы - в них размеры коллоидных частиц достигают до 100 нм. Такие частицы легко проникают через поры бумажных фильтров, однако не проникают через поры биологических мембран растений и животных. Поскольку коллоидные частицы (мицеллы) имеют электрозаряд и сольватные ионные оболочки, благодаря которым они остаются во взвешенном состоянии, они достаточно продолжительное время могут не выпадать в осадок. Ярким примером коллоидной системы являются растворы желатина, альбумина, гуммиарабика, коллоидные растворы золота и серебра.
Коллоидные системы занимают промежуточное положение между грубодисперсными системами и истинными растворами. Они широко распространены в природе. Почва, глина, природные воды, многие минералы, в том числе и некоторые драгоценные камни, - все это коллоидные системы.
Различают две группы коллоидных растворов: жидкие (коллоидные растворы - золи) и гелеобразные (студни - гели).
Большинство биологических жидкостей клетки (уже упомянутые цитоплазма, ядерный сок - кариоплазма, содержимое вакуолей) и живого организма в целом являются коллоидными растворами (золями). Все процессы жизнедеятельности, которые происходят в живых организмах, связаны с коллоидным состоянием материи. В каждой живой клетке биополимеры (нуклеиновые кислоты, белки, гикозаминогликаны, гликоген) находятся в виде дисперсных систем.
Гели - это коллоидные системы, в которых частицы дисперсной фазы образуют пространственную структуру.
Гели могут быть: пищевые - мармелад, зефир, холодец, желе; биологические- хрящи, сухожилия, волосы, мышечная и нервные ткани, тела медуз; косметические- гели для душа, крема; медицинские- лекарства, мази; минеральные - жемчуг, опал, сердолик, халцедон.
Большое значение имеют коллоидные системы для биологии и медицины. В состав любого живого организма входят твердые, жидкие и газообразные вещества, находящиеся в сложном взаимоотношении с окружающей средой. С химической точки зрения организм в целом - это сложнейшая совокупность многих коллоидных систем.
Биологические жидкости (кровь, плазма, лимфа, спинномозговая жидкость и др.) представляют собой коллоидные системы, в которых такие органические соединения, как белки, холестерин, гликоген и многие другие, находятся в коллоидном состоянии. Почему же именно ему природа отдает такое предпочтение? Эта особенность связана, в первую очередь, с тем, что вещество в коллоидном состоянии имеет большую поверхность раздела между фазами, что способствует лучшему протеканию реакций обмена веществ.
Примеры природных и искусственных дисперсных систем. Минералы и горные породы как природные смеси
Вся окружающая нас природа - организмы животных и растений, гидросфера и атмосфера, земная кора и недра представляют собой сложную совокупность множества разнообразных и разнотипных грубодисперсных и коллоидных систем. Облака нашей планеты представляют собой такие же живые сущности, как вся природа, которая нас окружает. Они имеют огромное значение для Земли, так как являются информационными каналами. Ведь облака состоят из капиллярной субстанции воды, а вода, как известно, очень хороший накопитель информации. Круговорот воды в природе приводит к тому, что информация о состоянии планеты и настроении людей накапливается в атмосфере, и вместе с облаками передвигается по всему пространству Земли. Удивительное творение природы- облака, которое доставляет человеку радость, эстетическое удовольствие и просто желание иногда посмотреть на небо.
Туман тоже может быть примером природной дисперсной системы, скопление воды в воздухе, когда образуются мельчайшие продукты конденсации водяного пара (при температуре воздуха выше?10° -- мельчайшие капельки воды, при?10..?15° -- смесь капелек воды и кристалликов льда, при температуре ниже?15° -- кристаллики льда, сверкающие в солнечных лучах или в свете луны и фонарей). Относительная влажность воздуха при туманах обычно близка к 100 % (по крайней мере, превышает 85-90 %). Однако в сильные морозы (?30° и ниже) в населённых пунктах, на железнодорожных станциях и аэродромах туманы могут наблюдаться при любой относительной влажности воздуха (даже менее 50 %) -- за счёт конденсации водяного пара, образующегося при сгорании топлива (в двигателях, печах и т. п.) и выбрасываемого в атмосферу через выхлопные трубы и дымоходы.
Непрерывная продолжительность туманов составляет обычно от нескольких часов (а иногда полчаса-час) до нескольких суток, особенно в холодный период года.
Туманы препятствуют нормальной работе всех видов транспорта (особенно авиации), поэтому прогноз туманов имеет большое народно-хозяйственное значение.
Примером сложной дисперсной системы может служить молоко, основными составными частями которого (не считая воды) являются жир, казеин и молочный сахар. Жир находится в виде эмульсии и при стоянии молока постепенно поднимается кверху (сливки). Казеин содержится в виде коллоидного раствора и самопроизвольно не выделяется, но легко может быть осаждён (в виде творога) при подкислении молока, наприм., уксусом. В естественных условиях выделение казеина происходит при скисании молока. Наконец, молочный сахар находится в виде молекулярного раствора и выделяется лишь при испарении воды.
Многие газы, жидкости и твердые вещества растворяются в воде. Сахар и поваренная соль легко растворяются в воде; углекислый газ, аммиак и многие другие вещества, сталкиваясь с водой, переходят в раствор и теряют свое предыдущее агрегатное состояние. Растворенное вещество определенным способом можно выделить из раствора. Если выпарить раствор поваренной соли, то соль остается в виде твердых кристаллов.
При растворении веществ в воде (или ином растворителе) образуется однородная (гомогенная) система. Таким образом, раствором называется гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов. Растворы могут быть жидкими, твердыми и газообразными. К жидким растворам относятся, например, раствор сахара или поваренной соли в воде, спирта в воде и тому подобное. К твердым растворам одного металла в другом относятся сплавы: латунь -- это сплав меди и цинка, бронза -- сплав меди и олова и тому подобное. Газообразным веществом является воздух или вообще любая смесь газов.
Минералы и горные породы как природные смеси.
Общепринято под горными породами понимать естественные минеральные агрегаты определенного состава и строения, сформировавшиеся в результате геологических процессов и залегающие в земной коре в виде самостоятельных тел. В соответствии с главными геологическими процессами, приводящими к образованию горных пород, среди них по происхождению различают три генетических класса: осадочные, магматические и метаморфические.
В природе нет просто горных пород, а это или твердые дисперсные фазы суспензий, или дисперсионные среды пористых тел, или затвердевшие эмульсии.
Геологи говорят, что на дне моря накапливается глина. В реальности отложенный глинистый осадок представляет собой рыхлую тонкодисперсную минеральную массу, насыщенную морской водой. Начальная пористость глинистых илов колеблется от 70 до 90%, или в 1 м 3 ила содержится 700-900 л морской воды. Как известно, сосуд объемом в 1 м 3 вмещает 1000 л воды. Такое образование практически из одной воды (дисперсионной среды), в которой в небольшом количестве изолировано друг от друга находятся глинистые частицы, горной породой назвать нельзя. Это - физико-химическая система типа суспензии.
С погружением в недра литосферы и перекрытием новыми слоями, из суспензии начинает отжиматься вода, глинистые минералы контактируют, сдавливают друг друга, что приводит к уменьшению расстояния атомов их кристаллических решеток. Вещество дисперсной фазы суспензии начинает перекристаллизовываться с увеличением размера кристаллов. Рыхлая минеральная глинистая масса цементируется возникающими кристалликами, переходы в сцементированную глинистую массу - аргиллит.
Возрастающая литостатическая нагрузка (масса) накапливающихся сверху слоев вызывает сильное одностороннее давление. Согласно принципу (закону) Рикке, минералы начинают растворяться по направлению этого давления. При продолжающимся удалении части дисперсионной среды суспензии, что сопровождается уменьшением плотности системы, минералы кристаллизуются в направлении, перпендикулярном статическому давлению. С увеличением размера кристаллов физико-химическая система из суспензии переходит в систему пористого тела из кристаллической дисперсионной среды и нагретой жидкой дисперсной фазы. В кристаллической дисперсионной среде возникает сланцеватая (кристаллические сланцы) и параллельно-полосчатая (гнейсы) текстура.
Ниже из пористого тела удаляется водно-силикатный раствор базальтового состава. Остающаяся дисперсионная среда из кристаллов гранита имеет плотность, меньшую глинистых частиц. Уменьшение плотности фиксируется формированием гранита хаотической текстуры.
При перекристаллизации глинистой дисперсной фазы суспензии в кристаллическую с увеличением размера кристаллов дисперсионную среду пористого тела сопровождается выделением из глинистых минералов потенциальной свободной поверхностной, внутренней энергии (аккумулированной при гипергенезе солнечной энергии) в виде кинетической тепловой. Перекристаллизация вещества с удалением из силикатных минералов примесей (в конечном итоге всех катионов) приводит к уменьшению с глубиной плотности вещества, что способствует изменению координационного числа алюминия в глинах с 4 до 6 в полевых шпатах гнейсов и гранитов, что сопровождается выделением геохимической энергии в виде тепла.
Удаляемый нагретый водно-силикатный раствор базальтового состава представляет собой эмульсию из растворов электролитов, неэлектролитов, а силикатная часть ее составляет коллоидный раствор.
Коагуляция - явление слипания коллоидных частиц и выпадения их в осадок - наблюдается при нейтрализации зарядов этих частиц, когда в коллоидный раствор добавляют электролит. При этом раствор превращается в суспензию или гель. Некоторые органические коллоиды коагулируют при нагревании (клей, яичный белок) или при изменении кислотно-щелочной среды раствора.
Синерезис. Со временем структура гелей нарушается - из них выделяется жидкость. Происходит синерезис - самопроизвольное уменьшение объема геля, сопровождающееся отделением жидкости. Синерезис определяет сроки годности пищевых, медицинских и косметических гелей. Очень важен биологический синерезис при приготовлении сыра, творога. У теплокровных животных есть процесс, который называется свертывание крови: под действием специфических факторов растворимый белок крови фибриноген превращается в фибрин, сгусток которого в процессе синерезиса уплотняется и закупоривает ранку. Если свертывание крови затруднено, то говорят о возможности заболевания человека гемофилией. Носителями гена гемофилии являются женщины, а заболевают ею мужчины. Хорошо известен исторический династический пример: царствующая более 300 лет российская династия Романовых страдала этим заболеванием.
Заключение
В дисперсных системах удельная поверхность дисперсной фазы очень велика. Одно из наиболее важных следствий большой поверхности дисперсной фазы заключается в том, что лиофобные дисперсные системы обладают избыточной поверхностной энергией, а, следовательно, являются термодинамически неустойчивыми. Поэтому в дисперсных системах протекают различные самопроизвольные процессы, которые ведут к уменьшению избытка энергии. Наиболее общими являются процессы уменьшения удельной поверхности за счет укрупнения частиц. В итоге такие процессы приводят к разрушению системы. Таким образом, ключевое свойство, которое характеризует само существование дисперсных систем - это их устойчивость, или, наоборот, неустойчивость.
Глобальная роль коллоидов заключается в том, что они являются основными компонентами таких биологических образований как живые организмы. Все вещества организма человека представляют собой коллоидные системы.
Коллоиды поступают в организм в виде пищевых веществ и в процессе пищеварения превращаются в специфические, характерные для данного организма коллоиды. Из коллоидов, богатых белками, состоят кожа, мышцы, ногти, волосы, кровеносные сосуды и т.д. Можно сказать, что весь организм человека - это сложная коллоидная система.
Список источников информации
1. Официальный сайт Российской Академии Естествознания
2. Википедия, свободная энциклопедия
3. Ребиндер П. А Дисперсные системы
4. Сайт о химии «Химик»
5. Официальный сайт журнала «Химия и жизнь»
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Понятие о дисперсных системах. Разновидность дисперсных систем. Грубодисперсные системы с твердой дисперсной фазой. Значение коллоидной системы для биологии. Мицеллы как частицы дисперсной фазы золей. Последовательность в составлении формулы мицеллы.
реферат , добавлен 15.11.2009
Сущность и классификация дисперсных систем. Газы, жидкости и твердые вещества. Грубодисперсные системы (эмульсии, суспензии, аэрозоли), их применение в практической деятельности человека. Характеристика основных видов коллоидных систем: золей и гелей.
презентация , добавлен 04.12.2010
Понятие дисперсной системы, фазы и среды. Оптические свойства дисперсных систем и эффект Тиндаля. Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем. Теория броуновского движения и виды диффузии. Процесс осмоса и уравнение осмотического давления.
реферат , добавлен 22.01.2009
Понятие и суть дисперсности, ее характеристика. Шкала дисперсности. Удельная поверхность и ее степень дисперсности. Классификация дисперсных систем. Понятия: дисперсная фаза и дисперсионная среда. Методы получения дисперсных систем и их особенности.
реферат , добавлен 22.01.2009
Эмульсии. Условия их образования, классификация и свойства. Примеры эмульсий среди продуктов питания. Коагуляция дисперсной системы. Скорость коагуляции. Причины, вызывающие процесс самопроизвольной коагуляции. Адсорбционная хроматография. Теплоты нейтрал
контрольная работа , добавлен 25.07.2008
Основные признаки дисперсных систем, их классификация, свойства и методы получения, диализ (очистка) золей. Определение заряда коллоидной частицы, закономерности электролитной коагуляции, понятие адсорбции на границе раствор-газ, суть теории Ленгмюра.
методичка , добавлен 14.12.2010
Классификация дисперсных систем по размеру частиц дисперсной фазы и по агрегатным состояниям фаз. Условия для получения устойчивых эмульсий. Молекулярно-кинетические свойства золей, сравнение их с истинными растворами. Внешние признаки коагуляции.
контрольная работа , добавлен 21.07.2011
История учения о дисперсном состоянии веществ. Формирование дисперсной фазы в нефтяных системах. Надмолекулярные структуры и фазовые переходы в нефтяных системах. Коллоидно-дисперсные свойства нефтепродуктов - главный фактор выбора технологии переработки.
реферат , добавлен 06.10.2011
Частички газообразной, жидкой или твердой фазы в жидкости. Классификация различных дисперсных систем по размеру частиц дисперсной фазы, распределенной в дисперсионной среде. Удельная поверхность раздела фаз. Поверхностные процессы, адсорбция и адгезия.
презентация , добавлен 30.04.2014
Состав эмульсий и факторы, определяющие их стабильность. Крем - косметическое средство для ухода за кожей, его виды в зависимости от назначения. Компоненты гелей и пен, их образование и применение. Содержание и лечебные свойства мазей, их разновидности.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Дисперсные системы – образования, состоящие из двух или более фаз, которые практически не смешиваются и не реагируют друг с другом. Вещество, которое мелко распределено в другом веществе (дисперсионная среда) называют дисперсной фазой .
Существует классификация дисперсных систем по размеру частиц дисперсной фазы. Выделяют, молекулярно-ионные (< 1 нм) – глюкоза, сахароза, коллоидные (1-100 нм) – эмульсии (масло) и суспензии (раствор глины) и грубодисперсные (>100 нм) системы.
Различают гомогенные и гетерогенные дисперсные системы. Гомогенные системы по-другому называют истинными растворами.
Растворы
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Раствор – гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов.
По агрегатному состоянию растворы делят на газообразные (воздух), жидкие, твердые (сплавы). В жидких растворах существует понятие растворителя и растворенного вещества. В большинстве случаев растворителем служит вода, однако это могут быть и неводные растворители (этанол, гексан, хлороформ).
Способы выражения концентрации растворов
Для выражения концентрации растворов используют: массовую долю растворенного вещества (, %) , которая показывает, сколько граммов растворенного вещества содержится в 100 г раствора.
Молярная концентрация (С М, моль/л) показывает, сколько моль растворенного вещества содержится в одном литре раствора. Растворыс концентрацией 0,1 моль/л называют децимолярными, 0,01 моль/л – сантимолярными, а с концентрацией 0,001 моль/л – миллимолярными.
Нормальная концентрация (С Н, моль-экв/л) показывает число эквивалентов растворенного вещества в одном литре раствора.
Моляльная концентрация (С m , моль/1кг H 2 O) – число моль растворенного вещества, приходящееся на 1 кг растворителя, т.е. на 1000 г воды.
Мольная доля растворенного вещества (N) – это отношение числа моль растворенного вещества к числу моль раствора. Для газовых растворов мольная доля вещества совпадает с объемной долей (φ ).
Растворимость
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Растворимость (s, г/100 г H 2 O) – свойство вещества растворяться в воде или другом растворителе.
По растворимости растворы и вещества делят на 3 группы: хорошо растворимые (сахар), малорастворимые (бензол, гипс) и практически нерастворимые (стекло, золото, серебро). Абсолютно нерастворимых веществ в воде нет, нет приборов, с помощью которых возможно вычислить количества вещества, которое растворилось. Растворимость зависит от температуры (рис. 1), природы вещества и давления (для газов). При повышении температуры, растворимость вещества увеличивается.
Рис. 1. Пример зависимости некоторых солей в воде от температуры
С понятием растворимости тесно связано понятие насыщенного раствора, поскольку растворимость характеризует массу растворенного вещества в насыщенном растворе. Пока вещество способно растворяться раствор называют ненасыщенным, если вещество перестает растворяться – насыщенным; на некоторое время можно создать пересыщенный раствор.
Давление пара растворов
Пар, находящийся в равновесии с жидкостью называется насыщенным. При заданной температуре давление насыщенного пара над каждой жидкостью – величина постоянная. Поэтому каждой жидкости присуще давление насыщенного пара. Рассмотрим это явление на следующем примере: раствор неэлектролита (сахарозы) в воде – молекулы сахарозы значительно больше молекул воды. Давление насыщенного пара в растворе создает растворитель. Если сравнить между собой давление растворителя и давление растворителя над раствором при одинаковой температуре, то в растворе число молекул, перешедших в пар над раствором меньше, чем в самом растворе. Отсюда следует, что давление насыщенного пара растворителя над раствором всегда ниже, чем над чистым растворителем при той же температуре.
Если обозначить давление насыщенного пара растворителя над чистым растворителем p 0 , а над раствором – p, то относительное понижение давления пара над раствором будет представлять собой (p 0 -p)/p 0 .
На основании этого Ф.М. Рауль вывел закон: относительное понижение насыщенного пара растворителя над раствором равно молярной доле растворенного вещества: (p 0 -p)/p 0 = N (молярная доля растворенного вещества).
Криоскопия. Эбулиоскопия. Второй закон Рауля
Понятия криоскопии и эбулиоскопии тесно связаны с температурами замерзания и кипения растворов, соответственно. Так, температура кипения и кристаллизация растворов зависят от давления пара над раствором. Любая жидкость кипит при той температуре, при которой давление ее насыщенного пара достигает внешнего (атмосферного давления).
При замерзании кристаллизация начинается при той температуре, при которой давление насыщенного пара над жидкой фазой равно давлению насыщенного пара над твердой фазой. Отсюда – второй закон Рауля: понижение температуры кристаллизации и повышение температуры кипения раствора пропорционально концентрациям растворенного вещества. Математическое выражение этого закона:
Δ T крист = K × C m ,
Δ T кип = Е × C m ,
где К и Е криоскопическая и эбулиоскопическая константы, зависящие от природы растворителя.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | Какое количество воды и 80%-го раствора уксусной кислоты следует взять для получения 200 г 8%-го раствора? |
| Решение |
Пусть масса 80% раствора уксусной кислоты равна х г. Найдем массу растворенного в нем вещества: m р.в-ва (CH 3 COOH) =m р-ра × /100% m р.в-ва (CH 3 COOH) 1 =х × 0,8 (г) Найдем массу растворенного вещества в растворе 8%-й уксусной кислоты: m р.в-ва (CH 3 COOH) 2 =200 (г) × 0,08 = 16 (г) m р.в-ва (CH 3 COOH) 2 = х × 0,8 (г) = 16 (г) Найдем х: х = 16/0,8 = 20 Масса 80% раствора уксусной кислоты равна 20 (г). Найдем необходимое количество воды: m(H 2 O) = m р-ра2 – m р-ра1 m(H 2 O) = 200 (г) – 20 (г) = 180 (г) |
| Ответ | m р-ра (CH 3 COOH) 80% = 20 (г), m(H 2 O) = 180 (г) |
ПРИМЕР 2
| Задание | Смешали 200 г воды и 50 г гидроксида натрия. Определите массовую долю гидроксида натрия в растворе. | |||||||||||||||||||
| Решение | Записываем формулу для нахождения массовой доли:
Найдем массу раствора гидроксида натрия: m р-ра (NaOH) = m(H 2 O) + m(NaOH) m р-ра (NaOH) = 200 +50 = 250 (г) Найдем массовую долю гидроксида натрия. ), которые совершенно или практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически. Первое из веществ (дисперсная фаза ) мелко распределено во втором (дисперсионная среда ). Если фаз несколько, их можно отделить друг от друга физическим способом (центрифугировать, сепарировать и т. д.). Обычно дисперсные системы - это коллоидные растворы , золи . К дисперсным системам относят также случай твёрдой дисперсной среды, в которой находится дисперсная фаза. Системы с одинаковыми по размерам частицами дисперсной фазы называются монодисперсными, а с неодинаковыми по размеру частицами - полидисперсными. Как правило, окружающие нас реальные системы полидисперсны. По размерам частиц свободнодисперсные системы подразделяют на: Ультрамикрогетерогенные системы также называют коллоидными или золями . В зависимости от природы дисперсионной среды, золи подразделяют на твёрдые золи, аэрозоли (золи с газообразной дисперсионной средой) и лиозоли (золи с жидкой дисперсионной средой). К микрогетерогенным системам относят суспензии , эмульсии , пены и порошки. Наиболее распространёнными грубодисперсными системами являются системы «твёрдое - газ», например, песок. Связнодисперсные системы (пористые тела) по классификации М. М. Дубинина подразделяют на: Wikimedia Foundation . 2010 . Смотреть что такое "Дисперсная система" в других словарях:дисперсная система - дисперсная система: Система, состоящая из двух или более фаз (тел) с сильно развитой поверхностью раздела между ними. [ГОСТ Р 51109 97, статья 5.6] Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации дисперсная система - Система, состоящая из двух или более фаз (тел) с сильно развитой поверхностью раздела между ними. [ГОСТ Р 51109 97] [ГОСТ Р 12.4.233 2007] Тематики промышленная чистотасредства индивидуальной защиты … Справочник технического переводчика дисперсная система - – гетерогенная система, состоящая из двух фаз или более, характеризующаяся сильно развитой поверхностью раздела между ними. Общая химия: учебник / А. В. Жолнин … Химические термины дисперсная система - ▲ механическая смесь мелкий дисперсная система гетерогенная система, в которой частицы одной фазы (дисперсной) распределены в другой однородной фазе (дисперсионной среде). пена (клочья пены). пенка. пенить, ся. вспениться. пенистый. пенный.… … Идеографический словарь русского языка дисперсная система - dispersinė sistema statusas T sritis chemija apibrėžtis Sistema, susidedanti iš dispersinės fazės ir dispersinės terpės (aplinkos). atitikmenys: angl. disperse system; dispersion rus. дисперсия; дисперсная система ryšiai: sinonimas – dispersija … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas дисперсная система - dispersinė sistema statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. disperse system vok. disperses System, n rus. дисперсная система, n pranc. système dispersé, m … Fizikos terminų žodynas дисперсная система - гетерогенная система из двух или большего числа фаз с сильно развитой поверхностью раздела между ними. В дисперсной системе, по крайней мере одна из фаз (ее называют дисперсной) включается в виде мелких частиц в другую… … Энциклопедический словарь по металлургии Физико механическая система, состоящая из дисперсной фазы и дисперсионной среды. Различают грубодисперсные и высокодисперсные (коллоидные) системы. Дисперсные системы. Дисперсные системы широко распространены в природе и с давних времен используются человеком в его жизнедеятельности. Практически любой живой организм либо представляет собой дисперсную систему, либо содержит их в различных формах. Пример: свободнодисперсные системы (нет сплошных жестких структур - золи): кровь, лимфа, желудочный и кишечный соки, спинномозговая жидкость и т.д. связнодисперсные системы (есть жесткие пространственные структуры - гели): протоплазма, мембраны клеток, мышечное волокно, хрусталик глаза и т.д. Дисперсные системы активно применяют в медицине, это в первую очередь коллоидные растворы, аэрозоли, кремы, мази. Биохимические процессы в организме протекают в дисперсных системах. Усвоение пищи связано с переходом питательных веществ в растворенное состояние. Биожидкости (дисперсные системы) участвуют в транспорте питательных веществ (жиров, аминокислот, кислорода), лекарственных препаратов к органам и тканям, а также в выведении из организма метаболитов (мочевины, билирубина, углекислого газа). Знание закономерностей физико-химических процессов в дисперсных системах важно будущим врачам как для изучения медико-биологических и клинических дисциплин, так и для более глубокого понимания процессов, протекающих в организме, и сознательного изменения их в желаемом направлении. Дисперсные системы – это многокомпонентные системы, в которых одни вещества в виде мелких частиц распределены в другом веществе. Вещество, которое распределяется, называется дисперсной фазой. Вещество, в котором распределяется дисперсная фаза, называется дисперсионной средой. Пример: водный раствор глюкозы молекулы глюкозы – дисперсная фаза вода – дисперсионная среда Дисперсность – величина, характеризующая размер взвешенных частиц в дисперсных системах. Она обратна диаметру частиц дисперсной фазы. Чем меньше размер частиц, тем больше дисперсность. Классификация дисперсных систем. Дисперсные системы классифицируют по пяти признакам. 1. По степени дисперсности: · грубодисперсные Д = 10 4 – 10 6 м –1 , характеризуются неустойчивостью, непрозрачностью. Пример: суспензии, эмульсии, пены, взвеси. · коллоидно-дисперсные Д = 10 7 – 10 9 м –1 , могут быть прозрачными и мутными, обладать устойчивостью и быть неустойчивыми. Пример: коллоидные растворы, растворы высокомолекулярных соединений. · молекулярно-дисперсные и ионно-дисперсные Д = 10 10 – 10 11 м –1 , характеризуются прозрачностью и устойчивостью. Пример: растворы низкомолекулярных соединений. 2. По наличию физической поверхности раздела между дисперсной фазой и дисперсионной средой: · гомогенные (однофазные системы, граница раздела отсутствует. Пример: растворы низкомолекулярных и высокомолекулярных соединений. · гетерогенные существует граница раздела между дисперсной фазой и дисперсионной средой. Пример: коллоидные растворы и грубодисперсные системы. 3. По характеру взаимодействия между дисперсной фазой и дисперсионной средой: · лиофильные между дисперсной фазой и дисперсионной средой существует сродство. Пример: все гомогенные системы. · лиофобные между дисперсной фазой и дисперсионной средой слабое взаимодействие или отсутствует. Пример: все гетерогенные системы. 4. По агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды:
5. По природе дисперсионной среды: Истинные растворы. Истинный раствор – это гомогенная лиофильная дисперсная система с размерами частиц 10 –10 – 10 –11 м. Истинные растворы – это однофазные дисперсные системы, они характеризуются большой прочностью связи между дисперсной фазой и дисперсионной средой. Истинный раствор сохраняет гомогенность неопределенно долгое время. Истинные растворы всегда прозрачны. Частицы истинного раствора не видны даже в электронный микроскоп. Истинные растворы хорошо диффундируют. Компонент, агрегатное состояние которого не изменяется при образовании раствора, называют растворителем (дисперсионная среда), а другой компонент – растворенным веществом (дисперсная фаза). При одинаковом агрегатном состоянии компонентов растворителем считается компонент, количество которого в растворе преобладает. В растворах электролитов вне зависимости от соотношения компонентов электролиты рассматриваются как растворенные вещества.
Истинные растворы подразделяются: · по типу растворителя: водные и неводные · по типу растворенного вещества: растворы солей, кислот, щелочей, газов и т.д. · по отношению к электрическому току: электролиты и неэлектролиты · по концентрации: концентрированные и разбавленные · по степени достижения предела растворимости: насыщенные и ненасыщенные · с термодинамической точки зрения: идеальные и реальные · по агрегатному состоянию: газообразные, жидкие, твердые
Истинные растворы бывают: · ионно-дисперсные (дисперсная фаза – гидратированные ионы): водный раствор NaCl · молекулярно-дисперсные (дисперсная фаза – молекулы): водный раствор глюкозы Ионы каждый в отдельности или совместно выполняют определённые функции в организме. Решающая роль в переносе воды в организме принадлежит ионам Na + и Cl – , т.е участвуют в водно-солевом обмене. Ионы электролитов участвуют в процессах поддержания постоянства осмотического давления, установления кислотно-щелочного равновесия, в процессах передачи нервных импульсов, в процессах активации ферментов. С позиции живых систем наибольший интерес представляют растворы, в которых растворителем является вода. В ней растворяется огромное число веществ. Она не только растворитель, который обеспечивает молекулярное рассеяние веществ по всему организму. Она также является участником многих химических и биохимических процессов в организме. Например, гидролиза, гидратации, набухания, транспорта питательных и лекарственных веществ, газов, антител и т.п. В организме происходит непрерывный обмен воды и растворённых в ней веществ. Вода составляет основную массу любого живого существа. Её содержание в теле человека меняется с возрастом: у эмбриона человека – 97%, у новорождённого – 77%, у взрослых мужчин – 61%, у взрослых женщин – 54%, у стариков старше 81 года – 49,8%. Большая часть воды в организме находится внутри клеток (70%), около 23% – межклеточной воды, а остальная (7%) – находится внутри кровеносных сосудов и в составе плазмы крови. Всего в организме 42 л воды. В сутки поступает в организм и выводится из него 1,5 – 3 л воды. Это нормальный водный баланс организма. Главный путь выведения воды из организма – почки. Потеря 10 – 15% воды опасна, а 20 – 25% смертельна для организма. Важнейшей характеристикой раствора является его концентрация. Способы выражения концентрации растворов: 1. Массовая доля w(х) – величина, равная отношению массы растворённого вещества m(x) к массе раствора m(p-p) w (x) = × 100% 2. Молярная концентрация раствора с (х) – величина, равная отношению количества вещества n(х), содержащегося в растворе, к объёму этого раствора V(р-р). с (х) = [моль/л], где n(х) = [моль] Миллимолярный раствор – раствор с молярной концентрацией равной 0,001 моль/л Сантимолярный раствор – раствор с молярной концентрацией равной 0,01 моль/л Децимолярный раствор – раствор с молярной концентрацией равной 0,1 моль/л 3. Молярная концентрация эквивалента с ( x) – величина, равная отношению количества вещества эквивалента n ( x) в растворе к объёму этого раствора. c ( x) = [моль/л], где n ( x) = [моль], а М( x) = × М(x) Эквивалент – это реальная или условная частица вещества х , которая в данной кислотно-основной реакции эквивалентна одному иону водорода или в данной ОВР – одному электрону. Число эквивалентности z и фактор эквивалентности f = . Фактор эквивалентности показывает, какая доля реальной частицы вещества х эквивалентна одному иону водорода или одному электрону. Число эквивалентности z равно для: а) кислот – основности кислоты H 2 SO 4 z = 2. б) оснований – кислотности основания Aℓ(OH) 3 z = 3. в) солей – произведению степени окисления (с.о.) металла на число его атомов в молекуле Fe 2 (SO 4) 3 z = 2 × 3 = 6. г) окислителей – числу присоединенных электронов Mn +7 + 5ē → Mn +2 z = 5 д) восстановителей – числу отданных электронов Fe +2 – 1ē → Fe +3 z = 1 4. Моляльная концентрация b(x) – величина, равная отношению количества вещества к массе растворителя (кг) b(x) = = [моль/кг] 5. Молярная доля c(x i) равна отношению количества вещества данного компонента к суммарному количеству всех компонентов раствора Формулы взаимосвязи концентраций: с ( x) = c (x) × z У растворов имеется ряд свойств, которые не зависят от природы растворенного вещества, а зависят только от его концентрации. Наиболее важным является осмос. Благодаря осмосу через мембраны клеток органов и тканей осуществляется сложный процесс обмена веществ организма с внешней средой. Диффузия – процесс самопроизвольного выравнивания концентрации в единице объема. Осмос – односторонняя диффузия молекул растворителя через полупроницаемую мембрану из растворителя в раствор или из раствора с меньшей концентрацией в раствор с большей концентрацией. раствор растворитель
Перенос растворителя через мембрану обусловлен осмотическим давлением. Оно равно избыточному внешнему давлению, которое следует приложить со стороны раствора, чтобы прекратить процесс, то есть создать условия осмотического равновесия. Превышение избыточного давления над осмотическим может привести к обращению осмоса - обратной диффузии растворителя. Обратный осмос имеет место при фильтрации плазмы крови в артериальной части капилляра и в почечных клубочках. Осмотическое давление – давление, которое нужно приложить к раствору, чтобы осмос прекратился. Уравнение Вант-Гоффа: Р осм = c RT×10 3 Осмотическое давление крови: 780 – 820 кПа Все растворы, с точки зрения осмотических явлений, можно разделить на 3 группы: · Изотонические растворы – растворы, имеющие одинаковые осмотические давления и осмолярные концентрации. Примеры: желчь, раствор NaCl (w=0,9%, с=0,15 моль/л), раствор глюкозы (w=7%, с=0,3 моль/л) Осмолярная концентрация (осмолярность) – суммарное количество вещества всех кинетически активных частиц, содержащихся в 1 литре раствора. с осм, осмоль/л Осмоляльная концентрация (осмоляльность) – суммарное количество вещества всех кинетически активных частиц, содержащихся в 1 кг растворителя. b осм, осмоль/кг Для разбавленных растворов осмолярная концентрация совпадает с осмоляльной концентрацией. с осм ≈ b осм · Гипертонический раствор – раствор с более высокой концентрацией растворенных веществ, следовательно, с более высоким осмотическим давлением по сравнению с другим раствором и способный при наличии проницаемых мембран вытягивать из него воду. Примеры: кишечный сок, моча. · Гипотонический раствор – раствор с более низкой концентрацией растворенных веществ, следовательно, с более низким осмотическим давлением по сравнению с другим раствором и способный при наличии проницаемых мембран терять воду. Примеры: слюна, пот. Животные и растительные клетки отделены от окружающей среды мембраной. При помещении клетки в различные по осмолярным концентрациям или давлениям растворы будут наблюдаться следующие явления: · плазмолиз – уменьшение клетки в объеме. При этом клетку помещают в гипертонический раствор. Разность осмотических давлений вызывает перемещение растворителя из клетки в гипертонический раствор. · лизис – увеличение клетки в объеме. При этом клетку помещают в гипотонический раствор. Разность осмотических давлений вызывает перемещение растворителя в клетку. В случае разрыва эритроцитарных мембран и перехода гемоглобина в плазму явление называется гемолизом. · изоосмия – объем клетки не изменяется. При этом клетку помещают в изотонический раствор.
С помощью осмотических явлений поддерживается водно-солевой обмен в организме человека. Осмос – это основа механизма работы почек. Изотонический (физиологический) раствор NaCl (0,9%) используется при больших кровопотерях. Гипертонический раствор NaCl (10%) используют при накладывании марлевых повязок на гнойные раны. Онкотическое давление – это часть осмотического давления, создаваемого белками. В плазме крови человека составляет лишь около 0,5 % осмотического давления (0,03-0,04 атм или 2,5 – 4,0 кПа). Тем не менее, онкотическое давление играет важнейшую роль в образовании межклеточной жидкости, первичной мочи и др. Стенка капилляров свободно проницаема для воды и низкомолекулярных веществ, но не для белков. Скорость фильтрации жидкости через стенку капилляра определяется разницей между онкотическим давлением белков плазмы и гидростатическим давлением крови, создаваемым работой сердца. На артериальном конце капилляра солевой раствор вместе с питательными веществами переходит в межклеточное пространство. На венозном конце капилляра процесс идёт в противоположном направлении, поскольку венозное давление ниже онкотического давления. В результате в кровь переходят вещества, отдаваемые клетками. При заболеваниях, сопровождающихся уменьшением концентрации в крови белков (особенно альбуминов), онкотическое давление снижается, и это может явиться одной из причин накопления жидкости в межклеточном пространстве, в результате чего развиваются отёки.
Дисперсные системы Чистые
вещества в природе встречаются очень редко. Смеси разных веществ в различных
агрегатных состояниях могут образовывать гетерогенные и гомогенные системы -
дисперсные системы и растворы. По величине частиц веществ, составляющих дисперсную фазу, дисперсные системы делят на грубодисперсные (взвеси) с размерами частиц более 100 нм и тонкодисперсные (коллоидные растворы или коллоидные системы) с размерами частиц от 100 до 1 нм. Если же вещество раздроблено до молекул или ионов размером менее 1 нм, образуется гомогенная система - раствор. Она однородна (гомогенна), поверхности раздела между частицами и средой нет. Уже беглое знакомство с дисперсными системами и растворами показывает, насколько они важны в повседневной жизни и в природе. Судите
сами: без нильского ила не состоялась бы великая цивилизация Древнего Египта;
без воды, воздуха, горных пород и минералов вообще бы не существовала живая
планета - наш общий дом - Земля; без клеток не было бы живых организмов и т. д. Классификация дисперсных систем и растворов Взвеси
Взвеси
- это дисперсные системы, в которых размер частиц фазы более 100 нм. Это
непрозрачные системы, отдельные частицы которых можно заметить невооруженным
глазом. Дисперсная фаза и дисперсионная среда легко разделяются отстаиванием.
Такие системы разделяют на: Коллоидные системы
Коллоидные системы
- это
такие дисперсные системы, в которых размер частиц фазы от 100 до 1 нм. Эти
частицы не видны невооруженным глазом, и дисперсная фаза и дисперсионная среда
в таких системах отстаиванием разделяются с трудом. Частицы дисперсной фазы коллоидных растворов нередко не оседают даже при длительном хранении из-за непрерывных соударений с молекулами растворителя за счет теплового движения. Они не слипаются и при сближении друг с другом из-за наличия на их поверхности одноименных электрических зарядов. Но при определенных условиях может происходить процесс коагуляции. Коагуляция - явление слипания коллоидных частиц и выпадения их в осадок - наблюдается при нейтрализации зарядов этих частиц, когда в коллоидный раствор добавляют электролит. При этом раствор превращается в суспензию или гель. Некоторые органические коллоиды коагулируют при нагревании (клей, яичный белок) или при изменении кислотно-щелочной среды раствора. 2.
Гели
, или студни,
представляющие собой студенистые осадки, образующиеся при коагуляции золей. К
ним относят большое количество полимерных гелей, столь хорошо известные вам
кондитерские, косметические и медицинские гели (желатин, холодец, желе,
мармелад, торт «Птичье молоко») и конечно же бесконечное множество природных
гелей: минералы (опал), тела медуз, хрящи, сухожилия, волосы, мышечная и
нервная ткани и т. д. Историю развития жизни на Земле можно одновременно
считать историей эволюции коллоидного состояния вещества. Со временем структура
гелей нарушается - из них выделяется вода. Это явление называют синерезисом
. Растворы
Раствором называют
гомогенную
систему, состоящую из двух и более веществ. При
кристаллизации жидкого сплава серебра и золота можно получить твердые растворы
разного состава. Поведение и свойства растворов электролитов, как вы хорошо знаете, объясняет
другая важнейшая теория химии - теория электролитической диссоциации,
разработанная С. Аррениусом, развитая и дополненная учениками Д. И. Менделеева,
и в первую очередь И. А. Каблуковым. Вопросы для закрепления:
|
