Дисперсні системи
Дисперсні системи. Колоїдні системи. Розчини. Розчинність
Речовини, розчини яких мають певний осмотичний тиск, проникають через напівпроникні перетинки та виділяються з розчинів у вигляді кристалів. Такі речовини англійський вчений Т.Грем (1805—1869 рр.) назвав кристалоїдами, які розчини —справжніми,на відміну розчинівколоїдних.У колоїдних розчинів осмотичний тиск незначний або його немає зовсім, і речовини, розчинені в цих розчинах, не проникають через напівпроникні перетинки і кристалізуються, тобто. після випаровування розчинника залишаються у вигляді безформної маси (набувають форми судини). Найвідомішим із таких речовин є клей (грецькою — колла); тому й назвали колоїдами.
Пізніше було виявлено, що деякі нерозчинні у воді речовини, будучи дуже тонко розпорошеними (посиленим дробленням або під впливом особливих причин при їх виділенні), утворюють суміші з такими ж властивостями, як колоїдні розчини; кристалоїди при підборі відповідного розчинника також дають колоїдні розчини. Тому в даний час назва колоїд (кристалоїд) застосовується тільки до речовин, відомих лише в колоїдному (кристалоїдному) стані. В інших випадках говорять проколоїдний стан речовини,а не про колоїдні речовини.
Частина хімії, яка займається вивченням речовин у колоїдному стані, називається колоїдною хімією. Розглянемо її основу на прикладі. Графіт не розчиняється у маслі. Якщо ж розмішати порошок графіту в олії, то утворюється суміш -сус-пензія,яка через деякий час розділиться, т.к. графіт осяде на дно судини.Якщо графіт, подрібнений до пилоподібного стану, розсіяний у маслі, він не дає осаду, тобто. вийдеколоїдний розчинграфіту в олії. Так само можна рідину (наприклад, масло) розсіяти в іншій рідині (наприклад, у воді) вемульсію,яка хоч і розділиться через деякий час, проте за певних умов стає колоїдним розчином олії у воді.
Загальна назва суспензії, емульсії, колоїдних та істинних розчинів - дисперсоїди, або дисперсні системи.
Дисперсна фаза системи – роздроблена речовина, дисперсне середовище – рідина.
Відомі дисперсоїди тверді та газоподібні, як це видно з поділу їх за групами дисперсного середовища:
1.Дисперсоїди газоподібні: дим, туман (тверді речовини або рідини, розсіяні в газовому середовищі).
2.Дисперсоїди рідкі:
а) пірозолі (стійкі за високої температури), наприклад розсіяні метали в розплавлених солях;
б) кріозолі (стійкі при низькій температурі), наприклад лід у хлороформі;
в) ліозолі (стійкі при звичайній температурі), наприклад
мір колоїдні розчини - суспенсоїди та емульсоїди.
3.Дисперсоїди тверді: кольорове скло, опали та деякі сплави металів.
Найчастіше в хімії ми зустрічаємося зліозолями,які діляться за ступенем дисперсності:
Дисперсоїди рідкі (ліозолі)
1)грубі: суспензії та емульсії
2)тонкі: колоїдні розчини або золі
3)молекулярні або іонні: розчини кристалоїдів (справжні розчини)
Колоїдні розчини складають перехід між суспензіями (емульсіями) та істинними розчинами. Усе залежить від величини частинок дисперсної фази, тобто. відступеня дисперснос-ти(розсіювання) дисперсної фази.
Розмір розсіяних частинок від 10 -4 до 10 -8 см. 1
Отже, колоїдність перестав бути властивістю будь-яких певних речовин, але є загальним властивістю всіх речовин, т.к. кожну речовину (тверду, рідку або газоподібну) можна привести в колоїдний стан у відповідному середовищі при достатньому подрібненні.
Так, наприклад, кухонна сіль NaCl - кристалоїд (утворює з водою істинний розчин). Колоїдний розчин NaCl можна отримати за достатнього розсіювання NaCl у бензині.
Дисперсні системи нестійкі. Зменшенням ступеня дисперсності, тобто. збільшенням розміру частинок, колоїдний стан порушується, і частки осідають. І тут колоїдний розчинкоагулює,тобто. утворюється суспензія або гель (желатиноподібна речовина), що пов'язують велику частину дисперсного середовища, тобто. розчинника.
Тверді, рідкі та газоподібні системи (суміші) двох або декількох компонентів, що утворюють одну фазу (гомогенні), називаються розчинами.
За агрегатним станом розрізняють газоподібні розчини (газові суміші, наприклад повітря), розчини рідкі (розчини газів, рідин і твердих речовин в рідинах) і тверді розчини (сплави, скло).
Справжні розчинискладаються з розчиненої речовини, що знаходиться у вигляді атомів, іонів або молекул, рівномірно оточених атомами, іонами або молекулами розчинника. Тобто істинні розчини однофазні, в них відсутня межа поділу між розчинником та розчиненою речовиною.
Величезне значення мають рідкі суміші, у яких розчинником є рідина. Загальноприйнятим розчинником є вода, але застосовуються інші розчинники, наприклад спирт, ефір, ацетон, бензин, піридин і т.д.
Отже,в процесі розчинення частинки (іони або молекули) розчиняється речовини під дією частинок розчинника, що рухаються, переходять в розчин, утворюючи якісно нову однорідну систему.
Розчинністьхарактеризує здатність речовини розчинятися в тому чи іншому розчиннику.
Залежно від здатності розчинятися речовини поділяються на добре розчинні у воді, малорозчинні у воді та практично нерозчинні у воді.
Наприклад, практично нерозчинні у воді: благородні гази, золото; малорозчинні у воді: оксид азоту (II), азот, кисень, гідроксид кальцію; добре розчиняються у воді: нітрати (солі азотної кислоти), аміак і т.д.
Розчинність речовин залежить від температури, тиску, від природи розчинника та розчинних речовин, від присутності в розчинах сторонніх речовин.
Зупинимося залежно від розчинності речовин від температури і природи розчинника.
Розчинність твердих речовин у воді зазвичай збільшується з підвищенням температури.
За певної температури при розчиненні твердої речовини концентрація його в розчині зростає. Одночасно відбувається і зворотний процес - виділення твердої речовини з розчину -кристалізаціяречовини. Якщо система перебуває у стані динамічного рівноваги, то швидкості прямого і зворотного процесів однакові, а концентрація розчиненої речовини незмінна. Такий стан системи може зберігатися довго, доки не зміняться умови перебігу процесу розчинення. Розчин, в якому досягається рівновага, називаєтьсянасиченим.Крім насичених, розрізняютьненасичені розчини.Це розчини, що містять при заданій температурі менше розчиненої речовини, ніж повинен містити насичений розчин.
При швидкому охолодженні насиченого розчину може відбутися утворенняпересиченого розчину.Пересиченим називають розчин, в якому при цій температурі міститься більша кількість речовини, ніж насичений розчин. Пересичений розчин нестійкий, і за зміни умов (при струшуванні тощо) випаде осад, з якого залишається насичений розчин.
Розчинність газів підвищується при зниженні температури. При зміні тиску розчинність газу в рідині підпорядковується закону Генрі:
Розчинність газу прямо пропорційна його тиску над рідиною.
Цю закономірність виражають формулою:х =kp
дех- мольна частка розчиненої речовини,р- тиск,k-постійна величина (константа Генрі).