Самостоятельная работа по химии № 5

РАЗДЕЛ 1. Методические указания по теме «Коллоидные растворы»

Гетерогенные системы, состоящие из мелкораздробленных частиц одного вещества, распределенных в однородной среде другого, называются дисперсными системами. Фазу, состоящую из частиц раздробленного вещества, называют дисперсной фазой, а среду, в которой распределены частицы, – дисперсионной средой.

Для объектов коллоидной химии характерны два общих признака: гетерогенность и дисперсность. Гетерогенность или многофазность выступает как признак, указывающий на наличие межфазной поверхности, поверхностного слоя, а также процессов и явлений, происходящих на межфазных границах и в пограничных слоях.

В свою очередь, дисперсность (степень раздробленности дисперсной системы характеризуется поперечным размером частиц a или его обратной величиной 1/a, называемой дисперсностью) придает новые свойства не только отдельным фазам, но и всей дисперсной системе. С ростом дисперсности увеличивается роль поверхностных явлений в свойствах коллоидных систем. Чем меньше размеры частиц, тем выше дисперсность (1/a) и больше удельная поверхность дисперсной фазы (S_уд).

Удельная поверхность определяется как отношение суммарной площади поверхности всех частиц дисперсной фазы (S) к занимаемому ими объему (V) или как произведение суммы частиц, содержащихся в 1м³ объема системы (N_V) на площадь поверхности одной частицы (S₀): S_уд = S/V = N_V·S₀ (м^-1) (1)

Если раздробленные частицы шарообразной формы, то S₀ = 4π r², V₀ = (4/3)π r³, где r – радиус частицы, а если кубической, то S₀ = 6ℓ ², V₀ = ℓ ³, где ℓ - длина ребра частицы, и тогда S_уд = 3/r (м^-1), S_уд = 6/ℓ (м^-1) или S_уд = 3/rρ (м²/кг), S_уд = 6/ℓ ρ (м²/кг). (2)

Для расчета удельной поверхности можно использовать и другую формулу

S_уд = S/m = S/V·ρ = N_m·S₀(м²/кг) (3)

где m – масса частиц с общей поверхностью S, N_m- число частиц в 1кг их массы; r- плотность диспергированного вещества, равная ρ = m/V, кг/м³.

По размеру частиц дисперсной фазы коллоиды (Ø = 10^-7¸ 10^-9м) занимают промежуточное положение между истинными растворами (Ø < 10^-9м) и грубодисперсными системами – порошками, суспензиями, эмульсиями (Ø > 10^-7м). Дисперсные системы с частицами коллоидных размеров принято называть золями. Системы с газовой дисперсионной средой независимо от природы газа называют аэрозолями. Системы с жидкой дисперсионной средой – лиозолями. В зависимости от природы жидкости лиозоли делят на гидрозоли, бензозоли и т.п. Системы с твердой дисперсионной средой – солидозоли.

Независимо от применяемых методов (диспергирование, т.е. дробление крупных частиц грубодисперсных систем до коллоидной дисперсности; или конденсация, т.е. соединение атомов, ионов или молекул в более крупные частицы (агрегаты) коллоидных размеров), основные условия получения коллоидных систем следующие:

1. нерастворимость вещества дисперсной фазы в дисперсионной среде;

2. достижение коллоидной дисперсности частиц дисперсной фазы;

3. наличие в системе, в которой образуются частицы дисперсной фазы, третьего компонента – стабилизатора, который сообщает коллоидной системе агрегативную устойчивость.