Айланабыздагы заттардын көбү ар кандай заттардын аралашмасы, ошондуктан алардын касиеттерин изилдөө химияны, медицинаны, тамак-аш өнөр жайын жана эл чарбасынын башка тармактарын өнүктүрүүдө маанилүү роль ойнойт. Макалада дисперсиялык даража деген эмне жана ал системанын мүнөздөмөлөрүнө кандай таасир тийгизери талкууланат.
Дисперстик системалар деген эмне?
Дисперстик даражасын талкуулоодон мурун бул түшүнүк кайсы системаларга колдонулушу мүмкүн экенин тактап алуу керек.
Бизде химиялык составы боюнча бири-биринен айырмаланышы мүмкүн болгон эки башка зат бар деп элестетип көрөлү, мисалы, ашкана тузу жана таза суу, же агрегаттык абалында, мисалы, бир эле суу суюк жана катуу абалда (муз) мамлекеттери. Эми бул эки затты алып аралаштырып, интенсивдүү аралаштыруу керек. Жыйынтыгы кандай болот? Бул химиялык реакция аралаштыруу учурунда болгонбу же жокпу, көз каранды. Дисперстик системалар жөнүндө сөз болгондо, алар качан деп эсептелетпайда болушунда эч кандай реакция болбойт, башкача айтканда, баштапкы заттар микродеңгээлде структурасын жана тыгыздык, түс, электр өткөрүмдүүлүк жана башкалар сыяктуу өзүнө таандык физикалык касиеттерин сактайт.
Ошентип, дисперстик система механикалык аралашма болуп саналат, анын натыйжасында эки же андан көп заттар бири-бири менен аралашат. Ал түзүлгөндө «дисперсиялык чөйрө» жана «фаза» түшүнүктөрү колдонулат. Биринчиси системанын ичинде үзгүлтүксүздүк касиетине ээ жана эреже катары, анда салыштырмалуу чоң өлчөмдө кездешет. Экинчи (дисперстик фаза) үзгүлтүктүүлүк касиети менен мүнөздөлөт, башкача айтканда системада аларды чөйрөдөн бөлүп турган бет менен чектелген майда бөлүкчөлөр түрүндө болот.
Бир тектүү жана гетерогендик системалар
Дисперстик системанын бул эки компоненти физикалык касиеттери боюнча айырмаланары анык. Мисалы, сууга кум ыргытып, аралаштырсаңыз, химиялык формуласы SiO2 болгон сууда бар кум дандары айырмаланбай турганы анык. алар сууда болбогондо мамлекеттен кандайдыр бир жол менен. Мындай учурларда гетерогендүүлүк жөнүндө сөз болот. Башка сөз менен айтканда, гетерогендик система бир нече (эки же андан көп) фазалардын аралашмасы болуп саналат. Акыркысы белгилүү бир касиеттери менен мүнөздөлгөн системанын кандайдыр бир чектүү көлөмү деп түшүнүлөт. Жогорудагы мисалда бизде эки фаза бар: кум жана суу.
Бирок, дисперстик фаза бөлүкчөлөрүнүн өлчөмү, алар кандайдыр бир чөйрөдө эригенде ушунчалык кичинекей болуп калышы мүмкүн, алар өздөрүнүн жеке касиеттерин көрсөтпөй калышат. Бул учурда, бир сөзбир тектүү же бир тектүү заттар. Алар бир нече компоненттерди камтыса да, алардын баары системанын бүтүндөй көлөмү боюнча бир фазаны түзөт. Бир тектүү системага NaClдин суудагы эритмеси мисал боло алат. Ал эригенде, полярдык молекулалар H2O менен өз ара аракеттенүүсүнөн улам NaCl кристалл өзүнчө катиондорго (Na+) жана аниондорго (Cl) ажырайт.-). Алар суу менен бир тектүү аралашат жана мындай системада эриген зат менен эриткичтин ортосундагы интерфейсти мындан ары табуу мүмкүн эмес.
бөлүкчөлөрдүн өлчөмү
Даралуу даражасы кандай? Бул баалуулук кененирээк каралышы керек. Ал эмнени билдирет? Ал дисперстик фазанын бөлүкчөлөрүнүн өлчөмүнө тескери пропорционал. Дал ушул өзгөчөлүк каралып жаткан бардык заттардын классификациясынын негизин түзөт.
Дисперстик системаларды изилдеп жатканда студенттер көбүнчө алардын атын чаташтырышат, анткени алардын классификациясы да агрегация абалына негизделген деп эсептешет. Бул туура эмес. Агрегациянын ар кандай абалындагы аралашмалардын ар кандай аталыштары бар, мисалы, эмульсиялар суу заттары, ал эми аэрозолдор газ фазасынын бар экенин көрсөтүп турат. Бирок дисперстик системалардын касиеттери негизинен аларда эриген фазанын бөлүкчөлөрүнүн өлчөмүнө жараша болот.
Жалпы кабыл алынган классификация
Дисперстик системалардын дисперстик даражасы боюнча классификациясы төмөндө келтирилген:
- Эгер шарттуу бөлүкчөлөрдүн өлчөмү 1 нмден аз болсо, анда мындай системалар реалдуу же чыныгы чечимдер деп аталат.
- Эгер шарттуу бөлүкчөлөрдүн өлчөмү 1 нм жана ортосунда болсо100 нм, анда каралып жаткан зат коллоиддик эритме деп аталат.
- Эгер бөлүкчөлөр 100 нмден чоң болсо, анда биз суспензиялар же суспензиялар жөнүндө болуп жатабыз.
Жогорудагы классификацияга келсек, эки пунктту тактап көрөлү: биринчиден, берилген цифралар индикативдик, башкача айтканда, бөлүкчөлөрдүн өлчөмү 3 нм болгон система сөзсүз түрдө коллоид эмес, ал дагы чыныгы болушу мүмкүн. чечим. Бул анын физикалык касиеттерин изилдөө аркылуу аныкталышы мүмкүн. Экинчиден, сиз тизмеде "шарттуу өлчөмү" деген сөз айкашын колдонгонун байкасаңыз болот. Бул системадагы бөлүкчөлөрдүн формасы толугу менен ыктыярдуу болушу мүмкүн жана жалпы учурда татаал геометрияга ээ болгондугу менен байланыштуу. Ошондуктан, алардын кандайдыр бир орточо (шарттуу) өлчөмү жөнүндө сөз кылышат.
Кийинчерээк макалада дисперстик системалардын белгиленген түрлөрүнө кыскача баяндама беребиз.
Чыныгы чечимдер
Жогоруда айтылгандай, реалдуу эритмелерде бөлүкчөлөрдүн дисперстик даражасы ушунчалык жогору (алардын өлчөмү өтө кичинекей, < 1 нм), алар менен эриткичтин (орточо) ортосунда интерфейс жок, б.а. бир фазалуу бир тектүү система болуп саналат. Маалыматтын толуктугу үчүн атомдун өлчөмү бир ангстром (0,1 нм) тартибинде экенин эске салабыз. Акыркы сан чыныгы эритмелердеги бөлүкчөлөрдүн атомдук өлчөмүн көрсөтөт.
Чыныгы эритмелерди коллоиддерден жана суспензиялардан айырмалоочу негизги касиеттери төмөнкүлөр:
- Эритменин абалы ээн-эркин узак убакыт бою өзгөрүүсүз болот, башкача айтканда дисперстүү фазанын чөкмөлөрү пайда болбойт.
- Эригензатты жөнөкөй кагаз аркылуу чыпкалоо аркылуу эриткичтен ажыратууга болбойт.
- Зат ошондой эле химияда диализ деп аталган тешиктүү мембрана аркылуу өтүү процессинин натыйжасында бөлүнбөйт.
- Эритүүчү затты акыркынын агрегация абалын өзгөртүү жолу менен гана ажыратууга болот, мисалы буулантуу.
- Идеалдуу чечимдер үчүн электролиз жүргүзүлүшү мүмкүн, башкача айтканда, системага потенциалдар айырмасы (эки электрод) колдонулса, электр тогун өткөрүүгө болот.
- Алар жарыкты чачпайт.
Чыныгы эритмелердин мисалы ар кандай туздарды суу менен аралаштыруу, мисалы, NaCl (ас тузу), NaHCO3 (аш содасы), KNO 3(калий нитраты) жана башкалар.
Коллоиддик эритмелер
Бул реалдуу чечимдер менен суспензиялардын ортосундагы аралык системалар. Бирок, алар бир катар өзгөчөлүктөргө ээ. Келгиле аларды тизмелейли:
- Алар экологиялык шарттар өзгөрбөсө, узак убакыт бою механикалык жактан туруктуу болот. Системаны жылытуу же анын кычкылдыгын (рН маанисин) өзгөртүү жетиштүү, анткени коллоид коагуляцияланат (чөкмө).
- Алар чыпка кагазы менен бөлүнбөйт, бирок диализ процесси дисперстүү фаза менен чөйрөнүн бөлүнүшүнө алып келет.
- Чыныгы эритмелердегидей эле, аларды электролиздесе болот.
- Тунук коллоиддик системалар үчүн Тиндалл эффектиси мүнөздүү: бул система аркылуу жарык шооласын өткөрүү, сиз аны көрө аласыз. менен байланышканспектрдин көрүнгөн бөлүгүндө бардык багыттар боюнча электромагниттик толкундардын чачырашы.
- Башка заттарды адсорбциялоо жөндөмдүүлүгү.
Коллоиддик системалар саналып өткөн касиеттеринен улам адамдар тарабынан ар кандай ишмердүүлүк тармактарында (тамак-аш өнөр жайы, химия) кеңири колдонулат жана жаратылышта да көп кездешет. Коллоидге мисал катары сары май, майонезди алсак болот. Табиятта бул туман, булуттар.
Дисперстик системалардын акыркы (үчүнчү) классынын сыпаттамасына өтүүдөн мурун коллоиддердин айрым аталган касиеттерин кененирээк түшүндүрүп берели.
Коллоиддик эритмелер деген эмне?
Бул типтеги дисперстик системалар үчүн классификация чөйрөнүн ар кандай агрегаттык абалын жана анда эриген фазаны эске алуу менен берилиши мүмкүн. Төмөндө тиешелүү таблица/
| Шаршемби/фаза | Газ | Суюк | Катуу дене |
| газ | бардык газдар бири-биринде чексиз эрийт, ошондуктан алар ар дайым чыныгы чечимдерди түзүшөт | аэрозоль (туман, булуттар) | аэрозоль (түтүн) |
| суюк | көбүк (кыргын, камкаймак) | эмульсия (сүт, майонез, соус) | sol (акварель) |
| катуу дене | пенка (пемза, газдалган шоколад) | гель (желатин, сыр) | сол (рубин кристалл, гранит) |
Таблица коллоиддик заттардын бардык жерде, күнүмдүк турмушта да, жаратылышта да бар экенин көрсөтүп турат. менен айырма бар экенин эстен чыгарбоо, ошондой эле суспензиялар үчүн да берилиши мүмкүн экенин белгилешеталардагы коллоиддер дисперстик фаза өлчөмүндө гана болот. Бирок, суспензиялар механикалык жактан туруксуз болгондуктан, коллоиддик системаларга караганда практикалык жактан анча кызыкдар эмес.
Коллоиддердин механикалык туруктуулугунун себеби
Эмне үчүн майонез муздаткычта көпкө жатып калышы мүмкүн, ал эми андагы суспензия бөлүкчөлөрү чөкпөйт? Эмне үчүн сууда эриген боёк бөлүкчөлөрү акыры идиштин түбүнө "түшүп кетпейт"? Бул суроолордун жообу Браун кыймылы болот.
Кыймылдын бул түрүн 19-кылымдын биринчи жарымында англиялык ботаник Роберт Браун ачып, микроскоп менен майда чаңча бөлүкчөлөрүнүн сууда кандай кыймылдаарын байкаган. Физикалык көз караштан алганда, броун кыймылы суюктук молекулаларынын башаламан кыймылынын көрүнүшү болуп саналат. Суюктуктун температурасы көтөрүлсө, анын интенсивдүүлүгү жогорулайт. Дал ушул кыймыл коллоиддик эритмелердин майда бөлүкчөлөрүнүн суспензияда болушуна себеп болот.
Адсорбциялык касиет
Дисперстик - бөлүкчөлөрдүн орточо өлчөмүнүн өз аралыгы. Коллоиддерде бул өлчөмдөр 1 нмден 100 нмге чейинки диапазондо болгондуктан, алар абдан өнүккөн бетке ээ, башкача айтканда S/m катышы чоң мааниге ээ, бул жерде S – эки фазанын (дисперсиялык чөйрө) ортосундагы жалпы интерфейс аянты. жана бөлүкчөлөр), m - эритмедеги бөлүкчөлөрдүн жалпы массасы.
Дисперстик фаза бөлүкчөлөрүнүн бетинде турган атомдордо каныкпаган химиялык байланыштар болот. Бул алар башка менен кошулмаларды түзө алат дегенди билдиретмолекулалар. Эреже катары, бул кошулмалар ван-дер-Ваальс күчтөрүнүн же суутек байланыштарынын эсебинен пайда болот. Алар коллоиддик бөлүкчөлөрдүн бетинде бир нече катмар молекулаларды кармай алышат.
Адсорбенттин классикалык мисалы - активдештирилген көмүр. Бул коллоид, анда дисперсиялык чөйрө катуу, фазасы газ. Анын спецификалык аянты 2500 м2/г жетиши мүмкүн.
Уктуулук даражасы жана беттин өзгөчө аянты
S/m эсептөө оңой иш эмес. Чындыгында, коллоиддик эритмедеги бөлүкчөлөр ар кандай өлчөмдө, формада жана ар бир бөлүкчөнүн бетинде өзгөчө рельеф бар. Демек, бул маселени чечүүнүн теориялык ыкмалары сандык эмес, сапаттык натыйжаларга алып келет. Ошого карабастан, дисперсия даражасынан белгилүү бир беттик аянттын формуласын берүү пайдалуу.
Эгер системанын бардык бөлүкчөлөрү сфералык формада жана бирдей өлчөмдө деп ойлосок, анда түз эсептөөлөрдүн натыйжасында төмөнкү туюнтма алынат: Sud=6/(dρ), мында Sud - беттин аянты (спецификалык), d - бөлүкчөлөрдүн диаметри, ρ - ал турган заттын тыгыздыгы. Формуладан эң кичинекей жана эң оор бөлүкчөлөр каралып жаткан санга эң көп салым кошоорун көрүүгө болот.
Sud аныктоонун эксперименталдык жолу бул изилденүүчү зат менен адсорбцияланган газдын көлөмүн эсептөө, ошондой эле тешикчелердин өлчөмүн (дисперстүү фаза) өлчөө. анда.
Тоңдурулуп кургатуу жаналиофобиялык
Лиофилдүүлүк жана лиофобдук - булар, чындыгында, дисперстик системалардын классификациясынын бар экендигин, ал жогоруда келтирилген формада аныктайт. Эки түшүнүк тең эриткичтин жана эриген заттын молекулаларынын ортосундагы күч байланышты мүнөздөйт. Бул байланыш чоң болсо, анда алар lyophility жөнүндө сөз. Ошентип, туздардын суудагы бардык чыныгы эритмелери лиофилдүү, анткени алардын бөлүкчөлөрү (иондору) полярдык молекулалар H2O менен электрдик байланышта. Эгер сары май же майонез сыяктуу системаларды эске алсак, анда булар типтүү гидрофобдук коллоиддердин өкүлдөрү, анткени алардагы майдын (липиддик) молекулалары полярдык молекулаларды түртүшөт H2O.
Лиофобдук (эритүүчү суу болсо, гидрофобдук) системалар термодинамикалык жактан туруксуз экенин белгилей кетүү маанилүү, бул аларды лиофилдик системалардан айырмалайт.
Токтотуулардын касиеттери
Эми дисперстик системалардын акыркы классын - суспензияларды карап көрөлү. Эске салсак, алардагы эң кичинекей бөлүкчө 100 нмден чоңураак же андан чоңураак экендиги менен мүнөздөлөт. Алар кандай касиеттерге ээ? Тиешелүү тизме төмөндө келтирилген:
- Алар механикалык жактан туруксуз болгондуктан, кыска убакыттын ичинде чөкмө пайда кылышат.
- Алар булуттуу жана күн нуруна тунук эмес.
- Фазаны чөйрөдөн фильтр кагазы менен ажыратса болот.
Жаратылыштагы суспензиялардын мисалдарына дарыялардагы ылай суулар же вулкандык күл кирет. суспензияларды адам колдонуу катары байланышканкөбүнчө дары менен (дары эритмелери).
Коагуляция
Дисперстүүлүгү ар кандай даражадагы заттардын аралашмасы жөнүндө эмне айтууга болот? Жарым-жартылай, бул маселе буга чейин макалада камтылган, анткени ар кандай дисперстик системада бөлүкчөлөр белгилүү бир чектерде жайгашкан чоңдукка ээ. Бул жерде биз бир гана кызык окуяны карап чыгабыз. Коллоид менен чыныгы электролит эритмени аралаштырса эмне болот? Салмактуу система бузулуп, анын коагуляциясы пайда болот. Анын себеби чыныгы эритме иондорунун электрдик талааларынын коллоиддик бөлүкчөлөрдүн беттик зарядына тийгизген таасиринде жатат.
