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?