Айналамыздағы заттардың көпшілігі әртүрлі заттардың қоспалары, сондықтан олардың қасиеттерін зерттеу химия, медицина, тамақ өнеркәсібі және халық шаруашылығының басқа салаларын дамытуда маңызды рөл атқарады. Мақалада дисперсия дәрежесі дегеніміз не және оның жүйенің сипаттамаларына қалай әсер ететіні туралы мәселелер қарастырылады.
Дисперстік жүйелер дегеніміз не?
Дисперсия дәрежесін талқыламас бұрын, бұл тұжырымдаманы қандай жүйелерге қолдануға болатынын нақтылау қажет.
Бізде химиялық құрамы бойынша бір-бірінен ерекшеленуі мүмкін екі түрлі зат бар деп елестетіп көрейік, мысалы, ас тұзы мен таза су немесе агрегация күйі, мысалы, сұйық және қатты денедегі бірдей су (мұз) мемлекеттері. Енді осы екі затты алып, араластырып, қарқынды араластыру керек. Нәтиже қандай болады? Бұл химиялық реакцияның араласу кезінде болған-болмағанына байланысты. Дисперсті жүйелер туралы айтқанда, олар қашан деп есептеледітүзілуде ешқандай реакция болмайды, яғни бастапқы заттар микродеңгейде құрылымын және тығыздық, түс, электр өткізгіштік және т.б. сияқты өзіне тән физикалық қасиеттерін сақтайды.
Осылайша дисперсті жүйе механикалық қоспа болып табылады, нәтижесінде екі немесе одан да көп заттар бір-бірімен араласады. Ол қалыптасқан кезде «дисперсиялық орта» және «фаза» ұғымдары қолданылады. Біріншісі жүйе ішінде үздіксіздік қасиетіне ие және әдетте онда салыстырмалы түрде үлкен мөлшерде кездеседі. Екінші (дисперсті фаза) үзіліс қасиетімен сипатталады, яғни жүйеде оларды ортадан бөліп тұратын бетімен шектелген ұсақ бөлшектер түрінде болады.
Біртекті және гетерогенді жүйелер
Дисперстік жүйенің бұл екі құрамдас бөлігі физикалық қасиеттерімен ерекшеленетіні анық. Мысалы, суға құмды лақтырып, араластырсаңыз, судағы химиялық формуласы SiO2 болатын құм түйірлерінің айырмашылығы болмайтыны анық. олар суда болмаған кезде мемлекеттен кез келген жолмен. Мұндай жағдайларда гетерогенділік туралы айтылады. Басқаша айтқанда, гетерогенді жүйе бірнеше (екі немесе одан да көп) фазалардың қоспасы. Соңғысы жүйенің белгілі бір қасиеттерімен сипатталатын кейбір шекті көлемі деп түсініледі. Жоғарыдағы мысалда бізде екі фаза бар: құм және су.
Бірақ дисперсті фаза бөлшектерінің өлшемдері кез келген ортада еріген кезде олар өздерінің жеке қасиеттерін көрсетуді тоқтататын соншалықты кішкентай болуы мүмкін. Бұл жағдайда біреу айтадыбіртекті немесе біртекті заттар. Олардың құрамында бірнеше компоненттер болса да, олардың барлығы жүйенің бүкіл көлемінде бір фазаны құрайды. Біртекті жүйеге NaCl судағы ерітіндісі мысал бола алады. Ол еріген кезде H2O полярлы молекулаларымен әрекеттесуіне байланысты NaCl кристалы бөлек катиондарға (Na+) және аниондарға (Cl) ыдырайды.-). Олар сумен біртекті араласады және мұндай жүйеде еріген зат пен еріткіш арасындағы интерфейсті табу енді мүмкін емес.
Бөлшектердің өлшемі
Дисперсия дәрежесі қандай? Бұл мәнді толығырақ қарастыру қажет. Ол нені бейнелейді? Ол дисперсті фазаның бөлшектерінің өлшеміне кері пропорционал. Қарастырылып отырған барлық заттардың классификациясының негізі осы сипаттама болып табылады.
Дисперстік жүйелерді оқығанда студенттер олардың атауларында жиі шатастырады, өйткені олардың жіктелуі де агрегаттық күйге негізделген деп есептейді. Бұл дұрыс емес болып табылады. Агрегацияның әртүрлі күйлерінің қоспаларының шын мәнінде әртүрлі атаулары бар, мысалы, эмульсиялар - су заттары, ал аэрозольдер газ фазасының болуын болжайды. Дегенмен, дисперстік жүйелердің қасиеттері негізінен оларда еріген фазаның бөлшектерінің өлшеміне байланысты.
Жалпы қабылданған классификация
Дисперстік жүйелердің дисперстік дәрежесі бойынша жіктелуі төменде берілген:
- Егер шартты бөлшектер өлшемі 1 нм-ден аз болса, онда мұндай жүйелер нақты немесе шынайы шешімдер деп аталады.
- Егер шартты бөлшектер өлшемі 1 нм мен аралығында болса100 нм болса, онда қарастырылып отырған зат коллоидты ерітінді деп аталады.
- Егер бөлшектер 100 нм-ден үлкен болса, онда біз суспензия немесе суспензия туралы айтып отырмыз.
Жоғарыда келтірілген классификацияға қатысты екі тармақты анықтайық: біріншіден, берілген сандар индикативті, яғни бөлшектердің өлшемі 3 нм болатын жүйе міндетті түрде коллоид емес, ол ақиқат болуы да мүмкін. шешім. Мұны оның физикалық қасиеттерін зерттеу арқылы анықтауға болады. Екіншіден, тізімде «шартты өлшем» тіркесі қолданылғанын байқайсыз. Бұл жүйедегі бөлшектердің пішіні толығымен ерікті болуы мүмкін және жалпы жағдайда күрделі геометрияға ие болуына байланысты. Сондықтан олар олардың кейбір орташа (шартты) өлшемі туралы айтады.
Мақаланың соңында біз дисперстік жүйелердің атап өтілген түрлерінің қысқаша сипаттамасын береміз.
Нағыз шешімдер
Жоғарыда айтылғандай, нақты ерітінділердегі бөлшектердің дисперсия дәрежесі соншалықты жоғары (олардың өлшемі өте кішкентай, < 1 нм), олар мен еріткіш (орташа) арасында интерфейс болмайды, яғни бір фазалы біртекті жүйе болып табылады. Ақпараттың толықтығы үшін атомның өлшемі бір ангстром (0,1 нм) тәртібінде екенін еске түсіреміз. Соңғы сан нақты ерітінділердегі бөлшектердің атомдық өлшемдер екенін көрсетеді.
Нағыз ерітінділердің коллоидтар мен суспензиялардан ерекшеленетін негізгі қасиеттері төмендегідей:
- Ерітінді күйі ерікті түрде ұзақ уақыт бойы өзгермейді, яғни дисперсті фазаның тұнбасы түзілмейді.
- Ерітілгензатты қарапайым қағаз арқылы сүзу арқылы еріткіштен бөлуге болмайды.
- Зат сонымен қатар химияда диализ деп аталатын кеуекті мембрана арқылы өту процесі нәтижесінде бөлінбейді.
- Еріген затты еріткіштен соңғысының агрегация күйін өзгерту арқылы ғана бөлуге болады, мысалы, булану.
- Идеал ерітінділер үшін электролизді жүргізуге болады, яғни жүйеге потенциалдар айырмасы (екі электрод) қолданылса, электр тогын өткізуге болады.
- Олар жарықты шашыратпайды.
Нағыз ерітінділердің мысалы ретінде әртүрлі тұздарды сумен араластыру табылады, мысалы, NaCl (ас тұзы), NaHCO3 (ас содасы), KNO 3(калий нитраты) және басқалар.
Коллоидтық ерітінділер
Бұл нақты шешімдер мен суспензиялар арасындағы аралық жүйелер. Дегенмен, олардың бірқатар ерекше сипаттамалары бар. Оларды тізіп көрейік:
- Қоршаған орта жағдайлары өзгермесе, олар ұзақ уақыт бойы механикалық тұрақты болады. Жүйені қыздыру немесе оның қышқылдығын (рН мәнін) өзгерту жеткілікті, өйткені коллоид коагуляцияланады (төгеді).
- Олар сүзгі қағазы арқылы бөлінбейді, дегенмен диализ процесі дисперсті фаза мен ортаның бөлінуіне әкеледі.
- Шынайы ерітінділер сияқты, оларды электролиздеуге болады.
- Мөлдір коллоидтық жүйелер үшін Тиндаль эффектісі деп аталатын құбылыс тән: осы жүйе арқылы жарық шоғын өткізгенде, оны көруге болады. -мен байланыстыспектрдің көрінетін бөлігіндегі электромагниттік толқындардың барлық бағытта шашырауы.
- Басқа заттарды адсорбциялау қабілеті.
Коллоидтық жүйелер аталған қасиеттерге байланысты адамдар қызметтің әртүрлі салаларында (тамақ өнеркәсібі, химия) кеңінен қолданылады және табиғатта да жиі кездеседі. Коллоидтың мысалы - сары май, майонез. Табиғатта бұл тұман, бұлт.
Дисперстік жүйелердің соңғы (үшінші) класын сипаттауға кіріспес бұрын коллоидтар үшін аталған кейбір қасиеттерді толығырақ түсіндірейік.
Коллоидтық ерітінділер дегеніміз не?
Дисперстік жүйелердің бұл түрі үшін ортаның әртүрлі агрегаттық күйлерін және онда еріген фазаны ескере отырып, жіктеуді беруге болады. Төменде сәйкес кесте берілген/
| Сәрсенбі/кезең | Газ | Сұйық | Қатты дене |
| газ | барлық газдар бір-біріне шексіз ериді, сондықтан олар әрқашан шынайы ерітінділер құрайды | аэрозоль (тұман, бұлт) | аэрозоль (түтін) |
| сұйық | көбік (қырыну, кілегей) | эмульсия (сүт, майонез, соус) | сол (акварель) |
| қатты дене | көбік (пемза, газдалған шоколад) | гель (желатин, ірімшік) | зол (рубин кристалы, гранит) |
Кестеде коллоидтық заттардың күнделікті өмірде де, табиғатта да барлық жерде болатыны көрсетілген. Ұқсас кестені суспензиялар үшін де беруге болатынын ескеріңіз, айырмашылығы бар екенін есте сақтаңызолардағы коллоидтар тек дисперсті фаза көлемінде болады. Дегенмен, суспензиялар механикалық тұрақсыз, сондықтан коллоидтық жүйелерге қарағанда практикалық қызығушылықтары төмен.
Колоидтардың механикалық тұрақтылығының себебі
Неге майонез тоңазытқышта ұзақ жатуы мүмкін, ал ондағы суспензия бөлшектері тұнбаға түспейді? Неліктен суда еріген бояу бөлшектері ақырында ыдыстың түбіне «түсіп кетпейді»? Бұл сұрақтардың жауабы броундық қозғалыс болады.
Қозғалыстың бұл түрін 19 ғасырдың бірінші жартысында судағы ұсақ тозаң бөлшектерінің қалай қозғалатынын микроскоппен бақылаған ағылшын ботанигі Роберт Браун ашқан. Физикалық тұрғыдан алғанда броундық қозғалыс сұйық молекулаларының ретсіз қозғалысының көрінісі болып табылады. Сұйықтықтың температурасы көтерілсе, оның қарқындылығы артады. Дәл осы қозғалыс түрі коллоидтық ерітінділердің ұсақ бөлшектерін суспензияға әкеледі.
Адсорбция қасиеті
Дисперстілік - бөлшектердің орташа өлшемдерінің кері мәні. Коллоидтардағы бұл өлшем 1 нм-ден 100 нм-ге дейінгі аралықта жататындықтан, олардың өте дамыған беті бар, яғни S/m қатынасы үлкен мән, мұнда S – екі фаза (дисперсиялық орта) арасындағы жалпы интерфейс аймағы. және бөлшектер), m - ерітіндідегі бөлшектердің жалпы массасы.
Дисперстік фаза бөлшектерінің бетінде орналасқан атомдарда қанықпаған химиялық байланыстар болады. Бұл олардың басқалармен қосылыстар құра алатынын білдіредімолекулалар. Әдетте, бұл қосылыстар ван-дер-Ваальс күштерінің немесе сутектік байланыстардың әсерінен пайда болады. Олар коллоидтық бөлшектердің бетінде молекулалардың бірнеше қабатын ұстай алады.
Адсорбенттің классикалық мысалы белсендірілген көмір болып табылады. Бұл коллоид, мұнда дисперсиялық орта қатты зат, ал фазасы газ. Оның меншікті бетінің ауданы 2500 м2/г жетуі мүмкін.
Ұқсастық дәрежесі және беттің меншікті ауданы
S/m есептеу оңай жұмыс емес. Өйткені, коллоидты ерітіндідегі бөлшектердің өлшемдері, пішіндері әртүрлі және әрбір бөлшектің бетінде ерекше рельеф болады. Сондықтан бұл мәселені шешудің теориялық әдістері сандық емес, сапалы нәтижелерге әкеледі. Соған қарамастан дисперсия дәрежесінен меншікті бет ауданы формуласын беру пайдалы.
Егер жүйенің барлық бөлшектерінің сфералық пішіні және өлшемдері бірдей деп есептесек, онда қарапайым есептеулер нәтижесінде келесі өрнек алынады: Sud=6/(dρ), мұндағы Sud - бетінің ауданы (меншікті), d - бөлшектердің диаметрі, ρ - ол құрайтын заттың тығыздығы. Формуладан ең кішкентай және ең ауыр бөлшектер қарастырылып отырған мөлшерге ең көп үлес қосатынын көруге болады.
Sud анықтаудың тәжірибелік әдісі зерттелетін затпен адсорбцияланатын газ көлемін есептеу, сонымен қатар кеуек өлшемін (дисперсті фаза) өлшеу болып табылады. онда.
Мұздатып кептіру жәнелиофобиялық
Лиофильділік және лиофобтық - бұл жоғарыда келтірілген формада дисперстік жүйелердің классификациясының болуын анықтайтын сипаттамалар. Екі ұғым да еріткіш пен еріген заттың молекулалары арасындағы күштік байланысты сипаттайды. Егер бұл қатынас үлкен болса, онда олар лиофильділік туралы айтады. Сонымен, тұздардың судағы барлық шынайы ерітінділері лиофильді, өйткені олардың бөлшектері (иондары) полярлы молекулалармен H2O электрлік байланысқан. Егер сары май немесе майонез сияқты жүйелерді қарастыратын болсақ, онда бұл типтік гидрофобты коллоидтардың өкілдері, өйткені олардағы май (липид) молекулалары полярлы молекулаларды итереді H2O.
Лиофобты (еріткіш су болса, гидрофобты) жүйелердің термодинамикалық тұрақсыз екенін ескерген жөн, бұл оларды лиофильді жүйелерден ерекшелендіреді.
Тоқтата тұру қасиеттері
Енді дисперстік жүйелердің соңғы класын қарастырайық – суспензия. Еске салайық, олар олардағы ең кішкентай бөлшек 100 нм-ден үлкен немесе одан да көп болуымен сипатталады. Олардың қандай қасиеттері бар? Төменде сәйкес тізім берілген:
- Олар механикалық тұрақсыз, сондықтан қысқа уақыт ішінде тұнба түзеді.
- Олар бұлтты және күн сәулесі түспейді.
- Фазаны ортадан сүзгі қағазымен бөлуге болады.
Табиғаттағы суспензия мысалдарына өзендердегі лайлы су немесе жанартау күлі жатады. Суспензияларды адам қолдануы ретінде байланыстыәдетте дәрімен (дәрілік ерітінділермен).
Коагуляция
Дисперсия дәрежесі әртүрлі заттардың қоспалары туралы не айтуға болады? Ішінара бұл мәселе мақалада қарастырылған, өйткені кез келген дисперстік жүйеде бөлшектердің белгілі бір шектерде болатын өлшемі болады. Мұнда біз тек бір қызық жағдайды қарастырамыз. Коллоид пен шынайы электролит ерітіндісін араластырса не болады? Салмақты жүйе бұзылып, оның коагуляциясы орын алады. Оның себебі шынайы ерітінді иондарының электр өрістерінің коллоидты бөлшектердің беттік зарядына әсер етуінде жатыр.
