Дисперсные системы и коллоидные растворы
Дисперсная система — это смесь, в которой одно вещество раздроблено на мелкие частицы и распределено в объёме другого. Раздробленное вещество называют дисперсной фазой, а то, в чём оно распределено, — дисперсионной средой. В молоке фаза — капельки жира, среда — вода. В тумане капли воды висят в воздухе.
Системы делят по размеру частиц
Размер частиц фазы определяет почти все свойства системы. Частицы коллоидных растворов имеют размер 1–100 нм; в истинных растворах частицы меньше 1 нм, в грубодисперсных системах — больше 100 нм. Нанометр — миллиардная доля метра.
В истинном растворе поваренной соли вещество раздроблено до ионов Na+ и Cl−. Такой раствор прозрачен, не расслаивается сколько угодно долго и проходит через бумажный фильтр без изменений. Взвесь мела в воде ведёт себя наоборот. Мел оседает на дно, а бумажный фильтр задерживает его полностью.
Коллоидные растворы занимают середину. Частицы проходят через бумажный фильтр и долго не оседают, но задерживаются плёнками с порами нанометрового размера.
Грубодисперсные системы называют по агрегатному состоянию фазы и среды
суспензия — твёрдые частицы в жидкости: взвесь глины в воде, побелка;
эмульсия — капли одной жидкости в другой: молоко, майонез, сливочное масло;
пена — пузырьки газа в жидкости: мыльная пена, взбитые сливки;
аэрозоль — капли или твёрдые частицы в газе: туман, дым, пыль.
Эмульсии без стабилизатора расслаиваются. Масло с водой, взбитые в бутылке, через минуту снова разделяются на два слоя, а в майонезе капли масла удерживает в воде яичный желток.
Термин «коллоид» ввёл Грэм, а эффект Тиндаля их выдаёт
Термин «коллоид» ввёл шотландский химик Томас Грэм в 1861 году. Слово происходит от греческого «колла», то есть клей. Грэм заметил, что растворы клея, крахмала и желатина почти не проходят через пергаментную перегородку, а соль и сахар проходят через неё свободно.
Внешне коллоидный раствор часто выглядит прозрачным. Отличить его от истинного можно по свету. Джон Тиндаль описал рассеяние света мелкими частицами в 1869 году. Если пропустить через коллоидный раствор узкий луч, сбоку виден светящийся конус: частицы рассеивают свет во все стороны. Тот же эффект даёт луч фар в тумане или солнечный луч в пыльной комнате.
Живой урок по этой теме
Дисперсные системы и растворы на живых уроках онлайн-школы «Моя школа LS» связывают с опытами и задачами. Занятия в малых группах с учителем, 1–11 класс, подготовка к контрольным.
Коллоидные частицы слипаются при коагуляции
Частицы одного золя несут одинаковый по знаку заряд и отталкиваются друг от друга. Поэтому они не слипаются. Если добавить электролит, его ионы нейтрализуют заряд частиц, и те слипаются в крупные агрегаты, которые выпадают в осадок. Это коагуляция, и нагревание часто вызывает её тоже. На коагуляции основано образование дельт в устьях рек: глинистые частицы речной воды слипаются при встрече с солёной морской водой. На водопроводных станциях коагуляцию вызывают нарочно: в воду добавляют сульфат алюминия Al2(SO4)3, и мелкая муть собирается в хлопья, которые оседают и задерживаются фильтрами.
Коллоидный раствор может застыть целиком, без выпадения осадка. Так получается гель. Желе и мармелад — гели, где сетка из частиц удерживает много воды. Со временем гель сжимается и выделяет жидкость, этот процесс называют синерезисом. Так «плачет» залежавшийся творог.
Яичный белок и плазма крови — коллоидные растворы белков в воде. При варке яйца белок свёртывается: это тоже коагуляция, только необратимая, и прозрачным жидким он уже не станет.
Молоко и прозрачные золи чаще всего относят не к тому типу
❌ Молоко — истинный раствор, раз оно не расслаивается. ✅ Молоко — эмульсия капель жира в воде.
❌ Коллоидный раствор всегда мутный. ✅ Он может быть прозрачным, его выдаёт эффект Тиндаля.
❌ Туман и дым — одно и то же. ✅ В тумане капли жидкости, в дыме твёрдые частицы.
В задачах систему узнают по размеру частиц и по лучу света
Задача 1. Распредели системы по типам: молоко, туман, взвесь мела в воде, раствор сахара, дым, мыльная пена.
Раствор сахара — истинный раствор: молекулы сахарозы меньше 1 нм.
Молоко — эмульсия, жидкая фаза в жидкой среде.
Взвесь мела — суспензия, твёрдая фаза в жидкой среде.
Туман и дым — аэрозоли: в тумане жидкая фаза, в дыме твёрдая.
Мыльная пена — газ в жидкости.
Ответ: истинный раствор — сахар; эмульсия — молоко; суспензия — мел; аэрозоли — туман и дым; пена — мыльная пена.
Задача 2. Золь гидроксида железа(III) получают, вливая раствор хлорида железа(III) в кипящую воду: FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3HCl. Вычисли массу Fe(OH)3, которая образуется из 3,25 г FeCl3, считая, что гидролиз прошёл полностью.
Молярная масса FeCl3 равна 56 + 3 · 35,5 = 162,5 г/моль.
Количество вещества FeCl3: 3,25 / 162,5 = 0,02 моль.
По уравнению из 1 моль FeCl3 получается 1 моль Fe(OH)3, значит, гидроксида тоже 0,02 моль.
Молярная масса Fe(OH)3 равна 56 + 3 · 17 = 107 г/моль. Масса: 0,02 · 107 = 2,14 г.
Ответ: 2,14 г.
Задача 3. Через три стакана пропускают луч лазерной указки: в первом раствор медного купороса, во втором раствор крахмала, в третьем раствор поваренной соли. Определи, в каком стакане сбоку будет виден светящийся след луча.
Медный купорос и поваренная соль образуют истинные растворы, их ионы меньше 1 нм и свет почти не рассеивают.
Молекулы крахмала крупные, раствор крахмала — коллоидный.
Коллоидные частицы рассеивают свет, это эффект Тиндаля.
Ответ: во втором стакане, с раствором крахмала.
Размером частиц. В истинном растворе частицы меньше 1 нм, это отдельные молекулы и ионы, а в коллоидном они 1–100 нм. Коллоидный раствор рассеивает луч света (эффект Тиндаля), истинный пропускает его без следа.
Молярная масса FeCl3 равна 56 + 3 · 35,5 = 162,5 г/моль, количество вещества 6,5 / 162,5 = 0,04 моль.
По уравнению FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3HCl гидроксида столько же, его масса 0,04 · 107 = 4,28 г.
Молоко и майонез — эмульсии жира в воде, кисель и желе — гели, туман — аэрозоль из капель воды, дым — аэрозоль из твёрдых частиц. Клей ПВА и зубная паста тоже дисперсные системы.
Оцените урок:
