Дисперсные системы - классификация по агрегатному состоянию

Коллоидные структуры

Это дисперсные системы, в которых фаза состоит из частиц размером от 100 до 1 нм. Такие компоненты невооруженным глазом не видны. Фаза и среда в данных структурах при помощи отстаивания разделяются с затруднениями. Золи (коллоидные растворы) обнаруживаются в живой клетке и в организме в целом. К этим жидкостям относят ядерный сок, цитоплазму, лимфу, кровь и прочие. Данные дисперсные системы формируют крахмал, клеи, некоторые полимеры, белки. Эти структуры могут быть получены в процессе химических реакций. К примеру, в ходе взаимодействия растворов силикатов натрия или калия с кислотными соединениями формируется соединение кремниевой кислоты. Внешне коллоидная структура схожа с истинной. Однако от последних первые отличаются наличием «светящейся дорожки» — конуса при пропускании луча света через них. В золях содержатся более крупные, нежели в истинных растворах, частицы фазы. Их поверхность отражает свет — и в сосуде наблюдатель может увидеть светящийся конус. В истинном растворе такого явления нет. Аналогичный эффект также можно наблюдать в кинотеатре. В этом случае луч света проходит не через жидкий, а аэрозольный коллоид — воздух зала.

Давление пара растворов

Пар, находящийся в равновесии с жидкостью называется насыщенным. При заданной температуре давление насыщенного пара над каждой жидкостью – величина
постоянная. Поэтому каждой жидкости присуще давление насыщенного пара. Рассмотрим это явление на следующем примере: раствор неэлектролита (сахарозы) в воде
– молекулы сахарозы значительно больше молекул воды. Давление насыщенного пара в растворе создает растворитель. Если сравнить между собой давление
растворителя и давление растворителя над раствором при одинаковой температуре, то в растворе число молекул, перешедших в пар над раствором меньше, чем в
самом растворе. Отсюда следует, что давление насыщенного пара растворителя над раствором всегда ниже, чем над чистым растворителем при той же температуре.

Если обозначить давление насыщенного пара растворителя над чистым растворителем p 0 , а над раствором – p, то относительное понижение давления
пара над раствором будет представлять собой (p 0 -p)/p 0 .

На основании этого Ф.М. Рауль вывел закон: относительное понижение насыщенного пара растворителя над раствором равно молярной доле растворенного вещества:
(p 0 -p)/p 0 = N (молярная доля растворенного вещества).

Основные свойства истинных растворов

Прозрачность и четкость. Истинные растворы обладают прозрачностью, что означает, что они пропускают свет без значительного рассеивания. Они также имеют четкую границу, которая отделяет раствор от растворителя.

Размер частиц. Частицы растворенного вещества в истинных растворах обычно имеют размер менее 1 нм. Это значит, что частицы находятся в молекулярно-дисперсном состоянии и не видны даже при помощи обычного оптического микроскопа.

Основные компоненты. В истинных растворах присутствуют два основных компонента — растворитель и растворенное вещество. Растворитель — это вещество, в котором растворено другое вещество. Растворенное вещество — это вещество, которое полностью смешано с растворителем.

Относительное содержание компонентов. В истинных растворах растворитель обычно составляет большую долю раствора, а растворенное вещество находится в малых количествах. Это означает, что концентрация растворенного вещества низкая, и оно может быть определено с помощью различных методов анализа.

Гомогенность. Истинные растворы являются гомогенными системами, то есть их состав и свойства одинаковы в любой точке раствора. Процессы диффузии и осмотра происходят равномерно по всему объему раствора.

Стабильность. Истинные растворы характеризуются высокой стабильностью, то есть их состояние остается неизменным в течение длительного времени при определенных условиях хранения. Они не образуют осадков или выпадений, и их состав не меняется, если условия не изменяются существенным образом.

Теплопроводность и проводимость. Истинные растворы обладают высокой теплопроводностью и проводимостью, так как их состав и структура позволяют эффективно передавать тепло и электрический ток.

Фазовое состояние. Истинные растворы могут находиться в разных фазовых состояниях, таких как жидкие, газообразные или даже твердые. Фазовое состояние зависит от природы растворителя и растворенного вещества, а также от условий температуры и давления.

Таким образом, истинные растворы отличаются от дисперсных систем прозрачностью и четкостью, малым размером частиц, наличием основных компонентов, гомогенностью, стабильностью, высокой теплопроводностью и проводимостью, различными фазовыми состояниями и другими свойствами.

Разница между истинным раствором и коллоидным раствором

Определение

Истинное решение: Истинный раствор — это однородная жидкость, содержащая два или более вещества.

Коллоидный раствор: Коллоидный раствор представляет собой гетерогенную смесь двух или более веществ.

прозрачность

Истинное решение: Истинные решения прозрачны.

Коллоидный раствор: Коллоидные растворы являются полупрозрачными.

Размер частицы

Истинное решение: Размер частиц составляет 1 нм в истинных растворах.

Коллоидный раствор: Размер частиц составляет от 1 нм до 100 нм.

видимость

Истинное решение: Частицы истинного раствора невидимы невооруженным глазом и даже под мощными микроскопами.

Коллоидный раствор: Частицы коллоидного раствора невидимы невооруженным глазом, но видны под мощными микроскопами.

фильтрование

Истинное решение: Частицы настоящих растворов не могут быть отделены фильтрованием.

Коллоидный раствор: Частицы коллоидных растворов могут быть отделены от фильтрации через пергаментную бумагу.

оседание

Истинное решение: Частицы не оседают на дне контейнера в реальных растворах.

Коллоидный раствор: Частицы коллоидных растворов могут осесть на дне емкости путем центрифугирования.

Броуновский эффект

Истинное решение: Броуновский эффект не может наблюдаться в истинных решениях.

Коллоидный раствор: Броуновский эффект можно наблюдать в коллоидных растворах.

Заключение

Решения — это очень разнообразный тип материи. Они отличаются друг от друга своим внешним видом, природой, составом и т. Д. Однако все растворы находятся в жидкой фазе при нормальной температуре и давлении. Истинные растворы и коллоидные растворы представляют собой два основных типа растворов, которые отличаются друг от друга в зависимости от типа и природы частиц, которые они содержат. Основное различие между истинным раствором и коллоидным раствором состоит в том, что истинные растворы являются гомогенными, тогда как коллоидные растворы являются гетерогенными.

Грубодисперсные системы

Непрозрачные системы или взвеси, в которых мелкие ингредиенты частицы видны невооруженным глазом. В процессе отстаивания дисперсная фаза легко отделяется от дисперсной среды. Они подразделяются на суспензии, эмульсии, аэрозоли. Системы, в которых в жидкой дисперсионной среде размещаются твердое вещество с более крупными частицами, называются суспензиями. К ним относятся водные растворы крахмала и глины. В отличие от суспензий, эмульсии получаются в результате смешивания двух жидкостей, в которых одна капельками распределяется в другой. Примером эмульсии является смесь масла с водой, капельки жира в молоке. Если мелкие твердые или жидкие частицы распределяется в газе — это аэрозоли. По сути аэрозоль — это суспензия в газе. Одним из представителей аэрозоля на основе жидкости является туман — это большое количество мелких водяных капелек, взвешенных в воздухе. Твердотельный аэрозоль – дым или пыль — множественное скопление мелких твердых частиц также взвешенных в воздухе.

Коллоидная химия — наука, которая изучает методы получения, состав, внутреннюю структуру, химические и физические свойства дисперсных систем. Дисперсные системы — это системы, которые состоят из раздробленных частиц (дисперсная фаза), распределенных в окружающей (дисперсной) среде: газах, жидкостях или твердых телах. Размеры частиц дисперсионной фазы (кристалликов, капелек, пузырьков) отличаются степенью дисперсности, величина которой прямо пропорциональна размеру частиц. Кроме этого, дисперсные частицы различают и по другим признакам, как правило, по дисперсной фазы и среды.

Дисперсные системы и их классификация

Все дисперсионный системы по размеру частиц дисперсионной фазы можно классифицировать на молекулярно-ионные (меньше одного нм), коллоидные (от одного до ста нм), грубодисперсные (более ста нм).

Молекулярно-дисперсные системы.
Указанные системы содержат частицы, размер которых не превышает одного нм. К данной группе относятся разнообразные истинные растворы неэлектролитов: глюкозы, мочевины, спирта, сахарозы.

Грубодисперсные системы
характеризируются наиболее крупными частицами. К ним относят эмульсии и суспензии. Дисперсные системы, у которых твердое вещество локализируется в жидкой дисперсионной среде (раствор крахмала, глины), называются суспензиями. Эмульсии — это системы, которые получают в результате смешивания двух жидкостей, где одна в виде капелек диспергирована в другой (масло, толуол, бензол в воде или капельки триацилглицеролов (жира) в молоке.

Коллоидные дисперсные системы
. В них размеры достигают до 100 нм. Такие частицы легко проникают через поры бумажных фильтров, однако не проникают через поры биологических мембран растений и животных. Поскольку коллоидные частицы (мицеллы) имеют электрозаряд и сольватные ионные оболочки, благодаря которым они остаются во взвешенном состоянии, они достаточно продолжительное время могут не выпадать в осадок. Ярким примером являются растворы желатина, альбумина, гуммиарабика, золота и серебра.

Позволяет различить гомогенные и гетерогенные дисперсные системы. В гомогенных дисперсных системах частицы фазы измельчены до молекул, атомов и ионов. Примером таких дисперсионных систем может быть раствор глюкозы в воде (молекулярно-дисперсная система) и кухонной соли в воде (ионно-дисперсная система). Они являются Размер молекул дисперсной фазы не превышает одного нанометра.

Дисперсные системы и растворы

Из всех представленных систем и растворов в жизни живых организмов наибольшее значение имеют коллоидные дисперсные системы. Как известно, химической основой существования живого организма является обмен белков в нем. В среднем концентрация белков в организме составляет от 18 до 21 %. Большинство белков растворяются в воде (концентрация которой в организме человека и животных составляет примерно 65 %) и образуют коллоидные растворы.

Различают две группы коллоидных растворов: жидкие (золи) и гелеобразные (гели). Все процессы жизнедеятельности, которые происходят в живых организмах, связаны с коллоидным состоянием материи. В каждой живой клетке биополимеры (нуклеиновые кислоты, белки, гикозаминогликаны, гликоген) находятся в виде дисперсных систем.

Коллоидные растворы широко распространены и в К таким растворам относят нефть, ткани, пластмассы, Множество пищевых продуктов можно отнести к коллоидным растворам: кефир, молоко и т.д. Большинство лекарственных препаратов (сыворотки, антигены, вакцины) являются коллоидными растворами. К коллоидным растворам относят и краски.

Методы получения и обработки истинных растворов

Один из основных методов получения истинных растворов — это растворение вещества в растворителе. При этом вещество должно быть полностью растворимым в данном растворителе. Для ускорения процесса растворения можно использовать механическое перемешивание или нагревание растворителя.

Другим методом получения истинных растворов является радикальная реакция. В этом случае вещества реагируют между собой, образуя новые вещества, которые полностью растворяются в растворителе.

После получения истинного раствора необходимо провести его обработку. Часто используется метод фильтрации, который позволяет отделить растворенные частицы от нерастворимых веществ. Для этого применяют фильтры различной пористости, которые задерживают крупные частицы, а истинный раствор проходит через них.

Еще одним методом обработки истинных растворов является испарение. Путем нагревания раствора можно выдерживать растворители и получить истинные растворы с повышенной концентрацией растворенного вещества. Испарение позволяет получить различные продукты, зависящие от температуры и условий процесса.

Метод	Описание
Растворение вещества	Вещество полностью растворяется в растворителе с помощью механического перемешивания или нагревания.
Радикальная реакция	Вещества реагируют между собой, образуя новые вещества, которые полностью растворяются в растворителе.
Фильтрация	Отделение растворенных частиц от нерастворимых веществ с помощью фильтров различной пористости.
Испарение	Нагревание раствора, позволяющее выдерживать растворители и получать истинные растворы с повышенной концентрацией растворенного вещества.

Грубодисперсные системы

Характеристика и особенности строения

Дисперсные системы являются гетерогенными смесями, в которых одно или более веществ распределены в другом. Каждый компонент системы обладает собственными свойствами. После извлечения его из системы его состояние будет соответствовать начальному.

Второстепенное вещество является дисперсной фазой. В дисперсной системе не наблюдается взаимное взаимодействие между частицами. При этом имеется некая прослойка, которая их разделяет. Функцию этой прослойки выполняет вещество, образующее дисперсионную среду. В связи с этим системы называют гетерогенными или неоднородными.

Перечисленные системы могут обладать любым агрегатным состоянием. В некоторых случаях допускается наличие одновременно нескольких фаз. Выделить их можно с использованием центрифуги или сепарированием.

Дисперсная фаза может состоять из аналогичных или неодинаковых по величине частиц, капель, либо пузырьков, которые расположены на некотором расстоянии друг от друга. По кинетическим свойствам (подвижность фазы), выделяют следующие типы дисперсных систем:

дисперсная подвижная фаза;
дисперсная неподвижная фаза с частицами, взаимно связанными и ограниченными в передвижении.

Свойства, которые характеризуют дисперсные системы, зависят от одного ключевого фактора. В результате их формирования образуется четкая межфазная граница.

В природе чаще можно встретить грубодисперсные системы. В этом случае фазу и среду различают при рассмотрении под микроскопом, а иногда и невооруженным глазом.

Рассмотренные системы характеризуются следующими показателями:

степень (число) фаз;
молекулярный вес;
размеры частиц;
агрегатное состояние;
лиофобные/лиофильные.

В окружающей среде дисперсные системы встречаются повсеместно. Они могут быть природного и естественного происхождения. Существуют системы, выводимые в искусственном виде. В основе разных лекарственных составов, минеральных и химических удобрений, технологических процессов лежит явление дисперсности.

Коллоидные растворы (золи)

Коллоидными растворами называют тонкодисперсные системы с жидкой дисперсионной средой.

Частицы коллоидных растворов называются мицеллами.

Основой мицеллы является ядро коллоидной частицы, которая адсорбирует на своей поверхности ионы, присутствующие в растворе, образуя тем самым адсорбционный слой, в котором ионы достраивают кристаллическую решетку ядра, придавая ему отрицательный заряд. Такие ионы называются потенциалоопределяющими.

Присутствующие в растворе ионы, противоположные по знаку потенциалоопределяющим ионам, носят название противоионов.

Поскольку потенциалоопределяющие ионы, вклинившиеся в кристаллическую структуру ядра, и противоионы имеют различные знаки, они притягиваются друг к другу, вследствие чего некоторая часть противоионов прилипает к адсорбционному слою, формируя гранулу.

Противоионы, не прилипшие к адсорбционному слою, формируют диффузный слой, который завершает структуру мицеллы.

Таким образом, строение мицеллы можно сравнить со строением Земли, в центре которой находится ядро, окруженное мантией, сверху которой находится земная кора. Роль земного ядра выполняют микрокристаллы нерастворимых молекул. В роли земной мантии выступает адсорбционный слой, сформированный потенциалоопределяющими ионами (ядро+адсорбционный слой = гранула). И завершает строительство мицеллы диффузный слой, выполняющий роль земной коры (гранула+диффузный слой = мицелла).

Высокая устойчивость коллоидного раствора объясняется наличием одноименного заряда у всех гранул. Одноименные заряды, как известно, отталкиваются, поэтому, гранулы не склонны к слипанию (коагуляции), приводящему к укрупнению коллоидных частиц. По этой причине нерастворенное вещество в коллоидном растворе не выпадает в осадок.

Добавление в коллоидный раствор электролита уменьшает заряд гранул, и снижает устойчивость раствора, в результате этих процессов начинается коагуляция, завершающаяся седиментацией (выпадением осадка) или образованием полутвердой упругой массы (геля).

Следует знать, что растворы полимеров (белковые или крахмальные растворы) не являются коллоидными, хоть и обладают многими их свойствами.

Растворы полимеров относятся к истинным растворам, поскольку они не обладают гетерогенностью, основным признаком коллоидных растворов — в полимерных растворах нет поверхности раздела между дисперсной средой и фазой.

Кровь, сок растений, протоплазма клеток — это всё коллоидные растворы.

Примеры решения задач…

См. далее: Состав растворов…

Применение дисперсных систем и истинных растворов в промышленности

Одной из основных областей использования дисперсных систем является производство красок и лаков. Дисперсные системы, такие как коллоидные растворы, позволяют создавать стабильные и равномерные пигментные смеси, обеспечивая высокое качество и прочность покрытий. Кроме того, дисперсные системы могут использоваться в процессе нанесения красок и лаков на различные поверхности, что позволяет достичь равномерного распределения пигментов и повысить адгезию.

В пищевой промышленности истинные растворы широко применяются для улучшения качества и хранения продуктов. Например, добавление солей и сахаров в продукты позволяет улучшить вкус и аромат, а также продлить срок хранения за счет создания оптимального осмотического давления. Кроме того, истинные растворы используются в производстве напитков для создания однородной текстуры и сохранения вкусовых свойств.

В фармацевтической промышленности дисперсные системы и истинные растворы играют важную роль. Коллоидные системы используются для создания лекарственных форм, таких как суспензии и эмульсии, которые обеспечивают равномерное распределение активных компонентов и повышают их биодоступность. Истинные растворы используются для получения инъекционных растворов и таблеток, обеспечивая точную дозировку и быстрое действие лекарственных веществ.

Дисперсные системы и истинные растворы также находят применение в химической промышленности для производства различных материалов. Например, полимерные дисперсии используются для создания пластмасс, каучука и клеев, обладающих определенными физическими и химическими свойствами. Истинные растворы используются для получения различных веществ, таких как удобрения, соли, кислоты и щелочи, которые находят широкое применение в различных отраслях промышленности.

В зависимости от конкретного процесса и применения, выбор между дисперсными системами и истинными растворами может быть критически важным. Оба типа систем имеют уникальные свойства и преимущества, которые позволяют оптимизировать производственные процессы и улучшить качество и характеристики конечных продуктов.

См. также

Эмульсия
Суспензия
Гель
Золь
Нанодисперсия
Эвтектика

Wikimedia Foundation . 2010 .

Коллоидное серебро
Коллоксилин

Смотреть что такое «Коллоидный раствор» в других словарях:

коллоидный раствор — коллоидная дисперсия золь — Тематики энергетика в целом Синонимы коллоидная дисперсиязоль EN colloidal solution … Справочник технического переводчика

коллоидный раствор — Colloid Solution Коллоидный раствор Раствор, размер частиц которого составляет от 10 9 до 5х10 7 м (1 500 нм). Отличается от истинного раствора (размер частиц менее 10 9 м), как правило, непрозрачен. Выделяют коллоидные растворы газа в… … Толковый англо-русский словарь по нанотехнологии. — М.

коллоидный раствор — koloidinis tirpalas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. colloidal solution vok. kolloide Lösung, f rus. коллоидальный раствор, m; коллоидный раствор, m pranc. solution colloïdale, f … Fizikos terminų žodynas

коллоидный раствор — Термин коллоидный раствор Термин на английском colloidal solution Синонимы дисперсная система, золь, colloidal system Аббревиатуры Связанные термины двойной электрический слой, диализ, золь, коагуляция, коллоидная химия, кристаллоид, критическая… … Энциклопедический словарь нанотехнологий

коллоидный раствор — koloidinis tirpalas statusas T sritis chemija apibrėžtis Koloidinė sistema, kurios disperguojančioji terpė – skystis. atitikmenys: angl. colloidal solution rus. коллоидный раствор … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

коллоидный раствор — коллоид … Cловарь химических синонимов I

КОЛЛОИДНЫЙ РАСТВОР КРЕМНЕЗЕМА — коллоидный кремнезем, кремнезоль высокодисперсный SiO2 (5 15 нм), стабилизированные в воде соединения щелочных металлов. Содержание SiO2 15 50%; плотность 1088 1202 кг/м3; рН при 20° С 9,5 10,6; удельная поверхность частиц SiO2 … Металлургический словарь

коллоидный раствор битума — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN Lamco Hydroproof … Справочник технического переводчика

КОЛЛОИДНЫЙ — КОЛЛОИДНЫЙ, коллоидная, коллоидное (хим.). прил. к коллоид. Коллоидный раствор. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

Молекулярная структура: ключевой фактор в отличиях этих систем

В истинных растворах молекулы растворителя и растворенного вещества взаимодействуют между собой на молекулярном уровне. Молекулы растворителя образуют оболочки вокруг молекул растворенного вещества, обеспечивая их равномерное распределение в растворе.

В дисперсных системах молекулы растворителя и растворенного вещества не образуют однородного раствора, а остаются разделенными на микроскопические частицы. Они могут быть коллоидными или суспензиями.

Молекулярная структура определяет такие характеристики истинных растворов, как прозрачность, однородность и стабильность. Благодаря равномерному распределению молекул растворенного вещества, истинные растворы не отделяются на фазы и не образуют осадок.

Дисперсные системы, напротив, характеризуются наличием частиц различных размеров и форм. Эти частицы могут быть видимыми невооруженным глазом и образовывать мутное или мутно-светлопроницаемое состояние.

Следует отметить, что молекулярная структура может быть изменена различными факторами, такими как температура, давление или добавление других веществ. Это может привести к изменению характеристик истинных растворов и дисперсных систем, вплоть до их превращения из одного типа в другой.

Таким образом, понимание молекулярной структуры является важным для понимания основных характеристик и принципов работы истинных растворов и дисперсных систем.

Дисперсные системы — классификация, виды и свойства

Коллоидные структуры

Давление пара растворов

Основные свойства истинных растворов