Дисперсни системи
Разпръснати системи. колоидни системи. Решения. Разтворимост
Веществата, чиито разтвори имат определено осмотично налягане, проникват през полупропускливи мембрани и се отделят от разтворите под формата на кристали. Английският учен Т. Греъм (1805-1869) нарича такива вещества кристалоиди, а техните разтвориистински,, за разлика отколоиднитеразтвори.Колоидните разтвори имат малко или никакво осмотично налягане и веществата, разтворени в тези разтвори, не проникват през полупропускливи мембрани и не кристализират, т.е. след изпаряване на разтворителя те остават под формата на безформена маса (приемат формата на съд). Най-известното от тези вещества е лепилото (colla на гръцки); следователно те бяха наречени колоиди.
По-късно беше установено, че някои неразтворими във вода вещества, когато са много фино диспергирани (чрез повишено раздробяване или под влияние на специални причини по време на тяхното изолиране), образуват смеси със същите свойства като колоидните разтвори; кристалоидите, от друга страна, когато е избран подходящ разтворител, също дават колоидни разтвори. Следователно в момента името колоид (кристалоид) се прилага само за вещества, известни само в колоидно (кристалоидно) състояние. В други случаи се говори заколоидно състояние на вещество,а не за колоидни вещества.
Частта от химията, която се занимава с изучаването на вещества в колоидно състояние, се наричаколоидна химия.Разгледайте нейната основа с пример. Графитът не се разтваря в масло. Ако разбъркате графитен прах в масло, тогава се образува смес -суспензия,която след известно време ще се отдели, т.к. графитът ще се утаи на дъното на съда.Ако графитът, натрошен до прахообразно състояние, се диспергира в масло, тогава той не се утаява, т.е. получаватеколоиден разтворна графит в масло. По същия начин една течност (например масло) може да се диспергира в друга течност (например вода) вемулсия,която, въпреки че след известно време се отделя, при определени условия се превръща в колоиден разтвор на масло във вода.
Общото наименование на суспензия, емулсия, колоиден и истински разтвор е дисперсоиди или дисперсни системи.
Дисперсната фаза на системата е натрошено вещество, дисперсната среда е течност.
Известни са твърди и газообразни дисперсоиди, както се вижда от разделянето им на групи от дисперсна среда:
1.Газообразни дисперсоиди: дим, мъгла (твърди вещества или течности, диспергирани в газообразна среда).
2.Течни дисперсоиди:
а) пирозоли (стабилни при висока температура), например разпръснати метали в разтопени соли;
б) криозоли (стабилни при ниски температури), като лед в хлороформ;
в) лиозоли (стабилни при нормална температура), напр.
колоидни разтвори - суспензии и емулсоиди.
3.Твърди дисперсоиди: цветно стъкло, опали и някои метални сплави.
Най-често в химията се срещаме слиозоли,които се разделят според степента на дисперсност:
Течни дисперсоиди (лиозоли)
1)груби: суспензии и емулсии
2)тънки: колоидни разтвори или золи
3)молекулярни или йонни: кристалоидни разтвори (истински разтвори)
Колоидните разтвори представляват прехода между суспензии (емулсии) и истински разтвори. Тук всичко зависи от размера на частиците на дисперсната фаза, т.е. отстепен на дисперсностty(разсейване) на дисперсната фаза.
Размерът на разпръснатите частици е от 10 -4 до 10 -8 см. 1
По този начин колоидността не е свойство на някакви специфични вещества, а е общо свойство на всички вещества, тъй като. всяко вещество (твърдо, течно или газообразно) може да бъде приведено в колоидно състояние в подходяща среда с достатъчно смилане.
Така например трапезната сол NaCl е кристалоид (образува истински разтвор с вода). Колоидният разтвор на NaCl може да се получи чрез достатъчна дисперсия на NaCl в бензин.
Дисперсните системи са нестабилни. Намаляване на степента на дисперсия, т.е. Чрез увеличаване на размера на частиците колоидното състояние се нарушава и частиците се утаяват. В този случай колоидният разтворкоагулира,т.е. образува се суспензия или гел (желатинообразно вещество), което свързва по-голямата част от дисперсната среда, т.е. разтворител.
Твърди, течни и газообразни системи (смеси) от два или повече компонента, образуващи една фаза (хомогенни), се наричатразтвори.
Според агрегатното състояние се разграничават газообразни разтвори (газови смеси, като въздух), течни разтвори (разтвори на газове, течности и твърди вещества в течности) и твърди разтвори (сплави, стъкло).
Истинските разтворисе състоят от разтворено вещество под формата на атоми, йони или молекули, равномерно заобиколени от атоми, йони или молекули на разтворителя. Тоест, истинските разтвори са еднофазни, няма интерфейс между разтворителя и разтвореното вещество.
От голямо значение са течните смеси, в които разтворителят е течност. Обичайният разтворител е вода, но се използват и други разтворители, като алкохол, етер, ацетон, бензин, пиридин и др.
Така,в процеса на разтваряне частиците (йони или молекули) на разтвореното вещество под действието на движещи се частици на разтворителя преминават в разтвора, образувайки качествено нова хомогенна система.
Разтворимосттахарактеризира способността на дадено вещество да се разтваря в определен разтворител.
В зависимост от способността за разтваряне веществата се делят на силно разтворими във вода, слабо разтворими във вода и практически неразтворими във вода.
Например, практически неразтворими във вода: благородни газове, злато; слабо разтворими във вода: азотен оксид (II), азот, кислород, калциев хидроксид; силно разтворими във вода: нитрати (соли на азотната киселина), амоняк и др.
Разтворимостта на веществата зависи от температурата, налягането, от природата на разтворителя и разтворимите вещества, от наличието на чужди вещества в разтворите.
Нека се спрем на зависимостта на разтворимостта на веществата от температурата и природата на разтворителя.
Разтворимостта на твърдите вещества във вода има тенденция да се увеличава с повишаване на температурата.
При определена температура, когато твърдото вещество се разтваря, неговата концентрация в разтвора се увеличава. В същото време протича и обратният процес - отделяне на твърдо вещество от разтвор -кристализацияна веществото. Ако системата е в състояние на динамично равновесие, тогава скоростите на правия и обратния процес са еднакви, а концентрацията на разтвореното вещество не се променя. Това състояние на системата може да продължи дълго време, докато условията за протичане на процеса на разтваряне се променят. Разтвор, в който е постигнато равновесие, се наричанаситен.В допълнение към наситените разтвори иманенаситени разтвори.Това са разтвори, съдържащи по-малко разтворено вещество при дадена температура, отколкото трябва да съдържа наситеният разтвор.
При бързо охлаждане на наситен разтвор може да възникне образуването напренаситен разтвор.Свръхнаситен разтвор е разтвор, който при дадена температура съдържа по-голямо количество вещество от наситен разтвор. Пренаситеният разтвор е нестабилен и когато условията се променят (при разклащане и т.н.), ще се образува утайка, върху която остава наситен разтвор.
Разтворимостта на газовете се увеличава с понижаване на температурата. Когато налягането се промени, разтворимостта на газ в течност се подчинява на закона на Хенри:
Разтворимостта на газа е право пропорционална на неговото налягане върху течността.
Този модел се изразява с формулата:х =kp
къдетоxе моларната фракция на разтвореното вещество,pе налягането,k—е постоянна стойност (константа на Хенри).