Классификация дисперсных систем в зависимости

От размера распределённых частиц

Молекулярные растворы (или просто растворы) – распре-делённое вещество находится в виде отдельных атомов, молекул и / или ионов (размер частиц меньше 1 нм[25]); системы получаются вполне устойчивыми, не разделяющимися при сколь угодно долгом стоянии. Например, раствор сахара или поваренной соли (хлорида натрия) в воде.

Взвеси – дисперсные системы со сравнительно крупными распределёнными частицами (их размер больше 100 нм). Такие дисперсные системы непрочны, и распределённое вещество самопроизвольно оседает (или, если оно менее плотно, чем вещество среды, поднимается вверх). Частицы взвесей видны либо невооруженным глазом, либо в микроскоп (предел видимости около 100 мкм). Суспензии образуются при распределении твёрдых частиц в жидкости (например, «известковое молоко» для побелки, взвешенный в воде речной или морской ил); эмульсии – при распределении капелек жидкости в жидкости (например, водоэмульсионные краски). Аэрозоли – взвеси в газе (например в воздухе) мелких капель жидкостей или твёрдых частиц (туман, пыль, дым, ). Чем больше различие в плотностях распределённого вещества и среды, а также, чем больше размеры взвешенных частиц, тем менее устойчива система.

Коллоидные системы, или коллоидные растворы, или золи [26]– размеры распределённых частиц меньше размеров частиц взвесей, но больше размеров частиц молекулярных (истинных) растворов (от 100 до 1 нм). Это большинство жидкостей живой клетки (цитоплазма, содержимое вакуолей) и живого организма в целом (кровь, лимфа, пищеварительные соки). Такие системы образуют клеи, крахмал, белки. Частицы коллоидных растворов можно увидеть при помощи ультрамикроскопа, позволяющего наблюдать рассеивание света от объектов размером до 2 мкм.

Значение дисперсных систем

 

Воды рек всегда содержат взвешенные частицы, которые, оседая в местах с замедленным течением, образуют отложения песка и глины.

На различной плотности взвешенных частиц основана добыча золота промывкой золотоносных песков: более тяжёлые частицы золота остаются в промывных желобах, тогда как частицы песка уносятся водой.

Процессы, протекающие в живых организмах, идут в коллоидных растворах.

Наиболее важными и чаще всего встречающимися дисперсными системами являются молекулярные растворы.

Сложные дисперсные системы. Например молоко, основными его составными частями (не считая воды) являются жир, белок казеин и молочный сахар (лактоза). Жир находится в виде эмульсии и при стоянии молока постепенно поднимается кверху (образуются сливки). Казеин содержится в виде коллоидного раствора и самопроизвольно не выделяется, но легко может быть осаждён в виде творога при подкислении молока, например уксусом (в естественных условиях при скисании молока). Лактоза находится в виде молекулярного раствора и выделяется лишь при испарении воды.

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ РАСТВОРЫ

 

Молекулярные растворы, называемые истинными, в отличие от коллоидных растворов, состоят из перемешанных друг с другом атомов, молекул и / или ионов распределённого вещества и среды; поэтому они являются гомогенными (однородными) системами.

Сходство молекулярных растворов

С химическими соединениями

 

Хотя эквивалентные соотношения между распределённым (растворённым) веществом и средой (растворителем) не соблюдаются, растворы нельзя рассматривать просто как механические смеси. При растворении всегда поглощается или выделяется энергия (теплота растворения) и происходит изменение объёма. Оба эффекта, как правило, невелики, но в отдельных случаях становятся заметными. Например, при смешивании этилового спирта с водой наблюдается некоторое уменьшение объёма. При растворении серной кислоты в воде выделяется много теплоты (иногда раствор даже закипает, и кислота может выплеснуться из сосуда, поэтому во избежание химического ожога необходимо вливать мелкими порциями кислоту в воду, а не наоборот).

Сольваты (в случае водных растворов – гидраты ) – относительно непрочные соединения частиц (атомов, молекул, ионов) растворённого вещества с молекулами растворителя.

Образование сольватов иногда значительно изменяет свойства растворяемого вещества. Например, безводная сернокислая медь CuSO₄ бесцветна, а её водный раствор имеет голубую окраску – окраску гидратированного иона Сu²⁺.

Сольваты образуются тем легче и обладают тем большей устойчивостью, чем более полярны частицы растворённого вещества и молекулы растворителя. Так как из всех обычных растворителейнаиболее полярными являются молекулы воды, чаще всего приходится иметь дело именно с гидратами. Гидратная вода иногда настолько прочно связана с частицами растворённого вещества, что при выделении такого вещества из раствора входит в состав его кристаллов. Такие кристаллические образования, содержащие в своём составе воду, называются кристаллогидратами (в общем случае – кристаллосольва-тами). Вода, входящая в состав кристаллов других веществ, называется кристаллизационной. Примерами кристаллогидратов являются кристаллическая сода Na₂CO₃·10H₂O, мирабилит (глауберова соль) Na₂SO₄· 10Н₂О, гипс CaSО₄· 2Н₂О, алебастр 2CaSO₄·H₂O, алюмокалиевые квасцы КАl(SО₄)₂· 12Н₂O, железный купорос FeSO₄·7H₂O. При нагревании кристаллогидраты теряют воду.

Состав кристаллогидратов обычно выражают, указывая число молекул кристаллизационной воды, приходящейся на одну формульную единицу вещества. Например, химическая формула кристаллогидрата сернокислой меди (медного купороса) – CuSО₄· 5Н₂О. Подобно водному раствору сульфата меди(II) кристаллогидрат имеет голубую окраску.

Отличие сольватов от химических соединений

Состав сольватов в растворе не постоянен, и наряду с ними в растворе имеются свободные молекулы растворителя. Поэтому у раствора не соблюдается характерная для химических соединений эквивалентность соотношений между количеством растворённого вещества и растворителя.

Растворы не могут быть отнесены к химическим соединениям, но они не могут быть причислены и к простым механическим смесям.

 

Согласно химической теории (Д.И.Менделеев), «растворы представляют собой жидкие диссоциационные системы, образованные частицами растворителя, растворённого тела и тех определённых нестойких, но экзотермических соединений, которые между ними происходят, одного или нескольких, смотря по природе составляющих начал».

В отличие от химической «физическая» теория растворов рассматривает растворитель лишь как инертную среду и отвергает наличие в них сольватов (т. е. приравнивает растворы к простым механическим смесям).

КОНЦЕНТРАЦИЯ РАСТВОРОВ

 

Процесс растворения тесно связан с диффузией. При внесении в растворитель, например в воду, какого-либо твёрдого вещества, его молекулы или ионы отщепляются от поверхностного слоя и в результате диффузии распределяются по всему объёму растворителя. Затем с поверхности отщепляется следующий слой молекул или ионов, которые, в свою очередь, распределяются во всём объёме, и т. д. Растворение должно было бы продолжаться подобным образом до полного перехода в раствор любого количества твёрдого вещества, если бы одновременно не происходил обратный процесс – выделение молекул или ионов из раствора. Находящиеся в непрерывном движении молекулы или ионы растворённой части вещества при столкновениях с поверхностью нерастворённой части вещества могут задержаться на ней и образовать новый поверхностный слой. Очевидно, что такое обратное выделение вещества будет происходить тем в большей степени, чем выше концентрация раствора. Однако по мере растворения вещества концентрация всё более возрастает и, наконец, достигает такой величины, при которой за единицу времени выделяется столько же вещества, сколько его переходит в раствор. Отвечающий этому равновесному состоянию раствор называется насыщенным: больше вещества при данных внешних условиях в нём раствориться уже не может. Поэтому равновесие в системе «растворяемое вещество – насыщенный раствор» является динамическим, а сама такая система при постоянных условиях может без видимых изменений существовать сколь угодно долгое время.

Раствор, концентрация которого меньше концентрации насыщенного раствора, является ненасыщенным (в раствор может при неизменных внешних условиях перейти ещё некоторое количество вещества). Часто пользуются и другими обозначениями: раствор, содержащий много растворённого вещества, называют крепким, содержащий мало растворённого вещества – разбавленным; очень крепкие растворы называют концентрированными. Однако эти обозначения не конкретно характеризуют концентрацию раствора.

Многиетвёрдые вещества могут образовывать пересыщенные растворы – содержание растворённого вещества в них больше, чем соответствует его растворимости при данных условиях. Пересыщенный раствор может образовываться, например, в результате осторожного охлаждения раствора, насыщенного при более высокой температуре. Пересыщенные растворы, в отличие от насыщенных, являются системами неустойчивыми (метастабильными) и способны существовать только при отсутствии соприкасающейся с ними твёрдой фазы растворённого вещества.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: