Karamihan sa mga substance sa paligid natin ay pinaghalong iba't ibang substance, kaya ang pag-aaral ng mga katangian ng mga ito ay may mahalagang papel sa pag-unlad ng chemistry, medisina, industriya ng pagkain at iba pang sektor ng ekonomiya. Tinatalakay ng artikulo ang mga isyu kung ano ang antas ng dispersion, at kung paano ito nakakaapekto sa mga katangian ng system.
Ano ang mga disperse system?
Bago talakayin ang antas ng pagpapakalat, kailangang linawin kung aling mga sistema ang maaaring ilapat ang konseptong ito.
Isipin natin na mayroon tayong dalawang magkaibang substance na maaaring magkaiba sa komposisyon ng kemikal, halimbawa, table s alt at purong tubig, o sa estado ng pagsasama-sama, halimbawa, ang parehong tubig sa likido at solid (yelo) estado. Ngayon ay kailangan mong kunin at paghaluin ang dalawang sangkap na ito at ihalo ang mga ito nang masinsinan. Ano ang magiging resulta? Ito ay depende sa kung ang kemikal na reaksyon ay naganap sa panahon ng paghahalo o hindi. Kapag pinag-uusapan ang mga dispersed system, pinaniniwalaan na kapag silawalang reaksyon na nangyayari sa pagbuo, iyon ay, ang mga paunang sangkap ay nagpapanatili ng kanilang istraktura sa micro level at ang kanilang likas na pisikal na katangian, tulad ng density, kulay, electrical conductivity, at iba pa.
Kaya, ang isang dispersed system ay isang mekanikal na halo, bilang resulta kung saan dalawa o higit pang mga sangkap ang pinaghalo sa isa't isa. Kapag ito ay nabuo, ang mga konsepto ng "dispersion medium" at "phase" ay ginagamit. Ang una ay may ari-arian ng pagpapatuloy sa loob ng system at, bilang panuntunan, ay matatagpuan dito sa isang malaking kamag-anak na halaga. Ang pangalawa (dispersed phase) ay nailalarawan sa pamamagitan ng pag-aari ng discontinuity, iyon ay, sa sistema ito ay nasa anyo ng maliliit na particle, na nililimitahan ng ibabaw na naghihiwalay sa kanila mula sa medium.
Homogeneous at heterogenous system
Malinaw na ang dalawang bahagi ng dispersed system na ito ay mag-iiba sa kanilang mga pisikal na katangian. Halimbawa, kung itatapon mo ang buhangin sa tubig at hinalo ito, malinaw na hindi mag-iiba ang mga butil ng buhangin na umiiral sa tubig, na ang kemikal na formula ay SiO2, sa anumang paraan mula sa estado noong wala sila sa tubig. Sa ganitong mga kaso, ang isa ay nagsasalita ng heterogeneity. Sa madaling salita, ang isang heterogenous na sistema ay pinaghalong ilang (dalawa o higit pa) na mga yugto. Ang huli ay nauunawaan bilang ilang finite volume ng system, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng ilang mga katangian. Sa halimbawa sa itaas, mayroon tayong dalawang yugto: buhangin at tubig.
Gayunpaman, ang laki ng mga particle ng dispersed phase kapag ang mga ito ay natunaw sa anumang medium ay maaaring maging napakaliit na sila ay tumigil sa pagpapakita ng kanilang mga indibidwal na katangian. Sa kasong ito, ang isa ay nagsasalita nghomogenous o homogenous na mga sangkap. Bagama't naglalaman ang mga ito ng ilang bahagi, lahat sila ay bumubuo ng isang yugto sa buong volume ng system. Ang isang halimbawa ng isang homogenous system ay isang solusyon ng NaCl sa tubig. Kapag natunaw ito, dahil sa pakikipag-ugnayan sa mga polar molecule H2O, ang NaCl crystal ay nabubulok sa magkakahiwalay na mga kasyon (Na+) at mga anion (Cl-). Ang mga ito ay homogenous na hinahalo sa tubig, at hindi na posible na mahanap ang interface sa pagitan ng solute at solvent sa naturang sistema.
Laki ng particle
Ano ang antas ng pagpapakalat? Ang halagang ito ay kailangang isaalang-alang nang mas detalyado. Ano ang kinakatawan niya? Ito ay inversely proportional sa laki ng butil ng dispersed phase. Ang katangiang ito ang sumasailalim sa pag-uuri ng lahat ng mga sangkap na isinasaalang-alang.
Kapag nag-aaral ng mga disperse system, kadalasang nalilito ang mga estudyante sa kanilang mga pangalan, dahil naniniwala sila na ang kanilang klasipikasyon ay nakabatay din sa estado ng pagsasama-sama. Hindi ito totoo. Ang mga pinaghalong iba't ibang estado ng pagsasama-sama ay talagang may iba't ibang pangalan, halimbawa, ang mga emulsyon ay mga sangkap ng tubig, at ang mga aerosol ay nagmumungkahi na ng pagkakaroon ng isang bahagi ng gas. Gayunpaman, ang mga katangian ng disperse system ay pangunahing nakadepende sa laki ng particle ng phase na natunaw sa kanila.
Karaniwang tinatanggap na pag-uuri
Ang klasipikasyon ng mga disperse system ayon sa antas ng dispersion ay ibinibigay sa ibaba:
- Kung ang conditional particle size ay mas mababa sa 1 nm, ang mga naturang system ay tinatawag na real, o true solution.
- Kung ang conditional particle size ay nasa pagitan ng 1 nm at100 nm, pagkatapos ay tatawaging colloidal solution ang pinag-uusapang substance.
- Kung ang mga particle ay mas malaki sa 100 nm, ang pinag-uusapan natin ay tungkol sa mga pagsususpinde o mga pagsususpinde.
Tungkol sa pag-uuri sa itaas, linawin natin ang dalawang punto: una, ang ibinigay na mga numero ay nagpapahiwatig, iyon ay, isang sistema kung saan ang laki ng particle ay 3 nm ay hindi kinakailangang isang colloid, maaari rin itong maging totoo solusyon. Ito ay maitatag sa pamamagitan ng pag-aaral ng mga pisikal na katangian nito. Pangalawa, maaari mong mapansin na ang listahan ay gumagamit ng pariralang "kondisyon na sukat". Ito ay dahil sa ang katunayan na ang hugis ng mga particle sa system ay maaaring maging ganap na arbitrary, at sa pangkalahatang kaso ay may isang kumplikadong geometry. Samakatuwid, binabanggit nila ang ilang average (kondisyon) na laki ng mga ito.
Mamaya sa artikulo ay magbibigay kami ng maikling paglalarawan ng mga nabanggit na uri ng disperse system.
Mga totoong solusyon
Tulad ng nabanggit sa itaas, ang antas ng pagpapakalat ng mga particle sa mga tunay na solusyon ay napakataas (ang kanilang sukat ay napakaliit, < 1 nm) na walang interface sa pagitan nila at ng solvent (medium), iyon ay, mayroong ay isang single-phase homogenous system. Para sa pagkakumpleto ng impormasyon, naaalala namin na ang laki ng isang atom ay nasa pagkakasunud-sunod ng isang angstrom (0.1 nm). Ang huling numero ay nagpapahiwatig na ang mga particle sa totoong solusyon ay atomic sa laki.
Ang mga pangunahing katangian ng mga tunay na solusyon na nagpapaiba sa kanila sa mga colloid at suspension ay ang mga sumusunod:
- Ang estado ng solusyon ay umiiral sa loob ng mahabang panahon na hindi nagbabago, ibig sabihin, walang nabuong precipitate ng dispersed phase.
- Natunawhindi mahihiwalay ang substance mula sa solvent sa pamamagitan ng pagsasala sa pamamagitan ng plain paper.
- Hindi rin pinaghihiwalay ang substance bilang resulta ng proseso ng pagdaan sa porous membrane, na tinatawag na dialysis sa chemistry.
- Posibleng paghiwalayin ang isang solute mula sa isang solvent sa pamamagitan lamang ng pagbabago sa estado ng pagsasama-sama ng huli, halimbawa, sa pamamagitan ng evaporation.
- Para sa mga mainam na solusyon, maaaring isagawa ang electrolysis, iyon ay, maaaring dumaan ang isang electric current kung ang isang potensyal na pagkakaiba (dalawang electrodes) ay inilapat sa system.
- Hindi sila nagkakalat ng liwanag.
Ang isang halimbawa ng tunay na solusyon ay ang paghahalo ng iba't ibang asin sa tubig, halimbawa, NaCl (table s alt), NaHCO3 (baking soda), KNO 3(potassium nitrate) at iba pa.
Colloid solutions
Ito ang mga intermediate system sa pagitan ng mga tunay na solusyon at pagsususpinde. Gayunpaman, mayroon silang isang bilang ng mga natatanging katangian. Ilista natin sila:
- Ang mga ito ay mechanically stable sa loob ng mahabang panahon kung hindi magbabago ang mga kondisyon sa kapaligiran. Ito ay sapat na upang painitin ang system o baguhin ang kaasiman nito (pH value), habang ang colloid ay namumuo (namuo).
- Hindi sila pinaghihiwalay gamit ang filter na papel, gayunpaman, ang proseso ng dialysis ay humahantong sa paghihiwalay ng dispersed phase at ng medium.
- Tulad ng mga totoong solusyon, maaari silang ma-electrolyze.
- Para sa mga transparent na colloidal system, ang tinatawag na Tyndall effect ay katangian: ang pagdaan ng isang sinag ng liwanag sa sistemang ito, makikita mo ito. Ito ay konektado sapagkalat ng mga electromagnetic wave sa nakikitang bahagi ng spectrum sa lahat ng direksyon.
- Kakayahang mag-adsorb ng iba pang mga substance.
Ang mga sistemang koloidal, dahil sa mga nakalistang katangian, ay malawakang ginagamit ng mga tao sa iba't ibang larangan ng aktibidad (industriya ng pagkain, kimika), at madalas ding matatagpuan sa kalikasan. Ang isang halimbawa ng isang colloid ay mantikilya, mayonesa. Sa kalikasan, ito ay mga fog, ulap.
Bago magpatuloy sa paglalarawan ng huling (ikatlong) klase ng mga disperse system, ipaliwanag natin nang mas detalyado ang ilan sa mga pinangalanang katangian para sa mga colloid.
Ano ang mga colloidal solution?
Para sa ganitong uri ng mga disperse system, maaaring ibigay ang pag-uuri, na isinasaalang-alang ang iba't ibang pinagsama-samang estado ng medium at ang bahaging natunaw dito. Nasa ibaba ang kaukulang talahanayan/
| Miyerkules/Phase | Gas | Liquid | Matigas na katawan |
| gas | lahat ng gas ay walang katapusang natutunaw sa isa't isa, kaya palagi silang bumubuo ng mga totoong solusyon | aerosol (fog, clouds) | aerosol (usok) |
| likido | foam (shaving, whipped cream) | emulsion (gatas, mayonesa, sarsa) | sol (watercolors) |
| solid body | foam (pumice, aerated chocolate) | gel (gelatin, keso) | sol (ruby crystal, granite) |
Ipinapakita sa talahanayan na ang mga colloidal substance ay naroroon sa lahat ng dako, kapwa sa pang-araw-araw na buhay at sa kalikasan. Tandaan na ang isang katulad na talahanayan ay maaari ding ibigay para sa mga pagsususpinde, na inaalala na ang pagkakaiba saAng mga colloid sa kanila ay nasa laki lamang ng dispersed phase. Gayunpaman, ang mga pagsususpinde ay mekanikal na hindi matatag at samakatuwid ay hindi gaanong praktikal na interes kaysa sa mga colloidal system.
Ang dahilan ng mekanikal na katatagan ng mga colloid
Bakit ang mayonesa ay maaaring nakahiga sa refrigerator sa loob ng mahabang panahon, at ang mga nasuspinde na particle sa loob nito ay hindi namuo? Bakit hindi "bumabagsak" sa ilalim ng sisidlan ang mga particle ng pintura na natunaw sa tubig? Ang sagot sa mga tanong na ito ay Brownian motion.
Ang ganitong uri ng paggalaw ay natuklasan noong unang kalahati ng ika-19 na siglo ng English botanist na si Robert Brown, na naobserbahan sa ilalim ng mikroskopyo kung paano gumagalaw ang maliliit na pollen particle sa tubig. Mula sa pisikal na pananaw, ang Brownian motion ay isang manipestasyon ng magulong paggalaw ng mga likidong molekula. Ang intensity nito ay tumataas kung ang temperatura ng likido ay tumaas. Ang ganitong uri ng paggalaw ang nagiging sanhi ng pagkasuspinde ng maliliit na particle ng mga colloidal solution.
Adsorption property
Ang
Dispersity ay ang kapalit ng average na laki ng particle. Dahil ang laki na ito sa mga colloid ay nasa saklaw mula 1 nm hanggang 100 nm, mayroon silang isang napaka-develop na ibabaw, iyon ay, ang ratio na S / m ay isang malaking halaga, dito S ay ang kabuuang lugar ng interface sa pagitan ng dalawang phase (dispersion medium at mga particle), m - kabuuang masa ng mga particle sa solusyon.
Ang mga atomo na nasa ibabaw ng mga particle ng dispersed phase ay may unsaturated chemical bond. Nangangahulugan ito na maaari silang bumuo ng mga compound kasama ng ibamga molekula. Bilang isang patakaran, ang mga compound na ito ay lumitaw dahil sa mga puwersa ng van der Waals o mga bono ng hydrogen. Nagagawa nilang hawakan ang ilang layer ng mga molekula sa ibabaw ng mga colloidal particle.
Ang isang klasikong halimbawa ng isang adsorbent ay activated carbon. Ito ay isang colloid, kung saan ang dispersion medium ay isang solid, at ang phase ay isang gas. Ang partikular na surface area para dito ay maaaring umabot sa 2500 m2/g.
Degree ng fineness at partikular na surface area
Ang pagkalkula ng S/m ay hindi isang madaling gawain. Ang katotohanan ay ang mga particle sa isang colloidal na solusyon ay may iba't ibang laki, hugis, at ang ibabaw ng bawat particle ay may kakaibang kaluwagan. Samakatuwid, ang mga teoretikal na pamamaraan para sa paglutas ng problemang ito ay humahantong sa mga resulta ng husay, at hindi sa dami. Gayunpaman, kapaki-pakinabang na ibigay ang formula para sa partikular na surface area mula sa antas ng dispersion.
Kung ipagpalagay natin na ang lahat ng mga particle ng system ay may spherical na hugis at magkaparehong laki, kung gayon bilang resulta ng mga diretsong kalkulasyon, ang sumusunod na expression ay makukuha: Sud=6/(dρ), kung saan Sud - surface area (specific), d - particle diameter, ρ - density ng substance kung saan ito binubuo. Makikita sa pormula na ang pinakamaliit at pinakamabigat na particle ay higit na mag-aambag sa dami na isinasaalang-alang.
Ang pang-eksperimentong paraan upang matukoy ang Sud ay upang kalkulahin ang dami ng gas na na-adsorbed ng substance na pinag-aaralan, gayundin ang pagsukat sa laki ng butas ng butas (dispersed phase) sa loob nito.
Freeze-drying atlyophobic
Lyophilicity at lyophobicity - ito ang mga katangian na, sa katunayan, tinutukoy ang pagkakaroon ng pag-uuri ng mga disperse system sa anyo kung saan ito ibinigay sa itaas. Ang parehong mga konsepto ay nagpapakilala sa puwersa ng bono sa pagitan ng mga molekula ng solvent at solute. Kung ang relasyon na ito ay malaki, pagkatapos ay nagsasalita sila ng lyophilicity. Kaya, lahat ng tunay na solusyon ng mga asin sa tubig ay lyophilic, dahil ang kanilang mga particle (ion) ay konektado sa kuryente sa mga polar molecule H2O. Kung isasaalang-alang natin ang mga sistema tulad ng mantikilya o mayonesa, kung gayon ang mga ito ay mga kinatawan ng mga tipikal na hydrophobic colloid, dahil ang mga fat (lipid) molecule sa mga ito ay nagtataboy sa mga polar molecule H2O.
Mahalagang tandaan na ang mga lyophobic (hydrophobic kung ang solvent ay tubig) ay thermodynamically unstable, na nagpapakilala sa kanila mula sa lyophilic.
Mga katangian ng mga pagsususpinde
Ngayon isaalang-alang ang huling klase ng mga disperse system - mga pagsususpinde. Alalahanin na ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng katotohanan na ang pinakamaliit na butil sa kanila ay mas malaki kaysa sa o ng pagkakasunud-sunod ng 100 nm. Anong mga ari-arian ang mayroon sila? Ang kaukulang listahan ay ibinigay sa ibaba:
- Ang mga ito ay mekanikal na hindi matatag, kaya sila ay bumubuo ng sediment sa maikling panahon.
- Ang mga ito ay maulap at malabo sa sikat ng araw.
- Phase ay maaaring ihiwalay mula sa medium na may filter na papel.
Kabilang sa mga halimbawa ng mga suspensyon sa kalikasan ang maputik na tubig sa mga ilog o abo ng bulkan. Ang paggamit ng tao ng mga suspensyon ay nauugnay bilangkadalasang may gamot (mga solusyon sa droga).
Coagulation
Ano ang masasabi tungkol sa mga pinaghalong substance na may iba't ibang antas ng dispersion? Bahagyang, ang isyung ito ay nasasakupan na sa artikulo, dahil sa anumang disperse system ang mga particle ay may sukat na nasa loob ng ilang partikular na limitasyon. Isaalang-alang lamang namin dito ang isang kakaibang kaso. Ano ang mangyayari kung paghaluin mo ang isang colloid at isang tunay na electrolyte solution? Masisira ang weighted system, at magaganap ang coagulation nito. Ang dahilan nito ay nakasalalay sa impluwensya ng mga electric field ng tunay na mga ion ng solusyon sa singil sa ibabaw ng mga colloidal particle.
