Дисперсные системы

Вы любите пористый шоколад? Пользуетесь косметическими мазями или гелями? Распыляете освежитель воздуха, чтобы скрыть неприятные запахи? Значит, имеете дело с дисперсными системами. Они отнюдь не ограничиваются «бытовыми» проявлениями. Дисперсные системы масштабны. К ним относится и верхняя часть земной коры, и некоторые минералы (например, каменный уголь или гематит в кварце), и водоемы, и атмосфера, и даже пролетающая в космосе комета! Помимо широкого распространения в природе, дисперсные системы играют важную роль в промышленности и медицине. Давайте поговорим подробней об этих образованиях.

Что такое дисперсная система в химии

В упрощенном виде дисперсной можно назвать систему, состоящую из двух и более веществ, где одно равномерно распределено в объеме другого. Яркий иллюстрирующий пример – содержащий пузырьки лимонад. Дисперсные системы могут быть в виде взвесей, аэрозолей или коллоидных растворов (систем).

Особенностями дисперсной системы являются гетерогенность, адсорбционная способность, химическая и биологическая активность, способность к эволюции. Скажем, в случае устранения последствий газовых выбросов часто применяют активированный уголь. Обладая высокими адсорбционными свойствами, он поглощает летучие вещества благодаря своей пористой структуре. Это пример адсорбционной способности дисперсной системы.

В химии дисперсные системы необходимо изучать, чтобы понять их влияние на свойства веществ. Они зависят от размера частиц. При увеличении степени дисперсности появляются совершенно новые свойства.

Полезная информация о дисперсных системах

Дисперсные системы окружают нас повсюду. Вкратце перечислим, где их можно встретить. 

Компоненты дисперсных систем

К компонентам дисперсных систем относятся дисперсная фаза, дисперсная среда и стабилизатор дисперсности, представленный ионами и молекулами. Электролиты повышают ионную силу, молекулы создают структурно-механический барьер и образуют слои, обладающие упругостью и механической прочностью. О дисперсионной среде и фазе поговорим подробнее.

Дисперсионная среда

Дисперсионная среда – это среда, по которой распределены частицы дисперсной фазы. В нашем примере с лимонадом есть вода и пузырьки. Или вода с лимоном. В любом случае дисперсионной средой будет именно вода. Особенностями дисперсной среды можно назвать агрегатное состояние, гетерогенность и непрерывность. Между средой и частицами всегда имеется поверхность раздела.

Дисперсионная среда (точнее, представляющее ее вещество) может находиться в твердом (вулканическая лава, поролон), жидком (крем, плазма крови) или газообразном состоянии (туман, дым).

Дисперсная фаза

Дисперсная фаза – это вещество, в большом количестве распределенное по объему дисперсионной среды. В качестве примера рассмотрим нефть. Дисперсную фазу представляют твердые углеводородные частицы, распределенные по жидкой дисперсной среде. Соотношение между этими двумя средами может изменяться под действием температуры. Веществ, являющихся дисперсной фазой, в рамках дисперсной системы меньше, чем тех, которые являются дисперсной средой.

Так, туман в большей степени составляет газовая дисперсная среда. Жидкие капли, распределенные по ней, являются дисперсной фазой. Капли могут быть одинаковыми или разными по величине. Однако, в любом случае между ними будет находиться поверхность раздела. И также справедливо для любого примера дисперсной фазы, находящейся в составе дисперсной системы, то, что она не взаимодействует с той дисперсной средой, в которой находится.

это интересно

Массовая доля

Что такое массовая доля вещества и как ее вычислить

Подробнее

Классификация дисперсных систем

Дисперсные системы классифицируются в зависимости от агрегатного состояния дисперсной среды и агрегатного состояния дисперсной фазы. Дисперсных систем достаточно много, мы привели примеры самых распространенных в быту и в науке. 

Суспензии

Суспензии являются неустойчивой полидисперсной системой, где твердые частицы распределены в жидкой среде. Суспензии, в свою очередь, делятся на грубодисперсные и тонкие взвеси. В первом случае частицы не проходят через бумажные фильтры и видимы в оптический микроскоп. У вторых промежуточная дисперсность 10^-6-10^-7 м. Еще суспензии классифицируют по концентрации частиц: на разбавленные и концентрированные. Суспензии не обладают осмотическим давлением, не способны диффундировать, отсутствует броуновское движение, присутствует способность к отстаиванию. Устойчивость суспензий зависит от степени измельчения частиц дисперсной фазы, от отношения плотности частиц фазы и среды, а также от того, являются ли вещества гидрофильными или гидрофобными.

Примеры

Примерами суспензии являются взбитое в воде масло, гашеная известь, предназначенная для побелки, цементные растворы, мука в воде.

Эмульсии

Эмульсии имеют жидкую дисперсную среду и жидкую или газовую дисперсную фазу. В зависимости от полярной жидкости подразделяются на прямые (неполярная жидкость в полярной среде) и обратные (полярная жидкость в неполярной среде). Эмульсии образуются при полной или частичной нерастворимости дисперсной фазы в среде. По содержанию вещества дисперсной фазы эмульсии могут быть разбавленными, концентрированными и высококонцентрированными. В виду седиментационной неустойчивости можно наблюдать оседание или всплывание элементов дисперсной фазы.

Примеры

Обычно эмульсии представляют собой сочетание воды и второй жидкости. Например, это бензин, керосин, бензол или минеральное масло.

Пены

Пены представляют собой высококонцентрированные дисперсные системы с твердой или жидкой дисперсионной средой. При этом дисперсная фаза будет газовой. Агрегативную устойчивость пен образуют стабилизаторы.

Пример

Примером пены станет губка для ванны, ячеистый пенобетон, используемый для звукоизоляции стен, и микропористая резина в стельках обуви.

Аэрозоли

Аэрозоли состоят из твердых или жидких частиц, взвешенных в воздухе или в газовой среде. По степени вязкости делятся на малую и на обеспечивающую большой свободный пробег молекул газа. Аэрозоли агрегативно неустойчивы из-за осуществляющегося броуновского движения и отсутствия факторов стабилизации. Могут иметь природное происхождение (песчаная буря) или антропогенное (выхлопные газы).

Примеры

В нашей жизни аэрозоли многочисленны. В быту это могут быть парфюмерные изделия – духи или освежители воздуха. В природе – дым, туман, смог, то есть капли жидкости во взвешенном состоянии.

Задачи по теме «Дисперсные системы»

Мы подготовили для вас задания, которые помогут лучше освоить и закрепить рассматриваемую тему.

Задача 1

Установите соответствие между примерами дисперсных систем и их названиями.

1) суспензия
2) эмульсия
3) раствор
4) коллоидный раствор
5) аэрозоль

а) молоко
б) взвесь ила
в) раствор сахара в воде
г) смог
д) раствор яичного белка в воде
е) глина с водой

Задача 2

Продолжите фразу, выбрав верный ответ.

Эмульсия – это система, образованная…

• твердым веществом в газовом 
• двумя различными жидкостями
• жидким веществом в газе
• газом в твердом веществе

Задача 3

Снежный наст с пузырьками воздуха, пористый шоколад, кирпичи – это примеры, где дисперсионная фаза:

• жидкая
• газообразная
• твердая

Дисперсная среда в этих примерах:

• жидкая
• газообразная
• твердая

Задача 4

Укажите размер частиц в коллоидных растворах:

а) более 500 нм
б) более 100 нм
в) от 1 до 100 нм
г) менее 1 нм

Ответы к задачам

Ответы к заданиям помогут вам понять, верно ли вы их выполнили. Обязательно проверьте себя для самоконтроля, разберите ошибки, если они были допущены.

Задача 1

Указано соответствие между примерами дисперсных систем и их названиями:

1) б, е;   2) а;   3) в;   4) д;   5) г

Задача 2

Эмульсия – это система, образованная двумя различными жидкостями.

Задача 3

Даны верные ответы на вопросы:

газообразная фаза;
твердая среда

Задача 4

Приведен верный ответ на вопрос:

В: от 1 до 100 нм

Популярные вопросы и ответы

Отвечает Варвара Гостюхина, учитель химии высшей квалификационной категории: