Kebanyakan bahan di sekeliling kita adalah campuran pelbagai bahan, jadi kajian sifatnya memainkan peranan penting dalam pembangunan kimia, perubatan, industri makanan dan sektor ekonomi yang lain. Artikel ini membincangkan isu tentang tahap serakan dan cara ia mempengaruhi ciri sistem.
Apakah itu sistem penyebaran?
Sebelum membincangkan tahap serakan, adalah perlu untuk menjelaskan sistem yang mana konsep ini boleh digunakan.
Mari bayangkan kita mempunyai dua bahan berbeza yang mungkin berbeza antara satu sama lain dalam komposisi kimia, contohnya, garam meja dan air tulen, atau dalam keadaan terkumpul, contohnya, air yang sama dalam cecair dan pepejal (ais) menyatakan. Sekarang anda perlu mengambil dan campurkan kedua-dua bahan ini dan campurkan secara intensif. Apakah hasilnya? Ia bergantung kepada sama ada tindak balas kimia berlaku semasa pencampuran atau tidak. Apabila bercakap tentang sistem tersebar, dipercayai bahawa apabila merekatiada tindak balas berlaku dalam pembentukan, iaitu, bahan awal mengekalkan strukturnya pada tahap mikro dan sifat fizikal yang wujud, seperti ketumpatan, warna, kekonduksian elektrik dan lain-lain.
Oleh itu, sistem tersebar ialah campuran mekanikal, akibatnya dua atau lebih bahan bercampur antara satu sama lain. Apabila ia terbentuk, konsep "media penyebaran" dan "fasa" digunakan. Yang pertama mempunyai sifat kesinambungan dalam sistem dan, sebagai peraturan, terdapat di dalamnya dalam jumlah relatif yang besar. Kedua (fasa tersebar) dicirikan oleh sifat ketakselanjaran, iaitu, dalam sistem ia adalah dalam bentuk zarah kecil, yang dihadkan oleh permukaan yang memisahkannya daripada medium.
Sistem homogen dan heterogen
Adalah jelas bahawa kedua-dua komponen sistem tersebar ini akan berbeza dalam sifat fizikalnya. Sebagai contoh, jika anda membuang pasir ke dalam air dan mengacaunya, jelas bahawa butiran pasir yang wujud di dalam air, formula kimianya adalah SiO2, tidak akan berbeza. dalam apa cara sekalipun dari negeri semasa mereka tidak berada di dalam air. Dalam kes sedemikian, seseorang bercakap tentang heterogeniti. Dengan kata lain, sistem heterogen ialah campuran beberapa (dua atau lebih) fasa. Yang terakhir ini difahami sebagai beberapa isipadu terhingga sistem, yang dicirikan oleh sifat tertentu. Dalam contoh di atas, kita mempunyai dua fasa: pasir dan air.
Walau bagaimanapun, saiz zarah fasa tersebar apabila ia dilarutkan dalam mana-mana medium boleh menjadi sangat kecil sehingga ia tidak lagi menunjukkan sifat masing-masing. Dalam kes ini, seseorang bercakap tentangbahan homogen atau homogen. Walaupun ia mengandungi beberapa komponen, kesemuanya membentuk satu fasa sepanjang keseluruhan isipadu sistem. Contoh sistem homogen ialah larutan NaCl dalam air. Apabila ia larut, disebabkan oleh interaksi dengan molekul polar H2O, kristal NaCl terurai kepada kation berasingan (Na+) dan anion (Cl-). Mereka dicampur secara homogen dengan air, dan tidak lagi mungkin untuk mencari antara muka antara zat terlarut dan pelarut dalam sistem sedemikian.
Saiz zarah
Apakah tahap serakan? Nilai ini perlu dipertimbangkan dengan lebih terperinci. Apa yang dia wakili? Ia adalah berkadar songsang dengan saiz zarah fasa tersebar. Ciri inilah yang mendasari pengelasan semua bahan yang sedang dipertimbangkan.
Apabila mempelajari sistem penyebaran, pelajar sering keliru dalam nama mereka, kerana mereka percaya bahawa pengelasan mereka juga berdasarkan keadaan pengagregatan. Ini tidak benar. Campuran keadaan pengagregatan yang berbeza benar-benar mempunyai nama yang berbeza, contohnya, emulsi adalah bahan air, dan aerosol sudah mencadangkan kewujudan fasa gas. Walau bagaimanapun, sifat sistem serakan bergantung terutamanya pada saiz zarah fasa yang terlarut di dalamnya.
Klasifikasi yang diterima umum
Pengkelasan sistem serakan mengikut tahap serakan diberikan di bawah:
- Jika saiz zarah bersyarat kurang daripada 1 nm, maka sistem sedemikian dipanggil penyelesaian sebenar atau benar.
- Jika saiz zarah bersyarat terletak antara 1 nm dan100 nm, maka bahan yang dimaksudkan akan dipanggil larutan koloid.
- Jika zarah lebih besar daripada 100 nm, maka kita bercakap tentang ampaian atau ampaian.
Berkenaan dengan klasifikasi di atas, mari kita jelaskan dua perkara: pertama, angka yang diberikan adalah petunjuk, iaitu, sistem di mana saiz zarah adalah 3 nm tidak semestinya koloid, ia juga boleh menjadi benar penyelesaian. Ini boleh diwujudkan dengan mengkaji sifat fizikalnya. Kedua, anda mungkin perasan bahawa senarai menggunakan frasa "saiz bersyarat". Ini disebabkan oleh fakta bahawa bentuk zarah dalam sistem boleh menjadi sewenang-wenangnya, dan dalam kes umum mempunyai geometri yang kompleks. Oleh itu, mereka bercakap tentang saiz purata (bersyarat) mereka.
Kemudian dalam artikel kami akan memberikan penerangan ringkas tentang jenis sistem penyebaran yang dicatatkan.
Penyelesaian sebenar
Seperti yang dinyatakan di atas, tahap penyebaran zarah dalam larutan sebenar adalah sangat tinggi (saiznya sangat kecil, < 1 nm) sehingga tiada antara muka antara mereka dan pelarut (sederhana), iaitu, terdapat ialah sistem homogen fasa tunggal. Untuk kesempurnaan maklumat, kita ingat bahawa saiz atom adalah mengikut susunan satu angstrom (0.1 nm). Nombor terakhir menunjukkan bahawa zarah dalam larutan sebenar adalah bersaiz atom.
Sifat utama larutan benar yang membezakannya daripada koloid dan ampaian adalah seperti berikut:
- Keadaan penyelesaian wujud untuk masa yang lama sewenang-wenangnya tidak berubah, iaitu, tiada mendakan fasa terserak terbentuk.
- Dilarutkanbahan tidak boleh diasingkan daripada pelarut melalui penapisan melalui kertas biasa.
- Bahan itu juga tidak dipisahkan hasil daripada proses laluan melalui membran berliang, yang dipanggil dialisis dalam kimia.
- Adalah mungkin untuk memisahkan zat terlarut daripada pelarut hanya dengan menukar keadaan pengagregatan zat terlarut, contohnya, melalui penyejatan.
- Untuk penyelesaian yang ideal, elektrolisis boleh dijalankan, iaitu arus elektrik boleh dihantar jika beza keupayaan (dua elektrod) digunakan pada sistem.
- Ia tidak menyerakkan cahaya.
Contoh penyelesaian sebenar ialah pencampuran pelbagai garam dengan air, contohnya, NaCl (garam meja), NaHCO3 (soda penaik), KNO 3(kalium nitrat) dan lain-lain.
Penyelesaian koloid
Ini adalah sistem perantaraan antara penyelesaian sebenar dan penggantungan. Walau bagaimanapun, mereka mempunyai beberapa ciri unik. Mari senaraikan mereka:
- Ia secara mekanikal stabil untuk jangka masa yang lama sewenang-wenangnya jika keadaan persekitaran tidak berubah. Ia cukup untuk memanaskan sistem atau menukar keasidannya (nilai pH), apabila koloid menggumpal (mendakan).
- Ia tidak dipisahkan menggunakan kertas penapis, namun, proses dialisis membawa kepada pemisahan fasa terserak dan medium.
- Seperti penyelesaian sebenar, ia boleh dielektrolisis.
- Untuk sistem koloid telus, apa yang dipanggil kesan Tyndall adalah ciri: melalui pancaran cahaya melalui sistem ini, anda boleh melihatnya. Ia berkaitan denganpenyerakan gelombang elektromagnet di bahagian spektrum yang boleh dilihat ke semua arah.
- Keupayaan untuk menyerap bahan lain.
Sistem koloid, kerana sifat yang disenaraikan, digunakan secara meluas oleh manusia dalam pelbagai bidang aktiviti (industri makanan, kimia), dan juga sering ditemui di alam semula jadi. Contoh koloid ialah mentega, mayonis. Secara semula jadi, ini adalah kabus, awan.
Sebelum meneruskan huraian kelas terakhir (ketiga) sistem serakan, mari kita terangkan dengan lebih terperinci beberapa sifat yang dinamakan untuk koloid.
Apakah itu penyelesaian koloid?
Untuk sistem penyebaran jenis ini, pengelasan boleh diberikan, dengan mengambil kira keadaan agregat yang berbeza bagi medium dan fasa terlarut di dalamnya. Di bawah ialah jadual yang sepadan/
| Rabu/Fasa | Gas | Cecair | Badan tegar |
| gas | semua gas larut dalam satu sama lain secara tak terhingga, jadi ia sentiasa membentuk penyelesaian sebenar | aerosol (kabut, awan) | aerosol (asap) |
| cecair | buih (bercukur, krim disebat) | emulsi (susu, mayonis, sos) | sol (cat air) |
| badan padat | buih (pumice, coklat berudara) | gel (gelatin, keju) | sol (kristal delima, granit) |
Jadual menunjukkan bahawa bahan koloid terdapat di mana-mana, dalam kehidupan seharian dan dalam alam semula jadi. Ambil perhatian bahawa jadual yang serupa juga boleh diberikan untuk penggantungan, mengingati bahawa perbezaan dengankoloid di dalamnya hanya dalam saiz fasa tersebar. Walau bagaimanapun, penggantungan secara mekanikal tidak stabil dan oleh itu kurang menarik minat daripada sistem koloid.
Sebab bagi kestabilan mekanikal koloid
Mengapa mayonis boleh berada di dalam peti sejuk untuk masa yang lama, dan zarah terampai di dalamnya tidak memendakan? Mengapa zarah cat yang terlarut dalam air tidak akhirnya "jatuh" ke bahagian bawah kapal? Jawapan kepada soalan ini ialah gerakan Brown.
Pergerakan jenis ini ditemui pada separuh pertama abad ke-19 oleh ahli botani Inggeris Robert Brown, yang memerhati di bawah mikroskop bagaimana zarah debunga kecil bergerak di dalam air. Dari sudut fizikal, gerakan Brown adalah manifestasi pergerakan molekul cecair yang huru-hara. Keamatannya meningkat jika suhu cecair dinaikkan. Pergerakan jenis inilah yang menyebabkan zarah kecil larutan koloid berada dalam ampaian.
Sifat penjerapan
Dispersi ialah timbal balik saiz zarah purata. Oleh kerana saiz dalam koloid ini terletak dalam julat dari 1 nm hingga 100 nm, ia mempunyai permukaan yang sangat maju, iaitu nisbah S / m adalah nilai yang besar, di sini S ialah jumlah kawasan antara muka antara dua fasa (medium penyebaran dan zarah), m - jumlah jisim zarah dalam larutan.
Atom yang berada pada permukaan zarah fasa terpencar mempunyai ikatan kimia tak tepu. Ini bermakna mereka boleh membentuk sebatian dengan yang lainmolekul. Sebagai peraturan, sebatian ini timbul disebabkan oleh daya van der Waals atau ikatan hidrogen. Ia mampu menahan beberapa lapisan molekul pada permukaan zarah koloid.
Contoh klasik penjerap ialah karbon teraktif. Ia adalah koloid, di mana medium penyebaran adalah pepejal, dan fasa adalah gas. Luas permukaan khusus untuknya boleh mencapai 2500 m2/g.
Tahap kehalusan dan luas permukaan tertentu
Mengira S/m bukanlah tugas yang mudah. Hakikatnya ialah zarah-zarah dalam larutan koloid mempunyai saiz, bentuk, dan permukaan setiap zarah mempunyai kelegaan yang unik. Oleh itu, kaedah teori untuk menyelesaikan masalah ini membawa kepada keputusan kualitatif, dan bukan hasil kuantitatif. Namun begitu, adalah berguna untuk memberikan formula untuk luas permukaan tertentu daripada tahap serakan.
Jika kita mengandaikan bahawa semua zarah sistem mempunyai bentuk sfera dan saiz yang sama, maka hasil daripada pengiraan mudah, ungkapan berikut diperolehi: Sud=6/(dρ), dengan Sud - luas permukaan (khusus), d - diameter zarah, ρ - ketumpatan bahan yang mengandunginya. Dari formula dapat dilihat bahawa zarah terkecil dan terberat akan menyumbang paling banyak kepada kuantiti yang sedang dipertimbangkan.
Cara eksperimen untuk menentukan Sud adalah dengan mengira isipadu gas yang diserap oleh bahan yang dikaji, serta mengukur saiz liang (fasa tersebar) di dalamnya.
Pengeringan beku danlyophobic
Lyophilicity dan lyophobicity - ini adalah ciri-ciri yang, sebenarnya, menentukan kewujudan klasifikasi sistem penyebaran dalam bentuk yang diberikan di atas. Kedua-dua konsep mencirikan ikatan daya antara molekul pelarut dan zat terlarut. Jika hubungan ini besar, maka mereka bercakap tentang lyofilicity. Jadi, semua larutan sebenar garam dalam air adalah liofilik, kerana zarahnya (ion) disambungkan secara elektrik dengan molekul polar H2O. Jika kita menganggap sistem seperti mentega atau mayonis, maka ini adalah wakil koloid hidrofobik biasa, kerana molekul lemak (lipid) di dalamnya menolak molekul polar H2O.
Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa sistem liofobik (hidrofobik jika pelarutnya adalah air) secara termodinamik tidak stabil, yang membezakannya daripada sistem liofilik.
Sifat penggantungan
Sekarang pertimbangkan kelas terakhir sistem penyebaran - penggantungan. Ingat bahawa mereka dicirikan oleh fakta bahawa zarah terkecil di dalamnya adalah lebih besar daripada atau daripada susunan 100 nm. Apakah sifat yang mereka ada? Senarai yang sepadan diberikan di bawah:
- Ia secara mekanikal tidak stabil, jadi ia membentuk sedimen dalam tempoh yang singkat.
- Ia mendung dan legap kepada cahaya matahari.
- Fasa boleh diasingkan daripada medium dengan kertas penapis.
Contoh ampaian dalam alam semula jadi termasuk air berlumpur di sungai atau abu gunung berapi. Penggunaan penggantungan oleh manusia dikaitkan sebagaibiasanya dengan ubat (penyelesaian ubat).
Pembekuan
Apakah yang boleh dikatakan tentang campuran bahan dengan darjah serakan yang berbeza? Sebahagiannya, isu ini telah dibincangkan dalam artikel, kerana dalam mana-mana sistem penyebaran zarah mempunyai saiz yang terletak dalam had tertentu. Di sini kita hanya mempertimbangkan satu kes yang ingin tahu. Apakah yang berlaku jika anda mencampurkan koloid dan larutan elektrolit sebenar? Sistem pemberat akan rosak, dan pembekuannya akan berlaku. Sebabnya terletak pada pengaruh medan elektrik ion larutan sebenar pada cas permukaan zarah koloid.
