Капустина Татьяна Анатольевна учитель химии МОУ СОШ 17 с углубленным изучением математики г Твери

Дисперсные системы, это системы в которых одно вещество распределено (диспергировано) в виде очень мелких частиц в другом. Дисперсная фаза- это вещество, которое в меньшем количестве распределено в объеме другого. Дисперсная среда- это вещество в большем количестве в объеме которого распределена дисперсная фаза.

Эмульсии дисперсные системы, состоящие из двух взаимно нерастворимых жидкостей, одна из которых распределена в другой в виде капелек, иногда различимых только в микроскоп.

1. Прямые, с каплями неполярной жидкости в полярной среде (типа «масло в воде») 2. Обратные или инвертные (типа «вода в масле»)

Разбавленные; Концентрированные; Высококонцентрирован- ные

Эмульсии образуются двумя путями: путём дробления капель; путём образования плёнок и их разрыва на мелкие капли.

Лиофильные - термодинамически устойчивы и образуются самопроизвольно путем диспергирования массы жидкости до капель. Лиофобные - термодинамически неустойчивы, не могут образовываться самопроизвольно, существовать длительное время, нуждаются в стабилизации.

Поверхностного натяжения; наличия стабилизатор а, способного существенно понизить свободную энергию на границе раздела фаз; Свойств и структуры граничных слоев.

Повышения устойчивости лиофобных эмульсий достигают введением веществ эмульгаторов, способных стабилизировать эмульсии. Эмульгаторы – это вещества, делающие возможным или облегчающие получение эмульсий и стабилизирующие последние.

Природные эмульгаторы - натуральные стабилизаторы эмульсии окружающие нас. Их традиционно использовали в качестве компонентов пищевых продуктов, а также в парфюмерии и гигиене. К числу старейших можно отнести желток и белок жидкого яйца, сапонины (например, отвар мыльного корня).сапонины мыльного корня Для образования эмульсии недостаточно только перемешивания двух несмешивающихся жидкостей. Если взять чистую воду и маслянистую жидкость, то сколько бы мы их ни перемешивали, эмульсия не образуется. Чтобы она образовалась, необходимо наличие в смеси особых веществ природных эмульгаторов. Такие природные эмульгаторы в том или ином количестве всегда содержатся в воде. К ним относятся соли, асфальтены, смолы, нефть растворимые органические кислоты и мельчайшие примеси, как ил и глина и др. Современная промышленность использует в основном синтетические вещества, а также лецитин (преимущественно соевый).лецитин

Молоко (капли жира в воде, стабилизированные смесями белков, в основном казеина и фосфолипидов). Млечный сок растений, например каучуконосов. Нефтяные эмульсии, деэмульгирование которых для освобождения от сильно засоленной воды является важнейшей задачей первичной переработки нефти. Близки к эмульсиям кровь, а также системы, содержащие липосомы и микроорганизмы.

Химическое разрушение защитных пленок эмульгатора соответствующим реагентом; Прибавление эмульгатора; Адсорбционное замещение эмульгатора; Термическое разрушение; Механическое воздействие; Действие электрического тока или электролитов.

Пищевая промышленность Мыловарение; Переработка натурального каучука; Строительная промышленность; Автомобильная промышленность; Сельское хозяйство; Медицина; Живопись.

Охарактеризуйте дисперсную систему эмульсии. Как получают эмульсии? Расскажите о способах разрушения эмульсий Что такое эмульгаторы? Какова их природа? Где они применяются? Вы держите в руках бутылку молока. Как, не пробуя его на вкус, приблизительно определить степень свежести молока в бутылке?

Суспензия это грубодисперсная система с твёрдой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой. Обычно частицы дисперсной фазы настолько велики что оседают под действием силы тяжести. В концентрированных суспензиях легко возникают дисперсные структуры. Взвешенная в воде мука

Свойства суспензий: Не обладают способностью диффундировать Не обладают осмотическим давлением Отсутствует броуновское движение Способны к отстаиванию

Существует два основных способа: 1) Смешение сухих порошков с жидкостью или измельчение твердых тел в жидкости (методы диспергирования) 2) Выделение твердой фазы из жидкой среды (методы конденсации).

В природе условиях образование суспензий происходит при диспергировании почв, грунтов и скальных пород под воздействием сил прибоя, приливно-отливных явлений, при движении ледников, в результате выветривания и выщелачивания, при загрязнении водоемов атмосферной пылью.

Суспензии классифицируются по нескольким признакам: 1. По природе дисперсионной среды: органосуспензии (дисперсионная среда - органическая жидкость) и водные суспензии. 2. По размерам частиц дисперсной фазы: грубые суспензии (d > 10-2 см), тонкие суспензии (-510-5< d < 10-2 см), мути (110-5< d < см). Частицы грубодис-персных С. не проходят через бумажные фильтры, видимы в оптич. микроскоп, практически не участвуют в броуновском движении и диффузии. 3. По концентрации частиц дисперсной фазы: разбавленные суспензии (взвеси) и концентрированные суспензии (пасты).

Грубодисперсные суспензии седиментационно неустойчивы. Скорость седиментации (или всплывания частиц) зависит от их размера, формы, разности плотностей частиц и среды, вязкости среды.

В разбавленных суспензиях частицы свободно перемещаются в жидкости, сцепление между частицами отсутствует и каждая частица кинетически независима. Разбавленные суспензии - это свободнодисперсные бесструктурные системы. В концентрированных суспензиях (пастах) между частицами действуют силы, приводящие к образованию определенной структуры (пространственной сетки). Таким образом, концентрированные суспензии - это связнодисперсные структурированные системы.

Суспензии мы постоянно встречаем в нашей повседневной жизни. Когда готовим, стираем, пьем кофе, принимаем лекарства, делаем ремонт.

В медицинской практике наиболее часто применяют суспензии, в которых дисперсионной средой являются вода, водные вытяжки лекарственных растений, глицерин или жирные масла, а дисперсионной фазой- различные порошкообразные вещества.

Суспензии широко применяются о многих областях промышленности. Глазурь поставляется в форме водной суспензии.

Используются в теплоэнергетике с конца 50-ых годов XX века. 1)Утилизация угольных шламов, остающихся после обогащения угля на обогатительных фабриках. 2)Эффективный процесс горения при малых выбросах серы и азота(парниковые газы).

Охарактеризуйте свойства суспензий(внешний вид, размер частиц, способность осаждаться) Что такое зубная паста? Какие требования предъявляются к ней при изготовлении? Почему обычную белую краску, использующуюся для внутренних работ, перед употреблением необходимо тщательно перемешивать?

Пена дисперсная система с газовой дисперсной фазой и жидкой или твердой дисперсионной средой дисперсная системадисперсионной средой

Пены, в отличие от других дисперсных систем, состав которых определяется концентрацией дисперсной фазы, характеризуются содержанием дисперсионной среды. Пены являются крайне неустойчивыми дисперсными системами, так как плотность жидкости в сотни и даже тысячи раз превышает плотность газа, из которого формируются пузырьки пены. Пены считаются грубодисперсными системами: в момент пенообразования невооруженным глазом видны пузырьки пены. Масса и объем газовой дисперсной фазы непостоянны и быстро изменяются, размеры пузырьков сильно разнятся, поэтому пены можно считать полидисперсными системами. Пены являются типичными лиофобными дисперсными системами.лиофобными

Пены являются крайне неустойчивыми дисперсными системами, так как плотность жидкости в сотни и даже тысячи раз превышает плотность газа, из которого формируются пузырьки пены. Пены считаются грубодисперсными системами: в момент пенообразования невооруженным глазом видны пузырьки пены. Масса и объем газовой дисперсной фазы непостоянны и быстро изменяются, размеры пузырьков сильно разнятся, поэтому пены можно считать полидисперсными системами.

1. Пенообразующая способность раствора – количество пены, выражаемое её объемом (см³) или высотой столба (м), которое образуется из заданного постоянного объема пенообразующего раствора при соблюдении некоторых стандартных условий пенообразования в течение постоянного времени.

3. Стабильность (устойчивость) пены - ее способность сохранять общий объем, дисперсность и препятствовать вытеканию жидкости (синерезису). Часто в качестве меры стабильности используют время существования («жизни») выделенного элемента пены (отдельного пузырька или пленки) или определенного объема пены.

Для пен, особенно высокократных, характерна ячеистая пленочно-каналовая структура, в которой заполненные газом ячейки разделены тонкими пленками. Три пленки, расположенные под углом 120°, сливаются в канал, четыре канала с углом между ними около 109° образуют узел.

Системы с твердой дисперсионной средой и газовой дисперсной фазой часто называют твердыми пенами. Твердые пены, так же как и жидкие пены, вследствие большого размера пузырьков газовой фазы обычно относят к микрогетерогенным или даже грубодисперсным системам.

В пожаротушении: особенно при возгорании ёмкостей с легко воспламеняющимися жидкостями, при тушении пожаров в закрытых помещениях - в подвалах, на судах и в самолетах.

В быту: пенные моющие средства для ванн, посуды, чистки ковров и мебели. В отделке текстильных материалов.

В строительстве: устройство кровли, гидроизоляция и утепление фундаментов, звукоизоляция стен.

В пищевой промышленности: кондитерские пены, муссы, торты, бисквиты, пиво и др.

В сфере развлечений: пенные вечеринки, дискотеки, шоу, мыльные пузыри.

Пены с твердыми тонкими стенками (аэрогели, пенопласты) широко используются для изготовления тепло- и звукоизолирующих материалов, спасательных средств, упаковки и др.

Охарактеризуйте данную систему. Приведите примеры пен. Где применяются пены? Почему пена, образующаяся при открытии бутылки газированной воды, быстро исчезает?

Определение Аэрозоли -дисперсные системы с газовой дисперсионной средой и твердой или жидкой дисперсной фазой.

Как и другие дисперсные системы, аэрозоли получают двумя методами: конденсационными и диспергационными. Конденсационный метод Дисперсную фазу получают из парообразной путем физического процесса конденсации молекул до частиц коллоидного размера. Диспергационные методы Частицы коллоидных размеров получают измельчением более крупных агрегатов.

Для аэрозолей сложилась своя классификация в зависимости от агрегатного состояния и размеров частиц дисперсной фазы. Дисперсная фаза Название Твердая Дым, пыль Жидкая Туман, капли Твердая и жидкая Смог Пена Аэрозольная пена Газовые образования Клатраты, газовые гидраты.

Размеры частиц дисперсной фазы аэрозолей в соответствии с классификацией дисперсных систем колеблются в пределах от 10-7 до 10-9 м.

пыль (величина частиц более нм), облака (10000 нм – 100 нм), дымы (100 нм – 1 нм).

В зависимости от природы аэрозоли подразделяют на естественные и искусственные.

Естественные аэрозоли образуются вследствие природных сил, например при вулканических извержениях, сочетании эрозии почвы с ветром, явлениях в атмосфере. Аэрозоли широко распространены в природе, к ним относятся: туманы, облака, грозовые тучи, почвенная и вулканическая пыль, взвешенная в воздухе, пыльные и песчаные бури (самум) и т. д. Облака – важнейшее звено в круговороте воды в природе; поглощая солнечные лучи и тепловое излучение Земли, они умеряют и жару, и холод. Пыльца многих растений распространяется ветром в виде аэрозоля. (Поля злаковых растений, цветение березы, тополя и т.д.) Так же распространяются многие семена и особенно споры. Аэрозоли – туманы над морским прибоем, вблизи водопадов и фонтанов, возникающая в них радуга доставляет человеку радость, эстетическое удовольствие.

Искусственные аэрозоли образуются в результате хозяйственной и производственной деятельности человека при измельчении горных и рудных пород, добыче каменного и бурого угля, сверлении, шлифовке различных материалов, неполном сгорании топлива в силовых установках, при сельскохозяйственных работах, переработке сельскохозяйственной продукции и др.

1. По химическому происхождению различают органические и неорганические. 2. По токсичности - токсичные и нетоксичные аэрозоли. 3. Биологические аэрозоли аэрозоли, частицы которых несут на себе жизнеспособные микроорганизмы или токсины. 4. Радиоактивные аэрозоли естественные или искусственные аэрозоли с радиоактивной дисперсной фазой.

Биологические аэрозоли. В результате испарения и высыхания жидкости и попадания с пылью в воздух экскрементов больных животных и человека, а также при выделении в воздух больными при кашле и чиханье возбудителей некоторых инфекционных болезней образуются биологические аэрозоли. В организм человека они попадают в основном через органы дыхания. В определенных условиях при попадании в организм аэрозоли способны вызывать профессиональные и аллергические заболевания: пневмокониозы, пневмомикозы, бронхиты, бронхоальвеолиты, бронхиальную астму и др.

Токсичные аэрозоли вызывают острые и хронические отравления. В воздухе производственных помещений и рабочей зоны и в воздухе населенных мест концентрация опасных для здоровья веществ в виде аэрозолей регламентируется предельно допустимыми концентрациями. Радиоактивные аэрозоли, частицы которых содержат радиоактивные изотопы, характеризуются, кроме обычных для аэрозолей показателей, величиной радиоактивности в частице, распределением радиоактивности по объему аэрозоля и др. Концентрация радиоактивных аэрозолей выражается в виде количества радиоактивности на единицу объема воздуха. Основная опасность радиоактивных аэрозолей заключается в попадании их в организм человека, где они либо откладываются в тканях легких, либо поступают в кровоток и распределяются в различных органах и тканях. В производственных условиях концентрация радиоактивных аэрозолей регламентируется "Нормами радиационной безопасности" (НРБ).

Охлаждение и увлажнение воздуха на фермах, складах, теплицах, позволяет поддерживать комфортные условия для пребывания животных, хранения продукции, роста растений. Защита сельскохозяйственных и лесных культур от вредителей, защита животных и птиц от паразитов и болезней. Изготовление парфюмерно-косметической продукции (дезодоранты, средства по уходу за волосами, муссы, пены, гели, духи, туалетная вода, одеколоны…) Продукция бытовой химии (освежители воздуха, полироли, чистящие средства, средства по уходу за мебелью, обувью, антистатики и др.). Средства дезинфекции и дезинсекции. Борьба с вредителями растений, лесов, сорняками, переносчиками болезней человека и животных.

Лаки, краски в аэрозольной упаковке, автомобильные масла, клеи, монтажные пены, антикоррозионные составы, защитные пленки, составы, очищающие механизмы от масла и пр. В аэрозольных упаковках выпускают пищевые продукты: кремы, сбитые сливки, приправки для салатов, майонез, томатный соус, сливочное масло и др. Всё жидкое и твёрдое топливо сжигается в виде аэрозолей. Аэрозоли успешно применяют для борьбы с градобитием.

Медицинские аэрозоли – это аэрозольные препараты, используемые для применения терапевтически активных компонентов в виде измельченных частиц или туманоподобных жидкостей для лечения органов дыхания и быстрого общего действия или для местного действия в органах дыхания. Фармацевтические аэрозоли – это аэрозольные препараты, содержащие терапевтически активные компоненты для местного применения. К этой группе относятся аэрозоли, предназначенные для введения, например, в глаза, ухо, горло, нос и пр.

Искусственные аэрозоли образуются в результате хозяйственной деятельности человека. Важное место среди них занимают промышленные аэрозоли. Примером промышленного аэрозоля может служить газовый баллончик.

В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана. Естественные возникают в природных условиях без участия человека. Они поступают в тропосферу (реже -в стратосферу) при извержении вулканов, сгорании метеоритов, при возникновении пылевых бурь, поднимающих с земных поверхностей частицы почвы и горных пород, а также при лесных и степных пожарах. Во время извержения вулканов, черных бурь или пожаров образуются громадные пылевые облака, которые нередко распространяются на тысячи километров. Штормовые ветры сбрасывают с гребней волн капельки морской воды, насыщенной солями хлоридов и сульфатов, которые осаждаются как на водной поверхности, так и на суше.

Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются тепловые электростанции, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы.

Влияние аэрозолей на озоновый слой Земли Содержащаяся в атмосфере двуокись углерода играет большую роль в жизни человека, растений и животных, предохраняет землю от перегрева. Но хозяйственная деятельность человека – нарушила баланс CO2 в природе. Это создает, по мнению многих ученых, реальную угрозу так называемого парникового эффекта – заметного потепления климата, таяния ледников, повышения уровня Мирового океана.

В последние годы выявилась еще одна экологическая опасность – разрушение озонового слоя стратосферы, особенно четко проявившееся над Антарктидой (так называемая «озоновая дыра»). Этот слой, отличающийся повышенным содержанием озона, защищает от избыточного ультрафиолетового излучения Солнца. Причина разрушения озонового слоя – резко возросшее производство и использование так называемых фреонов (фторхлоруглеродов) в холодильных установках, в виде аэрозолей и т. д.

В зонах интенсивных пылевых загрязнений возникает ряд специфических заболеваний. К ним, среди прочих, относятся силикоз и асбестоз, приводящие к изменению тканей легких. Силикоз вызывается кварцевой пылью с размерами частиц около 3 мкм. Асбестоз - иглами асбеста длиной более 5 мкм и сечением около 3 мкм

Как образуются аэрозоли? Как можно разрушить аэрозоли? На основе известных вам производств приведите примеры аэрозолей, которые образуются в процессе производства и загрязняют воздух. В связи с этим, какие меры должны приниматься для охраны окружающей среды?

Коллоидные растворы представляют собой дисперсные системы, частицы которых, как правило, невозможно наблюдать с помощью обыкновенного микроскопа - они видны через световой микроскоп в виде точек, находящихся в беспрерывном движении. Коллоидные растворы легко проходят через обычные фильтры и почти полностью усваиваются организмом. К коллоидным растворам относятся все внутренние среды организма (кровь, лимфа, внутри- и внеклеточная жидкости).

Коллоидные частицы не препятствуют прохождению света. В прозрачных коллоидах наблюдается рассеивание светового луча (эффект Тиндаля). Дисперсные частицы не выпадают в осадок – Броуновское движение поддерживает их во взвешенном состоянии

Эффект Тиндаля, рассеяние Тиндаля оптический эффект, рассеяние света при прохождении светового пучка через оптически неоднородную среду. Обычно наблюдается в виде светящегося конуса (конус Тиндаля), видимого на тёмном фоне. Характерен для растворов коллоидных систем (например, золей, металлов, табачного дыма), в которых частицы и окружающая их среда различаются по показателю преломления. На эффекте Тиндаля основан ряд оптических методов определения размеров, формы и концентрации коллоидных частиц Эффект Тиндаля назван по имени открывшего его Джона Тиндаля.

Коллоидные частицы настолько малы, что направление их движения непрерывно изменяется в результате случайных столкновений с молекулами дисперсионной среды, в которой они находятся. В результате частицы движутся по непредсказуемой зигзагообразной траектории. Это явление в 1827 г. впервые наблюдал британский учёный Роберт Броун в воде с частицами цветочной пыльцы. Его имя и легло в основу названия «броуновское движение». Роберт Броун

Ге́ли (от лат. gelo «застываю») структурированные системы, состоящие из высокомолекулярных и низкомолекулярных веществ. Наличие трёхмерного полимерного каркаса (сетки) сообщает гелям механические свойства твёрдых тел (отсутствие текучести, способность сохранять форму, прочность и способность к деформации (пластичность и упругость). Структура геля

Глобальная роль коллоидов заключается в том, что они являются основными компонентами таких биологических образований как живые организмы. Все вещества организма человека представляют собой коллоидные системы. Коллоиды поступают в организм в виде пищевых веществ и в процессе пищеварения превращаются в специфические, характерные для данного организма коллоиды. Можно сказать, что весь организм человека - это сложная коллоидная система в ее связи с поверхностными явлениями. Из коллоидов, богатых белками, состоят кожа, мышцы, ногти, волосы, кровеносные сосуды, легкие, весь желудочно- кишечный тракт и многое другое, без чего немыслима сама жизнь.

Охарактеризуйте коллоидные растворы как дисперсные системы. Приведите примеры коллоидного состояния веществ. Что такое гели? Приведите примеры. Как отличить коллоидный раствор от истинного?

ИСТИННЫЕ РАСТВОРЫ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ Раствор гомогенная (однородная) смесь, состоящая из частиц растворённого вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия. Истинный раствор - это разновидность раствора в котором размеры частиц растворенного вещества предельно малы и сопоставимы с размером частиц растворителя.

ИСТИННЫЕ РАСТВОРЫ Примеры многочисленны: газообразный раствор – воздух, состоящий из главного компонента азота – 78% N 2 ; газированная вода, водный уксус, морская вода; сплавы, представляющие собой твердые растворы, например, медные Cu – Zn, Cu – Cd, Cu – Ni и др. Также к ним относятся растворы сахара, спирта, неэлектролитов, электролитов и слабых электролитов. Истинными растворами организма являются, например, растворы солей, моносахаридов.

ИСТИННЫЕ РАСТВОРЫ Особенностью истинных растворов является то, что они гомогенны даже при рассматривании в электронный микроскоп. Компоненты, входящие в их состав, не могут быть разделены никаким способом. И благодаря небольшой разнице между размерами молекул растворенного вещества и растворителя, а также отсутствию пограничных поверхностей раздела между ними истинные растворы представляют собой однофазные дисперсные системы.

ИСТИННЫЕ РАСТВОРЫ Они всегда прозрачны и не должны содержать взвешенных частиц и осадка. Поэтому истинные растворы хорошо диффундируют. Связи между растворенным веществом и растворителем очень прочные. Растворенное вещество в дальнейшем не отделяется от растворителя, а остается равномерно распределенным в нем.

ИСТИННЫЕ РАСТВОРЫ Истинные растворы бывают ионно-дисперсными и молекулярно-дисперсными. Размер частиц в первых составляет менее 1 нм, а растворенное вещество находится в виде отдельных гидратированных ионов и молекул в равновесных количествах.

Истинные растворы высокомолекулярных соединений являются молекулярно-дисперсными системами. С одной стороны, они являются однофазными гомогенными системами, а с другой имеют некоторые особенности, сближающие их с коллоидными растворами (движение молекул, подобное броуновскому, малые скорости диффузии, повышенная способность к образованию молекулярных комплексов и некоторые другие). ИСТИННЫЕ РАСТВОРЫ

Гомогенность сохраняется неопределенно долгое время, если только в растворе не происходит никаких самопроизвольных вторичных процессов, изменяющих химическую природу (состав) растворенного вещества (гидролиз, окисление, действие света и т. п.)

Однородность истинных растворов делает их очень сходными с химическими соединениями. Выделение теплоты при растворении некоторых веществ тоже указывает на взаимодействие между растворителем и растворяемым веществом. ИСТИННЫЕ РАСТВОРЫ Отличие растворов от химических соединений состоит в том, что их состав может изменяться в широких пределах. Кроме того, в их свойствах можно обнаружить многие свойства отдельных компонентов, чего не наблюдается в случае химического соединения.

Объясните, каково принципиальное отличие истинных растворов от других дисперсных систем.