Хімія. 9 клас. Березан

ТЕМА 1. РОЗЧИНИ

Серед алхіміків панувала думка: речовини не реагують, якщо вони не розчинені. Тому шукачі філософського каменя намагались знайти універсальний розчинник (алкагест). Хоча це їм не вдалось, але вони змогли правильно оцінити значення розчинів. Підраховано, що сучасні хіміки більш ніж 99 % перетворень речовин проводять у розчинах, і не лише у водних, а й у спиртових, ртутних та інших.

§ 3. Поняття про дисперсні системи. Колоїдні та істинні розчини

Ознайомившись із матеріалом параграфа, ви:

  • засвоїте поняття «дисперсна система», «дисперсійне середовище», «дисперсна фаза», вивчите класифікацію дисперсних систем;
  • дізнаєтесь, що таке розчини, колоїдні системи, емульсії, суспензії.

Природні речовини, тобто ті, з яких складаються природні фізичні тіла, практично ніколи не бувають чистими. Вони завжди мають якісь домішки, утворюючи так звані суміші.

Суміш — це сукупність різних речовин, з яких може складатись фізичне тіло.

Кожну речовину, що міститься в суміші, називають компонентом. Суміш може містити два і більше компонентів. Різні компоненти суміші зазвичай не змішуються і в хімічні реакції між собою не вступають.

Суміш, одна з речовин якої дрібними частинками рівномірно розподілена в об'ємі інших речовин, називають дисперсною системою.

Компонентами дисперсної системи (від лат. dispersio — розсіювання) є дисперсна фаза (подрібнена речовина), яка розподілена в дисперсійному середовищі. Між ними є поверхня розділу.

Системи розрізняють за агрегатним станом дисперсної фази та дисперсійного середовища. У таблиці 3.1 наведено приклади найпоширеніших (зазвичай двокомпонентних) дисперсних систем:

Таблиця 3.1. Найпоширеніші дисперсні системи

Дисперсійне середовище

Дисперсна фаза

Назва і приклади

Газ

рідина

аерозоль: хмари, туман

тверда речовина

аерозоль: дим, пилова буря, пил у повітрі

Рідина

газ

піна (газова емульсія): морська, мильна

рідина

емульсія: молоко, нафта, майонез, лімфа

тверда речовина

суспензія: кров, пиво, глина у воді

Тверда речовина

газ

пористе тіло (тверда піна): пемза, активоване вугілля

рідина

зубна паста, лікувальні грязі

тверда речовина

тверда гетерогенна система: сплави, гірські породи, бетон, шоколад

Залежно від лінійних розмірів частинок дисперсної фази (за ступенем дисперсності) дисперсні системи поділяють на три групи:

  • 1) грубодисперсні, у яких частинки мають розмір понад 100 нм;
  • 2) тонкодисперсні (колоїдні), у яких частинки мають розмір від 1 нм до 100 нм;
  • 3) істинні розчини, у яких величина частинок не перевищує 1 нм (1 нм = 10-9 м).

Суспензія (завись) — це дисперсна система, у якій дисперсною фазою є тверда речовина, а дисперсійним середовищем — рідина.

Емульсія — це дисперсна система, що складається із двох майже взаємно нерозчинних рідин.

Під час тривалого відстоювання суспензії та емульсії зазвичай розшаровуються на складові частини — компоненти.

У природі переважно трапляються системи, які містять понад два компоненти.

Колоїдні системи

Тонкодисперсні системи називають колоїдними системами, колоїдними розчинами, або золями. Термін колоїдний у перекладі з грецької означає «подібний до клею».

Якщо в золі дисперсійним середовищем є вода, його називають гідрозолем. Фруктові желе та гелі для вкладання волосся — це типові приклади таких систем. Гідрозолі мають важливе біологічне значення: їх прикладами є вміст будь-якої живої клітини, біологічні рідини (кров, молоко, слина, міжклітинна рідина тощо). Недарма хімік І. І. Жуков (1880-1949) стверджував, що людина — це ходячий колоїд.

Дисперговані частинки (а їх розміри в колоїдних розчинах, нагадаємо, коливаються в межах 1-100 нм) можна побачити лише за допомогою електронного мікроскопа. За високих концентрацій у рідких колоїдах частинки починають дотикатися й утворювати сітчасті структури. Так одержують студні, або гелі (від лат. gelo — застигаю). Таку структуру має цитоплазма клітин.

Прикладом рідких колоїдних систем також можуть бути водні розчини білків (желатину, білка яйця), колоїдні розчини золота, срібла, арґентум(І) хлориду тощо.

Істинні розчини

Якщо розміри частинок дисперсної фази не перевищують розмірів молекул чи йонів — менше за 1 нм, — такі системи називають істинними розчинами. У розчинах між компонентами немає поверхні розділу.

Розчин — гомогенна (однорідна) система, утворена частинками розчиненої речовини, розчинником і продуктами їх взаємодії.

Розчин містить два або (зазвичай) більше компонентів.

Залежно від агрегатного стану розчини бувають газоподібні, рідкі й тверді:

  • газоподібні розчини (атмосфера Землі, інших планет, промислові гази);
  • рідкі розчини (води Світового океану, розчин йоду в спирті тощо);
  • тверді розчини (природні мінерали, сплави металів).

Найчастіше в хімії ми маємо справу з рідкими розчинами, які можуть бути водними і неводними. Вони складаються з розчинника (рідина) і розчинених речовин — газоподібних, рідких, твердих.

Найбільш важливими розчинами є водні, коли розчинником виступає вода — найпоширеніша рідка сполука на Землі, яка має низку надзвичайних властивостей (про них йтиметься в наступних параграфах).

Неводні розчини — це розчини, у яких розчинником є інша рідина: спирт, бензин, ацетон тощо.

Розчини мають величезне значення в природі, промисловості, медицині. Усі природні води є розчинами. Розчинами є також найважливіші фізіологічні рідини — кров, плазма, лімфа, спинномозкова рідина, соки рослин. Рослини засвоюють речовини у вигляді розчинів. Засвоєння їжі тваринами й людиною також пов’язане з переведенням поживних речовин у розчини. Більшість хімічних реакцій у живій і неживій природі відбувається у розчинах.

Домашній експеримент

Спробуймо приготувати страви, основою яких є колоїдні розчини (желе, кисіль).

Пропонуємо, наприклад, приготувати смачний молочний кисіль. Для цього в каструлю влийте 3 склянки молока (приблизно 750 мл), додайте півсклянки цукру, поставте на вогонь. Окремо розчиніть у склянці холодного молока 2-3 ст. ложки кукурудзяного (або картопляного) крохмалю і влийте за мить до кипіння в гаряче молоко. Безперервно помішуючи (щоб не пристало до дна), варіть кисіль на слабкому вогні протягом 1-2 хв до загуснення. Подавати охолодженим до манних котлет або як самостійну страву.

За матеріалами Інтернету самостійно дізнайтеся, як приготувати:

а) фруктове желе; б) сметанне желе; в) молочне желе.

Для тих, хто хоче знати хімію глибше

У 1857 році англійський учений Майкл Фарадей одержав золь золота, відомий ще алхімікам середньовіччя під назвою aurum potabile (питне золото), — завислі у воді колоїдні частинки металу, розмір яких був менший за 1 мкм (10-6 м). І, незважаючи на те, що густина золота в 20 разів більша за густину води, частинки не осідали на дно. Ці золі й донині демонструють у Британському музеї.

Рис. 3.1. Золь золота

Розміри частинок дисперсної фази дають можливість виявляти їх за допомогою пучка світла.

Якщо в темряві спрямувати промінь світла на колоїдний розчин (рис. 3.2), то колоїдні частинки стають видимими, і тому через розсіювання світла частинками дисперсної фази розчин видається каламутним. Частинки дисперсної фази розсіюють світло і створюють видиму траєкторію світлового променя. Властивості колоїдних розчинів вивчає окрема галузь хімії — колоїдна хімія.

Рис. 3.2. Проходження світла через істинний (зліва) та колоїдний розчини

Одним з основоположників колоїдної хімії в УРСР був Антон Володимирович Думанський (1880-1967) — академік АН УРСР, випускник Київського політехнічного інституту. Займався вивченням дисперсних систем.

Антон Володимирович Думанський

(1880-1967)

Український хімік, академік АН УРСР і член-кореспондент AH СРСР. Один з основоположників колоїдної хімії. У 1945 році очолив Київський інститут загальної та неорганічної хімії, на базі якого у 1968 році було створено Інститут колоїдної хімії та хімії води, який тепер названо на його честь. Засновник і редактор «Колоїдного журналу» (1935).

Підсумки

  • 1. Система, у якій дрібні частинки однієї речовини рівномірно розподілені в об’ємі іншої речовини, має назву дисперсної.
  • 2. Дисперсна система складається з дрібних частинок однієї речовини (дисперсної фази), розподілених в об’ємі іншої речовини (дисперсійному середовищі).
  • 3. Суспензія — це система, у якій дисперсна фаза є твердою речовиною, а дисперсійне середовище — рідина.
  • 4. Емульсія — це дисперсна система, яка складається із двох взаємно нерозчинних рідких компонентів: дисперсійного середовища і дисперсної фази.
  • 5. Істинний розчин — це гомогенна система, у якій розміри розчинних частинок є меншими за 1 нм.

Контрольні запитання

  • 1. Дайте визначення дисперсної системи.
  • 2. Як класифікують двокомпонентні дисперсні системи?
  • 3. Яку дисперсну систему називають емульсією? Наведіть приклади.
  • 4. Яку дисперсну систему називають суспензією? Наведіть приклади.
  • 5. Які системи називають колоїдними? Наведіть приклади.
  • 6. Дайте визначення істинного розчину.
  • 7. Наведіть приклади дисперсних систем, у яких дисперсійним середовищем є повітря, а крапельки води — дисперсною фазою.
  • 8. Як класифікують рідкі розчини?
  • 9. Чим відрізняються водні розчини від неводних?

Вправи та задачі

1. У 200 г розчину міститься 40 г барій хлориду. Обчисліть масову частку солі в розчині.

2. До 300 г розчину цукру з масовою часткою речовини 10 % додали 60 г цукру. Обчисліть масову частку цукру в одержаному розчині.

3. Обчисліть масу розчину лугу з масовою часткою калій гідроксиду 0,25, у якому міститься 40 г КОН.

4. У 320 г води розчинили 0,2 моль алюміній сульфату. Обчисліть масову частку солі в розчині.

5. Яку масу калій гідроксиду потрібно взяти для приготування розчину масою 0,35 кг з масовою часткою лугу 0,2?

6. Обчисліть кількість речовини солі, що міститься в 364 г розчину барій хлориду з масовою часткою ВаСl2 20 %.

7. Під час взаємодії 0,02 моль фосфор(V) оксиду з водою одержали 9,8 г розчину ортофосфатної кислоти. Обчисліть масову частку кислоти в отриманому розчині.

8. Для взаємодії з лугом, що містився в 22,8 г розчину з масовою часткою барій гідроксиду 0,15 витратили 7,3 г хлоридної кислоти. Обчисліть масову частку гідроген хлориду в хлоридній кислоті.

9*. Який об'єм розчину з масовою часткою нітратної кислоти 12 % (густина становить 1,067 г/мл) потрібно долити до 300 г розчину лугу з масовою часткою КОН 18 % для повної нейтралізації калій гідроксиду?

10. Який об'єм розчину з масовою часткою нітратної кислоти 40 % (густина розчину становить 1,25 г/см3) необхідний для взаємодії з 31,8 г натрій карбонату?