Хімія. 9 клас. Ярошенко

§ 5. Поняття про дисперсні системи

Опанувавши матеріал параграфа, ви зможете:

  • розширити знання про системи та поповнити їх інформацією про дисперсні системи;
  • розрізняти компоненти дисперсних систем — дисперсну фазу та дисперсійне середовище;
  • встановлювати відмінність між емульсіями, аерозолями, суспензіями;
  • наводити приклади суспензій, емульсій, аерозолів;
  • висловлювати судження про значення дисперсних систем.

ПОНЯТТЯ ПРО СИСТЕМИ. Ви вже знаєте, що системою називають єдине ціле, утворене з окремих частин (компонентів). Якщо систему позбавити однієї із частин, то вона втратить цілісність. Розрізняють природні та штучні системи. Прикладами природних систем є клітина, організм, екосистеми (ліс, водойма). До штучних систем належать автомобіль, годинник, сад, акваріум тощо.

З попереднього параграфа ви дізналися про поділ систем на гомогенні та гетерогенні, а також про те, що істинні розчини — це гомогенні системи.

Кожному з вас доводилося бачити струмки каламутної дощової води. Істинним чи колоїдним розчином дощову воду не назвеш, тому що в ній добре видно частинки глини або чорнозему. Відтак каламутна дощова вода — це гетерогенна система.

Настав час дізнатися більше про дисперсні системи — так у природничих науках називають особливий вид систем, які трапляються в природі, а також створюються людьми.

ДИСПЕРСНІ СИСТЕМИ ТА ЇХНІЙ СКЛАД. Тверда речовина може утворювати велику грудку чи бути подрібненою (порошок, пил). Гази можуть бути подрібненими до пухирців, а рідини — до крапель.

Подрібнений стан речовини називають дисперсним, тому терміни «дисперсний», «дисперсні» використовують для характеристики дуже дрібних частинок, що рівномірно розподілені в однорідному середовищі.

Дисперсні системи — це гетерогенні системи, що складаються з двох або більше фаз (компонентів), між якими є поверхня поділу.

Для дисперсних систем більш прийнятним є термін «фаза» замість «компонент». Фази дисперсних систем мають назви дисперсна фаза та дисперсійне середовище.

Речовина, якої більше у складі дисперсної системи, утворює суцільне дисперсійне середовище. А рівномірно розподілені в його об'ємі тверді частинки, краплі чи пухирці іншої речовини називають дисперсною фазою.

Дисперсійне середовище — речовина, вміст якої в дисперсній системі більший. Дисперсна фаза — речовина з меншим вмістом у дисперсній системі. Дисперсійне середовище та дисперсна фаза можуть перебувати в однаковому або різних агрегатних станах.

Одним з різновидів дисперсних систем є колоїдні розчини. Наприклад, у крохмальному клейстері частинки крохмалю є дисперсною фазою, а вода — дисперсійним середовищем.

Колоїдні розчини належать до дрібнодисперсних систем, тому що чіткої поверхні поділу між фазами немає. А от каламутна дощова вода належить до грубодисперсних систем. Розміри частинок дисперсної фази таких систем становлять 10-5 - 10-7 м, що дозволяє побачити їх неозброєним оком або ж за допомогою оптичних приладів. Так, розглядаючи молоко у світловий мікроскоп, можна побачити краплини жиру (мал. 9).

Мал. 9. Молоко під мікроскопом

Як уже зазначалось, у грубодисперсних системах дисперсна фаза та дисперсійне середовище можуть перебувати в різних агрегатних станах. Наприклад, у каламутній воді, що містить глину, дисперсійне середовище утворює вода, а тверді частинки глини є дисперсною фазою. У тумані дисперсійне середовище — повітря (газ), а дисперсна фаза — дрібні краплі води. У молоці частинки жиру є дисперсною фазою, а вода — дисперсійним середовищем. До дисперсних систем належать також дим, хмари, зубна паста, бетон, гума, пінопласт, кольорове скло та інші.

Як бачимо, дисперсні системи досить різноманітні, їх поділяють на суспензії, емульсії й аерозолі.

Суспензії — це грубодисперсні системи, у яких дисперсною фазою є тверда речовина, а дисперсійним середовищем — рідина.

У суспензіях тверда речовина практично нерозчинна в рідині, її частинки затримуються паперовим фільтром. Цим можна скористатися, щоб розпізнати суспензію та виділити з неї дисперсну фазу.

Щоб приготувати суспензію, треба тверду речовину подрібнити до дрібнозернистого порошку, всипати в рідину, у якій ця речовина не розчиняється, і добре збовтати. На промислових підприємствах це здійснюють на спеціальному обладнанні. Із часом частинки дисперсної фази опускаються на дно посудини (вода + глина) або спливають на поверхню рідини (вода + тирса). Однак рідина ще кілька днів може залишатись каламутною, оскільки деякі тверді частинки надалі перебуватимуть у товщі рідкого дисперсійного середовища. Цілком очевидно: що дрібніші частинки дисперсної фази, то довше зберігатиметься суспензія.

Прикладами суспензії є малярські фарби, пасти для чищення посуду, косметичні маски та скраби тощо.

Аерозолі — штучно виготовлені дисперсні системи з газоподібним дисперсійним середовищем.

Це добре відомі вам лак для волосся, антистатики, дезодоранти тощо.

Емульсії — дисперсні системи, у яких дисперсна фаза й дисперсійне середовище перебувають у рідкому агрегатному стані.

До емульсій належать молоко, шампуні, креми для обличчя, деякі рідкі ліки, соки рослин, нафта.

Приклади різних дисперсних систем зображено на малюнку 10.

Мал. 10. Приклади дисперсних систем: а — туман; б — дим; в — хмари; г — пінопласт; д — аерозолі; е — зубна паста

Поміркуйте й назвіть, які речовини в зображених на малюнку 10 прикладах дисперсних систем є дисперсною фазою, а які — дисперсійним середовищем.

Взаємна нерозчинність рідин, з яких утворена емульсія, є обов'язковою умовою її утворення. Емульсії одержують струшуванням, енергійним перемішуванням, дією ультразвуку, а також витискуванням рідини через отвори малого діаметра. Щоб з води та олії приготувати емульсію, речовини слід довго збовтувати. Значно швидше утворення емульсії відбудеться в міксері.

Емульсії відіграють важливу роль у житті людини. Засвоєння жирів в організмі відбувається через емульгування під впливом жовчі. Молоко, яєчний білок, вершки, сметана — це також емульсії, які добре засвоюються організмом людини. Виготовлення вершкового масла, майонезу, йогуртів, дитячого харчування — це лише окремі приклади практичного застосування знань про дисперсні системи.

На схемі 10 подано класифікацію дисперсних систем, а в дужках зазначено розміри частинок дисперсної фази в нанометрах (1 нм = 10-9 м).

Схема 10. Класифікація дисперсних систем за розміром частинок дисперсної фази

Узагальнити матеріал параграфа вам допоможе таблиця 3.

Таблиця 3

Деякі характеристики та приклади гетерогенних систем

Дисперсна фаза

Дисперсійне середовище

Приклади

Рідина

Газ

Туман, аерозолі рідких речовин

Тверде тіло

Газ

Дим, аерозолі твердих речовин

Газ

Рідина

Піни, газові емульсії

Рідина

Рідина

Емульсії (молоко, фармацевтичні емульсії)

Тверде тіло

Рідина

Суспензії та колоїдні розчини

Газ

Тверде тіло

Тверді піни, пемза, активоване вугілля

Рідина

Тверде тіло

Гелі, драглі

Тверде тіло

Тверде тіло

Сплави металів, природні мінерали

Хімія — це життя: сторінка природодослідника

Ознайомтеся зі складом харчових продуктів, засобів особистої гігієни, побутової хімії, що вказаний на їхньому пакувальному матеріалі. Це можуть бути майонез, пасти, креми, молочні вироби, засоби догляду за автотранспортом тощо. Зробіть висновок про те, до яких дисперсних систем вони належать, що в них є дисперсною фазою, а що — дисперсійним середовищем.

Стисло про основне

• Дисперсна система складається з дисперсної фази та дисперсійного середовища.

• За ступенем подрібненості частинок дисперсної фази дисперсні системи поділяють на грубодисперсні та дрібнодисперсні (колоїдні розчини).

• У грубодисперсних системах дисперсна фаза й дисперсійне середовище можуть перебувати в одному або різних агрегатних станах, залежно від цього їх поділяють на суспензії, емульсії й аерозолі. Частинки дисперсної фази суспензій та емульсій мають лінійні розміри понад 100 нм (10-7 м).

• У суспензіях дисперсна фаза утворена подрібненою твердою речовиною, а дисперсійне середовище — рідина. Частинки дисперсної фази можна розгледіти неозброєним оком.

Емульсії — це дисперсні системи, у яких дисперсна фаза й дисперсійне середовище є рідинами, що не змішуються між собою.

Знаємо, розуміємо

  • 1. Які системи називають дисперсними? Які різновиди дисперсних систем ви знаєте? За якими параметрами класифікують дисперсні системи?
  • 2. Користуючись здобутими відомостями про істинні, колоїдні розчини та суспензії, заповніть у зошиті таблицю 4.

Таблиця 4

Характерні ознаки

Істинний розчин

Колоїдний розчин

Суспензія

Розмір частинок

Можливість виявлення неозброєним оком

Можливість виявлення за допомогою оптичних приладів

Проникнення частинок крізь паперовий фільтр

  • 3. Назвіть, які з перелічених систем є істинними розчинами, які — колоїдними, а які — суспензіями та емульсіями: газована вода; ліки, на яких написано «перед вживанням збовтати»; розчин йоду спиртовий; майонез; олійні фарби; томатний сік.

Застосовуємо

24. Установіть відповідність між системою та її класифікаційною групою.

Система

Класифікаційна група

1

компот

А

істинний розчин

2

морозиво

Б

аерозоль

3

зубна паста

В

емульсія

4

дим

Г

колоїдний розчин

Д

суспензія

25. Розташуйте дисперсні системи за збільшенням розмірів частинок дисперсної фази.

  • А колоїдні розчини
  • Б суспензії
  • В аерозолі

Працюємо з медійними джерелами

Користуючись додатковими інформаційними джерелами, підготуйте розповідь про значення та використання істинних розчинів і дисперсних систем.