ЛК №12-13. Тема: Окремі представники колоїдних систем

ЛК №12-13. Тема: Окремі представники колоїдних систем

План:

1. Аерозолі

2. Гелі

3. Суспензії

4. Порошки

5. Емульсії

6. Піни

7. Колоїдні поверхнево-активні речовини

8. Контрольні питання

1. Аерозолі

Аерозолі – дисперсні системи, в яких дисперсна фаза представлена дрібними частинками твердої або рідкої речовини, дисперсійне середовище газувате.

Аерозолі поділяють на тумани, дими, пил та складні аерозолі.

Тумани – аерозолі з рідкою дисперсною фазою.

Дими – тонко дисперсні аерозолі з твердою дисперсною фазою.

Пил – грубо дисперсний аерозоль з твердою дисперсною фазою.

Складні аерозолі – аерозолі що містить одночасно рідку та тверду дисперсні фази (приклад – смог).

Аерозолі отримують за допомогою методів фізичної та хімічної конденсації. Наприклад при зниженні температури повітря збільшується відносна вологість і нарешті наступає точка роси, коли у повітрі утворюється туман. Широку популярність набули аерозольні балончики, коли аерозоль утворюється при розпиленні речовини струменем газу. Під час хімічної конденсації з двох реагуючих речовин утворюється третя. Наприклад при змішуванні парів НСl та NH₃ утворюється у вигляді аерозолі тверда фаза NH₄Cl.

Певну небезпеку можуть проявляти аерозолі, що містять інфекційні хвороби, що виникають під час кашляння та чихання хворими людьми.

Велику шкоду для довкілля приносять промислові аерозолі що утворюються при згорянні палива, виробництві цементу в технологічних процесах деяких хімічних виробництв, особливо небезпечні аерозолі, що містять радіоактивні речовини.

Швидкість седиментації частинок аерозолів пропорційна квадрату розміру частинок і для частинок діаметром 100 мкм складає декілька десятків см/с, 10 мкм – мм/с 1 мкм – нм/с. Швидкість коагуляції частинок дисперсної фази аерозолів пропорційна їх концентрації. Так при концентрації 10¹⁰ в 1 мл концентрація зменшується вдвічі за 0,7 секунди, а при концентрації 10⁶ в 1 мл – за 12 хвилин.

Для аерозолів характерне явище розсіювання світла, а високодисперсні аерозолі мають голубі відтінки.

2. Гелі

Гелі – дисперсні системи, що мають рідке дисперсійне середовище, де частинки дисперсної фази утворюють просторову структуру.

Гелі класифікують за природою та кількісним вмістом дисперсійного середовища, дисперсійної фази і ступеня набрякання, походженням, тощо.

Наприклад гідрогелі (дисперсійне середовище вода). Бідні на рідину сухі гелі називають ксерогелями (крохмаль, сухий желатин). Багаті на дисперсійне середовище гелі називають ліогелями (розчини мил і мийних засобів, кисіль, холодець).

Коагелі – холодцеподібні осади, що утворились під час коагуляції ліофобних золів. Коагелі неоднорідні та містять невелику частку дисперсійного середовища.

За будовою частинок що утворюють каркас розрізняють еластичні (їх також називають драглями) та нееластичні гелі. Еластичні гелі як правило мають органічне походження, у процесі поглинання розчинника набрякають та інколи утворюють справжній розчин. Нееластичні як правило мають неорганічне походження.

Розрізняють зворотні та незворотні гелі. Незворотні після висушування не здатні при додаванні розчинника відновлювати свою структуру, зворотні здатні відтворювати (наприклад гелі агар-агару, желатину).

Гелі поділяють на природні та штучні.

3. Суспензії

Суспензії – дисперсні системи, які є завислими сумішами твердих речовин у вигляді частинок у рідинах. Концентровані суспензії називають пастами.

Визначаючи суспензію, спочатку називають речовину дисперсної фази, потім – дисперсійне середовище: наприклад, суспензія глини у воді.

Суспензії отримують як конденсацією, так і диспергуванням, як правило вони полідисперсні. Частинки суспензій не мають подвійного електричного шару і слабо взаємодіють з молекулами дисперсійного середовища. Вони ліофобні. Для стабілізації додають стабілізатори.

Приклад суспензій: розмитий водою грунт, будівельні розчини, лаки та фарби, основа при виробництві паперу, цегли, кераміки, травний шлунковий сік.

4. Порошки

Порошки – тонко подрібнені тверді тіла, дисперсний сипучий матеріал. Порошки змішані з інертними наповнювачами називаються дустами.

Для одержання високодисперсних порошків застосовують спеціальні домішки диспергатори та стабілізатори. Вони полегшують процес подрібнення і не дають злипатись дрібним частинкам.

Таблиця. Ступінь дисперсності деяких порошків.

Порошок	Діаметр частинок, мкм	Порошок	Діаметр частинок, мкм
Пісок	50-5000	Мука пшенична	50-200
Пил	1-50	Крохмаль картопляний	100-150
Мул		Крохмаль кукурудзяний	15-25
каолін	2-20	Титанові білила	0,2-0,7
сажа газова	0,1-0,3

За швидкого пропускання повітря порошки можуть переходити у псевдо рідкий стан, з'являється текучість і це можна використовувати для їх транспортування.

5. Емульсії

Емульсії – грубо дисперсні системи, що містять крапельки однієї рідини в іншій, причому рідини, що утворюють емульсії нерозчинні одна в одній. Наприклад емульсія олії у воді. Приклад природної емульсії молоко, сметана. майонез.

Розрізняють емульсії М/В (масло у воді) та В/М (вода у маслі). Перші називають прямими, другі зворотними емульсіями.

Емульсії, в яких більше 74% дисперсної фази, вважають висококонцентрованими, або желатиновими. У них крапельки дисперсної фази настільки зближені, що відбувається їх деформація, зникає кулько подібність і виникає форма багатогранників типи сотів. Такі емульсії мають властивості гелів.

Емульсії – термодинамічно нестійкі системи. Для надання емульсії агрегативної стійкості в систему додають стабілізатори або емульгатори які накопичуються на межі фаз: дисперсної та дисперсійного середовища і створюють навколо крапель оболонку, що унеможливлює виникнення явища коагуляції. Емульгатор повинен краще розчинятись в дисперсному середовищі ніж у дисперсній фазі, а якщо він твердий, то краще змочуватись. Як правило це мила, милоподібні речовини, розчинні ВМС. Вони складаються з ліофільної та ліофобної частин. Для прямих емульсій ліофільна частина зв’язується з розчинником, а ліофобна з розчиненою речовиною. Приклад емульгатора – стеарат натрію C₁₇H₃₅COONa та стеарат кальцію (C₁₇H₃₅COO)₂Ca. Стеарат натрію добре розчинний у воді і стабілізує емульсію типу М/В, а стеарат кальцію ні і стабілізує емульсію типу В/М.

При певних умовах може відбуватись зміна типу емульсії.

Процес зворотній до емульгування називається деемульгуванням. Він відбувається за механічного впливу (центрифугування, збивання, фільтрування) і додаванні деяких електролітів. Процес деемульгування застосовується наприклад у процесі очищення стічних вод.

6. Піни

Піни – структуровані дисперсні системи, які представлені сукупністю пухирців газу, розділених тонкими прошарками рідини. Піни – грубо дисперсні системи, об’єм дисперсної фази у пінах часто в десятки і сотні разів перевищує об’єм дисперсійного середовища. Відношення загального об’єму піни до об’єму дисперсійного середовища характеризує кратність піни. Плівки рідких пін складаються з двох мономолекулярних шарів піноутворювача. Між цими шарами розміщується шар дисперсійного середовища. Товщина цього шару з часом зменшується через витікання розчину.

Чисті рідини піни не утворюють, піни термодинамічно нестійкі системи, їх стійкість досягається додаванням у систему піноутворювача. Піноутворювачі це поверхнево активні речовини. Із збільшенням концентрації піноутворювача стійкість пін спочатку зростає, деякий час залишається на певному рівні, а потім навіть знижується. З підвищенням температури стійкість пін зменшується. Збільшення в’язкості середовища збільшує стійкість пін. З часом піни старіють та руйнуються.

Піноутворення важливе в виробництві піно матеріалів, в хлібопеченні, виробництві зефіру, пивоваріння, при очистці стічних вод.

Іноді піноутворення шкідливе. Для руйнування пін використовують піногасники, високу температуру, механічні способи.

7. Колоїдні поверхнево-активні речовини

Поверхнево-активні речовини (ПАР) – сполуки, здатні накопичуватись на поверхні двох фаз, понижуючи її вільну енергію (поверхневий натяг).

ПАР – водорозчинні органічні сполуки, молекули яких складаються з двох частин полярної – гідрофільної та неполярної – гідрофобної. Розрізняють іонні (катіонні та аніонні) та неіонні ПАР.

За своєю природою ПАР можна розділити на колоїдні та неколоїдні. Найбільше значення мають колоїдні ПАР, це мила, детергенти, дубильні речовини, деякі фарбники. Їх часто називають напівколоїдами, тому що вони за певних умов можуть утворювати як колоїдні так і справжні розчини.

Дата добавления: 2015-09-30