Химия. 11 класс
Конспект урока
Урок № 6. Дисперсные системы
Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён изучению истинных растворов и дисперсных систем: способам выражения концентрации растворов, видам дисперсных систем, их свойствам, способам коагуляции золей, строению гелей.
Аэрозоль – грубодисперсная система, в которой твёрдые или жидкие частицы размером более 10 -3 см равномерно распределены в газообразной среде.
Гель – полутвёрдая трёхмерная ячеистая структура, каркас которой образован коллоидными частицами, а в прослойках между частицами удерживается дисперсионная среда.
Грубодисперсная система – дисперсная система, в которой размер частиц дисперсной фазы более 10 -3 см.
Дисперсионная среда – сплошная фаза, составная часть дисперсной системы, в которой равномерно распределены частицы дисперсной фазы.
Дисперсная система – гетерогенная система, состоящая, как минимум, из двух фаз, одна из которых мелко раздроблена и равномерно распределена в другой, сплошной фазе.
Дисперсная фаза – мелко раздробленные частицы, равномерно распределённые в дисперсионной среде.
Гетерогенная система – неоднородная система, в которой компоненты находятся в разных фазах и между ними существует видимая граница раздела фаз.
Гомогенная система – однородная система, все компоненты которой находятся в одной фазе, граница раздела фаз между компонентами отсутствует.
Золь (коллоидный раствор) – тонкодисперсная система, в которой твёрдые частицы дисперсной фазы размером 10 -7 – 10 -5 см равномерно распределены в жидкой среде.
Истинный раствор – гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов, состав которой в определённых пределах можно изменять без нарушения однородности.
Коагуляция – процесс слипания коллоидных частиц в более крупные агрегаты.
Опалесценция – изменение окраски бесцветного коллоидного раствора с желтоватой в проходящем свете на голубую в отраженном свете.
Седиментация – процесс оседания крупных частиц дисперсной фазы.
Суспензия – грубодисперсная система, в которой твёрдые частицы размером более 10 -3 см равномерно распределены в жидкой дисперсионной среде.
Фаза – часть системы, однородная по составу и свойствам, отделённая от окружающей среды видимой границей раздела.
Электрофорез – движение коллоидных частиц золя в постоянном электрическом поле к одному из электродов.
Эмульсия – грубодисперсная система, в которой одна жидкая фаза в виде отдельных мелких капель равномерно распределена в другой жидкости, при этом жидкости взаимно нерастворимы.
Эффект Тиндаля – образование светлого конуса в отраженном свете при прохождении через дисперсную систему луча света.
Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.
1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тестов по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.
2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс : учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М. : Просвещение. – 2018. – 352 с.
Открытые электронные ресурсы:
- Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ
Истинным раствором называется гомогенная система, состоящая из нескольких компонентов, состав которой в определённых пределах можно менять без нарушения однородности.
Растворимостью называется такое количество вещества, которое можно при данной температуре растворить в 100 г растворителя. Абсолютно нерастворимых веществ в природе не существует.
Молярная концентрация показывает количество растворённого вещества в 1 литре раствора. Сокращенно молярная концентрация, или молярность, обозначается буквой М, например, 1 М – один моль на литр.
Для того, чтобы найти молярную концентрацию по величине известной массовой доли, необходимо знать плотность раствора. При этом массовая доля должна быть выражена не в процентах, а в долях, а плотность – в г/л.
С истинными растворами мы постоянно встречаемся в жизни. Пьём чай с сахаром, консервируем овощи. В сельском хозяйстве используют растворы минеральных удобрений и средств для борьбы с вредителями и болезнями растений. Растворы используют в промышленности, в медицине, в учебных и научно-исследовательских химических лабораториях.
Дисперсной называется гетерогенная система, состоящая, как минимум, из двух фаз, одна из которых мелко раздроблена и равномерно распределена во второй, сплошной фазе. В отличие от истинных растворов, дисперсная система неоднородна, а между составляющими её фазами всегда существует граница раздела. Мелкораздробленная фаза называется дисперсной фазой, а сплошная фаза – дисперсионной средой. В зависимости от размера частиц дисперсной фазы различают грубодисперсные (размер частиц больше 100 нм) и тонкодисперсные (от 1 до 100 нм), или коллоидные системы. Если размер частиц дисперсной фазы становится меньше 1 нм, система перестает быть гетерогенной, образуется истинный раствор. В истинном растворе вещество раздроблено до отдельных молекул или ионов. В зависимости от агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды дисперсные системы разделяют на суспензии, эмульсии, пены и аэрозоли. В суспензии твёрдые частицы распределены в жидкости. Эмульсия состоит из мелких капель жидкости, равномерно распределённых в другой жидкости, причем эти жидкости взаимно нерастворимы. Пена – это мелкие пузырьки газа в жидкости. Аэрозоль представляет собой газообразную среду, в которой распылены мелкие твёрдые или жидкие частицы.
Получение и свойства коллоидных растворов
Тонкодисперсные коллоидные системы получили название «золь». Золи могут быть образованы как неорганическими веществами, так и органическими макромолекулами, размеры которых превышают 1 нм, например, белками. Приготовить золь можно смешиванием малорастворимого вещества с растворителем (раствор крахмала, яичного белка), так и с помощью химических реакций ионного обмена, гидролиза, окисления-восстановления, в которых один из продуктов реакции не растворяется в жидкости.
Золи прозрачны, как и истинные растворы. Чтобы отличить золь от истинного раствора, надо посмотреть на проходящий через раствор луч в отражённом свете. В коллоидном растворе свет рассеивается, образуя светлый конус. Это явление получило название «эффект Тиндаля» — по фамилии английского физика Джона Тиндаля, который впервые описал и объяснил это явление. С древних времён люди ценили драгоценный камень опал за игру света. Его окраска в зависимости от угла зрения изменяется с голубой на желтоватую. Опал – это затвердевший коллоидный раствор, а свойство золей изменять окраску в проходящем и отражённом свете получило название «опалесценция».
Если в U-образную стеклянную трубку налить золь гидроксида железа и погрузить в каждое колено трубки графитовые электроды, подсоединив их к источнику постоянного электрического тока, то жидкость в одном колене станет светлее, в другом интенсивность окраски увеличится. Происходит это, так как коллоидные частицы движутся в постоянном электрическом поле к одному из электродов. Это явление получило название «электрофорез».
Образование заряда на поверхности коллоидных частиц
Коллоидные частицы перемещаются в постоянном электрическом поле, так как они заряжены. Заряд на поверхности коллоидных частиц образуется по двум причинам. Одна из причин – адсорбция заряженных ионов на поверхности частиц дисперсной фазы. Огромное количество мелких частиц дисперсной фазы имеют большую суммарную поверхностную энергию. За счет этой энергии ионы из раствора, одноименные с частицами дисперсной фазы, притягиваются к поверхности, в результате коллоидные частица приобретают заряд. Например, коллоидная частица хлорида серебра, полученная в избытке ионов Cl — , имеет строение (mAgCl)·nCl — .
Другая причина образования заряда на поверхности коллоидных частиц – ионизация нерастворимых молекул. По такому механизму образуется заряд на поверхности коллоидных частиц золя кремниевой кислоты. Полярные молекулы воды отрывают от поверхностных молекул кремниевой кислоты ионы водорода, в результате на поверхности коллоидной частицы остаются заряженные гидросиликат ионы, которые придают заряд коллоидной частице. Коллоидные частицы золя кремниевой кислоты имеют строение (mH2SiO3)·nHSiO3 — .
Для золей, как и для истинных растворов, характерно броуновское движение, а тяжёлые и крупные частицы грубодисперсных систем в броуновском движении не участвуют. Одноимённые заряды коллоидных частиц препятствуют их слипанию, поэтому золи длительное время остаются устойчивыми. Размеры частиц дисперсной фазы в грубодисперсных системах слишком большие, со временем они оседают – происходит седиментация.
Коагуляция коллоидных растворов
Если к золю добавить раствор электролита, произойдет нейтрализация заряда коллоидных частиц. Золь потеряет устойчивость, частицы начнут слипаться. Слипание коллоидных частиц называется коагуляцией. Коагуляцию можно вызвать длительным нагреванием золя, а также сливанием золей с противоположно заряженными частицами. Если коллоидные частицы слабо взаимодействуют с дисперсионной средой, то в результате коагуляции образуется осадок. Если коллоидные частицы хорошо взаимодействуют с растворителем, то они захватывают часть жидкости, в результате образуется гель. Гель – трёхмерная ячеистая структура, каркас которой образован коллоидными частицами, а в ячейках удерживается жидкость.
Дисперсные системы в природе и на службе у человека
Коллоидные растворы широко распространены в природе. Плазма крови, яичный белок, сырая нефть, речная и озёрная вода, почвенный раствор являются золями. Дисперсными системами являются облака, туман, дым, морская пена, молоко, газированная вода. В промышленности и быту человек использует эмульсионные краски, клеи, лаки, косметические и лечебные гели и шампуни. В пищевой промышленности дисперсными системами являются тесто, желе, студни, соусы, бульоны, мармелад, суфле. Без преувеличения можно сказать, что коллоидная химия – это химия реальных систем.
ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ
1. Приготовление насыщенного раствора
Условие задачи: Для приготовления насыщенного раствора поваренной соли надо в 100 г воды растворить 36 г хлорида натрия. Какое количество (моль) поваренной соли будет растворено в 360 г насыщенного раствора? Ответ запишите с точностью до десятых долей.
Шаг первый: найдём массу насыщенного раствора соли, в котором растворено 36 г хлорида натрия. Для этого сложим массу растворителя и растворённого вещества:
Шаг второй: найдём массу хлорида натрия, которая содержится в 360 г насыщенного раствора. Для этого составим пропорцию:
В 136 г насыщенного раствора содержится 36 г хлорида натрия;
в 360 г такого же раствора содержится т г хлорида натрия.
т = (360·36) : 136 = 95,3 (г).
Шаг третий: вычислим молярную массу хлорида натрия:
М = 23 + 35 = 58 (г/моль).
Шаг четвертый: найдём, сколько моль хлорида натрия содержится в 95,3 г.
Для этого массу хлорида натрия разделим на его молярную массу:
95,3 : 58 = 1,6 (моль).
2. Расчёт объёма раствора, который можно приготовить из раствора известной концентрации
Условие задачи: Какой объём 0,25 М раствора NaOH можно приготовить из 200 мл раствора гидроксида натрия с массовой долей 12% и плотностью 1,13 г/см 3 ? Ответ запишите в мл в виде целого числа.
Шаг первый: найдём массу 200 мл 12%-ного раствора.
Для этого умножим объём раствора на его плотность:
Шаг второй: найдём массу гидроксида натрия, которая содержится в 226 г 12%-ного раствора.
Для этого составим пропорцию:
В 100 г раствора содержится 12 г гидроксида натрия;
в 226 г раствора содержится т г гидроксида натрия.
т = (226·12) : 100 = 27,12 (г)
Шаг третий: найдём количество моль гидроксида натрия, которое содержится в 27,12 г.
Для этого вычислим молярную массу гидроксида натрия:
М = 23 + 16 + 1 = 40 (г/моль).
Теперь разделим массу гидроксида натрия на его молярную массу:
27,12 : 40 = 0,68 (моль).
Шаг четвёртый: Найдём объём раствора, в котором это количество гидроксида натрия составит концентрацию 0,5 М.
Для этого составим пропорцию:
в 1000 мл раствора содержится 0,5 моль гидроксида натрия;
в V мл раствора содержится 0,68 моль гидроксида натрия.
Источник
Дисперсные системы
Урок 18. Химия 11 класс ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Дисперсные системы»
Холодный утренний туман, столб дыма над костром, взвешенные частицы в воде рек и озёр – это дисперсные системы. Они состоят из вещества в мелкораздробленном состоянии – дисперсной фазы и среды, в которой эта фаза распределена и называется дисперсионной средой.
Дисперсные системы бывают газовыми, жидкими и твёрдыми.
При смешивании одних веществ с водой образуются однородные, или гомогенные системы, а при смешивании других – неоднородные, или гетэрогенные.
По степени дисперсности, то есть по величине частиц, распределённых в дисперсионной среде, различают грубодисперсные системы, как суспензии и эмульсии и тонкодисперсные системы.
Измеряется размер частиц в нанометрах. Один нанометр равен десять в минус девятой степени метру.
Так частицы в грубодисперсных системах хорошо видны в микроскоп, их средний размер более десяти в шестой степени метра. Например, грубодисперсной системой является молоко.
Оно представляет собой эмульсию капелек жира в жидкости. Грубодисперсные системы неустойчивы и со временем дисперсная фаза отделяется от дисперсионной среды.
В тонко или высокодисперсных системах, которые ещё называют коллоидными системами размер частиц от одного микрометра до одного нанометра.
Классификация дисперсных систем.
Суспензии или взвеси представляют собой находящиеся в жидкой среде мелкие частицы твёрдого вещества. Примером может служить смесь глины с водой. Мутные частицы здесь видны невооружённым глазом. Они легко осаждаются, задерживаются любыми фильтрами, размер этих твёрдых частиц около ста нанометров. То есть в суспензиях дисперсной фазой являются твёрдые вещества.
Какао – также пример суспензии, эта смесь кажется гомогенной, но в конце концов она разделяется. То есть в суспензиях частицы находятся во взвешенном состоянии, и со временем распределяются вниз или вверх, в зависимости от самих частиц. Примером суспензий являются также цементный раствор, бетон и другие.
Эмульсии – это смесь в жидкой среде мелких капелек другой жидкости. Например, смесь масла с водой. В эмульсии мутные отдельные частицы видны невооружённым глазом, они также легко осаждаются, задерживаются обычными фильтрами, размер частиц также около ста нанометров.
Таким образом, эмульсии – это системы, состоящие из двух несмешивающихся жидкостей. Они широко распространены в природе: сырая нефть, млечный сок растений.
Облака, туманы и дым представляют собой аэрозоли. Аэрозоли нашли широкое применение – это топливо в двигателях внутреннего сгорания.
Туман образуется при выпускании в воздух содержимого аэрозольных баллончиков. Дым образуется не только при горении топлива, но и при химических реакциях. Например, при взаимодействии хлороводорода с аммиаком.
Если дисперсионная среда – жидкость, а дисперсная фаза – газ, то образуется система, называемая пеной. Устойчивость пен зависит от прочности плёнок, разделённых пузырьками газа.
Жидкие пены – это мыльная, пивная, квасная пены. При затвердевании плёнок образуются устойчивые твёрдые пены – пемза, вулканический туф. К твёрдым пенам относится также пенопласт, поролон, микропористая резина. Банная губка является дисперсной системой с двумя взаимопроникающими дисперсионными средами. В виде дисперсных систем с жидкой дисперсной фазой и твёрдой дисперсионной средой выпускают некоторые лекарственные средства. Устойчивость пены применяется и при тушении пожаров.
По размерам частиц промежуточное положение между взвесями и истинными растворами занимают коллоидные растворы – золи.
Коллоидные частицы очень малы, но могут состоять из сотен и тысяч молекул. Коллоидные частицы называются мицэллами.
Так, коллоидный раствор йодида серебра можно получить при взаимодействии разбавленных растворов нитрата серебра и йодида калия.
Нерастворимые молекулы йодида серебра образуют ядро коллоидной частицы.
Само вещество ядра нерастворимо в дисперсионной среде и состоит из нейтральных молекул или атомов. В нашем примере ядро коллоидной системы – микрокристаллик йодида серебра, который состоит из множества молекул. Это ядро адсорбирует на своей поверхности ионы, которые находятся в растворе (это ионы серебра и ионы йода). Ядро с таким адсорбционным слоем называется гранулой. Оставшаяся часть ионов образует диффузный слой ионов. Ядро с адсорбционным и диффузным слоями представляет собой мицэллу.
Коллоидные растворы – это смеси, в которых прозрачные отдельные частицы обнаруживаются только при помощи ультрамикроскопа. Эти частицы с трудом осаждаются в течение продолжительного времени и задерживаются только ультрафильтрами. Размер этих частиц приблизительно от одного до ста нанометров.
То есть, коллоиды – разновидность гомогенных систем. В этих смесях частицы настолько малы, что находятся во взвешенном состоянии. Примерами коллоидов является яичный белок, плазма крови.
Укрупнение коллоидных частиц называется коагуляцией. Некоторые коллоидные растворы при коагуляции образуют гели, или студни. Примерами студней являются желе, мармелад, мясной студень, простокваша.
Истинные растворы – это смеси, где прозрачные отдельные частицы нельзя обнаружить даже при помощи ультрамикроскопа, они не осаждаются и фильтрами не задерживаются. Размер этих частиц меньше одного нанометра.
Сходство коллоидов и истинных растворов заключается в их прозрачности. При этом, пропущенный луч света через коллоид даёт светящийся конус, а истинный раствор не даёт. То есть, если на осветлённый коллоидный раствор посмотреть сбоку, то путь луча будет виден, как светлая дорожка, которая образуется в результате рассеивания света частицами. А в истинном растворе луч света не виден, так как молекулы слишком малы и не рассеивают свет.
Вещества в коллоидном состоянии являются основой жизни на земле. Это протоплазма любой живой клетки, представляющая собой сложную коллоидную систему. Мышечная ткань, хрящи, клетки тканей растений, эритроциты – разновидности студней. Коллоиды почвы играют значительную роль в корневом питании растений.
Вещества в коллоидном состоянии принимают участие в образовании многих минералов: агата, малахита, мрамора.
Некоторые драгоценные камни – жемчуг – представляют собой коллоидную систему, где дисперсионной средой является твёрдый карбонат кальция, а дисперсной фазой – капельки воды. Окраска драгоценных камней: рубина, изумруда, сапфира зависит от содержания в них небольших золей металлов.
Ещё в глубокой древности человек использовал коллоидные процессы: египтяне забивали в щели скал деревянные клинья, поливали их водой, древесина набухала, создавалось огромное давление, которое приводило к разрушению твёрдой породы.
Процессы коагуляции коллоидов применяют для очистки природной воды. Так, в бассейн-отстойник добавляют электролит, и коллоиды осаждаются в виде хлопьев, а они задерживаются песчаными фильтрами.
Мели и наносы в устьях образуются под действием воды, которая приводит к коагуляции частиц, находящихся в реке.
С коллоидными процессами связаны важнейшие отрасли промышленности: производство искусственных волокон, различных клеящих веществ, синтетического каучука. Коллоидные растворы используются в мыловарении, бумажной промышленности, в фармацевтическом производстве.
Адсорбционные свойства коллоидных частиц положены в основу процесса обогащения руд. Важнейшие пищевые продукты: простокваша, кефир, творог, желе, джем – это коллоидные системы – студни. Студни обладают некоторыми свойствами твёрдого тела: они легко режутся, сохраняют первоначальную форму.
Бумага, сплавы металлов, цветные стёкла, пластмассы, натуральные и искусственные ткани содержат вещества в коллоидном состоянии.
Источник
