Shumica e substancave rreth nesh janë përzierje substancash të ndryshme, ndaj studimi i vetive të tyre luan një rol të rëndësishëm në zhvillimin e kimisë, mjekësisë, industrisë ushqimore dhe sektorëve të tjerë të ekonomisë. Artikulli diskuton çështjet se cila është shkalla e shpërndarjes dhe si ndikon ajo në karakteristikat e sistemit.
Çfarë janë sistemet disperse?
Para se të diskutohet për shkallën e dispersionit, është e nevojshme të sqarohet se në cilat sisteme mund të zbatohet ky koncept.
Le të imagjinojmë se kemi dy substanca të ndryshme që mund të ndryshojnë nga njëra-tjetra në përbërjen kimike, për shembull, kripa e tryezës dhe uji i pastër, ose në gjendjen e grumbullimit, për shembull, i njëjti ujë në lëng dhe të ngurtë (akull) shtetet. Tani duhet t'i merrni dhe t'i përzieni këto dy substanca dhe t'i përzieni intensivisht. Cili do të jetë rezultati? Varet nëse reaksioni kimik ka ndodhur gjatë përzierjes apo jo. Kur flitet për sisteme të shpërndara, besohet se kur atonë formim nuk ndodh asnjë reagim, domethënë substancat fillestare ruajnë strukturën e tyre në nivel mikro dhe vetitë e tyre fizike të qenësishme, si dendësia, ngjyra, përçueshmëria elektrike dhe të tjera.
Kështu, një sistem i shpërndarë është një përzierje mekanike, si rezultat i së cilës dy ose më shumë substanca përzihen me njëra-tjetrën. Kur formohet, përdoren konceptet e "mediumit të shpërndarjes" dhe "fazës". E para ka vetinë e vazhdimësisë brenda sistemit dhe, si rregull, gjendet në të në një sasi të madhe relative. E dyta (faza e shpërndarë) karakterizohet nga vetia e ndërprerjes, pra në sistem është në formën e grimcave të vogla, të cilat kufizohen nga sipërfaqja që i ndan nga mediumi.
Sisteme homogjene dhe heterogjene
Është e qartë se këta dy komponentë të sistemit të shpërndarë do të ndryshojnë në vetitë e tyre fizike. Për shembull, nëse hidhni rërë në ujë dhe e përzieni, është e qartë se kokrrat e rërës që ekzistojnë në ujë, formula kimike e së cilës është SiO2, nuk do të ndryshojnë. ne cdo menyre nga shteti kur nuk ishin ne uje. Në raste të tilla, flitet për heterogjenitet. Me fjalë të tjera, një sistem heterogjen është një përzierje e disa (dy ose më shumë) fazave. Ky i fundit kuptohet si një vëllim i kufizuar i sistemit, i cili karakterizohet nga veti të caktuara. Në shembullin e mësipërm, kemi dy faza: rërë dhe ujë.
Megjithatë, madhësia e grimcave të fazës së shpërndarë kur ato treten në çdo mjedis mund të bëhet aq e vogël sa të pushojnë së shfaquri vetitë e tyre individuale. Në këtë rast, flitet përsubstanca homogjene ose homogjene. Edhe pse ato përmbajnë disa komponentë, të gjithë formojnë një fazë në të gjithë vëllimin e sistemit. Një shembull i një sistemi homogjen është një zgjidhje e NaCl në ujë. Kur shpërndahet, për shkak të ndërveprimit me molekulat polare H2O, kristali NaCl zbërthehet në katione të veçanta (Na+) dhe anione (Cl-). Ato janë të përziera në mënyrë homogjene me ujë dhe nuk është më e mundur të gjendet ndërfaqja midis substancës së tretur dhe tretësit në një sistem të tillë.
Madhësia e grimcave
Cila është shkalla e dispersionit? Kjo vlerë duhet të konsiderohet më në detaje. Çfarë përfaqëson ajo? Është në përpjesëtim të zhdrejtë me madhësinë e grimcave të fazës së shpërndarë. Është kjo karakteristikë që qëndron në bazë të klasifikimit të të gjitha substancave në shqyrtim.
Kur studiojnë sistemet disperse, studentët shpesh ngatërrohen në emrat e tyre, sepse ata besojnë se klasifikimi i tyre bazohet edhe në gjendjen e grumbullimit. Kjo nuk eshte e vertete. Përzierjet e gjendjeve të ndryshme të grumbullimit kanë vërtet emra të ndryshëm, për shembull, emulsionet janë substanca ujore, dhe aerosolet tashmë sugjerojnë ekzistencën e një faze gazi. Megjithatë, vetitë e sistemeve disperse varen kryesisht nga madhësia e grimcave të fazës së tretur në to.
Klasifikimi i pranuar përgjithësisht
Klasifikimi i sistemeve disperse sipas shkallës së dispersionit është dhënë më poshtë:
- Nëse madhësia e grimcave të kushtëzuara është më e vogël se 1 nm, atëherë sisteme të tilla quhen zgjidhje reale ose të vërteta.
- Nëse madhësia e kushtëzuar e grimcave qëndron ndërmjet 1 nm dhe100 nm, atëherë substanca në fjalë do të quhet tretësirë koloidale.
- Nëse grimcat janë më të mëdha se 100 nm, atëherë po flasim për suspensione ose pezullime.
Në lidhje me klasifikimin e mësipërm, le të sqarojmë dy pika: së pari, shifrat e dhëna janë treguese, domethënë, një sistem në të cilin madhësia e grimcave është 3 nm nuk është domosdoshmërisht një koloid, por mund të jetë gjithashtu i vërtetë. zgjidhje. Kjo mund të përcaktohet duke studiuar vetitë e tij fizike. Së dyti, mund të vëreni se lista përdor shprehjen "madhësia e kushtëzuar". Kjo për faktin se forma e grimcave në sistem mund të jetë plotësisht arbitrare, dhe në rastin e përgjithshëm ka një gjeometri komplekse. Prandaj, ata flasin për ndonjë madhësi mesatare (të kushtëzuar) të tyre.
Më vonë në artikull do të japim një përshkrim të shkurtër të llojeve të përmendura të sistemeve disperse.
Zgjidhje të vërteta
Siç u përmend më lart, shkalla e shpërndarjes së grimcave në tretësirat reale është aq e lartë (madhësia e tyre është shumë e vogël, < 1 nm) saqë nuk ka asnjë ndërfaqe midis tyre dhe tretësit (mesatar), d.m.th. është një sistem homogjen njëfazor. Për plotësinë e informacionit, kujtojmë se madhësia e një atomi është në rendin e një angstrom (0.1 nm). Numri i fundit tregon se grimcat në tretësirat reale janë në madhësi atomike.
Vetitë kryesore të tretësirave të vërteta që i dallojnë ato nga koloidet dhe suspensionet janë si më poshtë:
- Gjendja e tretësirës ekziston për një kohë arbitrare të gjatë e pandryshuar, domethënë, nuk formohet precipitat i fazës së shpërndarë.
- Shpërbërësubstanca nuk mund të ndahet nga tretësi me anë të filtrimit përmes letrës së zakonshme.
- Substanca gjithashtu nuk ndahet si rezultat i procesit të kalimit nëpër membranën poroze, që në kimi quhet dializë.
- Është e mundur të ndash një substancë të tretur nga një tretës vetëm duke ndryshuar gjendjen e grumbullimit të këtij të fundit, për shembull, me anë të avullimit.
- Për zgjidhje ideale, mund të kryhet elektroliza, domethënë, një rrymë elektrike mund të kalohet nëse në sistem aplikohet një ndryshim potencial (dy elektroda).
- Ato nuk shpërndajnë dritë.
Një shembull i tretësirave të vërteta është përzierja e kripërave të ndryshme me ujë, për shembull, NaCl (kripë e tryezës), NaHCO3 (sodë buke), KNO 3(nitrat kaliumi) dhe të tjerë.
tretësira koloidale
Këto janë sisteme të ndërmjetme midis zgjidhjeve reale dhe pezullimeve. Sidoqoftë, ato kanë një numër karakteristikash unike. Le t'i rendisim ato:
- Ato janë mekanikisht të qëndrueshme për një kohë arbitrare të gjatë nëse kushtet mjedisore nuk ndryshojnë. Mjafton që sistemi të ngrohet ose të ndryshohet aciditeti i tij (vlera e pH), pasi koloidi mpikset (precipiton).
- Ato nuk ndahen duke përdorur letër filtri, megjithatë, procesi i dializës çon në ndarjen e fazës së shpërndarë nga mediumi.
- Ashtu si me solucionet e vërteta, ato mund të elektrolizohen.
- Për sistemet koloidale transparente, i ashtuquajturi efekti Tyndall është karakteristik: duke kaluar një rreze drite përmes këtij sistemi, ju mund ta shihni atë. Është e lidhur meshpërhapja e valëve elektromagnetike në pjesën e dukshme të spektrit në të gjitha drejtimet.
- Aftësia për të absorbuar substanca të tjera.
Sistemet koloidale, për shkak të vetive të listuara, përdoren gjerësisht nga njerëzit në fusha të ndryshme të veprimtarisë (industria ushqimore, kimia), dhe gjithashtu gjenden shpesh në natyrë. Një shembull i një koloid është gjalpi, majoneza. Në natyrë, këto janë mjegulla, retë.
Para se të vazhdojmë me përshkrimin e klasës së fundit (të tretë) të sistemeve disperse, le të shpjegojmë më në detaje disa nga vetitë e emërtuara për koloidet.
Çfarë janë tretësirat koloidale?
Për këtë lloj sistemesh disperse, klasifikimi mund të jepet, duke marrë parasysh gjendjet e ndryshme agregate të mediumit dhe fazën e tretur në të. Më poshtë është tabela përkatëse/
| e mërkurë/Faza | Gaz | Lëng | Trup i ngurtë |
| gaz | të gjithë gazrat janë pafundësisht të tretshëm në njëri-tjetrin, kështu që ata gjithmonë formojnë zgjidhje të vërteta | aerosol (mjegull, re) | aerosol (tymi) |
| lëng | shkumë (rroje, krem pana) | emulsion (qumësht, majonezë, salcë) | sol (bojëra uji) |
| trup i ngurtë | shkumë (shtuf, çokollatë e gazuar) | xhel (xhelatinë, djathë) | sol (kristal rubin, granit) |
Tabela tregon se substancat koloidale janë të pranishme kudo, si në jetën e përditshme ashtu edhe në natyrë. Vini re se një tabelë e ngjashme mund të jepet edhe për pezullimet, duke kujtuar se ndryshimi mekoloidet në to është vetëm në madhësinë e fazës së shpërndarë. Megjithatë, pezullimet janë mekanikisht të paqëndrueshme dhe për këtë arsye kanë më pak interes praktik sesa sistemet koloidale.
Arsyeja e stabilitetit mekanik të koloideve
Pse majoneza mund të qëndrojë në frigorifer për një kohë të gjatë dhe grimcat e pezulluara në të nuk precipitojnë? Pse grimcat e bojës të tretura në ujë nuk "bien" përfundimisht në fund të enës? Përgjigja për këto pyetje do të jetë lëvizja Brownian.
Kjo lloj lëvizjeje u zbulua në gjysmën e parë të shekullit të 19-të nga botanisti anglez Robert Brown, i cili vëzhgoi nën një mikroskop se si grimcat e vogla të polenit lëvizin në ujë. Nga pikëpamja fizike, lëvizja Brownian është një manifestim i lëvizjes kaotike të molekulave të lëngshme. Intensiteti i tij rritet nëse temperatura e lëngut ngrihet. Është kjo lloj lëvizjeje që bën që grimcat e vogla të tretësirave koloidale të jenë në pezullim.
Vetia e adsorbimit
Dispersia është reciproke e madhësisë mesatare të grimcave. Meqenëse kjo madhësi në koloidet shtrihet në intervalin nga 1 nm deri në 100 nm, ato kanë një sipërfaqe shumë të zhvilluar, domethënë, raporti S / m është një vlerë e madhe, këtu S është sipërfaqja totale e ndërfaqes midis dy fazave (medium dispersioni dhe grimcat), m - masa totale e grimcave në tretësirë.
Atomet që janë në sipërfaqen e grimcave të fazës së shpërndarë kanë lidhje kimike të pangopura. Kjo do të thotë se ata mund të formojnë komponime me të tjeramolekulat. Si rregull, këto komponime lindin për shkak të forcave të van der Waals ose lidhjeve hidrogjenore. Ata janë në gjendje të mbajnë disa shtresa molekulash në sipërfaqen e grimcave koloidale.
Një shembull klasik i një adsorbent është karboni i aktivizuar. Është një koloid, ku mjedisi i dispersionit është i ngurtë dhe faza është gaz. Sipërfaqja specifike për të mund të arrijë 2500 m2/g.
Shkalla e imtësisë dhe sipërfaqja specifike
Llogaritja e S/m nuk është një detyrë e lehtë. Fakti është se grimcat në një zgjidhje koloidale kanë madhësi, forma të ndryshme dhe sipërfaqja e secilës grimcë ka një lehtësim unik. Prandaj, metodat teorike për zgjidhjen e këtij problemi çojnë në rezultate cilësore, dhe jo në ato sasiore. Megjithatë, është e dobishme të jepet formula për sipërfaqen specifike nga shkalla e dispersionit.
Nëse supozojmë se të gjitha grimcat e sistemit kanë një formë sferike dhe të njëjtën madhësi, atëherë si rezultat i llogaritjeve të drejtpërdrejta, fitohet shprehja e mëposhtme: Sud=6/(dρ), ku Sud - sipërfaqja (specifike), d - diametri i grimcave, ρ - dendësia e substancës nga e cila përbëhet. Nga formula mund të shihet se grimcat më të vogla dhe më të rënda do të kontribuojnë më shumë në sasinë në shqyrtim.
Mënyra eksperimentale për të përcaktuar Sud është llogaritja e vëllimit të gazit që absorbohet nga substanca në studim, si dhe matja e madhësisë së poreve (faza e shpërndarë) në të.
tharje në ngrirje dheliofobik
Liofiliciteti dhe liofobiteti - këto janë karakteristikat që, në fakt, përcaktojnë ekzistencën e klasifikimit të sistemeve disperse në formën në të cilën është dhënë më sipër. Të dy konceptet karakterizojnë lidhjen e forcës midis molekulave të tretësit dhe substancës së tretur. Nëse kjo marrëdhënie është e madhe, atëherë ata flasin për liofili. Pra, të gjitha tretësirat e vërteta të kripërave në ujë janë liofile, pasi grimcat (jonet) e tyre janë të lidhura elektrikisht me molekulat polare H2O. Nëse konsiderojmë sisteme të tilla si gjalpi ose majoneza, atëherë këta janë përfaqësues të koloideve tipike hidrofobike, pasi molekulat e yndyrës (lipideve) në to sprapsin molekulat polare H2O.
Është e rëndësishme të theksohet se sistemet liofobike (hidrofobike nëse tretësi është uji) janë termodinamikisht të paqëndrueshëm, gjë që i dallon ato nga ato liofilike.
Vetitë e pezullimeve
Tani merrni parasysh klasën e fundit të sistemeve disperse - pezullimet. Kujtojmë se ato karakterizohen nga fakti se grimca më e vogël në to është më e madhe se ose e rendit 100 nm. Çfarë pronash kanë? Lista përkatëse është dhënë më poshtë:
- Ato janë mekanikisht të paqëndrueshme, kështu që formojnë sediment në një periudhë të shkurtër kohe.
- Ato janë të vrenjtura dhe të errëta ndaj dritës së diellit.
- Faza mund të ndahet nga mediumi me letër filtri.
Shembuj të pezullimeve në natyrë përfshijnë ujin me b altë në lumenj ose hirin vullkanik. Përdorimi njerëzor i pezullimeve shoqërohet sizakonisht me ilaçe (tretësira medicinale).
Koagulimi
Çfarë mund të thuhet për përzierjet e substancave me shkallë të ndryshme dispersioni? Pjesërisht, kjo çështje tashmë është trajtuar në artikull, pasi në çdo sistem shpërndarës grimcat kanë një madhësi që shtrihet brenda kufijve të caktuar. Këtu kemi parasysh vetëm një rast kurioz. Çfarë ndodh nëse përzieni një koloid dhe një zgjidhje të vërtetë elektrolit? Sistemi i peshuar do të prishet dhe do të ndodhë koagulimi i tij. Arsyeja e saj qëndron në ndikimin e fushave elektrike të joneve të tretësirës së vërtetë në ngarkesën sipërfaqësore të grimcave koloidale.
