6. Дисперсные и коллоидные системы

Коллоидные системы (растворы) относятся к дисперсным, т. е. системам, где одно вещество в виде частиц различной величины распределено в другом. Дисперсные системы чрезвычайно многообразны; практически всякая реальная система является дисперсной. Дисперсные системы классифицируют прежде всего по размеру частиц дисперсной фазы (или степени дисперсности); кроме того, их разделяют на группы, различающиеся по природе и агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Если дисперсионной средой является жидкость, а дисперсной фазой – твердые частицы, система называется взвесью или суспензией; если дисперсная фаза представляет собой капельки жидкости, то систему называют эмульсией. Эмульсии, в свою очередь, подразделяют на два типа: прямые, или «масло в воде» (когда дисперсная фаза – неполярная жидкость, а дисперсионная среда – полярная жидкость) и обратные, или «вода в масле» (когда полярная жидкость диспергирована в неполярной). Среди дисперсных систем выделяют также пены (газ диспергирован в жидкости) и пористые тела (твердая фаза, в которой диспергированы газ либо жидкость). Основные типы дисперсных систем приведены в табл.1.

Таблица 1

Основные типы дисперсных систем

Дисперсная фаза	Дисперсионная среда	Условное обозначение	Примеры дисперсных систем
Жидкость	Газ	ж/г	Туман, облака, жидкие аэ- розоли
Твердое тело	Газ	т/г	Дым, пыль, твердые аэро- золи
Газ	Жидкость	г/ж	Пены, газовые эмульсии
Жидкость	Жидкость	ж/ж	Эмульсии (молоко, латекс)
Твердое тело	Жидкость	т/ж	Суспензии, коллоидные растворы, гели, пасты
Газ	Твердое тело	г/т	Твердые пены, пористые тела (пенопласты, силика гель, пемза)
Жидкость	Твердое тело	ж/т	Жемчуг, опал
Твердое тело	Твердое тело	т/т	Цветные стекла, сплавы

По степени дисперсности выделяют обычно несколько классов дисперсных систем.

Грубодисперсные системы – системы, размер частиц дисперсной фазы в которых превышает 10^–7 м.

Коллоидные системы – системы, размер частиц дисперсной фазы в которых составляет 10^–7–10^–9 м. Коллоидные системы характеризуются гетерогенностью, т. е. наличием поверхностей раздела фаз и очень большим значением удельной поверхности дисперсной фазы.

Коллоидные системы по степени дисперсности занимают промежуточное положение между истинными растворами (молекулярно- или ионно-дисперсными системами) и грубодисперсными системами.

Методы получения коллоидных растворов можно разделить на две группы: методы конденсации (в том числе и химической) и диспергирования.

Дисперсионные методы основаны на раздроблении твердых тел до частиц коллоидного размера и образовании таким образом коллоидных растворов. Процесс диспергирования осуществляется различными методами: механическим размалыванием вещества, в так называемых коллоидных мельницах, электродуговым распылением металлов, дроблением вещества при помощи ультразвука.

Вещество, находящееся в молекулярно-дисперсном состоянии, можно перевести в коллоидное состояние при замене одного растворителя другим – методом замены растворителя. В качестве примера можно привести получение золя канифоли, которая не растворяется в воде, но хорошо растворима в этаноле. Коллоидные растворы можно получать также и методом химической  конденсации, основанном на проведении химических реакций, сопровождающихся образованием нерастворимых или малорастворимых веществ.

Основной структурной единицей коллоидных растворов является мицелла, которая имеет сложное строение. Она состоит из коллоидной частицы и диффузного слоя противоионов. В состав коллоидной частицы входят ядро, адсорбированные ионы (потенциалоопределяющие), противоионы, растворитель (рис 1).

Рис. 1. Строение мицеллы

Коллоидная частица имеет положительный или отрицательный заряд, а мицелла электронейтральна.

Процесс гидролиза различных солей может приводить к образованию коллоидных растворов нерастворимых гидроксидов или кислот; так получают, например, золь гидроксида железа (III), имеющий следующее строение:

{[Fe(OH)₃]_m · n FeO⁺ · (n–x)Cl^–}^x+ · x Cl^–

Тесты

1. В соответствии с классификацией дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды к типу Ж/Ж относят:

а) нефть;

б) молоко;

в) хлеб;

г) облака.

2. В природе образование дисперсных систем происходит:

а) при выпадении осадков;

б) возникновении тумана;

в) землетрясениях;

г) рассеивании тумана.

3. Туман, относящийся к дисперсной системе, – это:

а) суспензия;

б) аэрозоль;

в) эмульсия;

г) пена;

д) гель;

е) нет правильного ответа.

4. Дым, относящийся к дисперсной системе – это:

а) суспензия;

б) аэрозоль;

в) эмульсия;

г) пена;

д) гель;

е) нет правильного ответа.

5. Майонез относится к типу дисперсной системы – это:

а) суспензия;

б) аэрозоль;

в) эмульсия;

г) пена;

д) гель;

е) нет правильного ответа.

6. Пемза относится к дисперсным системам типа (Г–Т) – это:

а) суспензия;

б) аэрозоль;

в) эмульсия;

г) твердая пена;

д) гель;

е) нет правильного ответа.

7. Коллоидные частицы золя, полученного при введении в разбавленный раствор K₂SO₄ насыщенного раствора BaCl₂, имеют заряд:

а) нулевой;

б) отрицательный;

в) не скомпенсированный слоем противоионов;

г) положительный.

8. Согласно теории строения коллоидных растворов совокупность коллоидной частицы и диффузионного слоя ионов образует электронейтральную систему, которая называется:

а) мицеллой;

б) аддуктом;

в) агрегитом;

г) молекулой.

9. Коллоидные частицы золя, полученного при введении в разбавленный раствор K₂SO₄ насыщенного раствора BaCl₂, имеют заряд;

а) нулевой;

б) отрицательный;

в) не скомпенсированный слоем противоионов;

г) положительный

10. Коллоидная частица, образующая при взаимодействии избытка разбавленного раствора гидроксида калия с раствором нитрата меди (II), в постоянном электрическом поле будет:

а) двигаться к катоду;

б) двигаться к аноду;

в) совершать колебательные движения;

г) оставаться неподвижной.

11. Для очистки коллоидных растворов от ионных примесей применяют метод:

а) электрокоагуляции;

б) электроосмоса;

в) электродиализа;

г) электрофореза.

12. В результате нейтрализации электрического заряда и удаления гидратной оболочки коллоидных частиц (гранул) происходит:

а) их разрушение и коагуляция;

б) электролитическая пептизация;

в) кинетическая стабилизация;

г) гидролитическая конденсация.

13. Наибольшее коагулирующее действие на золь с отрицательно заряженными коллоидными частицами оказывает:

а) AlCl₃

б) FeSO₄

в) KCl

г) K₃PO₄

14. Причиной возникновения светящегося конуса (конус Тиндаля) при прохождении через коллоидный раствор светового потока является:

а) флуоресценция;

б) адсорбция;

в) светопоглощение;

г) дифракционное рассеяние.

15. Для золя иодида серебра, полученного реакцией

AgNO₃ + KI = AgI + KNO₃,

наибольшим коагуляционным действием будет обладать ион:

а) NH₄ ⁺

б) Mg²⁺

в) Fe²⁺

г) Fe³⁺

16. Ион, при добавлении которого в коллоидную систему происходит ее разрушение, называется:

а) коагулирующим;

б) адсорбирующим;

в) диффундирующим;

г) потенциалопределяющим.

17. Образование коллоидного раствора происходит путем частиц:

а) конденсирования;

б) диспергирования;

в) коагуляции;

г) седиментации.

18. Уравнение реакции, в результате которой возможно образование коллоидного раствора методом химической конденсации, имеет вид:

а) KF + AgNO₃

б) NaOH + Ba(NO₃)₂

в) CuSO₄ + NaNO₃

г) KCl + AgNO₃

19. К избытку нитрата серебра постепенно (каплями) приливают раствор иодид калия, при этом образуется:

а) {[m(Ag I) nAg⁺ (n – х)NO₃^– · у Н₂О]⁺} · х NO₃^– · z Н₂О

б) {[mAg I n I ^– (n – х)К⁺ · у Н₂О]^–х + х NO₃^– · z Н₂О}⁰

в) {[mAg I nAg⁺ 2(n – х)NO₃^– · у Н₂О]⁺² · х NO₃^– · z Н₂О}⁰

г) {[mAg I nAg⁺ (n – х)NO₃^– · у Н₂О]^+х + х NO₃^– · z Н₂О}⁰

д) нет правильного ответа.

20. При постепенном прибавлении раствора хлорида хрома (+3) к кипящей воде образуется золь:

а) {[m Сr(ОН)₃ 3n Сr⁺ (n – х)Сl^– у · Н₂О]^+3х · 3хСl^– · z Н₂О}⁰

б) {[m Сr (ОН)₃ 2n Сr⁺² 2(n – х)Сl^– у · Н₂О]^+3х + 2хСl^– · z Н₂О}⁰

в) {[m Сr (ОН)₃ 3n Сr⁺ 3(n – х)Сl^– · у Н₂О]^+3х · 3хСl^– · z Н₂О}⁰

г) {[m Сr(О Н)₃ 3n Сr⁺³ 3(n – х)Сl^– · у Н₂О]^+3х + 3хСl^– · z Н₂О}⁰

д) нет правильного ответа.

21. К избытку иодида калия постепенно (каплями) приливают раствор нитрата серебра, при этом образуется:

а) {[m(Ag I) nAg⁺ (n – х) NO₃^– · у Н₂О]⁺} + х NO₃^– · z Н₂О

б) {[m(Ag I) n I^– (n – х) К⁺ · у Н₂О]^–х + х К⁺ · z Н₂О}⁰

в) {[m(Ag I ) nAg⁺ (n – х)NO₃^– · у Н₂О]⁺ · х NO₃^– · z Н₂О}

г) {[mAg I nAg⁺ (n – х)NO₃^– · у Н₂О]^+х + х NO₃^– · z Н₂О}⁰

д) нет правильного ответа.

22. При постепенном прибавлении раствора хлорида никеля (+3) к кипящей воде образуется золь:

а) {[m Ni(ОН)₃ 3n Ni⁺ (n – х)Сl^– у · Н₂О]^+3х · 3хСl^– · z Н₂О}⁰

б) {[m Ni(ОН)₃ 2n Ni⁺² 2(n – х)Сl^– у · Н₂О]^+3х + 2хСl^– · z Н₂О}⁰

в) {[m Ni (ОН)₃ 3n Ni ⁺ 3(n – х)Сl^– · у Н₂О]^+3х · 3хСl^– · z Н₂О}⁰

г) {[m Ni (О Н)₃ 3n Ni⁺³ 3(n – х)Сl^– · у Н₂О]^+3х + 3хСl^– ·z Н₂О}⁰

д) нет правильного ответа.

23. При постепенном прибавлении раствора хлорида алюминия к кипящей воде образуется золь

а) {[m Al(ОН)3 3n Al+ (n – х)Сl– у · Н₂О]^+х + 3хСl^– · z Н₂О}⁰

б) {[m Al (ОН)₃ 2n Al⁺² 2(n – х)Сl^– у · Н₂О]^+2х + 2хСl^– · z Н₂О}⁰

в) {[m Al (ОН)₃ 3n Al⁺ 3(n – х)Сl^– · у Н₂О]^+3х + хСl^– · z Н₂О}⁰

г) {[m Al(О Н)₃ 3n Al⁺³ 3(n – х)Сl^– у Н₂О]^+3х + 3хСl^– · z Н₂О}⁰

д) нет правильного ответа.

24. При постепенном прибавлении раствора хлорида железа ( +3) к кипящей воде образуется золь:

а) {[m Fе(ОН)₃ 3n Fе⁺ (n – х)Сl^– ·у · Н₂О]^+3х · 3хСl^– · z Н₂О}⁰

б) {[m Fе(ОН)₃ 3n Fе⁺² 2(n – х)Сl^–·у · Н₂О]^+3х + 3хСl^– · z Н₂О}⁰

в) {[m Fе(ОН)₃ 3n Fе⁺ 3(n – х)Сl^–·у · Н₂О]^+3х · 3хСl^– · z Н₂О}⁰

г) {[m Fе(ОН)₃ 3n Fе⁺³ 3(n – х)Сl^– · у · Н₂О]^+3х + 3хСl^– ·z Н₂О}⁰

д) нет правильного ответа.

25. К избытку хлорида калия постепенно (каплями) приливают раствор нитрата серебра, при этом образуется:

а) {[m(Ag Сl) nAg⁺ (n – х) NO₃^– · у · Н₂О]⁺} + х NO₃^– · z Н₂О

б) {[m(Ag Сl) n Сl^– (n – х) К^{+ ·} у Н₂О]^–х + х К⁺ · z Н₂О}⁰

в) {[m(Ag Сl)nAg⁺ (n – х)NO₃^{– ·} у · Н₂О]⁺ · х NO₃^– · z Н₂О}

г) {[m(Ag Сl) nAg⁺ (n – х)NO₃^– · у · Н₂О]^+х + х NO₃^– · z Н₂О}⁰

д) нет правильного ответа.

٭ ٭ ٭

И так, мы закончили изучение раздела химии «Растворы и дисперсные системы», а также практически закрепили этот материал посредством решения задач и выполнения тестов, которые способствуют пониманию сущности химических и физико-химических процессов, протекающих при растворении веществ в воде и других растворителях