Лекція 11

Тема. Колоїдні системи та їх класифікація.

План лекції

1. Тематичний контроль.

2. Колоїдні системи. Добування колоїдних систем,їх класифікація. Стійкість колоїдних систем.

3. Поверхнева енергія. Адсорбція.

4. Поверхнево-активні речовини. Аерозолі, пили, їх пожежна небезпечність.

Література:

1. Голубєв А.В., Лисін В.І., Коваленко, Тарасенко Г.В, Хімія. - К.: Кондор, 2013 стр. 154-161.

2. Романова Н.В. Загальна та неорганічна хімія. - К.:Ірпінь, 2004 § 8.4.

Зміст лекції:

1. Колоїдні системи. Добування колоїдних систем,їх класифікація. Стійкість колоїдних систем.

Вивчення властивостей речовин у високодиспергованому стані і поверхневих явищ у дисперсних системах є об'єктом колоїдної хімії – великого розділу фізичної хімії, який виділився в окрему галузь науки

КОЛОЇДИ, КОЛОЇДНІ СИСТЕМИ– мікрогетерогенні дисперсні системи (проміжний стан між справжніми розчинами й грубо-дисперсними системами), що складаються з дуже подрібнених частинок (від 1 до 1000 нм), рівномірно розподілених (розосереджених) в однорідному середовищі або фізично однорідні системи, що містять макромолекули як один з компонентів (молекулярний колоїд). На відміну від частинок грубодисперсних систем (суспензій, емульсій, пін тощо), розмір частинок яких звичайно перевищує 10^-4 см, колоїдні частинки беруть участь в інтенсивному броунівському рухові і не седиментують в полі сил земного тяжіння.

Колоїдні системи з газовим дисперсійним середовищем - високодисперсні аерозолі (дими, тумани), з рідким - золі, латекси, міцелярні розчини, мікроемульсії, з твердим - системи типу рубінового скла. Найпоширеніші в природі та техніці колоїдні системи з рідким дисперсійним середовищем.

ТИПИ колоїдних систем
Дисперсна фаза	Дисперсійне середовище	Найменування	Приклади
Рідина	Газ	Рідкі аерозолі	Туман, купчасті хмари
Тверде тіло	Газ	Тверді аерозолі	Дим, пил, перисті хмари
Газ	Рідина	Піни	Мильні піни
Рідина	Рідина	Емульсії	Молоко (М / В), масло (В / М), нафта
Тверде тіло	Рідина	Золі	Рідка глина, зубна паста
Газ	Тверде тіло	Тверді піни	Пінополістирол, пінопласт, пінобетон
Рідина	Тверде тіло	Тверді емульсії	Опал, перли, грунт
Тверде тіло	Тверде тіло	Тверді суспензії	Пофарбований пластмаси

За агрегатним станом дисперсної фази і дисперсійного середовища:

1 Гідрозолі – дисперсне середовище – вода.

2 Органозолі – дисперсійне середовище – органічні розчинники.

3 Аерозолі – дисперсійне середовище – гази.

Існує два основних методи одержання колоїдних систем:

Дисперсійний метод полягає в подрібнення речовини до маленьких частинок. Подрібнення можна вести:

1) механічним способом (кульові млини, гомогенізатори, ультразвукові дезінтегратори);

2) фізико-хімічним способом – метод пептизації, коли осад речовини переводиться в колоїдний стан додаванням поверхнево–активних сполук - мила, білків.

Конденсаційний метод спрямований на збільшенні розмірів частинок завдяки агрегації молекул або іонів. Для цього використовується:

1) випаровування розчинника, внаслідок чого відбувається конденсація твердої фаза;

2) заміна розчинника, наприклад, коли спиртовий розчин холестерину вилити у воду;

3) використання реакцій, в яких осади формуються з маленьких частинок. Так, отримання колоїдного розчина йодиду срібла відбувається за реакцією заміщення:

KJ + AgNO₃ → AgJ ↓ + KNO₃

Колоїдні розчини можна отримувати в реакціях відновлення чи окислення, або гідролізу:

Ag₂O + H₂ → 2Ag↓ + H₂O

2 HAuCl₄ + 3 H₂O₂ → 2 Au↓ + 8 HCl + 3O₂

2 H₂S + SO₂ → 3 S↓ + 2Н₂О

FeCl₃ + 3H₂O → Fe(OH)₃↓ + 3 HCl

Стійкість колоїдних систем. Під стійкістю дисперсної системи розуміють постійність у часі її стану і основних властивостей: дисперсності, рівномірного розподілу частинок дисперсної фази в об’ємі дисперсійного середовища і характеру взаємодії між частинками. Розрізняють два види стійкості дисперсних систем: седиментаційну (кінетичну) і агрегативну.

Седиментаційна стійкість дає змогу зберігати в системі рівномірний розподіл частинок в об’ємі, тобто протидіяти діям сил тяжіння і процесам осідання або спливання частинок. Основні умови кінетичної стійкості – висока дисперсність і участь частинок дисперсної фази в броунівському русі. Агрегативна стійкість дисперсних систем – це здатність протистояти агрегації частинок (злипання).

Дисперсні системи поділяють на:

– термодинамічно стійкі, або ліофільні, – колоїди, які самочинно диспергуються та існують без додаткової стабілізації (міцелярні розчини ПАР, розчини ВМС тощо.), при утворенні цих систем вільна енергія Гіббса системи зменшується (∆G<0);

– термодинамічно нестійкі, або ліофобні (золі, суспензії, емульсії), для них ∆G>0.