8. Дисперсные системы. Растворы
8.1. Дисперсные системы и их классификация
В лабораториях и промышленности чаще всего имеют дело не с индивидуальными веществами, а с гомогенными или гетерогенными смесями двух или более веществ.
Системы, в которых одно или несколько веществ в виде мелких частиц распределены в другом веществе, называют дисперсными. Дисперсные системы состоят из дисперсионной среды и дисперсной фазы. Дисперсионная среда – вещество, образующее сплошную непрерывную фазу, в которой происходит распределение другого вещества в виде раздробленных частиц того или иного размера – (дисперсной фазы).
Вещество, которое распределяется в дисперсионной среде, называется дисперсной фазой (понятие «фаза» здесь не строгое).
Существуют две классификации дисперсных систем: 1) по размеру распределяемых частиц; 2) по агрегатному состоянию дисперсионной среды и дисперсной фазы.
По размеру частиц дисперсной фазы системы делят на следующие.
1. Истинные растворы. Размер частиц меньше 10 -9 м (ионная или молекулярная степень раздробленности, гомогенная система). В истинных растворах степень «дробления» вещества соответствует размерам молекул (ионов), следовательно, исчезает поверхность раздела и система становится гомогенной (однородной).
2. Коллоидные растворы. Размер частиц составляет 10-7 - 10-9 м (микрогетерогенные, тонкодисперсные системы, довольно устойчивы).
3. Грубодисперсные системы (суспензии, взвеси, эмульсии). Размер частиц больше 10-7 м. Для грубодисперсных систем размер частиц дисперсной фазы значительный, что позволяет им сохранять все свойства фазы, поэтому такие системы и рассматриваются как гетерогенные (гетерогенные системы неустойчивы, ΔG>0).
Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию приведена в табл. 8.1.
Таблица 8.1
Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсионной среды и дисперсной фазы
|
Дисперсионная среда |
Дисперсная фаза |
Примеры | |||
|
1 |
2 |
3 | |||
|
Газ |
Газ Жидкость Твердое тело |
Газовые смеси
|
Продолжение табл. 8.1
|
1 |
2 |
3 |
|
Жидкость |
Газ Жидкость (несмешивающиеся жидкости) Твердое тело (нерастворимое в данной жидкости) |
Пена Эмульсии (молоко, крема, нефть)
Суспензии, взвеси (глина в воде) |
|
Твердое тело |
Газ
Жидкость
Твердое тело |
Твердые пены (пенопласты, пемза, пеностекло) Твердые эмульсии (вода в парафине, жемчуг) Сплавы, твердые растворы |
8.2. Общая характеристика растворов
В окружающем нас мире растворы встречаются повсеместно: воздух представляет собой газообразный раствор О2, СО2 и других веществ в азоте; морская вода – водный раствор целого ряда веществ (минеральных солей, газов, органических соединений); чугун – твердый раствор углерода в железе и т.д. Множество различных растворов содержится в организме человека и животных. Если мы проанализируем известные нам химические реакции, то обнаружим, что большинство из них протекает в растворах. Поэтому изучение природы растворов важно со всех точек зрения: научной, экологической, экономической и других.
Раствор – многокомпонентная, однофазная, равновесная система переменного состава.
Растворы термодинамически устойчивы, равновесны (ΔG=0; свободная энергия Гиббса минимальна).
Растворы могут существовать в любом агрегатном состоянии – твердом, жидком или газообразном.
Компонентами раствора являются растворитель (среда) и растворенное вещество (или несколько веществ), равномерно распределенные в растворителе в виде молекул, атомов или ионов.
Растворителем принято считать вещество, агрегатное состояние которого в процессе образования раствора не меняется. При одинаковом агрегатном состоянии всех компонентов раствора растворителем считают то вещество, концентрация которого выше.
Поскольку жидкие растворы имеют наибольшее распространение, и применение, остановимся более подробно на их свойствах.
Важной характеристикой любого раствора является его состав, который выражается концентрацией.