Sistem de dispersie de ceață. Faza dispersată - ce este? Caracteristicile esențiale ale sistemelor coloidale

Sistem de dispersie- formaţiuni din două sau mai multe faze (corpi) care practic nu se amestecă şi nu reacţionează chimic între ele. Într-un caz tipic al unui sistem în două faze, prima dintre substanțe ( faza dispersata) fin distribuit în al doilea ( mediu de dispersie). Dacă există mai multe faze, acestea pot fi separate fizic una de alta (centrifugare, separare etc.).

Sistemele de obicei dispersate sunt soluțiile coloidale, solurile. Sistemele dispersate includ, de asemenea, cazul unui mediu dispersat solid în care se află faza dispersată. Soluții de compuși cu greutate moleculară mare de către dvs

Clasificarea sistemelor disperse

Cea mai generală clasificare a sistemelor dispersate se bazează pe diferența dintre starea de agregare a mediului de dispersie și faza (fazele) dispersată. Combinațiile a trei tipuri de stare de agregare fac posibilă distingerea a nouă tipuri de sisteme dispersate în două faze. Pentru concizie, ele sunt de obicei notate cu o fracție, al cărei numărător indică faza dispersată, iar numitorul indică mediul de dispersie; de exemplu, pentru sistemul gaz în lichid este acceptată denumirea G/L.

Pe baza proprietăților cinetice ale fazei dispersate, sistemele dispersate în două faze pot fi împărțite în două clase:

• Sisteme liber dispersate, în care faza dispersată este mobilă;
• Sisteme dispersate coeziv, în care mediul de dispersie este solid, iar particulele fazei lor dispersate sunt interconectate și nu se pot mișca liber.

La rândul lor, aceste sisteme sunt clasificate în funcție de gradul de dispersie.

Sistemele cu particule de fază dispersată de dimensiuni egale se numesc monodisperse, iar sistemele cu particule de dimensiuni inegale se numesc polidisperse. De regulă, sistemele reale din jurul nostru sunt polidisperse.

Există și sisteme dispersate cu un număr mai mare de faze - sisteme dispersate complexe. De exemplu, atunci când un mediu lichid de dispersie fierbe cu o fază solidă dispersată, se obține un sistem trifazat „vapor - picături - particule solide”.

Un alt exemplu de sistem complex de dispersie este laptele, ale cărui componente principale (fără a număra apa) sunt grăsimea, cazeina și zahărul din lapte. Grăsimea este sub formă de emulsie și când laptele stă, se ridică treptat până la vârf (cremă). Cazeina este conținută sub formă de soluție coloidală și nu este eliberată spontan, dar poate fi ușor precipitată (sub formă de brânză de vaci) atunci când laptele este acidulat, de exemplu, cu oțet. În condiții naturale, cazeina este eliberată atunci când laptele se acru. În cele din urmă, zahărul din lapte este sub formă de soluție moleculară și este eliberat numai atunci când apa se evaporă.

Sisteme liber dispersate

Pe baza dimensiunii particulelor, sistemele dispersate liber sunt împărțite în:

Sistemele ultramicroeterogene sunt numite și coloidale sau soluri. În funcție de natura mediului de dispersie, solurile sunt împărțite în soluri solide, aerosoli (soluri cu mediu de dispersie gazos) și liosoluri (soluri cu mediu de dispersie lichid). Sistemele microeterogene includ suspensii, emulsii, spume și pulberi. Cele mai comune sisteme grosiere sunt sistemele solid-gaz (de exemplu, nisip).

Sistemele coloidale joacă un rol imens în biologie și viața umană. În fluidele biologice ale corpului, o serie de substanțe sunt în stare coloidală. Obiectele biologice (celule musculare și nervoase, sânge și alte fluide biologice) pot fi considerate soluții coloidale. Mediul de dispersie al sângelui este plasma - o soluție apoasă de săruri și proteine ​​anorganice.

Sisteme dispersate coeziv

Materiale poroase

Materialele poroase sunt împărțite în funcție de dimensiunea porilor, conform clasificării lui M. M. Dubinin, în:

Pe baza caracteristicilor geometrice, structurile poroase sunt împărțite în regulat(în care în volumul corpului există o alternanță corectă a porilor sau a cavităților individuale și a canalelor care le conectează) și stocastică(în care orientarea, forma, mărimea, poziția relativă și relațiile porilor sunt aleatorii). Majoritatea materialelor poroase sunt caracterizate de o structură stocastică. Contează și natura porilor: deschis porii comunică cu suprafața corpului astfel încât lichidul sau gazul să poată fi filtrat prin ei; capat de drum porii comunică și cu suprafața corpului, dar prezența lor nu afectează permeabilitatea materialului; pori inchisi .

Sisteme solide eterogene

Un exemplu tipic de sisteme solide eterogene sunt materialele compozite utilizate recent pe scară largă (compozite) - materiale solide create artificial, dar eterogene, care constau din două sau mai multe componente cu granițe clare de interfață între ele. În majoritatea acestor materiale (cu excepția celor stratificate), componentele pot fi împărțite în matriceși incluse în ea elemente de armare; in acest caz, elementele de armare sunt de obicei responsabile de caracteristicile mecanice ale materialului, iar matricea asigura functionarea in comun a elementelor de armare. Cele mai vechi materiale compozite includ chirpici, beton armat, oțel damasc și papier-mâché. În zilele noastre, materialele plastice armate cu fibre, fibra de sticlă și metalo-ceramica sunt utilizate pe scară largă și și-au găsit aplicații într-o mare varietate de domenii de tehnologie.

Mișcarea sistemelor dispersate

Mecanica mediilor multifazate se ocupa cu studiul miscarii sistemelor dispersate. În special, problemele de optimizare a diferitelor dispozitive de căldură și putere (unități de turbină cu abur, schimbătoare de căldură etc.), precum și dezvoltarea tehnologiilor pentru aplicarea diferitelor acoperiri, fac problema modelării matematice a fluxurilor de gaz în apropierea peretelui. -amestec de picături lichide relevante. La rândul său, diversitatea semnificativă a structurii fluxurilor din apropierea peretelui de medii multifazate, necesitatea de a lua în considerare diverși factori (inerția picăturilor, formarea unui film lichid, tranziții de fază etc.) necesită construirea de modele matematice speciale. de medii multifazice, care sunt în prezent dezvoltate activ

Clasificarea după starea de agregare. Cea mai generală clasificare a sistemelor dispersate se bazează pe diferența de stare de agregare dintre faza dispersată și faza dispersată. Combinațiile a trei tipuri de stare de agregare fac posibilă distingerea a nouă tipuri de sisteme dispersate. Pentru concizie, ele sunt de obicei notate printr-o fracție, al cărei numărător indică faza dispersată, iar numitorul indică mediul de dispersie, de exemplu, pentru sistemul „gaz în lichid” denumirea G/L este acceptată.

Clasificarea sistemelor dispersate în funcție de starea de agregare a fazei dispersate și a mediului de dispersie

Toate combinațiile de mai sus sunt posibile și există de fapt.

Primul caz este oarecum aparte - G 1 / G 2. De regulă, amestecurile de gaze formează un sistem de dispersie moleculară omogen. Și numai unele gaze la presiune ridicată sunt capabile să producă un amestec cu solubilitate limitată - amestecuri eterogene. De asemenea, trebuie remarcată originalitatea unor sisteme precum spume, spume de polistiren, emulsii concentrate și paste. Particularitatea constă în faptul că în acest caz nu este dispersată numai faza dispersată, ci și mediul de dispersie, deoarece particulele materialului dispersat sunt separate printr-o peliculă subțire a mediului; grosimea filmului poate atinge dimensiuni coloidale, adică mediul este și dispersat coloidal, dar numai într-o singură dimensiune - grosimea.

În starea dispersată coloidală, faza dispersată constă dintr-un număr relativ mic de molecule. Particulele coloidale individuale sunt în esență nuclee ale unei faze, a cărei stare de agregare este uneori dificil de stabilit cu încredere deplină.

În plus, experiența arată că diferența de stare de agregare a unei substanțe dispersate (cu o stare constantă de agregare a mediului de dispersie) nu implică modificări semnificative ale proprietăților sistemului coloidal. În acest sens, clasificarea este simplificată, iar cele nouă tipuri posibile de sisteme dispersate pot fi reduse la trei - în funcție de starea agregată a mediului: sisteme cu mediu gazos, lichid și solid. Pentru concizie, aceștia se numesc aerosoli, liosoluri și, respectiv, solidosoluri. În funcție de natura mediului de dispersie, liosolii se numesc hidrosoli, alcooli, eterosoli etc. Mediul de dispersie al acestor soluri este apa, alcoolul și, respectiv, eterul. Sistemele microeterogene cu un mediu de dispersie lichid și o fază solidă dispersată se numesc suspensii, iar cu o fază lichidă dispersată - emulsii.

Aceste trei grupuri de soluri diferă semnificativ unele de altele în proprietăți, în special stabilitate. Problema stabilității sistemelor coloidale este o întrebare foarte importantă care privește în mod direct însăși existența lor. Prin urmare, merită o privire mai atentă. S-a remarcat anterior că sistemele dispersate coloidale sunt instabile termodinamic. Dar această poziție trebuie clarificată, mai ales că pentru diferite soluri (aerosoli, liosoluri, solidosoluri) situația finală este diferită.

Suspensii- sisteme dispersate în care faza dispersată este solidă, iar mediul de dispersie este lichid, iar solidul este practic insolubil în lichid. Pentru a pregăti o suspensie, trebuie să măcinați substanța într-o pulbere fină, să o turnați într-un lichid în care substanța nu se dizolvă și să agitați bine (de exemplu, scuturați argila în apă). În timp, particulele vor cădea pe fundul vasului. Acest proces se numește sedimentare. Evident, cu cât particulele sunt mai mici, cu atât suspensia va dura mai mult. Prin urmare, cu cât particulele sunt mai mari, cu atât instabilitatea sedimentării este mai mare.

Emulsii- sisteme dispersate în care atât faza dispersată, cât și mediul de dispersie sunt lichide nemiscibile reciproc. O emulsie poate fi preparată din apă și ulei prin agitarea amestecului timp îndelungat. Un exemplu de emulsie este laptele, în care mici globule de grăsime plutesc în lichid. Suspensiile și emulsiile sunt sisteme în două faze.

Spumă. La fel ca emulsiile, spumele sunt sisteme cu dispersie grosieră, prin urmare, în multe procese tehnologice, spumele sunt obținute prin aceleași metode de dispersie care sunt folosite pentru obținerea bulelor de gaz.

Aerosoli– un sistem dispers format din particule mici, solide sau lichide suspendate într-un mediu gazos. Aerosolii, a căror fază dispersată este formată din picături lichide, se numesc ceață, iar în cazul unei faze dispersate solide, fum. Praful este clasificat ca aerosoli grosier.

După dimensiunea particulelor sistemele liber dispersate sunt împărțite

Ultramicroeterogen se mai numesc si sisteme soluții coloidale sau solurile. În funcție de natura mediului de dispersie, solurile sunt împărțite în soluri solide, aerosoli (soluri cu mediu de dispersie gazos) și liosoluri (soluri cu mediu de dispersie lichid). LA microeterogene sistemele includ suspensii, emulsii, spume și pulberi. Cel mai comun aspru sistemele sunt sisteme cu gaz solid, cum ar fi nisipul. Răspândit în legătură sisteme (corpi poroase) conform clasificarii M.M. Dubinin este împărțit în grupuri

Sistem de dispersie- formaţiuni din două sau mai multe faze (corpi) care practic nu se amestecă şi nu reacţionează chimic între ele. Într-un caz tipic al unui sistem în două faze, prima dintre substanțe ( faza dispersata) fin distribuit în al doilea ( mediu de dispersie). Dacă există mai multe faze, acestea pot fi separate fizic una de alta (centrifugare, separare etc.).

Sistemele de obicei dispersate sunt soluțiile coloidale, solurile. Sistemele dispersate includ, de asemenea, cazul unui mediu dispersat solid în care se află faza dispersată. Soluțiile de compuși cu greutate moleculară mare au, de asemenea, toate proprietățile sistemelor dispersate.

Clasificarea sistemelor disperse

Cea mai generală clasificare a sistemelor dispersate se bazează pe diferența dintre starea de agregare a mediului de dispersie și faza (fazele) dispersată. Combinațiile a trei tipuri de stare de agregare fac posibilă distingerea a nouă tipuri de sisteme dispersate în două faze. Pentru concizie, ele sunt de obicei notate cu o fracție, al cărei numărător indică faza dispersată, iar numitorul indică mediul de dispersie; de exemplu, pentru sistemul gaz în lichid este acceptată denumirea G/L.

Pe baza proprietăților cinetice ale fazei dispersate, sistemele dispersate în două faze pot fi împărțite în două clase:

• Sisteme liber dispersate, în care faza dispersată este mobilă;
• Sisteme dispersate coeziv, în care mediul de dispersie este solid, iar particulele fazei lor dispersate sunt interconectate și nu se pot mișca liber.

La rândul lor, aceste sisteme sunt clasificate în funcție de gradul de dispersie.

Sistemele cu particule de fază dispersată de dimensiuni egale se numesc monodisperse, iar sistemele cu particule de dimensiuni inegale se numesc polidisperse. De regulă, sistemele reale din jurul nostru sunt polidisperse.

Există și sisteme dispersate cu un număr mai mare de faze - sisteme dispersate complexe. De exemplu, atunci când un mediu lichid de dispersie fierbe cu o fază solidă dispersată, se obține un sistem trifazat „vapor - picături - particule solide”.

Un alt exemplu de sistem complex de dispersie este laptele, ale cărui componente principale (fără a număra apa) sunt grăsimea, cazeina și zahărul din lapte. Grăsimea este sub formă de emulsie și când laptele stă, se ridică treptat până la vârf (cremă). Cazeina este conținută sub formă de soluție coloidală și nu este eliberată spontan, dar poate fi ușor precipitată (sub formă de brânză de vaci) atunci când laptele este acidulat, de exemplu, cu oțet. În condiții naturale, cazeina este eliberată atunci când laptele se acru. În cele din urmă, zahărul din lapte este sub formă de soluție moleculară și este eliberat numai atunci când apa se evaporă.

Sisteme liber dispersate

Pe baza dimensiunii particulelor, sistemele dispersate liber sunt împărțite în:

Sistemele ultramicroeterogene sunt numite și coloidale sau soluri. În funcție de natura mediului de dispersie, solurile sunt împărțite în soluri solide, aerosoli (soluri cu mediu de dispersie gazos) și liosoluri (soluri cu mediu de dispersie lichid). Sistemele microeterogene includ suspensii, emulsii, spume și pulberi. Cele mai comune sisteme grosiere sunt sistemele solid-gaz (de exemplu, nisip).

Sistemele coloidale joacă un rol imens în biologie și viața umană. În fluidele biologice ale corpului, o serie de substanțe sunt în stare coloidală. Obiectele biologice (celule musculare și nervoase, sânge și alte fluide biologice) pot fi considerate soluții coloidale. Mediul de dispersie al sângelui este plasma - o soluție apoasă de săruri și proteine ​​anorganice.

Sisteme dispersate coeziv

Materiale poroase

Materialele poroase sunt împărțite în funcție de dimensiunea porilor, conform clasificării lui M. M. Dubinin, în:

Pe baza caracteristicilor geometrice, structurile poroase sunt împărțite în regulat(în care în volumul corpului există o alternanță corectă a porilor sau a cavităților individuale și a canalelor care le conectează) și stocastică(în care orientarea, forma, mărimea, poziția relativă și relațiile porilor sunt aleatorii). Majoritatea materialelor poroase sunt caracterizate de o structură stocastică. Contează și natura porilor: deschis porii comunică cu suprafața corpului astfel încât lichidul sau gazul să poată fi filtrat prin ei; capat de drum porii comunică și cu suprafața corpului, dar prezența lor nu afectează permeabilitatea materialului; pori inchisi .

Sisteme solide eterogene

Un exemplu tipic de sisteme solide eterogene sunt materialele compozite utilizate recent pe scară largă (compozite) - materiale solide create artificial, dar eterogene, care constau din două sau mai multe componente cu granițe clare de interfață între ele. În majoritatea acestor materiale (cu excepția celor stratificate), componentele pot fi împărțite în matriceși incluse în ea elemente de armare; in acest caz, elementele de armare sunt de obicei responsabile de caracteristicile mecanice ale materialului, iar matricea asigura functionarea in comun a elementelor de armare. Cele mai vechi materiale compozite includ chirpici, beton armat, oțel damasc și papier-mâché. Acum răspândită

Atât mediul de dispersie cât și faza dispersată pot fi compuse din substanțe în diferite stări de agregare. În funcție de combinația de stări ale mediului de dispersie și faza dispersată, pot fi distinse opt tipuri de astfel de sisteme

Clasificarea sistemelor dispersate după starea de agregare

De asemenea, ca caracteristică de clasificare, putem distinge un astfel de concept precum dimensiunea particulelor unui sistem dispers:

• - dispersate grosier (> 10 microni): zahăr granulat, pământ, ceață, picături de ploaie, cenușă vulcanică, magmă etc.
• - Mediu-fin (0,1-10 microni): eritrocite din sânge uman, E. coli etc.

gel de suspensie în emulsie dispersată

• - Foarte dispersat (1-100 nm): virus gripal, fum, turbiditate in apele naturale, soluri obtinute artificial de diverse substante, solutii apoase de polimeri naturali (albumina, gelatina etc.), etc.
• - Nano-sized (1-10 nm): moleculă de glicogen, pori fini de cărbune, soluri metalice obținute în prezența moleculelor de substanțe organice care limitează creșterea particulelor, nanotuburi de carbon, nanofile magnetice din fier, nichel etc.

Sisteme grosier dispersate: emulsii, suspensii, aerosoli

Pe baza dimensiunii particulelor substanței care alcătuiesc faza dispersată, sistemele dispersate sunt împărțite în grosiere cu dimensiuni ale particulelor de peste 100 nm și fin dispersate cu dimensiuni ale particulelor de la 1 la 100 nm. Dacă substanța este fragmentată în molecule sau ioni cu dimensiunea mai mică de 1 nm, se formează un sistem omogen - o soluție. Soluția este omogenă, nu există interfață între particule și mediu și, prin urmare, nu aparține sistemelor dispersate. Sistemele cu dispersie grosieră sunt împărțite în trei grupe: emulsii, suspensii și aerosoli.

Emulsiile sunt sisteme dispersate cu un mediu de dispersie lichid și o fază lichidă dispersată.

Ele pot fi, de asemenea, împărțite în două grupe: 1) directe - picături de lichid nepolar într-un mediu polar (ulei în apă); 2) invers (apă în ulei). Modificările în compoziția emulsiilor sau influențele externe pot duce la transformarea unei emulsii directe într-o emulsie inversă și invers. Exemple dintre cele mai cunoscute emulsii naturale sunt laptele (emulsie directă) și uleiul (emulsie inversă). O emulsie biologică tipică sunt picăturile de grăsime în limfă.

Printre emulsiile cunoscute în practica umană se numără fluidele de tăiere, materialele bituminoase, pesticidele, medicamentele și cosmeticele și produsele alimentare. De exemplu, în practica medicală, emulsiile de grăsime sunt utilizate pe scară largă pentru a furniza energie unui organism înfometat sau slăbit prin perfuzie intravenoasă. Pentru a obține astfel de emulsii se folosesc uleiuri de măsline, semințe de bumbac și soia. În tehnologia chimică, polimerizarea în emulsie este utilizată pe scară largă ca metodă principală de producere a cauciucurilor, polistirenului, acetatului de polivinil etc. Suspensiile sunt sisteme grosiere cu o fază solidă dispersată și un mediu de dispersie lichid.

De obicei, particulele fazei dispersate a unei suspensii sunt atât de mari încât se depun sub influența gravitației - sediment. Sistemele în care sedimentarea are loc foarte lent datorită micii diferențe de densitate a fazei dispersate și a mediului de dispersie sunt numite și suspensii. Suspensiile de construcție practic semnificative sunt văruite („lapte de var”), vopselele emailate și diverse suspensii de construcție, de exemplu cele numite „mortar de ciment”. Suspensiile includ și medicamente, de exemplu unguente lichide - linimente. Un grup special este format din sisteme dispersate grosier, în care concentrația fazei dispersate este relativ mare în comparație cu concentrația sa scăzută în suspensii. Astfel de sisteme dispersate se numesc paste. De exemplu, dentare, cosmetică, de igienă etc., care vă sunt bine cunoscute din viața de zi cu zi.

Aerosolii sunt sisteme cu dispersie grosieră în care mediul de dispersie este aer, iar faza dispersată poate fi picături lichide (nori, curcubee, fixativ sau deodorant eliberate dintr-o cutie) sau particule dintr-o substanță solidă (nor de praf, tornadă)

Sisteme coloidale - în ele dimensiunile particulelor coloidale ajung până la 100 nm. Astfel de particule pătrund cu ușurință în porii filtrelor de hârtie, dar nu pătrund în porii membranelor biologice ale plantelor și animalelor. Deoarece particulele coloidale (micelele) au o sarcină electrică și solvat învelișuri ionice, datorită cărora rămân suspendate, este posibil să nu precipite pentru o perioadă destul de lungă de timp. Un exemplu izbitor de sistem coloidal sunt soluțiile de gelatină, albumină, guma arabică și soluțiile coloidale de aur și argint.

Sistemele coloidale ocupă o poziție intermediară între sistemele grosiere și soluțiile adevărate. Sunt răspândite în natură. Solul, argila, apele naturale, multe minerale, inclusiv unele pietre prețioase, sunt toate sisteme coloidale.

Există două grupe de soluții coloidale: lichide (soluții coloidale - soluri) și asemănătoare gelului (jeleu - geluri).

Majoritatea fluidelor biologice ale celulei (citoplasma deja menționată, sucul nuclear - carioplasmă, conținutul de vacuole) și organismul viu în ansamblu sunt soluții coloidale (soluri). Toate procesele vitale care au loc în organismele vii sunt asociate cu starea coloidală a materiei. În fiecare celulă vie, biopolimerii (acizi nucleici, proteine, glicozaminoglicani, glicogen) se găsesc sub formă de sisteme dispersate.

Gelurile sunt sisteme coloidale în care particulele fazei dispersate formează o structură spațială.

Gelurile pot fi: alimente - marmeladă, bezele, carne jeleată, jeleu; biologic - cartilaj, tendoane, păr, țesut muscular și nervos, corpuri de meduză; cosmetice - geluri de dus, creme; medical - medicamente, unguente; minerale - perle, opal, carnelian, calcedonie.

Sistemele coloidale sunt de mare importanță pentru biologie și medicină. Compoziția oricărui organism viu include substanțe solide, lichide și gazoase care se află într-o relație complexă cu mediul. Din punct de vedere chimic, corpul în ansamblu este o colecție complexă de multe sisteme coloidale.

Lichidele biologice (sânge, plasmă, limfa, lichid cefalorahidian etc.) sunt sisteme coloidale în care compuși organici precum proteinele, colesterolul, glicogenul și mulți alții sunt în stare coloidală. De ce natura îi acordă o asemenea preferință? Această caracteristică se datorează în primul rând faptului că o substanță în stare coloidală are o interfață mare între faze, ceea ce contribuie la reacții metabolice mai bune.

Exemple de sisteme de dispersie naturale și artificiale. Minerale și roci ca amestecuri naturale

Toată natura care ne înconjoară - organisme animale și vegetale, hidrosfera și atmosfera, scoarța și subsolul pământului sunt o colecție complexă de multe tipuri diferite și diferite de sisteme grosiere și coloidale. Norii planetei noastre sunt aceleași entități vii ca toată natura care ne înconjoară. Ele sunt de mare importanță pentru Pământ, deoarece sunt canale de informare. La urma urmei, norii constau din substanța capilară a apei, iar apa, după cum știți, este un dispozitiv de stocare foarte bun pentru informații. Ciclul apei în natură duce la faptul că informațiile despre starea planetei și starea de spirit a oamenilor se acumulează în atmosferă și, împreună cu norii, se deplasează în întreg spațiul Pământului. O creație uimitoare a naturii - norii, care oferă oamenilor bucurie, plăcere estetică și pur și simplu dorința de a privi uneori cerul.

Ceața poate fi, de asemenea, un exemplu de sistem natural de dispersie, acumularea de apă în aer, atunci când se formează mici produse de condensare a vaporilor de apă (la o temperatură a aerului peste? 10° - picături mici de apă, la? 10..? 15° - un amestec de picături de apă și cristale de gheață, la o temperatură sub?15° - cristale de gheață scânteietoare în razele soarelui sau în lumina lunii și a felinarelor). Umiditatea relativă a aerului în ceață este de obicei aproape de 100% (cel puțin depășește 85-90%). Cu toate acestea, în înghețurile severe (? 30° și mai jos) în zonele populate, la gări și aerodromuri, se pot observa ceață la orice umiditate relativă a aerului (chiar mai mică de 50%) - datorită condensului vaporilor de apă formați în timpul arderii combustibilului (în motoare, cuptoare etc.) și eliberate în atmosferă prin țevi de evacuare și coșuri.

Durata continuă a ceților variază de obicei de la câteva ore (și uneori o jumătate de oră până la o oră) până la câteva zile, mai ales în sezonul rece.

Ceața împiedică funcționarea normală a tuturor tipurilor de transport (în special aviație), astfel că prognozele de ceață au o importanță economică deosebită.

Un exemplu de sistem complex de dispersie este laptele, ale cărui componente principale (fără a număra apa) sunt grăsimea, cazeina și zahărul din lapte. Grăsimea este sub formă de emulsie și când laptele stă, se ridică treptat până la vârf (cremă). Cazeina este conținută sub formă de soluție coloidală și nu este eliberată spontan, dar poate fi ușor precipitată (sub formă de brânză de vaci) atunci când laptele este acidulat, de exemplu, cu oțet. În condiții naturale, cazeina este eliberată atunci când laptele se acru. În cele din urmă, zahărul din lapte este sub formă de soluție moleculară și este eliberat numai atunci când apa se evaporă.

Multe gaze, lichide și solide se dizolvă în apă. Zahărul și sarea de masă se dizolvă ușor în apă; dioxidul de carbon, amoniacul și multe alte substanțe, când se ciocnesc cu apa, intră în soluție și își pierd starea anterioară de agregare. Un dizolvat poate fi izolat dintr-o soluție într-un anumit mod. Dacă evaporați o soluție de sare de masă, sarea rămâne sub formă de cristale solide.

Când substanțele sunt dizolvate în apă (sau alt solvent), se formează un sistem uniform (omogen). Astfel, o soluție este un sistem omogen format din două sau mai multe componente. Soluțiile pot fi lichide, solide și gazoase. Soluţiile lichide includ, de exemplu, o soluţie de zahăr sau sare de masă în apă, alcool în apă şi altele asemenea. Soluțiile solide ale unui metal în altul includ aliaje: alama este un aliaj de cupru și zinc, bronzul este un aliaj de cupru și staniu și altele asemenea. O substanță gazoasă este aerul sau orice amestec de gaze.

Substanțele pure sunt foarte rare în natură. Amestecuri de diferite substanțe în diferite stări de agregare pot forma sisteme eterogene și omogene - sisteme și soluții dispersate.

Substanța care este prezentă în cantități mai mici și distribuită în volumul alteia se numește fază dispersată. Poate consta din mai multe substanțe.

Substanța prezentă în cantități mai mari, în volumul căreia este distribuită faza dispersată, se numește mediu de dispersie. Există o interfață între acesta și particulele fazei dispersate; prin urmare, sistemele dispersate sunt numite eterogene (neomogene).

Atat mediul de dispersie cat si faza dispersata pot fi reprezentate de substante in diferite stari de agregare - solida, lichida si gazoasa.

În funcție de combinația dintre starea agregată a mediului de dispersie și faza dispersată, se pot distinge 8 tipuri de astfel de sisteme (Tabelul 11).

Tabelul 11
Exemple de sisteme dispersate

Pe baza dimensiunii particulelor substanțelor care alcătuiesc faza dispersată, sistemele dispersate sunt împărțite în dispersate grosier (suspensii) cu dimensiuni ale particulelor mai mari de 100 nm și dispersate fin (soluții coloidale sau sisteme coloidale) cu dimensiuni ale particulelor de la 100 la 1. nm. Dacă substanța este fragmentată în molecule sau ioni cu dimensiunea mai mică de 1 nm, se formează un sistem omogen - o soluție. Este uniform (omogen), nu există interfață între particulele fazei dispersate și mediu.

Chiar și o familiarizare rapidă cu sistemele și soluțiile dispersate arată cât de importante sunt acestea în viața de zi cu zi și în natură (vezi Tabelul 11).

Judecați singuri: fără nămolul Nilului marea civilizație a Egiptului Antic nu ar fi avut loc; fără apă, aer, roci și minerale, planeta vie nu ar exista deloc - casa noastră comună - Pământul; fără celule nu ar exista organisme vii etc.

Clasificarea sistemelor și soluțiilor dispersate este prezentată în Schema 2.

Schema 2
Clasificarea sistemelor și soluțiilor dispersate

Suspenda

Suspensiile sunt sisteme dispersate în care dimensiunea particulelor de fază este mai mare de 100 nm. Acestea sunt sisteme opace, ale căror particule individuale pot fi văzute cu ochiul liber. Faza dispersată și mediul de dispersie sunt ușor separate prin decantare. Astfel de sisteme sunt împărțite în trei grupuri:

1. emulsii (atât mediul cât și faza sunt lichide insolubile unul în celălalt). Acestea sunt binecunoscute vopsele de lapte, limfa, pe bază de apă etc.;
2. suspensii (mediul este un lichid, iar faza este un solid insolubil în el). Acestea sunt soluții de construcție (de exemplu, „lapte de var” pentru văruit), nămol de râu și mare suspendat în apă, o suspensie vie de organisme vii microscopice în apa de mare - plancton, cu care se hrănesc balenele uriașe etc.;
3. aerosolii sunt suspensii într-un gaz (de exemplu, în aer) de particule mici de lichide sau solide. Distingeți între praf, fum și ceață. Primele două tipuri de aerosoli sunt suspensii de particule solide în gaz (particule mai mari în praf), acesta din urmă este o suspensie de mici picături de lichid în gaz. De exemplu, aerosoli naturali: ceață, nori - o suspensie de picături de apă în aer, fum - particule solide mici. Iar smogul care atârnă peste cele mai mari orașe ale lumii este, de asemenea, un aerosol cu ​​o fază dispersată solidă și lichidă. Locuitorii așezărilor din apropierea fabricilor de ciment suferă de cel mai fin praf de ciment care atârnă mereu în aer, care se formează în timpul măcinării materiilor prime de ciment și a produsului arderii acestuia - clincher. Aerosoli nocivi similari - praful - sunt prezenti si in orasele cu productie metalurgica. Fum de la coșurile fabricilor, smog, picături mici de salivă care zboară din gura unui pacient cu gripă și, de asemenea, aerosoli dăunători.

Aerosolii joacă un rol important în natură, viața de zi cu zi și activitățile de producție umană. Acumulările de nori, tratarea chimică a câmpurilor, aplicarea vopselei prin pulverizare, atomizarea combustibilului, producția de lapte praf și tratamentul respirator (inhalare) sunt exemple de fenomene și procese în care aerosolii oferă beneficii.

Aerosolii sunt ceață peste surful mării, lângă cascade și fântâni; curcubeul care apare în ei oferă persoanei bucurie și plăcere estetică.

Pentru chimie, sistemele dispersate în care apa este mediul sunt de cea mai mare importanță.

Sisteme coloidale

Sistemele coloidale sunt sisteme dispersate în care dimensiunea particulelor de fază este de la 100 la 1 nm. Aceste particule nu sunt vizibile cu ochiul liber, iar faza dispersată și mediul de dispersie în astfel de sisteme sunt greu de separat prin decantare.

Ele sunt împărțite în soluri (soluții coloidale) și geluri (jeleu).

1. Soluții coloidale, sau solurile. Aceasta este majoritatea fluidelor unei celule vii (citoplasmă, suc nuclear - carioplasmă, conținut de organele și vacuole) și organismul viu în ansamblu (sânge, limfa, lichid tisular, sucuri digestive, lichide umorale etc.). Astfel de sisteme formează adezivi, amidon, proteine ​​și unii polimeri.

Soluțiile coloidale pot fi obținute în urma reacțiilor chimice; de exemplu, atunci când soluțiile de silicați de potasiu sau de sodiu („sticlă solubilă”) reacționează cu soluții acide, se formează o soluție coloidală de acid silicic. De asemenea, se formează un sol în timpul hidrolizei clorurii de fier (III) în apă fierbinte. Soluțiile coloidale sunt similare în aparență cu soluțiile adevărate. Ele se disting de acestea din urmă prin „calea luminoasă” care se formează - un con atunci când un fascicul de lumină este trecut prin ele. Acest fenomen se numește efectul Tyndall. Particulele fazei dispersate a solului, mai mari decât în ​​soluția adevărată, reflectă lumina de la suprafața lor, iar observatorul vede un con luminos în vasul cu soluția coloidală. Nu se formează într-o soluție adevărată. Puteți observa un efect similar, dar numai pentru un aerosol, mai degrabă decât pentru un coloid lichid, în cinematografe când un fascicul de lumină de la o cameră de film trece prin aerul sălii de cinema.

Particulele din faza dispersată a soluțiilor coloidale adesea nu se depun chiar și în timpul depozitării pe termen lung din cauza ciocnirilor continue cu moleculele de solvent din cauza mișcării termice. Nu se lipesc împreună atunci când se apropie unul de celălalt din cauza prezenței sarcinilor electrice cu același nume pe suprafața lor. Dar, în anumite condiții, poate apărea un proces de coagulare.

Coagulare- fenomenul de lipire și precipitare a particulelor coloidale - se observă atunci când sarcinile acestor particule sunt neutralizate atunci când se adaugă un electrolit în soluția coloidală. În acest caz, soluția se transformă într-o suspensie sau gel. Unii coloizi organici se coagulează la încălzire (clei, albuș de ou) sau când mediul acido-bazic al soluției se modifică.

2. Al doilea subgrup de sisteme coloidale este geluri, sau jeleuri y reprezentând sedimente gelatinoase formate în timpul coagulării solurilor. Printre acestea se numără un număr mare de geluri polimerice, atât de bine cunoscute de tine geluri de cofetărie, cosmetice și medicale (gelatină, aspic, jeleu, marmeladă, prăjitură sufleu cu lapte de pasăre) și bineînțeles o varietate nesfârșită de geluri naturale: minerale (opal), meduze. corp, cartilaj, tendoane, păr, mușchi și țesut nervos etc. Istoria dezvoltării vieții pe Pământ poate fi considerată simultan și istoria evoluției stării coloidale a materiei. În timp, structura gelurilor este perturbată și apa este eliberată din ele. Acest fenomen se numește sinereză.