نظام تفريق يتكون من مرحلة مشتتة صلبة. مواد النظم المتفرقة في الكيمياء (الصف 11) حول هذا الموضوع

أنظمة متفرقة. تعريف. تصنيف.

حلول

تحدثنا عنها في الفقرة السابقة حلول. دعونا نتذكر بإيجاز هذا المفهوم هنا.

حلولتسمى الأنظمة المتجانسة (المتجانسة) التي تتكون من مكونين أو أكثر.

نظام متجانس- هذا نظام متجانس, التركيب الكيميائيو الخصائص الفيزيائيةحيث تكون جميع الأجزاء متماثلة أو تتغير بشكل مستمر، دون قفزات (لا توجد واجهات بين أجزاء النظام).

هذا التعريف للحل ليس صحيحا تماما. بل يشير إلى حلول حقيقية.

وفي الوقت نفسه هناك أيضا المحاليل الغروية، وهي ليست متجانسة، ولكن غير متجانسة، أي. تتكون من مراحل مختلفة مفصولة بواجهة.

ومن أجل تحقيق قدر أكبر من الوضوح في التعريفات، يتم استخدام مصطلح آخر - أنظمة متفرقة.

قبل النظر في الأنظمة المتفرقة، دعونا نتحدث قليلاً عن تاريخ دراستهم وظهور مصطلح مثل المحاليل الغروية.

خلفية

في عام 1845، لاحظ الكيميائي فرانشيسكو سلمي، أثناء دراسة خصائص المحاليل المختلفة، أن السوائل البيولوجية - المصل وبلازما الدم والليمفاوية وغيرها - تختلف بشكل حاد في خصائصها عن المحاليل الحقيقية العادية، وبالتالي سميت هذه السوائل بالمحاليل الزائفة .

الغرويات والبلورات

أظهرت الأبحاث الإضافية في هذا الاتجاه، التي أجراها العالم الإنجليزي توماس جراهام منذ عام 1861، أن بعض المواد التي تنتشر بسرعة وتمر عبر الأغشية النباتية والحيوانية تتبلور بسهولة، في حين أن البعض الآخر لديه قدرة منخفضة على الانتشار، ولا تمر عبر الأغشية وتفعل لا تتبلور بل تشكل رواسب غير متبلورة.

غراهام اسمه الأول بلورات، والثانية - الغرويات(من الكلمة اليونانية kolla – غراء و eidos – نوع) أو مواد شبيهة بالغراء.

وعلى وجه الخصوص، وجد أن المواد القادرة على تكوين رواسب غير متبلورة، مثل الألبومين والجيلاتين والصمغ العربي وهيدروكسيدات الحديد والألومنيوم وبعض المواد الأخرى، تنتشر في الماء ببطء مقارنة بمعدل انتشار المواد البلورية مثل ملح الطعام والمغنيسيوم. كبريتات، قصب السكر، الخ.

يوضح الجدول أدناه معاملات الانتشار D لبعض البلورات والغرويات عند درجة حرارة 18 درجة مئوية.

يوضح الجدول أن هناك علاقة عكسية بين الوزن الجزيئي ومعامل الانتشار.

بالإضافة إلى ذلك، تم العثور على أن البلورات لديها القدرة ليس فقط على الانتشار بسرعة، ولكن أيضًا غسيل الكلى، أي. تمر عبر الأغشية، على عكس الغرويات، التي لها أحجام جزيئية أكبر وبالتالي تنتشر ببطء ولا تخترق الأغشية.

تُستخدم جدران مثانة الثور والسيلوفان وأغشية نحاس السيانيد الحديدي وما إلى ذلك كأغشية.

وبناء على ملاحظاته، أثبت جراهام أن جميع المواد يمكن تقسيمها إلى البلورات والغرويات.

الروس يختلفون

ضد هذا التقسيم الصارم المواد الكيميائيةاعترض أستاذ في جامعة كييف آي جي. بورشيف(1869). تم تأكيد رأي بورشيف لاحقًا من خلال بحث أجراه عالم روسي آخر فايمارنالذي أثبت أن نفس المادة، حسب الظروف، يمكن أن تظهر خصائص الغرويات أو البلورات.

على سبيل المثال، محلول الصابون في الماء له خصائصه الغروانيةوالصابون المذاب في الكحول يظهر خصائصه حلول حقيقية.

وبنفس الطريقة تعطي الأملاح البلورية مثل ملح الطعام المذاب في الماء الحل الحقيقي، وفي البنزين - حل الغرويةوما إلى ذلك وهلم جرا.

يمكن الحصول على الهيموجلوبين أو زلال البيض، الذي له خصائص الغرويات، في حالة بلورية.

دي. مندليفيعتقد أن أي مادة، حسب ظروف وطبيعة البيئة، يمكن أن تظهر خصائصها الغروانية. حاليا، يمكن الحصول على أي مادة في حالة الغروية.

وبالتالي، لا يوجد سبب لتقسيم المواد إلى فئتين منفصلتين - البلورات والغرويات، ولكن يمكننا التحدث عن الحالات الغروية والبلورية للمادة.

الحالة الغروية للمادة تعني درجة معينة من تجزئتها أو تشتتها ووجود جزيئات غروانية معلقة في المذيب.

يسمى العلم الذي يدرس الخواص الفيزيائية والكيميائية للأنظمة غير المتجانسة شديدة التشتت وعالية الجزيئية الكيمياء الغروانية.

أنظمة متفرقة

إذا تم توزيع مادة واحدة، وهي في حالة مسحوقة (مشتتة)، بالتساوي في كتلة مادة أخرى، فإن هذا النظام يسمى مشتتًا.

في مثل هذه الأنظمة، عادة ما تسمى المادة المجزأة المرحلة متفرقة، والبيئة التي يتم توزيعها فيها وسط التشتت.

لذلك، على سبيل المثال، يتكون النظام الذي يمثل الطين المقلب في الماء من جزيئات صغيرة معلقة من الطين - الطور المشتت والماء - وسط التشتت.

مشتت(مجزأة) الأنظمة هي غير متجانسة.

تسمى الأنظمة المشتتة، على عكس الأنظمة غير المتجانسة ذات المراحل المستمرة الكبيرة نسبيًا غير متجانسة، وتسمى الأنظمة الغروية المشتتة متناهية الصغر.

تصنيف أنظمة التفريق

يتم تصنيف الأنظمة المتفرقة في أغلب الأحيان على أساس درجة التشتتأو حالة التجميعالمرحلة المشتتة ووسط التشتت.

التصنيف حسب درجة التشتت

الجميع أنظمة متفرقةبناءً على حجم جسيمات الطور المشتتة، يمكن تقسيمها إلى المجموعات التالية:

كمرجع، فيما يلي وحدات الحجم في نظام SI:
1 م (متر) = 102 سم (سنتيمتر) = 103 مم (ملليمتر) = 106 ميكرون (ميكرومتر) = 109 نانومتر (نانومتر).

في بعض الأحيان يتم استخدام وحدات أخرى - MK (ميكرون) أو mmk (ملليمكرون)، و:
1 نانومتر = 10 -9 م = 10 -7 سم = 1 ممك؛
1 ميكرومتر = 10 -6 م = 10 -4 سم = 1 ميكرومتر.

الأنظمة الخشنة المتفرقة.

تحتوي هذه الأنظمة كمرحلة مشتتة على أكبر الجسيمات التي يبلغ قطرها 0.1 ميكرون وما فوق. وتشمل هذه الأنظمة تعليقو المستحلبات.

تعليقهي الأنظمة التي توجد فيها مادة صلبة في وسط تشتت سائل، على سبيل المثال، معلق النشا والطين وما إلى ذلك في الماء.

المستحلباتتسمى أنظمة تشتت سائلين غير قابلين للامتزاج، حيث يتم تعليق قطرات من سائل واحد في حجم سائل آخر. على سبيل المثال، الزيت أو البنزين أو التولوين في الماء أو قطرات الدهون (قطرها من 0.1 إلى 22 ميكرون) في الحليب، إلخ.

الأنظمة الغروية.

لديهم حجم الجسيمات من المرحلة المشتتة من 0.1 ميكرومتر إلى 1 ميكرومتر(أو من 10 -5 إلى 10 -7 سم). يمكن لهذه الجزيئات أن تمر عبر مسام ورق الترشيح، لكنها لا تخترق مسام الأغشية الحيوانية والنباتية.

الجسيمات الغرويةإذا كان لديهم الشحنة الكهربائيةوتبقى قذائف أيونات الذوبان في حالة تعليق، وبدون تغيير الظروف، قد لا تترسب لفترة طويلة جدًا.

تشمل أمثلة الأنظمة الغروية محاليل الألبومين والجيلاتين والصمغ العربي والمحاليل الغروية للذهب والفضة وكبريتيد الزرنيخ وما إلى ذلك.

الأنظمة الجزيئية المشتتة.

مثل هذه الأنظمة لها أحجام جسيمات لا تتجاوز 1 مم. تشتمل الأنظمة المشتتة الجزيئية على محاليل حقيقية لغير الإلكتروليتات.

أنظمة المشتتة الأيونية.

وهي عبارة عن محاليل إلكتروليتات مختلفة، مثل الأملاح والقواعد وغيرها، والتي تتفكك إلى أيونات متناظرة تكون أحجامها صغيرة جدًا وتتجاوز بكثير
10-8 سم.

توضيح بشأن تمثيل الحلول الحقيقية كما أنظمة متفرقة.

من التصنيف الوارد هنا، من الواضح أن أي حل (حقيقي وغروي) يمكن تمثيله كوسيط مشتت. سوف تختلف المحاليل الحقيقية والغروانية في أحجام الجسيمات للأطوار المشتتة. ولكن أعلاه كتبنا عن تجانس الحلول الحقيقية، وأنظمة التشتت غير متجانسة. كيفية حل هذا التناقض؟

إذا تحدث عن بناءالحلول الحقيقية، فإن تجانسها سيكون نسبيا. الوحدات الهيكلية للمحاليل الحقيقية (الجزيئات أو الأيونات) أصغر بكثير من جزيئات المحاليل الغروية. لذلك، يمكننا القول أنه بالمقارنة مع المحاليل الغروية والمعلقات، فإن المحاليل الحقيقية متجانسة.

إذا تحدثنا عن ملكياتالحلول الحقيقية، فلا يمكن أن تسمى بالكامل أنظمة مشتتة، لأن الوجود الإلزامي للأنظمة المشتتة هو عدم الذوبان المتبادل للمادة المشتتة ووسيلة التشتت.

في المحاليل الغروية والمعلقات الخشنة، لا يختلط الطور المشتت ووسط التشتت عمليًا ولا يتفاعلان كيميائيًا مع بعضهما البعض. لا يمكن قول هذا على الإطلاق عن الحلول الحقيقية. فيها، عندما تذوب، تمتزج المواد وتتفاعل مع بعضها البعض. لهذا السبب، تختلف المحاليل الغروية بشكل حاد في خصائصها عن المحاليل الحقيقية.

أحجام بعض الجزيئات والجسيمات والخلايا.

ومع تغير أحجام الجسيمات من الأكبر إلى الأصغر ثم العكس، فإن خصائص الأنظمة المشتتة ستتغير وفقًا لذلك. حيث الأنظمة الغرويةاحتلال كما كان موقف وسيطبين المعلقات الخشنة وأنظمة التشتت الجزيئي.

التصنيف حسب حالة تجميع الطور المشتت ووسط التشتت.

رغوةهو تشتت الغاز في السائل، وفي الرغاوي يتحول السائل إلى أغشية رقيقة تفصل فقاعات الغاز الفردية.

المستحلباتهي أنظمة مشتتة يتم فيها سحق سائل ما بواسطة سائل آخر لا يذيبه (على سبيل المثال، الماء في الدهن).

تعليقتسمى أنظمة منخفضة التشتت للجسيمات الصلبة في السوائل.

مجموعات من ثلاثة أنواع من الحالات التجميعية تجعل من الممكن التمييز بين تسعة أنواع من الأنظمة المشتتة:

المرحلة متفرقة	وسط مشتت	العنوان والمثال
الغازي	الغازي	لا يتم تشكيل نظام تفريق
الغازي		المستحلبات الغازية والرغاوي
الغازي		الأجسام المسامية: الخفاف الرغوي
	الغازي	الهباء الجوي: الضباب، السحب
		المستحلبات: زيت، قشطة، حليب، سمن، زبدة
		الأنظمة الشعرية: السائل في الأجسام المسامية، التربة، التربة
	الغازي	الهباء الجوي (الغبار والأبخرة) والمساحيق
		المعلقات: اللب، الحمأة، المعلق، المعجون
		الأنظمة الصلبة: السبائك والخرسانة

Sols هو اسم آخر للحلول الغروية.

وتسمى أيضًا المحاليل الغروية سولس(من اللاتينية solutus - مذاب).

تسمى الأنظمة المشتتة ذات وسط التشتت الغازي الغبار الجوي. الضباب عبارة عن هباء جوي ذو طور مشتت سائل، والغبار والدخان عبارة عن هباء جوي ذو طور مشتت صلب. الدخان هو نظام أكثر تشتتًا من الغبار.

تسمى الأنظمة المشتتة ذات وسط تشتت السائل اللايسول(من الكلمة اليونانية "ليوس" - السائل).

اعتمادًا على المذيب (وسط التشتت)، أي. الماء أو كحول البنزين أو الأثير، وما إلى ذلك، هناك الهيدروسولات، والكسولات، والبنزولات، والإيثروسولات، وما إلى ذلك.

أنظمة متفرقة بشكل متماسك. المواد الهلامية.

أنظمة متفرقةيمكن ان يكون متفرقة بحريةو متناثرة بشكل متماسكاعتمادًا على غياب أو وجود التفاعل بين جزيئات الطور المشتت.

ل أنظمة متفرقة بحريةتشمل الهباء الجوي، واللايسولات، والمعلقات المخففة والمستحلبات. إنهم سائلون. في هذه الأنظمة، لا يكون لجسيمات الطور المشتت أي اتصالات، وتشارك في حركة حرارية عشوائية، وتتحرك بحرية تحت تأثير الجاذبية.

الصور أعلاه تظهر أنظمة حرة متفرقة:
في الصور أ ب جيصور الأنظمة الجسيمية المشتتة:
أ، ب- أنظمة أحادية التشتت،
الخامس- نظام متعدد التشتت،
على الصورة زيصور نظام الألياف المشتتة
على الصورة ديصور نظام مشتت الفيلم

- صلب. وهي تنشأ عندما تتلامس جزيئات الطور المشتت، مما يؤدي إلى تكوين هيكل على شكل إطار أو شبكة.

يحد هذا الهيكل من سيولة النظام المشتت ويمنحه القدرة على الاحتفاظ بشكله. تسمى هذه الأنظمة الغروية المنظمة المواد الهلامية.

يسمى انتقال المحلول إلى مادة هلامية، والذي يحدث نتيجة لانخفاض ثبات المحلول، دبق(أو الجلتنة).

في الصور أ ب جيصور أنظمة متفرقة متماسكة:
أ- هلام،
ب- التخثر ذو البنية الكثيفة ،
الخامس- تجلط الدم ذو بنية "مقوسة" فضفاضة
في الصور ز، ديصور أنظمة متفرقة الشعرية

المساحيق (المعاجين) والرغاوي– أمثلة على الأنظمة المتفرقة بشكل متماسك.

التربة، الذي يتشكل نتيجة ملامسة وضغط الجزيئات المشتتة من معادن التربة والمواد الدبالية (العضوية)، هو أيضًا نظام مشتت بشكل متماسك.

يمكن اختراق كتلة متواصلة من المادة عن طريق المسام والشعيرات الدموية، مما يشكل أنظمة مشتتة من الشعيرات الدموية. وتشمل هذه، على سبيل المثال، الخشب، الجلد، الورق، الورق المقوى، الأقمشة.

lyophilicity و lyophobicity

السمة العامة للمحاليل الغروية هي خاصية طورها المشتت للتفاعل مع وسط التشتت. وفي هذا الصدد، يتم التمييز بين نوعين من سول:

1. كاره لليوفوبيا(من اليونانية رهاب - الكراهية) و

2.مجفف بالتجميد(من اليونانية فيليا - الحب).

ش كاره لليوفوبيافي المذيبات، لا يوجد لدى الجزيئات أي انجذاب للمذيب، وتتفاعل معه بشكل ضعيف، وتشكل حول نفسها غلافًا رقيقًا من جزيئات المذيب.

على وجه الخصوص، إذا كانت وسيلة التشتت هي الماء، فسيتم استدعاء هذه الأنظمة نافرة من الماءعلى سبيل المثال، سولات معادن الحديد والذهب وكبريتيد الزرنيخ وكلوريد الفضة وما إلى ذلك.

في مجفف بالتجميدالأنظمة هناك تقارب بين المادة المشتتة والمذيب. تكتسب جزيئات الطور المشتت، في هذه الحالة، غلافًا أكبر حجمًا من جزيئات المذيبات.

وفي حالة وسط التشتت المائي، تسمى هذه الأنظمة محبة للماء، مثل محاليل البروتين والنشا والأجار أجار والصمغ العربي وما إلى ذلك.

تخثر الغرويات. المثبتات.

المادة في الواجهة.

جميع السوائل والمواد الصلبة محدودة بسطح خارجي تتلامس فيه مع مراحل ذات تركيب وبنية مختلفة، على سبيل المثال، بخار أو سائل آخر أو مادة صلبة.

خصائص المادة في هذا سطح بيني، بسمك عدة أقطار من الذرات أو الجزيئات، تختلف عن الخصائص داخل حجم الطور.

داخل حجم المادة النقية في الحالة الصلبة أو السائلة أو الغازية، يكون أي جزيء محاطًا بجزيئات مماثلة.

في الطبقة الحدودية، تتفاعل الجزيئات مع عدد آخر من الجزيئات (مختلف مقارنة بالتفاعل داخل حجم المادة).

ويحدث هذا، على سبيل المثال، عند تفاعل السائل أو الصلب مع بخاره. إما أن تتفاعل جزيئات الطبقة الحدودية لمادة ما مع جزيئات مادة أخرى الطبيعة الكيميائيةعلى سبيل المثال، عند الحدود بين سائلين ضعيفي الذوبان بشكل متبادل.

ونتيجة لذلك، تنشأ اختلافات في طبيعة التفاعل داخل الجزء الأكبر من المراحل وعند حدود المرحلة مجالات القوةالمرتبطة بهذا التفاوت. (المزيد عن هذا في قسم التوتر السطحي للسائل.)

كلما زاد الفرق في شدة القوى بين الجزيئات المؤثرة في كل مرحلة، زادت طاقة الوضع لسطح الطور البيني، والتي تسمى باختصار الطاقة السطحية.

التوتر السطحي
لتقدير الطاقة السطحية، يتم استخدام كمية مثل الطاقة السطحية الحرة المحددة. إنه يساوي العمل المبذول في تكوين وحدة مساحة واجهة الطور الجديدة (بافتراض درجة حرارة ثابتة).
وفي حالة وجود حد بين مرحلتين مكثفتين تسمى هذه الكمية التوتر الحدودي.
عند الحديث عن حدود السائل مع أبخرته تسمى هذه الكمية التوتر السطحي.

تخثر الغرويات

تحدث جميع العمليات التلقائية في اتجاه تقليل طاقة النظام (الإمكانات متساوية الضغط).

وبالمثل، تحدث العمليات تلقائيًا عند واجهة الطور في اتجاه تقليل طاقة السطح الحرة.

كلما كان سطح الطور البيني أصغر، كلما كانت الطاقة الحرة أصغر.

والواجهة الطورية بدورها ترتبط بدرجة تشتت المادة المذابة. كلما زاد التشتت ( جزيئات أصغرالمرحلة المشتتة)، كلما كانت الواجهة بين المراحل أكبر.

هكذا، في الأنظمة المشتتة توجد دائمًا قوى تؤدي إلى انخفاض إجمالي سطح الطور البيني، أي. لتوسيع الجسيمات. لذلك، يحدث دمج القطرات الصغيرة في الضباب وسحب المطر والمستحلبات - تجميع الجزيئات شديدة التشتت في تكوينات أكبر.

كل هذا يؤدي إلى تدمير أنظمة متفرقة: الضباب والسحب الممطرة، والمستحلبات منفصلة، ​​والمحاليل الغروية تتخثر، أي. يتم فصلها إلى رواسب من الطور المشتت (تخثر) ووسيط تشتت أو، في حالة الجسيمات المطولة من الطور المشتت، تتحول إلى مادة هلامية.

تسمى قدرة الأنظمة المجزأة على الحفاظ على درجة التشتت المتأصلة فيها الاستقرار الجمعي.

مثبتات للأنظمة المتفرقة

كما حدد سابقا، الأنظمة المشتتة غير مستقرة بشكل أساسي من الناحية الديناميكية الحرارية. كلما زاد التشتت، زادت طاقة السطح الحرة، وزاد الميل إلى تقليل التشتت تلقائيًا.

لذلك، للحصول على مستقرة، أي. المعلقات طويلة الأمد والمستحلبات والمحاليل الغروية، من الضروري ليس فقط تحقيق التشتت المطلوب، ولكن أيضًا تهيئة الظروف لتحقيق استقراره.

وفي ضوء ذلك، تتكون أنظمة التشتت المستقرة من ثلاثة مكونات على الأقل: مرحلة مشتتة ووسط تشتت ومكون ثالث - تفريق استقرار النظام.

يمكن أن يكون المثبت إما أيونيًا أو جزيئيًا، وغالبًا ما يكون ذو طبيعة جزيئية عالية.

يرتبط التثبيت الأيوني للمحلول الملحي من الغرويات الكارهة للشعر بوجود تركيزات منخفضة من الإلكتروليتات، مما يؤدي إلى إنشاء طبقات حدودية أيونية بين الطور المشتت ووسط التشتت.

تسمى المركبات عالية الجزيئية (البروتينات والبولي ببتيدات وكحول البولي فينيل وغيرها) المضافة لتثبيت الأنظمة المشتتة الغرويات الواقية.

يتم امتصاصها عند واجهة الطور، وتشكل هياكل شبكية وشبيهة بالهلام في الطبقة السطحية، مما يخلق حاجزًا هيكليًا ميكانيكيًا يمنع دمج جزيئات الطور المشتت.

يعد التثبيت الهيكلي والميكانيكي أمرًا بالغ الأهمية لتثبيت المعلقات والمعاجين والرغاوي والمستحلبات المركزة.

أفكار عامة حول الأنظمة المتفرقة

يحدث التفاعل الكيميائي في التفاعلات المتجانسة أثناء التصادمات الفعالة للجزيئات النشطة، وفي التفاعلات غير المتجانسة - عند واجهة الأطوار عند ملامسة المواد المتفاعلة، وتعتمد سرعة وآلية التفاعل على مساحة السطح، فكلما كان أكبر كلما كان أكثر تطوراً السطح هو. من وجهة النظر هذه، تعتبر الأنظمة المتفرقة ذات المساحة السطحية العالية المحددة ذات أهمية خاصة.

نظام التفريق عبارة عن خليط يتكون من مادتين على الأقل لا تتفاعلان كيميائيًا مع بعضهما البعض ولهما عدم قابلية ذوبان متبادلة كاملة تقريبًا. نظام متفرق - هذا هو النظام الذي يتم فيه توزيع جزيئات مادة ما بشكل متساوٍ داخل حجم مادة أخرى.

عند النظر في الأنظمة المشتتة، يتم التمييز بين مفهومين: الطور المشتت ووسط التشتت (الشكل 10.1).

المرحلة متفرقة - عبارة عن مجموعة من جزيئات مادة متناثرة إلى أحجام صغيرة وموزعة بالتساوي في حجم مادة أخرى. علامات المرحلة المشتتة هي التجزئة والانقطاع.

وسط مشتتهي مادة يتم فيها توزيع جزيئات الطور المشتت بالتساوي. علامة وسط التشتت هي استمراريته.

يمكن فصل الطور المشتت عن وسط التشتت بالوسائل الفيزيائية (الطرد المركزي، الفصل، الترسيب، إلخ).

الشكل 10.1 - النظام المشتت: يتم توزيع جزيئات الطور المشتت s (على شكل جزيئات صلبة صغيرة أو بلورات أو قطرات سائلة أو فقاعات غاز أو جزيئات مرتبطة أو أيونات) لها طبقة امتصاص d، في وسط تشتت مستمر متجانس F.

يتم تصنيف الأنظمة المشتتة وفقًا لمختلف السمات المميزة: التشتت، وحالة تجميع الطور المشتت ووسط التشتت، وشدة التفاعل بينهما، وغياب أو تكوين الهياكل في الأنظمة المشتتة.

التصنيف حسب درجة التشتت

اعتمادًا على حجم جسيمات الطور المشتت، يتم تقسيم جميع الأنظمة المشتتة بشكل تقليدي إلى ثلاث مجموعات (الشكل 10.2).

الشكل 10.2 - تصنيف أنظمة التشتت حسب حجم الجسيمات (للمقارنة، يتم إعطاء أحجام الجسيمات في المحاليل الحقيقية)

1. الأنظمة الخشنة حيث يكون حجم الجسيمات أكبر من 1 ميكرومتر (10 –5 م). تتميز هذه المجموعة من الأنظمة المشتتة بالخصائص التالية: تستقر جزيئات الطور المشتت (أو تطفو) في مجال قوى الجاذبية ولا تمر عبر المرشحات الورقية؛ ويمكن مشاهدتها تحت المجهر العادي. تشمل الأنظمة الخشنة المعلقات والمستحلبات والغبار والرغوة والهباء الجوي وما إلى ذلك.

تعليق - هو نظام مشتت فيه متفرقالطور مادة صلبة، ووسط التشتت سائل.

مثال على التعليق يمكن أن يكون نظامًا يتكون من رج الطين أو الطباشير في الماء أو الطلاء أو المعجون.

مستحلب – هذا هو نظام مشتت حيث يتم توزيع الطور المشتت السائل بشكل موحد في جميع أنحاء حجم وسط التشتت السائل، أي. يتكون المستحلب من سائلين غير قابلين للذوبان بشكل متبادل.

تشمل أمثلة المستحلبات الحليب (حيث تكون الطور المشتت عبارة عن قطرات من الدهن السائل، ووسط التشتيت هو الماء)، والقشدة، والمايونيز، والسمن، والآيس كريم.

عند الترسيب، يتم فصل المعلقات والمستحلبات (طبقية) إلى الأجزاء المكونة لها: الطور المشتت ووسط التشتت. لذلك، إذا قمت بهز البنزين بقوة بالماء، يتم تشكيل مستحلب، والذي ينفصل بعد مرور بعض الوقت إلى طبقتين: البنزين العلوي والمائي السفلي. لمنع المستحلبات من الانفصال، أضف إليها المستحلبات- المواد التي تضفي الاستقرار الكلي على المستحلبات.

رغوة - نظام خلوي مشتت بشكل خشن تكون فيه الطور المشتت عبارة عن مجموعة من فقاعات الغاز (أو البخار)، ووسط التشتت سائل.

في الرغاوي، يمكن أن يكون الحجم الإجمالي للغاز الموجود في الفقاعات أكبر بمئات المرات من حجم وسط التشتت السائل الموجود في الطبقات بين فقاعات الغاز.

2. غير متجانسة (أومتناثرة بدقة ) الأنظمة المتوسطة التي يختلف فيها حجم الجسيمات في حدود 10 – 5 –10 –7 م.وتشمل هذه المعلقات الرقيقة، والأبخرة، والمواد الصلبة المسامية.

3. غير متجانسة للغاية (أوالغروية مشتتة ) الأنظمة التي تكون فيها الجسيمات بحجم 1-100 نانومتر (10–9 –10 –7 م) تتكون من 103_109 الذرات ويتم فصلها عن المذيب بواسطة واجهة. تتميز المحاليل الغروية بحالة شديدة التشتت، وعادة ما تسمىسول، أو في كثير من الأحيان لايوسولللتأكيد على أن وسط التشتت سائل. إذا تم أخذ الماء كوسيط تشتت، فتسمى هذه المواد الشمسيةالمواد المائيةوإذا كان السائل العضوي -المواد العضوية.

تتمتع معظم الأنظمة المشتتة بدقة بميزات معينة:

معدل انتشار منخفض

لا يمكن فحص جسيمات الطور المشتت (أي الجسيمات الغروية) إلا باستخدام المجهر الفائق أو المجهر الإلكتروني؛

تشتت الضوء بواسطة الجزيئات الغروية، ونتيجة لذلك تظهر في المجهر الفائق مظهر البقع الضوئية - تأثير تيندال (الشكل 10.3)؛

الشكل 10.3 - نظام فائق التجانس (مشتت بدقة): أ) محلول غرواني؛ ب) رسم تخطيطي لانحراف شعاع ضيق من الضوء عند المرور عبر محلول غرواني؛ ج) تشتت الضوء بواسطة محلول غرواني (تأثير تيندال)

• على واجهة الطور في وجود مثبتات (أيونات المنحل بالكهرباء)، يتم تشكيل طبقة أيونية أو غلاف مذيب، مما يعزز وجود الجزيئات المعلقة؛
• تكون المرحلة المشتتة إما غير قابلة للذوبان تمامًا أو قابلة للذوبان بشكل طفيف في وسط التشتت.

تشمل أمثلة الجسيمات الغروية النشا والبروتينات والبوليمرات والمطاط والصابون والألومنيوم وهيدروكسيدات الحديدوم (III).

تصنيف الأنظمة المشتتة على أساس العلاقة بين حالات تجميع الطور المشتت ووسط التشتت

تم اقتراح هذا التصنيف بواسطة Ostavld (الجدول 10.1). عند تسجيل حالة تجميع الأنظمة المشتتة بشكل تخطيطي، قم أولاً بالإشارة بالأحرف G (غاز) أو L (سائل) أو T (صلب) إلى حالة تجميع الطور المشتت، ثم ضع شرطة (أو علامة الكسر) و اكتب حالة تجميع وسط التشتت.

الجدول 10.1 - تصنيف أنظمة التشتت

تصنيف الأنظمة المتفرقة حسب شدة التفاعل الجزيئي

تم اقتراح هذا التصنيف بواسطة G. Freundlich ويستخدم حصريًا للأنظمة ذات وسط تشتت السائل.

1. أنظمة ليوفيلية ، حيث تتفاعل المرحلة المشتتة مع وسط التشتت وفي ظل ظروف معينة تكون قادرة على الذوبان فيه - وهذه هي محاليل المواد الخافضة للتوتر السطحي الغروية (الخافضات للتوتر السطحي) ومحاليل المركبات ذات الوزن الجزيئي العالي (HMW). من بين أنظمة التجفيف المختلفة، الأكثر أهمية من الناحية العملية هي المواد الخافضة للتوتر السطحي، والتي يمكن العثور عليها في حالة مذابة جزيئيًا وفي شكل مجاميع (مذيلات) تتكون من عشرات أو مئات أو أكثر من الجزيئات.
2. أنظمة اليوفوبيا ، حيث تكون الطور المشتت غير قادر على التفاعل مع وسط التشتت والذوبان فيه. في الأنظمة الكارهة للتجميد، يكون التفاعل بين جزيئات المراحل المختلفة أضعف بكثير مما هو عليه في حالة الأنظمة المحبة للتجميد؛ يكون التوتر السطحي السطحي مرتفعًا، ونتيجة لذلك يميل النظام إلى تكبير جزيئات الطور المشتت تلقائيًا.

تصنيف الأنظمة المتفرقة حسب الحالة المادية

مؤلف التصنيف هو P. Rebinder. وفقا لهذا التصنيف، يتم تحديد النظام المشتت بواسطة الكسر الذي يتم فيه وضع الطور المشتت في البسط ووسط التشتت في المقام. على سبيل المثال: يشير T 1 / L 2 إلى نظام مشتت ذو طور صلب (مؤشر 1) ووسط تشتت سائل (مؤشر 2). يقسم تصنيف Rebinder أنظمة التفريق إلى فئتين:

1. أنظمة متفرقة بحرية - المواد الصلبة التي لا يشكل فيها الطور المشتت هياكل صلبة مستمرة (شبكات أو دعامات أو إطارات)، تتمتع بالسيولة، ولا تتصل جزيئات الطور المشتت ببعضها البعض، وتشارك في حركة حرارية عشوائية وتتحرك بحرية تحت تأثير الجاذبية . وتشمل هذه الأيروسولات والليوسولات والمعلقات المخففة والمستحلبات.

أمثلة على الأنظمة الموزعة بحرية:

• أنظمة مشتتة في الغازات ذات التشتت الغروي (T 1 / G 2 - الغبار في الطبقات العليا من الغلاف الجوي والهباء الجوي) مع التشتت الخشن (T 1 / G 2 - الأبخرة و G 1 / G 2 - الضباب) ؛
• أنظمة مشتتة في السوائل ذات التشتت الغروي (T 1 / G 2 - الليوسولات، الأصباغ المشتتة في الماء، اللاتكس من البوليمرات الاصطناعية)، مع التشتت الخشن (T 1 / G 2 - المعلقات؛ G 1 / G 2 - المستحلبات السائلة؛ G 1 / Zh 2 – مستحلبات غازية);
• أنظمة متفرقة في المواد الصلبةاه: T 1 / T 2 - سولات صلبة، على سبيل المثال، سول معدنية صفراء في الزجاج، ألياف مصبوغة، بوليمرات مملوءة.

2. الأنظمة المتفرقة (أو المستمرة) بشكل متماسك . في الأنظمة المستمرة (المشتتة بشكل متماسك)، تتشكل جزيئات الطور المشتت بشكل صلب الهياكل المكانية. مثل هذه الأنظمة تقاوم تشوه القص. الأنظمة المتفرقة بشكل متماسك تكون صلبة؛ وهي تنشأ عندما تتلامس جزيئات الطور المشتت، مما يؤدي إلى تكوين هيكل على شكل إطار أو شبكة، مما يحد من سيولة النظام المشتت ويمنحه القدرة على الاحتفاظ بشكله. تسمى هذه الأنظمة الغروية المهيكلة المواد الهلامية.

أمثلة على الأنظمة المشتتة بشكل متماسك:

• أنظمة متفرقة ذات واجهة سائلة (G 1 / Zh 2 - رغاوي؛ Zh1 / Zh 2 - مستحلبات رغوية)؛
• أنظمة متفرقة ذات واجهة صلبة بين المراحل (G 1 / T 2 - الأجسام المسامية والألياف الطبيعية والخفاف والإسفنج والفحم؛ G 1 / T 2 - الرطوبة في الجرانيت؛ T 1 / T 2 - شبكات البوليمرات المتداخلة).

تحضير وتنقية المحاليل الغروية

تحضير المحاليل الغروية

يمكن تحضير المحاليل الغرويةمشتتأو ل تركيزطُرق.

1. طرق التشتت- هذه هي طرق إنتاج المحلول اللاهوائي عن طريق سحق القطع الكبيرة إلى مجاميع ذات أحجام غروانية.

ميكانيكييتم سحق الأنظمة الخشنة عن طريق: التكسير، الصدم، التآكل، الانقسام. يتم سحق الجسيمات إلى أحجام عدة عشرات من الميكرونات باستخدام مطاحن الكرةيتم تحقيق التكسير الدقيق جدًا (يصل إلى 0.1-1 ميكرون) باستخدام خاصالمطاحن الغروانيةمع وجود فجوة ضيقة بين الدوار سريع الدوران (10-20 ألف دورة في الدقيقة) والإسكان الثابت، وتمزق الجزيئات أو تتآكل في الفجوة.أثبت عمل P. A. Rebinder ظاهرة انخفاض مقاومة المواد الصلبة للتشوهات المرنة والبلاستيكية، وكذلك التدمير الميكانيكي تحت تأثير امتصاص المواد الخافضة للتوتر السطحي. تعمل المواد الخافضة للتوتر السطحي على تسهيل التشتت وتساهم في زيادة كبيرة في درجة التشتت.

2. طرق التكثيف- هذه هي طرق إنتاج المحاليل الغروية عن طريق دمج (تكثيف) الجزيئات والأيونات في مجاميع ذات أحجام غروانية. يتغير النظام من متجانس إلى غير متجانس، أي تظهر مرحلة جديدة (طور مشتت). الشرط المطلوبيكون التشبع الزائدالنظام الأصلي.

تصنف طرق التكثيف حسب طبيعة القوى المسببة للتكثيف إلى تكثيف فيزيائي وتكثيف كيميائي.

التكثيف الجسدييمكن صنعه من البخار أو عن طريق استبدال المذيب.

التكثيف من الأبخرة.المادة الأولية في البخار. ومع انخفاض درجة الحرارة، يصبح البخار مفرط التشبع ويتكثف جزئيًا، مكونًا مرحلة مشتتة. وبهذه الطريقة يتم الحصول على هيدروسولات الزئبق وبعض المعادن الأخرى.

طريقة استبدال المذيبات.تعتمد الطريقة على تغيير تركيبة وخصائص وسط التشتت. على سبيل المثال، صب محلول كحولي من الكبريت أو الفوسفور أو الصنوبري في الماء، بسبب انخفاض ذوبان المادة في المذيب الجديد، يصبح المحلول مفرط التشبع ويتكثف جزء من المادة، مكونًا جزيئات الطور المشتت.

التكثيف الكيميائيهو أن المادة التي تشكل الطور المشتت يتم الحصول عليها نتيجة لذلك تفاعل كيميائي. لكي يشكل التفاعل محلولاً غروانياً بدلاً من محلول حقيقي أو راسب، يجب استيفاء ثلاثة شروط على الأقل:

1. مادة الطور المشتت غير قابلة للذوبان في وسط التشتت؛
2. معدل تكوين النوى البلورية ذات الطور المشتت أكبر بكثير من معدل نمو البلورات؛ عادة ما يتم استيفاء هذا الشرط عندما يتم سكب محلول مركز من أحد المكونات في محلول مخفف للغاية من مكون آخر مع التحريك القوي؛
3. يتم تناول إحدى المواد الأولية بشكل زائد، وهذا هو المثبت.

طرق تنقية المحاليل الغروية.

عادة ما يتم تنقية المحاليل الغروية التي يتم الحصول عليها بطريقة أو بأخرى من الشوائب ذات الوزن الجزيئي المنخفض (الجزيئات والأيونات). تتم إزالة هذه الشوائب عن طريق غسيل الكلى، (الغسيل الكلوي الكهربائي)، والترشيح الفائق.

غسيل الكلى– طريقة تنقية باستخدام غشاء شبه منفذ يفصل المحلول الغروي عن وسط التشتت النظيف. يتم استخدام الرق والسيلوفان والكولوديون والمرشحات الخزفية وغيرها من المواد المسامية الدقيقة كأغشية شبه منفذة (أي منفذة للجزيئات والأيونات، ولكنها غير منفذة لجزيئات الطور المشتتة). نتيجة للانتشار، تمر الشوائب ذات الوزن الجزيئي المنخفض إلى المحلول الخارجي.

الترشيح الفائقيسمى غسيل الكلى، ويتم إجراؤه تحت الضغط في غرفة داخلية. في الأساس، الترشيح الفائق ليس وسيلة لتنقية المواد الكيميائية، ولكنه مجرد وسيلة لتركيزها.

الخصائص البصرية للمحاليل الغروية

عند سقوط الضوء على نظام مشتت يمكن ملاحظة الظواهر التالية:

• مرور الضوء من خلال النظام.
• انكسار الضوء بواسطة جسيمات الطور المشتتة (إذا كانت هذه الجسيمات شفافة)؛
• انعكاس الضوء بواسطة جزيئات الطور المشتت (إذا كانت الجزيئات معتمة)؛
• تشتت الضوء؛
• استيعاب (امتصاص) الضوء بواسطة الطور المشتت.

تشتت الضوء لوحظ في الأنظمة التي تكون فيها جسيمات الطور المشتتة أصغر أو قابلة للمقارنة مع الطول الموجي للضوء الساقط. دعونا نتذكر أن حجم جسيم الطور المشتت في المحاليل الغروية هو 10 -7 -10 -9 م.وبالتالي فإن تشتت الضوء هو ظاهرة مميزة للأنظمة الغروية التي ندرسها.

ابتكر رايلي نظرية تشتت الضوء. لقد اشتق معادلة تربط شدة الضوء المتناثر I بكثافة الضوء الساقط I 0 . عادل بشرط :

• الجسيمات لها شكل كروي.
• الجسيمات لا تجري كهرباء(أي أنها غير معدنية)؛
• الجسيمات لا تمتص الضوء، أي أنها عديمة اللون؛
• يتم تخفيف المحلول الغروي إلى الحد الذي تكون فيه المسافة بين الجسيمات أكبر من الطول الموجي للضوء الساقط.

معادلة رايلي:

• أين الخامس - حجم جسيم واحد،
• LA - الطول الموجي؛
• ن 1 - معامل انكسار الجسيم؛
• ن س - معامل الانكسار للوسط.

الاستنتاجات التالية تتبع من معادلة رايلي:

1. كلما زادت اختلافات معاملات انكسار الجسيم والوسط، زادت شدة الضوء المتناثر. (ن 1 - ص 0 ).
2. إذا كان معامل الانكسار ص 1 و ن 0 هي نفسها، فإن تشتت الضوء سيكون غائبا في وسط غير متجانس.
3. كلما زاد التركيز الجزئي v، زادت شدة الضوء المتناثر. تركيز الكتلة ج, g/dm 3، والذي يستخدم عادةً عند تحضير المحاليل، يرتبط بالتركيز الجزئي بالتعبير:

حيث ρ هي كثافة الجسيمات.

وتجدر الإشارة إلى أن هذا الاعتماد يتم الحفاظ عليه فقط في المنطقة ذات أحجام الجسيمات الصغيرة. بالنسبة للجزء المرئي من الطيف، يتوافق هذا الشرط مع قيم 2 · 10 -6 سم< r < 4 10 -6 см. С увеличением r рост أنا يتباطأ، ومن أجل r > α، يتم استبدال التشتت بالانعكاس. تتناسب شدة الضوء المتناثر بشكل مباشر مع تركيزه.

4. شدة الضوء المبعثر تتناسب عكسيا مع الطول الموجي للقوة الرابعة.

وهذا يعني أنه عندما يمر شعاع من الضوء الأبيض عبر محلول غرواني، فإن الموجات القصيرة - الأجزاء الزرقاء والبنفسجية من الطيف - تكون متناثرة في الغالب. ولذلك، فإن سول عديم اللون له لون مزرق في الضوء المنتشر، ولون محمر في الضوء المنقول. ويعود اللون الأزرق للسماء أيضًا إلى تشتت الضوء بواسطة قطرات صغيرة من الماء في الغلاف الجوي. يرجع اللون البرتقالي أو الأحمر للسماء عند شروق الشمس أو غروبها إلى حقيقة أنه في الصباح أو المساء يمر الضوء بشكل أساسي عبر الغلاف الجوي.

امتصاص الضوء. تم اشتقاق معادلة رايلي للشمس غير الملونة، أي تلك التي لا تمتص الضوء. ومع ذلك، العديد من المحاليل الغروية لها لون معين، أي. تمتص الضوء في المنطقة المقابلة من الطيف - يكون المحلول ملونًا دائمًا بلون مكمل لذلك الممتص. وهكذا، عند امتصاص الجزء الأزرق من الطيف (435-480 نانومتر)، يتحول لون المحلول إلى اللون الأصفر؛ عند امتصاص الجزء الأخضر المزرق (490-500 نانومتر)، فإنه يأخذ اللون الأحمر.فإذا مرت الأشعة من كامل الطيف المرئي عبر جسم شفاف، أو انعكست من جسم معتم، فإن الجسم الشفاف يظهر عديم اللون، والجسم المعتم يبدو أبيض اللون. إذا امتص الجسم الإشعاع من كامل الطيف المرئي، فإنه يظهر باللون الأسود.يمكن وصف الخصائص البصرية للمحاليل الغروية القادرة على امتصاص الضوء بالتغيرات في شدة الضوء أثناء مروره عبر النظام. للقيام بذلك، استخدم قانون Bouguer-Lambert-Beer:

حيث أنا 0 - شدة الضوء الساقط ; أنا إلخ- شدة الضوء التي تمر عبر المحلول؛ ك - معامل الامتصاص؛ ل- سمك طبقة السول؛ مع- تركيز سول.

وإذا أخذنا لوغاريتم التعبير نحصل على:

الكمية تسمى الكثافة البصريةحل . عند العمل باستخدام ضوء أحادي اللون، قم دائمًا بالإشارة إلى الطول الموجي الذي تم تحديد الكثافة الضوئية به، مع تحديده د λ .

نظرية Mycellar لهيكل الأنظمة الغروية

دعونا نفكر في بنية الجسيم الغروي الكاره للماء باستخدام مثال تكوين AgI sol من خلال تفاعل التبادل

AgNO 3 + KI → AgI + KNO 3.

إذا تم تناول المواد بكميات متساوية، فإن الراسب البلوري من رواسب AgI يترسب. ولكن، إذا كانت إحدى المواد الأولية زائدة، على سبيل المثال KI، فإن عملية تبلور AgI تؤدي إلى تكوين محلول غرواني - مذيلات AgI.

يظهر الشكل 10.4 هيكل مذيلة AgI hydrosol.

الشكل 10.4 - مخطط لمذيلة AgI المائية المتكونة مع وجود فائض من KI

يمثل إجمالي 100-1000 [mAgI] من الجزيئات (البلورات الدقيقة) - النواة - نواة مرحلة جديدة، يحدث على سطحها امتزاز أيونات الإلكتروليت التي تحدث في وسط التشتت. وفقًا لقاعدة Paneth-Faience، فإن الأيونات التي هي نفس الأيونات التي تدخل الشبكة البلورية للنواة وتكمل هذه الشبكة يتم امتصاصها بشكل أفضل. تسمى الأيونات التي يتم امتصاصها مباشرة على النواة تحديد الإمكاناتلأنها تحدد مقدار الجهد وعلامة الشحنة السطحية، وكذلك علامة شحنة الجسيم بأكمله. الأيونات المحددة للجهد في هذا النظام هي أيونات I، والتي تكون زائدة، وهي جزء من الشبكة البلورية لنواة AgI، وتعمل كمثبتات وتشكل الغلاف الداخلي في الجزء الصلب من الطبقة الكهربائية المزدوجة (DEL) من المذيل. يشكل الركام الذي يحتوي على أيونات I - الممتصة جوهر المذيلة.

إلى السطح المشحون سالبًا لجزيئات AgI على مسافة قريبة من نصف قطر الأيون المائي، تنجذب أيونات العلامة المعاكسة (المضادات) - أيونات K + المشحونة بشكل إيجابي - من المحلول. الطبقة المضادة هي الغلاف الخارجي للطبقة الكهربائية المزدوجة (DEL)، والتي يتم ربطها معًا بواسطة كل من القوى الكهروستاتيكية وقوى الامتصاص الجذابة. يسمى مجموع الجزيئات مع طبقة مزدوجة صلبة بالجسيم الغروي - الحبيبة.

بسبب الحركة الحرارية، توجد بعض الأيونات المضادة بشكل منتشر حول الحبيبة وترتبط بها فقط بسبب القوى الكهروستاتيكية. تسمى الجسيمات الغروية، مع الطبقة المنتشرة المحيطة بها، بالمذيلة. المذيلة محايدة كهربائيا، منذ شحنة النواة يساوي تهمةجميع العدادات، والحبيبة عادةً ما تحتوي على شحنة، والتي تسمى بالحركية الكهربائية أو ξ - زيتا - الجهد. في شكل مختصر، يمكن كتابة مخطط هيكل المذيل لهذا المثال على النحو التالي:

أحد الأحكام الرئيسية لنظرية بنية الجسيمات الغروية هو مفهوم بنية الطبقة الكهربائية المزدوجة (EDL). وفقا للأفكار الحديثة. طبقة مزدوجة كهربائية DESيتكون من طبقات الامتزاز والانتشار. تتكون طبقة الامتزاز من:

• السطح المشحون لنواة المذيلة نتيجة لامتصاص الأيونات المحددة المحتملة عليه، والتي تحدد حجم إمكانات السطح وعلامتها؛
• طبقة من الأيونات ذات العلامة المعاكسة - العدادات التي تنجذب من المحلول إلى السطح المشحون. طبقة امتصاص الأيونات المضادةيقع على مسافة نصف القطر الجزيئي من السطح المشحون. توجد كل من القوى الكهروستاتيكية وقوى الامتزاز بين هذا السطح وأضداد طبقة الامتزاز، وبالتالي ترتبط هذه الأضداد بشكل خاص بإحكام بالقلب. طبقة الامتزاز كثيفة للغاية، وسمكها ثابت ولا يعتمد على التغيرات في الظروف الخارجية (تركيز المنحل بالكهرباء، ودرجة الحرارة).

بسبب الحركة الحرارية، تخترق بعض الأيونات المضادة عمق وسط التشتت، ويتم جذبها إلى السطح المشحون للحبيبة فقط بسبب القوى الكهروستاتيكية. تشكل هذه العدادات طبقة منتشرة، وهي أقل ارتباطًا بالسطح. الطبقة المنتشرة لها سمك متغير، والذي يعتمد على تركيز الشوارد في وسط التشتت.

عندما تتحرك الأطوار الصلبة والسائلة بالنسبة لبعضها البعض، يحدث تمزق في EDL في الجزء المنتشر ويحدث قفزة محتملة في السطح البيني، وهو ما يسمى الحركية الكهربائية ξ - الإمكانات(إمكانات زيتا). يتم تحديد قيمتها من خلال الفرق بين إجمالي عدد الشحنات (φ) للأيونات المحددة المحتملة وعدد الشحنات المضادة (ε) الموجودة في طبقة الامتزاز، أي. ξ = φ - ε. يظهر في الشكل 10.5 انخفاض إمكانات الواجهة البينية مع المسافة من الطور الصلب إلى عمق المحلول.

الشكل 10.5 هيكل محطة كهرباء الديزل

إن وجود فرق محتمل حول جزيئات المحلول الكاره للماء يمنعها من الالتصاق ببعضها البعض عند الاصطدام، أي أنها عامل في الاستقرار الكلي للمحلول الملحي. إذا انخفض عدد الأيونات المنتشرة أو يميل إلى الصفر، تصبح الحبيبة محايدة كهربائيًا (حالة تساوي الجهد الكهربي) ولها أقل استقرار.

وبالتالي، فإن حجم الإمكانات الحركية الكهربائية يحدد القوى التنافرية، وبالتالي، الاستقرار الكلي للمحلول الغروي. يتم ضمان الاستقرار الكافي للمحلول الغروي عند قيمة حركية كهربائية تبلغ ξ = 0.07 V؛ عند قيم أقل من ξ = 0.03 V، تكون قوى التنافر أضعف من أن تقاوم التجميع، وبالتالي يحدث التخثر، والذي ينتهي حتمًا بالترسيب. .

يمكن تحديد قيمة الجهد الكهربي باستخدام جهاز الرحلان الكهربائي وفقًا للصيغة (10.5):

حيث η هي اللزوجة؛ ϑ - سرعة حركة الجسيمات. l هي المسافة بين الأقطاب الكهربائية على طول المحلول؛ E - القوة الدافعة الكهربائية، D - ثابت العزل الكهربائي.

العوامل المؤثرة ξ - الإمكانات:

1. وجود محلول إلكتروليت غير مبال - إلكتروليت لا يحتوي على أيون محدد للجهد.

• يحتوي المنحل بالكهرباء غير المكترث على أيون مضاد. في هذه الحالة، يحدث ضغط لطبقة الانتشار ويسقط ξ، ونتيجة لذلك، يحدث التخثر.
• يحتوي المنحل بالكهرباء غير المختلف على أيون له نفس علامة الأيون المضاد، ولكن ليس الأيون المضاد نفسه. في هذه الحالة، يحدث التبادل الأيوني: يتم استبدال الأيون المضاد بأيونات المنحل بالكهرباء غير المكترث. يتم ملاحظة انخفاض في ξ، لكن درجة الانخفاض تعتمد على طبيعة الأيون البديل وتكافؤه ودرجة الماء. الصفوف من الكاتيونات والأنيونات هي صفوف يتم فيها ترتيب الأيونات وفقًا لزيادة قدرتها على ضغط الطبقة المنتشرة والتسبب في انخفاض جهد ξ.

Li + - Na + - NH 4 + - K + - Rb + - Cs + - Mg 2+ - Ca 2+ - Ba 2+ ...

CH 3 COO – - F – - NO 3 – - Cl – - I – - Br – - SCN – - OH – - SO 4 2–

2. إضافة الحل استقرار المنحل بالكهرباء– يؤدي الإلكتروليت الذي يحتوي على أيون محدد الجهد إلى زيادة جهد ξ، مما يعني أنه يساهم في استقرار النظام الغروي، ولكن إلى حد معين.

استقرار وتخثر الأنظمة الغروية

تم إنشاء النظرية الحديثة لاستقرار وتخثر الأنظمة الغروية من قبل العديد من العلماء المشهورين: Deryagina، Landau، Verwey، Overbeck وبالتالي يتم اختصارها كـنظرية DLFO . ووفقا لهذه النظرية، يتم تحديد استقرار النظام المشتت من خلال توازن قوى التجاذب والتنافر التي تنشأ بين الجزيئات عندما تقترب من بعضها البعض نتيجة للحركة البراونية. يتم التمييز بين الاستقرار الحركي والإجمالي للأنظمة الغروية.

1. الاستقرار الحركي (الترسيب).- قدرة الجزيئات المشتتة على أن تكون معلقة ولا تستقر (وليست رواسب). في الأنظمة المشتتة، كما هو الحال في المحاليل الطبيعية، توجد الحركة البراونية. تعتمد الحركة البراونية على حجم الجسيم، ولزوجة الوسط المشتت، ودرجة الحرارة، وما إلى ذلك. يتم تصنيف الأنظمة المشتتة بدقة (sols)، والتي لا تستقر جزيئاتها عمليا تحت تأثير الجاذبية، على أنها مستقرة حركيا (ترسيب). وتشمل هذه أيضًا المحاليل المحبة للماء - محاليل البوليمرات والبروتينات وما إلى ذلك. تعتبر المواد الصلبة المسعورة والأنظمة الخشنة (المعلقات والمستحلبات) غير مستقرة حركياً. فيها، يحدث فصل الطور والوسط بسرعة كبيرة.
2. الاستقرار الكلي- قدرة جزيئات الطور المشتتة على الحفاظ على درجة معينة من التشتت دون تغيير. في الأنظمة المستقرة للتجميع، لا تلتصق جزيئات الطور المشتت معًا أثناء الاصطدامات ولا تشكل مجاميع. ولكن عندما يتم انتهاك الاستقرار الكلي، تشكل الجسيمات الغروية مجاميع كبيرة مع هطول لاحق للطور المشتت. هذه العملية تسمى تجلط الدم، ويستمر تلقائيًا، لأنه في هذه الحالة تنخفض الطاقة الحرة للنظام (Δ G<0) .

تشمل العوامل التي تؤثر على استقرار الأنظمة الغروية ما يلي:

1. وجود شحنة كهربائية من الجزيئات المشتتة. الجسيمات المشتتة من مادة سولايفو الكارهة لها نفس الشحنة، وبالتالي، عندما تتصادم، فإنها سوف تتنافر مع بعضها البعض بقوة أكبر، كلما زادت إمكانات زيتا. ومع ذلك، فإن العامل الكهربائي ليس حاسما دائما.
2. القدرة على إذابة (ترطيب) الأيونات المثبتة. كلما كانت الأيونات المضادة أكثر رطوبة (مذابة) في الطبقة المنتشرة، كلما كانت قشرة الماء الكلية (المذابة) أكبر حول الحبيبات وكان النظام المشتت أكثر استقرارًا.

ووفقا للنظرية، أثناء الحركة البراونية، تقترب الجزيئات الغروية بحرية من بعضها البعض على مسافة تصل إلى 10 -5 انظر طبيعة التغير في قوى الجذب فان دير فالس (1) وقوى التنافر الكهروستاتيكية (2) بين الجسيمات الغروية موضحة في الشكل. 10.6. يتم الحصول على المنحنى الناتج (3) عن طريق إضافة الإحداثيات المقابلة هندسيًا. عند المسافات الدنيا والكبيرة، تسود طاقة الجذب بين الجزيئات (الحد الأدنى للطاقة I وII). عند الحد الأدنى من الطاقة II، تكون طاقة تماسك الجزيئات غير كافية لإبقائها في حالة مجمعة. على مسافات متوسطة تتوافق مع سمك الطبقة الكهربائية المزدوجة، تسود طاقة التنافر مع حاجز الجهد AB، الذي يمنع الجزيئات من الالتصاق ببعضها البعض. تظهر الممارسة أنه عند إمكانات زيتا ξ = 70 مللي فولت، تتميز الأنظمة الغروية بحاجز محتمل عالي واستقرار تجميعي عالي. لزعزعة استقرار النظام الغروي، أي. تنفيذ عملية التخثر، فمن الضروري الحد - إمكانات تصل إلى قيم 0 - 3 مللي فولت.

الشكل 10.6. منحنيات التفاعل المحتملة للجسيمات الغروية

تخثر الأنظمة المتفرقة

التخثر هو عملية التصاق الجزيئات الغروية ببعضها البعض. تتم هذه العملية بسهولة نسبيًا تحت تأثير مجموعة متنوعة من العوامل: إدخال الإلكتروليتات، وغير الإلكتروليتات، والتجميد، والغليان، والتحريك، والتعرض لأشعة الشمس، وما إلى ذلك. التخثر كهربائيا (تحت تأثير الشوارد)غالبًا ما يُلاحظ امتزاز التبادل الأيوني: الأيونات المتخثرة ذات التكافؤ العالي أو قدرة الامتزاز الأعلى تحل محل الأيونات المضادة، أولًا من الطبقة المنتشرة، ثم طبقة الامتزاز. يحدث التبادل بكمية مكافئة، لكن استبدال الأضداد يؤدي إلى حقيقة أنه مع وجود تركيز كافٍ من الإلكتروليتات في الوسط المشتت، تفقد الجزيئات الاستقرار وتلتصق ببعضها البعض عند الاصطدام.

تم وضع عدد من القواعد العامة التجريبية للتخثر الكهربائي:

1. يحدث تخثر الأملاح الكارهة للأكسدة بسبب أي إلكتروليتات، ولكن بمعدل ملحوظ يتم ملاحظته عند الوصول إلى تركيز معين للإلكتروليتات. عتبة التخثر(C to) هو الحد الأدنى لتركيز الإلكتروليت المطلوب لبدء تخثر المحلول. وفي هذه الحالة يتم ملاحظة تغيرات خارجية مثل تعكر المحلول وتغير لونه وغيرها.

• حيث Sel هو التركيز المولي للكهارل، مليمول/لتر؛
• فيل - حجم محلول المنحل بالكهرباء، ل؛
• Vz - حجم سول، ل.

يُطلق على المعاملة المتبادلة لعتبة التخثر اسم قدرة التخثر () للكهارل:

حيث Sk هي عتبة التخثر.

2. قاعدة شولتز-هاردي:

• يظهر تأثير التخثر بواسطة الأيون الذي تكون شحنته معاكسة لشحنة سطح الجزيئات الغروية (شحنة الحبيبة)، ويزداد هذا التأثير مع زيادة تكافؤ الأيون؛
• يزداد تأثير تخثر الأيونات عدة مرات مع زيادة تكافؤ الأيونات. بالنسبة لأيونات واحد أو اثنين وثلاثية التكافؤ، يكون تأثير التخثر حوالي 1: 50: 500.

ويفسر ذلك حقيقة أن أيونات التخثر متعددة التكافؤ المشحونة للغاية تنجذب بقوة أكبر للسطح المشحون للجسيم الغروي مقارنة بالأيونات أحادية التكافؤ، وتزيل الأيونات المضادة من الطبقة المنتشرة وحتى طبقة الامتزاز بسهولة أكبر.

3. تأثير التخثر للأيونات العضوية أعلى بكثير من تأثير الأيونات غير العضوية. ويرجع ذلك إلى قدرتها العالية على الامتصاص، والقدرة على الامتزاز بكميات زائدة عن الحد، وكذلك التسبب في إعادة شحن سطح الجزيئات الغروية.

4. في عدد من الأيونات غير العضوية التي لها نفس الشحنات، تعتمد قدرة التخثر على نصف قطر أيون التخثر: كلما زاد نصف القطر، زادت قدرة التخثر (انظر. سلسلة lyotropic). ويفسر ذلك أن درجة الترطيب الأيوني تنخفض مثلا من L+ إلى Cs+، وهذا يسهل اندماجه في الطبقة الأيونية المزدوجة.

5. تتخثر الجزيئات المحايدة كهربائياً من المواد الغروية الكارهة للشعر بأعلى سرعة.

6. ظاهرة إدمان السول. إذا تمت إضافة مادة تخثر بسرعة إلى المحلول، يحدث تخثر، ولكن إذا تمت إضافتها ببطء، لا يحدث تخثر. ويمكن تفسير ذلك بحقيقة حدوث تفاعل بين المنحل بالكهرباء والمحلول، ونتيجة لذلك يتم تشكيل الببتيزرز، التي تعمل على استقرار النظام المشتت:

الحديد (OH) 3 + حمض الهيدروكلوريك →FeOCl + 2H2O،

Fe O Cl → Fe O + + Cl - ,

حيث يعتبر FeO + عاملًا محفزًا لـ Fe (OH) 3 sol.

يتجلى تأثير التخثر لخليط الإلكتروليتات بشكل مختلف اعتمادًا على طبيعة الأيون - المُخثر. في خليط من الإلكتروليتات، يمكن تلخيص التأثير بتأثير التخثر لكل إلكتروليت. وتسمى هذه الظاهرةالمضافة الأيونات (كلوريد الصوديوم، بوكل). إذا انخفض تأثير التخثر لأيونات الإلكتروليت مع إدخال أيونات إلكتروليت آخر،تضاد الأيونات (LiCl، MgCl 2 ). في حالة زيادة تأثير التخثر لأيونات الإلكتروليت مع إدخال أيونات إلكتروليت آخر، تسمى هذه الظاهرةالتعاضد الأيونات.

يؤدي إدخال، على سبيل المثال، 10 مل من محلول NaCl 10% إلى 10 مل من Fe (OH) 3 sol إلى تخثر هذا المحلول الملحي. ولكن يمكن تجنب ذلك إذا تمت إضافة إحدى المواد الواقية إلى المحلول بشكل إضافي: 5 مل من الجيلاتين، 15 مل من زلال البيض، 20 مل من الدكسترين.

حماية الجزيئات الغروية

الحماية الغروية- زيادة الثبات الكلي للمحلول عن طريق إدخال مركب عالي الوزن الجزيئي (HMC) فيه. بالنسبة للمحلول الكاره للماء، تُستخدم عادةً البروتينات والكربوهيدرات والبكتين كمركبات BMC؛ للمحلول الملحي غير المائي - المطاط.

يرتبط التأثير الوقائي للـ IUD بتكوين طبقة امتصاص معينة على سطح الجزيئات الغروية (الشكل 10.7). وتسمى الظاهرة العكسية للتخثر بالببتزة.

الشكل 10.7 آلية التضمين

لتوصيف التأثير الوقائي للـ IUDs المختلفة، اقترح Zsigmondy استخدام الرقم الذهبي.الرقم الذهبي- هذا هو عدد مليجرامات اللولب التي يجب إضافتها إلى 10 سم 3 0.0006% سول من الذهب الأحمر لمنعه من التحول إلى اللون الأزرق (التخثر) عند إضافة 1 سم إليه 3 محلول كلوريد الصوديوم 10%. في بعض الأحيان، لتوصيف التأثير الوقائي للـ IUDs، يتم استخدام المحاليل الغروية من الفضة (رقم الفضة)، وهيدروكسيد الحديد (رقم الحديد)، وما إلى ذلك بدلاً من محلول الذهب.ويبين الجدول 10.2 قيم هذه الأرقام لبعض اللوالب الرحمية.

الجدول 10.2 التأثير الوقائي لللولب

أخصص ساعتين لدراسة هذا الموضوع. أرى أنه من المستحسن دراسة الأنظمة المتفرقة على شكل كتلة منفصلة، ​​لأنها منتشرة على نطاق واسع في الحياة اليومية والطبيعة وتلعب دورًا كبيرًا في مختلف العمليات الصناعية والطبيعية (الجيولوجية والتربة). من الضروري معرفة أنواع الأنظمة المتفرقة وخصائصها من أجل تعلم فهم مظاهر العمليات غير المرغوب فيها في البيئة وحل العديد من المشكلات العلمية والتقنية والبيئية بشكل صحيح.

إذا أصبح الطلاب في المراحل السابقة من دراسة الكيمياء على دراية بتنوع المواد وإقامة علاقات بين بنية المادة وتكوينها وخصائصها، فعند دراسة الأنظمة المتفرقة يتعلمون عن اعتماد جديد - اعتماد الخصائص من مادة على حالة تجزؤها.

عند دراسة الأنظمة المشتتة، يتم مواجهة العديد من المصطلحات الجديدة، لذا من الضروري تجميع قائمة بها مع التفسيرات المناسبة، وكلما أصبحت أكثر دراية بالأنظمة المشتتة، قم بالرجوع إلى هذه القائمة.

أخطط للدروس حول هذا الموضوع على النحو التالي:

1. الأنظمة المتفرقة وأنواعها.
2. مؤتمر "خصائص أنظمة التشتت. دور الأنظمة المتفرقة في الحياة اليومية والطبيعة وعمليات الإنتاج.

الهدف من الدروس:تلخيص وتنظيم المعرفة حول الموضوع؛ خلق جو من البحث والتعاون في الفصل الدراسي، مما يتيح لكل طالب الفرصة لتحقيق النجاح.

أهداف تعليمية:

1. التحقق من درجة إتقان المعرفة الأساسية حول الموضوع:
   - صياغة مفهوم نظام التفريق.
   - التعريف بتصنيف الأنظمة المتفرقة وفق معايير مختلفة.
   - جذب انتباه الطلاب إلى أنظمة متفرقة ذات أهمية عملية كبيرة:
   المعلقات، المستحلبات، المحاليل الغروية، المحاليل الحقيقية، الهباء الجوي، الرغاوي.
2. مواصلة تطوير المهارات الأكاديمية العامة (ممارسة ضبط النفس؛ التعاون؛ استخدام الكمبيوتر، الكمبيوتر المحمول، السبورة التفاعلية).
3. استمر في تطوير مهارات الطلاب للعمل بشكل مستقل باستخدام الكتاب المدرسي والأدبيات الإضافية ومواقع الإنترنت.

المهام التعليمية:

1. الاستمرار في تنمية الاهتمامات المعرفية لدى الطلاب؛
2. تنمية ثقافة الكلام والعمل الجاد والمثابرة.
3. الاستمرار في تطوير موقف مسؤول ومبدع في العمل؛

المهام التنموية:

1. تنمية القدرة على استخدام المصطلحات الكيميائية
2. تطوير العمليات العقلية (التحليل، والتوليف، وإقامة العلاقات بين السبب والنتيجة، وطرح الفرضيات، والتصنيف، ورسم المقارنات، والتعميم، والقدرة على الإثبات، وتسليط الضوء على الشيء الرئيسي)؛
3. تنمية اهتمامات وقدرات الفرد؛
4. تطوير القدرة على إجراء وملاحظة ووصف تجربة كيميائية.
5. لتحسين مهارات التواصل لدى الطلاب في الأنشطة المشتركة (القدرة على إجراء حوار، والاستماع إلى الخصم، وإثبات وجهة نظرهم) والمعلومات والكفاءة المعرفية للطلاب.

التحضير الأولي:

1. صياغة المشكلة؛
2. التنبؤ بالنتائج العملية للعمل؛
3. تنظيم أنشطة مستقلة (فردية، زوجية، جماعية) للطلاب في الفصل وخارج ساعات الفصل؛
4. هيكلة محتوى العمل البحثي (مع الإشارة إلى النتائج خطوة بخطوة وتحديد الأدوار)؛
5. العمل البحثي في ​​مجموعات صغيرة (مناقشة، البحث عن مصادر المعلومات)؛
6. إنشاء عرض تقديمي للشرائح؛
7. الدفاع عن العمل البحثي في ​​المؤتمر.

معدات:

• القائمة: "المصطلحات وتفسيراتها."
• يتم عرض الجدول رقم 6 "الأنظمة المتفرقة" على السبورة ويعطى لكل جدول.
• على طاولة العرض التوضيحي: عينات من أنظمة التفريق المختلفة وجهاز لتوضيح تأثير تيندال.
• أجهزة الكمبيوتر وجهاز عرض الوسائط.

الدرس 1. الأنظمة المتفرقة وأنواعها.

خلال الفصول الدراسية.

يبرر الخطاب التمهيدي الحاجة إلى دراسة الأنظمة المشتتة، مع التركيز على أن الأنظمة المشتتة ليست فئة منفصلة من المواد، كما كان يُعتقد سابقًا عند مواجهة الأنظمة الغروية (بياض البيض، بروتين الصويا، وما إلى ذلك)، ولكنها حالة من المواد، ولكن ليست حالة إجمالية، بل حالة تجزئة المادة التي تحدد خصائصها.

تم شرح معنى مصطلح "مشتت"، وتم تقديم تعريفات للنظام المشتت، والطور المشتت، والوسط المشتت.

ويلاحظ أن الأنظمة المتفرقة تحيط بنا في كل مكان. وتشمل هذه المواد الهواء والماء والمنتجات الغذائية ومستحضرات التجميل والأدوية والأجسام الطبيعية (الصخور والكائنات النباتية والحيوانية)، بالإضافة إلى مجموعة متنوعة من مواد البناء والإنشائية.

يتم عرض عينات من الأنظمة المتفرقة: ماء الصنبور، محاليل الأملاح المختلفة، محلول بياض البيض، خلاصة كحول الكلوروفيل، الغراء المكتبي، الحليب، الطين في الماء، عقار “الماجل”، كريم مغذي، معجون أسنان، قطعة خفاف، قطعة من رغوة البوليسترين، خليط من الزيت النباتي والماء، المايونيز، علب الهباء الجوي.

ويلاحظ مرة أخرى أن الأنظمة المشتتة تُفهم على أنها تشكيلات من مرحلتين أو أكثر مع سطح متطور للغاية بينهما، وأن السمة الرئيسية للنظام المشتت هي سطح متطور للغاية للطور المشتت.

يتم النظر في تصنيف الأنظمة المشتتة حسب حجم الجسيمات (انظر الرسم البياني رقم 1) وحالة تجميع الطور المشتت والوسط المشتت (انظر الجدول رقم 6).

المخطط رقم 1.

الأنظمة المتفرقة:

1. مشتتة بشكل خشن (المعلقات والمستحلبات والهباء الجوي)
2. مشتتة بدقة (الحلول الغروية والحقيقية)

أنواع أنظمة التفريق. الجدول رقم 6.

أنظمة متفرقة		نوع النظام المشتت وتعيينه.	أمثلة على الأنظمة المتفرقة
المرحلة متفرقة	وسط مشتت
صلب		الهباء الجوي (ر / ز)	الغبار والدخان ورقائق الثلج
	السائل (ل)	تعليق (طن / لتر) المحاليل الغروية (طن/لتر) حلول حقيقية	الطين، معجون الأسنان، أحمر الشفاه. محلول بياض البيض، بلازما الدم، مستخلص كحول الكلوروفيل، حمض السيليسيك. محاليل الأملاح والقلويات والسكر.
	الصلبة (ر)	المحاليل الصلبة (t/t)	السبائك والمعادن والنظارات الملونة.
سائل		الهباء الجوي (لتر/جم)	ضباب، غيوم، أمطار غزيرة، رذاذ من علبة الهباء الجوي.
	السائل (ل)	مستحلب (ث / ث) الحلول الحقيقية (لتر/لتر)	الحليب والزبدة والمايونيز والقشدة والمراهم والدهانات المستحلبة. كحولات سفلية + ماء، أسيتون + ماء.
	الصلبة (ر)	مستحلب صلب (وزن/طن)	اللؤلؤة، العقيق.
غاز		لا يتم تشكيل نظام تفريق
	السائل (ل)	الرغوة (جم/لتر)	رغوة الصودا، رغوة الصابون، الكريمة المخفوقة، الكريمة المخفوقة، الخطمي.
	الصلبة (ر)	الرغوة الصلبة (جم/طن)	رغوة البوليسترين، الخرسانة الرغوية، الزجاج الرغوي، الخفاف، الحمم البركانية.

استناداً إلى البيانات الواردة في المخطط رقم 1 والجدول رقم 6، يتم تمييز كل نوع من الأنظمة المشتتة، ويتم تصنيف الكائنات الطبيعية في الجدول التوضيحي حسب أهم أنواع الأنظمة المشتتة.

يتم تقسيم الفصل إلى 5 مجموعات. يُطلب من كل مجموعة وصف نظام تشتيت معين وفقًا للخطة الموضحة أدناه.

يخطط.

1. خصائص نظام التفريق، وأمثلة على مكان حدوثه.
2. الخصائص (المظهر، رؤية الجزيئات، القدرة على الترسيب، القدرة على الاحتفاظ بها بواسطة المرشح، وجود الشحنة).
3. الحصول على وتدمير نظام مشتت.
4. أهمية الأنظمة المتفرقة في الحياة اليومية وعمليات الإنتاج في حماية البيئة.

وفقًا للخطة، يختار المشاركون في كل مجموعة مواد للأنواع التالية من الأنظمة المشتتة: الهباء الجوي، أو المستحلبات، أو المعلقات، أو الرغاوي، أو المحاليل الغروية أو المحاليل الحقيقية. الكتب المدرسية الإلكترونية ومواد الإنترنت مطلوبة. يتم تنزيل المادة إلى المجلد الخاص بها على الكمبيوتر واستخدامها لإنشاء عرض تقديمي لخطاب في مؤتمر حول موضوع "الأنظمة المتفرقة من حولنا".

بالإضافة إلى ذلك، تتلقى كل مجموعة مشكلة عملية واجهت الكيميائيين وتم حلها من قبل المتخصصين. تتم كتابة المهمة على البطاقة وتعطى لقائد المجموعة.

المهمة رقم 1.

من المعروف أن الطريقة التالية تقلل من غبار الهواء: يتم تمرير الهواء الملوث عبر الغرف التي يتم فيها رش الماء العادي. تمتص قطرات الماء جزيئات الغبار وتستقر في قاع الحجرة.

يقترح إيجاد طريقة لزيادة درجة تنقية الهواء المترب باستخدام الماء المرشوش.

(يمكن العثور على إحدى الإجابات في كتاب G. V. Lisichkin و V. I. Betaneli "اختراع الكيميائيين". M.، Prosveshchenie، 1990، ص 85).

المهمة رقم 2.

يتم استحلاب قطرات صغيرة من الدهون في وسط ضخ الحليب. وترتفع تدريجياً إلى السطح لأن كثافتها أقل من كثافة الماء. تتشكل طبقة من الكريمة في الحليب خلال ساعات قليلة. الحليب ليس مستحلب مستقر.

يجب أن يكون الحليب المباع من صناعة الألبان أكثر مقاومة للانفصال. وكيف يمكن زيادة ثبات هذا المستحلب؟

المهمة رقم 3.

المعلقات عبارة عن أنظمة مشتتة يتم فيها توزيع الجزيئات الصلبة الصغيرة في السائل. المعلقات غير مستقرة وتترسب الجزيئات الصلبة تدريجياً تحت تأثير الجاذبية. الطريقة الرئيسية لفصل المواد الصلبة عن السوائل في المعلقات هي الترشيح. في أحد مصانع الأدوية، نشأت مشكلة الفصل السريع للمعلق عن طريق الترشيح، وكان من الضروري فصل كل من الطور السائل والطور الصلب المعلق فيه لمزيد من المعالجة. للقيام بذلك، تم تمرير التعليق من خلال مرشح شبكي معدني ذو شبكة دقيقة. مع تراكم الرواسب، انخفض معدل الترشيح، وأخيرا توقفت العملية عمليا.

من الضروري العثور على رسم تخطيطي لجهاز يسمح بإجراء عملية تصفية التعليق في الوضع المستمر.

(يمكن العثور على إحدى الإجابات في كتاب G. V. Lisichkin و V. I. Betaneli "اختراع الكيميائيين". M.، Prosveshchenie، 1990، ص 76).

المهمة رقم 4.

للحصول على مواد البوليمر العازلة للحرارة والصوت، يجب أن تكون رغوية ("موسعة")، أي. الحصول على البلاستيك الرغوي. هذه هي المواد التي تحتوي فيها كتلة البوليمر الصلبة على عدد كبير من فقاعات الغاز. إحدى طرق إنتاج البلاستيك الرغوي هي استخدام المواد المكونة للغاز. تتحلل هذه المواد أثناء البلمرة، وتطلق الغاز.

ومن الضروري اقتراح المواد التي يمكن استخدامها كعوامل تكوين الغاز وتكوين معادلات لتفاعلات تحللها.

المهمة رقم 5.

اكتشف ما هو قلم الرصاص المرقئ. اشرح على ماذا يستند عملها.

بالنسبة لدرس المؤتمر، يحدد الطلاب في كل مجموعة الوسائل البصرية التي سيستخدمونها، على سبيل المثال. ما هي الأشياء الطبيعية التي سيستخدمونها أثناء أداء مجموعتهم، وما هي التجارب التي يمكنهم إظهارها، وما هي الرسوم البيانية التي يمكنهم عرضها، وما إلى ذلك. في صف علوم الكمبيوتر، يقومون بوضع اللمسات الأخيرة على عروضهم التقديمية. يمكن للمعلمين التشاور مع أي أسئلة. وقت أداء كل مجموعة محدود: لا يزيد عن 6-7 دقائق.

للتحضير للمؤتمر، يمكنك استخدام مكتبة الفصول الدراسية للكيمياء:

• القاموس الموسوعي للكيميائي الشاب. م.، التربية، 1990.
• بيتريانوف الرابع، سوتوجين أ.ج. الهباء الجوي في كل مكان. م.، التربية، 1989.
• يودين إيه إم، سوشكوف ف.ن. الكيمياء في الحياة اليومية. م. الكيمياء، 1982.
• المواد المرجعية. م. التربية، 1984.
• دافيدوفا إس. الكيمياء في مستحضرات التجميل. م. المعرفة، 1990.
• G. V. Lisichkina و V. I. Betaneli "الكيميائيون يخترعون". م. التربية، 1990.

الدرس 2. مؤتمر "خصائص أنظمة التشتت. دور الأنظمة المتفرقة في الحياة اليومية والطبيعة وعمليات الإنتاج.

خطة الدرس للمؤتمر:

1. الكلمة الافتتاحية للمعلم.
2. رسائل من مجموعات الطلاب (الهباء الجوي، المستحلبات، المعلقات، الرغاوي، المحاليل الغروية، المحاليل الحقيقية) - يستخدم الطلاب العروض التقديمية المعدة والمواد التوضيحية. طلب .
3. تلخيص المؤتمر.

في الخطاب التمهيدي، يتم التذكير بأنواع الأنظمة المتفرقة التي تعرف عليها الطلاب، وأين توجد الأنظمة المتفرقة في الحياة، وكيف يتم تصنيفها.

يدافع الطلاب عن عملهم في شكل عرض تقديمي ويقومون بتدوين الملاحظات عن طريق ملء الجداول المرجعية المعدة مسبقًا.

معلومات حول أنظمة التشتت المدروسة.

خصائص أنظمة التفريق.	أنواع أنظمة التفريق.
	الغبار الجوي	المستحلبات	تعليق	المحاليل الغروية	حلول حقيقية
أحجام الجسيمات
مظهر
القدرة على التسوية
إيصال
دمار
معنى

في الخطاب الأخير، يشير المعلم مرة أخرى إلى الأهمية العملية الكبيرة للأنظمة المتفرقة. يتم استخدامها في صناعة المواد الغذائية وإنتاج الحرير الاصطناعي وصباغة المنسوجات وصناعة الجلود والإنتاج الزراعي وعلوم التربة والطب والبناء وغيرها من قطاعات الاقتصاد الوطني. تتيح لنا المعرفة بأنظمة التشتت وطرق التكوين والتدمير وأنماط سلوكها في العمليات الطبيعية حل المشكلات العلمية والتقنية والبيئية.

كتب مستخدمة:

1. غابرييليان أو إس. الكيمياء الصف الحادي عشر. - م. بوستارد 2005.
2. لاجونوفا إل. تدريس مقرر الكيمياء العامة في المدرسة الثانوية. – تفير، 1992
3. بوليتوفا إس. كيمياء عامة. الملاحظات الداعمة. الصف 11. – تفير، 2006

يمكن إجراء تصنيف الأنظمة المشتتة على أساس خصائص مختلفة: عن طريق التشتت، عن طريق الحالة التجميعية للأطوار، عن طريق تفاعل الطور المشتت والوسط المشتت، عن طريق التفاعل بين الجسيمات.

التصنيف عن طريق التشتت

يتم التعبير عن اعتماد مساحة السطح المحددة على التشتت Ssp = f (d) بيانياً بواسطة القطع الزائد متساوي الأضلاع (الشكل.).

يوضح الرسم البياني أنه مع انخفاض الأبعاد العرضية للجزيئات، تزيد مساحة السطح المحددة بشكل ملحوظ. إذا تم سحق مكعب بحجم حافة 1 سم إلى جزيئات مكعبة بأبعاد d = 10 -6 سم، فإن قيمة السطح البيني الإجمالي ستزداد من 6 سم 2 إلى 600 م 2.

عند d ≥ 10 -7 سم، ينقطع القطع الزائد، حيث يتم تقليل الجزيئات إلى حجم الجزيئات الفردية، ويصبح النظام غير المتجانس متجانسًا، حيث لا يوجد سطح بيني. حسب درجة التشتت تنقسم الأنظمة المشتتة إلى:

• الأنظمة الخشنة، د ≥ 10 -3 سم؛
• أنظمة متناهية الصغر، 10 -5 ≥ d ≥ 10 -3 سم؛
• أنظمة التشتت الغروية أو المحاليل الغروية، 10 -7 ≥ d ≥ 10 -5 سم؛
• الحلول الحقيقية، د ≥ 10 -7 سم.

ويجب التأكيد على أن جزيئات الطور المشتت في المحاليل الغروية لها أكبر مساحة سطحية محددة.

التصنيف حسب حالة تجميع المراحل

تم اقتراح التصنيف وفقًا لحالة تجميع المراحل بواسطة Wolfgang Ostwald. من حيث المبدأ، 9 مجموعات ممكنة. دعونا نقدمها في شكل جدول.

الحالة الإجمالية للمرحلة المشتتة	الحالة الإجمالية للوسط المشتت	مؤتمر	اسم النظام	أمثلة
ز	ز	ص / ص	الغبار الجوي	الغلاف الجوي للأرض
و	ز	ث / ز		الضباب والسحب الطبقية
تلفزيون	ز	تلفزيون / ز		الدخان والغبار والسحب الرقيقة
ز	و	ز/و	مستحلبات الغاز والرغاوي	الماء الفوار، رغوة الصابون، كوكتيل الأكسجين العلاجي، رغوة البيرة
و	و	ث / ث	المستحلبات	الحليب والزبدة والسمن والكريمات وغيرها.
تلفزيون	و	تلفزيون/ث	الليوسولات، المعلقات	المحاليل الغروية الكارهة للشعر، والمعلقات، والمعاجين، والدهانات، وما إلى ذلك. د.
ز	تلفزيون	ز/تلفزيون	رغاوي صلبة	الخفاف، الرغاوي الصلبة، رغوة البوليسترين، الخرسانة الرغوية، الخبز، الأجسام المسامية في الغاز، إلخ. د.
و	تلفزيون	ز تلفزيون	المستحلبات الصلبة	الماء في البارافين، والمعادن الطبيعية مع شوائب سائلة، والأجسام المسامية في السائل
تلفزيون	تلفزيون	تلفزيون/تلفزيون	سول الصلبة	الفولاذ، الحديد الزهر، الزجاج الملون، الأحجار الكريمة: Au sol في الزجاج - زجاج الياقوت (0.0001%) (1 طن زجاج - 1 جم Au)

التصنيف حسب تفاعل الطور المشتت والوسط المشتت (بتفاعل الطور البيني).

هذا التصنيف مناسب فقط للأنظمة ذات وسائط تشتت السائل. اقترح G. Freundlich تقسيم أنظمة التشتت إلى نوعين:

1. كارهة للضوء، حيث تكون المرحلة المشتتة غير قادرة على التفاعل مع وسط التشتت، وبالتالي تذوب فيه، وتشمل هذه المحاليل الغروية والأنظمة الدقيقة غير المتجانسة؛
2. مجفف بالتجميد، حيث تتفاعل المرحلة المشتتة مع وسط التشتت، وفي ظل ظروف معينة، تكون قادرة على الذوبان فيه؛ وتشمل هذه محاليل المواد الخافضة للتوتر السطحي الغروية ومحاليل اللولب.

التصنيف عن طريق التفاعل بين الجسيمات

وبحسب هذا التصنيف تنقسم الأنظمة المتفرقة إلى:

• منتشرة بحرية (بدون هيكلية)؛
• مشتتة بشكل متماسك (منظم).

في الأنظمة المشتتة بحرية، لا ترتبط جزيئات الطور المشتت مع بعضها البعض وتكون قادرة على التحرك بشكل مستقل في وسط التشتت.

في الأنظمة المشتتة بشكل متماسك، ترتبط جزيئات الطور المشتت ببعضها البعض بسبب القوى الجزيئية، وتشكل شبكات أو أطر (هياكل) مكانية فريدة في وسط التشتت. الجسيمات التي تشكل الهيكل ليست قادرة على الحركة المتبادلة ويمكنها فقط أداء حركات تذبذبية.

قائمة الأدب المستخدم

1. جلفمان إم آي، كوفاليفيتش أو في، يوستراتوف في بي.الكيمياء الغروية. الطبعة الثانية، محذوفة. - سانت بطرسبورغ: دار لان للنشر، 2004. - 336 ص: مريض. ردمك 5-8114-0478-6 [ص. 8-10]

رقم 6. لتصنيف أنظمة التشتت، انظر الجدول. 3.

جدول تصنيف الأنظمة المشتتة حسب حالة التجميع
وسط مشتت	مشتت	أمثلة على بعض أنظمة التشتيت الطبيعية والمنزلية
	سائل	الضباب، الغاز المصاحب لقطرات الزيت، خليط المكربن ​​في محركات السيارات (قطرات البنزين في الهواء)، الهباء الجوي
	صلب	الغبار في الهواء، الأبخرة، الضباب الدخاني، السيموم (العواصف الترابية والرملية)، الهباء الجوي الصلب
سائل		المشروبات الفوارة، والرغاوي
	سائل	المستحلبات. الوسائط السائلة للجسم (بلازما الدم، اللمف، العصارات الهضمية)، المحتويات السائلة للخلايا (السيتوبلازم، الكاريوبلازم)
	صلب	المواد الهلامية والمواد الهلامية والمعاجين (الجيلي والهلام والغراء). طمي النهر والبحر المعلق في الماء؛ قذائف الهاون
صلب،		قشرة ثلجية تحتوي على فقاعات هواء، تربة، أقمشة نسيجية، طوب وسيراميك، مطاط رغوي، شوكولاتة غازية، مساحيق
	سائل	التربة الرطبة والمنتجات الطبية والتجميلية (المراهم والماسكارا وأحمر الشفاه وغيرها)
	صلب	الصخور والزجاج الملون وبعض السبائك