고체 분산상으로 구성된 분산 시스템입니다. 주제에 대한 화학의 분산 시스템 재료(11학년)

분산 시스템. 정의. 분류.

솔루션

이전 단락에서 우리는 솔루션. 여기서 이 개념을 간단히 기억해 보겠습니다.

솔루션둘 이상의 구성 요소로 구성된 동종 (동종) 시스템이라고합니다.

동종 시스템- 이것 동종 시스템, 화학적 구성 요소그리고 물리적 특성모든 부분이 동일하거나 점프 없이 지속적으로 변경되는 경우(시스템 부분 간에 인터페이스가 없음)

이 솔루션 정의는 완전히 정확하지 않습니다. 오히려 다음을 가리킨다. 진정한 솔루션.

동시에, 또한 있다 콜로이드 용액, 동질적이지는 않지만 이질적인, 즉. 인터페이스로 구분된 여러 단계로 구성됩니다.

정의를보다 명확하게하기 위해 다른 용어가 사용됩니다. 분산 시스템.

분산 시스템을 고려하기 전에 연구의 역사와 다음과 같은 용어의 출현에 대해 조금 이야기하겠습니다. 콜로이드 용액.

배경

1845년에 화학자 프란체스코 셀미(Francesco Selmi)는 다양한 용액의 특성을 연구하면서 생물학적 유체(혈청 및 혈장, 림프액 등)가 일반적인 실제 용액과 특성이 크게 다르므로 이러한 액체를 의사 용액이라고 불렀습니다. .

콜로이드와 결정질

영국 과학자 Thomas Graham이 1861년부터 수행한 이 방향에 대한 추가 연구에 따르면 빠르게 확산되어 식물과 동물의 막을 통과하는 일부 물질은 쉽게 결정화되는 반면, 다른 물질은 확산 능력이 낮고 막을 통과하지 못하고 결정화되는 것으로 나타났습니다. 결정화되지는 않지만 무정형 침전물을 형성합니다.

그레이엄이 첫 번째로 이름을 지었다. 결정체, 그리고 두 번째 – 콜로이드(그리스어 kolla - 접착제 및 eidos - 종류에서 유래) 또는 접착제와 유사한 물질.

특히 알부민, 젤라틴, 아라비아검, 수산화철, 수산화알루미늄 등 무정형 퇴적물을 형성할 수 있는 물질은 식염, 마그네슘 등 결정성 물질의 확산 속도에 비해 물 속에서 천천히 확산되는 것으로 밝혀졌습니다. 황산염, 사탕수수 설탕 등

아래 표는 18°C에서 일부 결정질과 콜로이드에 대한 확산 계수 D를 보여줍니다.

표는 분자량과 확산계수 사이에 반비례 관계가 있음을 보여줍니다.

또한, 결정질은 빠르게 확산될 뿐만 아니라, 투석하다, 즉. 콜로이드는 분자 크기가 더 커서 천천히 확산되어 막을 통과하지 못하는 콜로이드와 달리 막을 통과합니다.

황소 방광의 벽, 셀로판, 시안화철 구리 필름 등이 막으로 사용됩니다.

그의 관찰을 바탕으로 그레이엄은 모든 물질이 다음과 같이 분류될 수 있다는 사실을 확립했습니다. 결정질 및 콜로이드.

러시아인들은 동의하지 않는다

이렇게 엄격한 분열에 맞서 화학 물질키예프 대학의 한 교수가 반대했다. I.G. 보르셰프(1869). Borshchev의 의견은 나중에 다른 러시아 과학자의 연구를 통해 확인되었습니다. 바이만, 같은 물질이라도 조건에 따라 콜로이드나 결정질의 성질을 나타낼 수 있음을 증명한 사람입니다.

예를 들어, 물에 비누를 섞은 용액은 다음과 같은 특성을 가지고 있습니다. 콜로이드, 알코올에 용해된 비누는 성질을 나타낸다. 진정한 솔루션.

같은 방식으로, 물에 용해된 식염과 같은 결정성 염은 다음을 제공합니다. 진정한 해결책, 그리고 벤젠에서 - 콜로이드 용액등등.

콜로이드의 성질을 갖는 헤모글로빈이나 달걀 알부민은 결정질 상태로 얻을 수 있습니다.

디. 멘델레예프환경의 조건과 성질에 따라 모든 물질이 특성을 나타낼 수 있다고 믿었습니다. 콜로이드. 현재 모든 물질은 콜로이드 상태로 얻을 수 있습니다.

따라서 물질을 결정질과 콜로이드라는 두 가지 별도 클래스로 나눌 이유가 없지만 물질의 콜로이드 상태와 결정질 상태에 대해 이야기할 수 있습니다.

물질의 콜로이드 상태는 어느 정도의 단편화 또는 분산 및 용매 현탁액에 콜로이드 입자가 존재함을 의미합니다.

이종의 고분산 및 고분자 시스템의 물리화학적 특성을 연구하는 과학을 과학이라고 합니다. 콜로이드 화학.

분산 시스템

분쇄된(분산된) 상태의 한 물질이 다른 물질의 질량에 고르게 분포된 경우 이러한 시스템을 분산이라고 합니다.

이러한 시스템에서는 조각난 물질을 일반적으로 분산상이며, 배포되는 환경은 다음과 같습니다. 분산매.

예를 들어, 물 속의 교반된 점토를 나타내는 시스템은 부유된 작은 점토 입자(분산상)와 물(분산 매체)로 구성됩니다.

분산(조각난) 시스템은 이질적인.

상대적으로 크고 연속적인 단계를 갖는 이종 시스템과 달리 분산 시스템을 호출합니다. 미세 이질적인, 콜로이드 분산 시스템을 호출합니다. 초미세 이종.

분산 시스템의 분류

분산 시스템의 분류는 가장 흔히 다음을 기준으로 이루어집니다. 분산 정도또는 집합 상태분산상 및 분산매.

분산 정도에 따른 분류

모두 분산 시스템분산상 입자의 크기에 따라 다음 그룹으로 나눌 수 있습니다.

참고로 SI 시스템의 크기 단위는 다음과 같습니다.
1m(미터) = 102cm(센티미터) = 103mm(밀리미터) = 106미크론(마이크로미터) = 109nm(나노미터).

때로는 mk(미크론) 또는 mmk(밀리미크론)와 같은 다른 단위가 사용됩니다.
1nm = 10 -9m = 10 -7cm = 1mmk;
1μm = 10 -6m = 10 -4cm = 1μm.

대략 분산 시스템.

이 시스템은 분산상으로 직경이 가장 큰 입자를 포함합니다. 0.1 마이크론 이상. 이러한 시스템에는 다음이 포함됩니다. 정학그리고 유제.

정지고체 물질이 액체 분산 매체(예: 전분, 점토 등이 물에 현탁된 상태)에 있는 시스템입니다.

에멀젼혼합되지 않는 두 액체의 분산 시스템이라고 하며, 한 액체의 물방울이 다른 액체의 부피에 떠 있는 것입니다. 예를 들어 물 속의 기름, 벤젠, 톨루엔, 우유 속의 지방 방울(직경 0.1 ~ 22 마이크론) 등입니다.

콜로이드 시스템.

그들은 분산상의 입자 크기를 가지고 있습니다. 0.1μm ~ 1μm(또는 10 -5 ~ 10 -7cm). 이러한 입자는 여과지의 구멍을 통과할 수 있지만, 동식물 막의 구멍은 통과하지 못합니다.

콜로이드 입자만약 그들이 가지고 있다면 전하용매화 이온 껍질은 현탁 상태로 유지되며 조건을 바꾸지 않으면 오랫동안 침전되지 않을 수 있습니다.

콜로이드 시스템의 예로는 알부민, 젤라틴, 아라비아 검 용액, 금, 은, 황화비소의 콜로이드 용액 등이 있습니다.

분자 분산 시스템.

이러한 시스템의 입자 크기는 1mm를 초과하지 않습니다. 분자 분산 시스템에는 비전해질의 진정한 솔루션이 포함됩니다.

이온 분산 시스템.

이는 염, 염기 등과 같은 다양한 전해질의 용액으로, 해당 이온으로 분해되며 그 크기는 매우 작으며 훨씬 더 뛰어납니다.
10 -8cm.

진정한 솔루션의 표현에 대한 설명 분산 시스템.

여기에 주어진 분류에서 모든 용액(진성 및 콜로이드 모두)이 분산 매체로 표시될 수 있다는 것이 분명합니다. 실제 용액과 콜로이드 용액은 분산상의 입자 크기가 다릅니다. 그러나 위에서 우리는 진정한 솔루션의 동질성에 대해 썼고 분산 시스템은 이질적입니다. 이 모순을 해결하는 방법은 무엇입니까?

에 대해 이야기한다면 구조진정한 해결책이라면 그 동질성은 상대적일 것입니다. 실제 용액의 구조 단위(분자 또는 이온)는 콜로이드 용액의 입자보다 훨씬 작습니다. 따라서 콜로이드 용액 및 현탁액과 비교하여 실제 용액은 균질하다고 말할 수 있습니다.

우리가 이야기하면 속성진정한 해결책이라면 분산 시스템의 필수 존재는 분산 물질과 분산 매체의 상호 불용성이기 때문에 분산 시스템이라고 완전히 부를 수 없습니다.

콜로이드 용액과 거친 현탁액에서 분산상과 분산 매질은 실제로 혼합되지 않으며 서로 화학적으로 반응하지 않습니다. 이것은 진정한 해결책에 대해서는 전혀 말할 수 없습니다. 그 안에 용해되면 물질이 혼합되고 심지어 상호 작용합니다. 이러한 이유로 콜로이드 용액은 실제 용액과 특성이 크게 다릅니다.

일부 분자, 입자, 세포의 크기.

입자 크기가 가장 큰 것에서 가장 작은 것, 그 반대로 변경됨에 따라 분산 시스템의 특성도 그에 따라 변경됩니다. 여기서 콜로이드 시스템그대로 차지하다 중간 위치거친 현탁액과 분자 분산 시스템 사이.

분산상과 분산매의 응집상태에 따른 분류.

거품거품은 액체에 기체가 분산된 것이며, 거품에서는 액체가 개별 기체 기포를 분리하는 얇은 필름으로 변질됩니다.

에멀젼한 액체가 이를 용해하지 않는 다른 액체(예: 지방 속의 물)에 의해 분쇄되는 분산 시스템입니다.

정지액체 내 고체 입자의 저분산 시스템이라고 합니다.

세 가지 유형의 집합 상태를 결합하면 9가지 유형의 분산 시스템을 구별할 수 있습니다.

분산상	분산 매체	제목 및 예시
텅빈	텅빈	분산 시스템이 형성되지 않음
텅빈		가스 에멀젼 및 폼
텅빈		다공체: 발포 경석
	텅빈	에어로졸: 안개, 구름
		유제: 오일, 크림, 우유, 마가린, 버터
		모세관 시스템: 다공체, 토양, 토양의 액체
	텅빈	에어로졸(먼지, 연기), 분말
		현탁액: 펄프, 슬러지, 현탁액, 페이스트
		고체 시스템: 합금, 콘크리트

Sols는 콜로이드 용액의 또 다른 이름입니다.

콜로이드 용액이라고도 합니다. 솔(라틴어 solutus에서 - 용해됨).

기체 분산 매체를 사용한 분산 시스템을 호출합니다. 에어로졸. 안개는 액체 분산상을 갖는 에어로졸이고, 먼지와 연기는 고체 분산상을 갖는 에어로졸입니다. 연기는 먼지보다 더 고도로 분산된 시스템입니다.

액체 분산매를 사용한 분산 시스템을 호출합니다. 리솔(그리스어 "lios"-액체에서 유래).

용매(분산매질)에 따라 다릅니다. 물, 벤젠 알코올 또는 에테르 등, ​​하이드로졸, 알코올, 벤졸, 에테르졸 등이 있습니다.

응집력 있게 분산된 시스템. 젤.

분산 시스템될 수 있다 자유롭게 분산그리고 응집력 있게 분산됨분산상의 입자 간 상호 작용의 유무에 따라 달라집니다.

에게 자유롭게 분산된 시스템에어로졸, 리졸, 희석 현탁액, 유제 등이 포함됩니다. 그들은 유동적입니다. 이러한 시스템에서 분산상의 입자는 접촉이 없고 무작위 열 운동에 참여하며 중력의 영향을 받아 자유롭게 움직입니다.

위의 사진은 보여줍니다 자유 분산 시스템:
사진 속 에이 BC묘사된 미립자 분산 시스템:
에, 비- 단분산 시스템,
V- 다분산 시스템,
이미지에 G묘사된 섬유 분산 시스템
이미지에 디묘사된 필름 분산 시스템

- 단단한. 이는 분산상의 입자가 접촉할 때 발생하여 프레임워크 또는 네트워크 형태의 구조가 형성됩니다.

이 구조는 분산 시스템의 유동성을 제한하고 모양을 유지하는 능력을 제공합니다. 이러한 구조화된 콜로이드 시스템을 콜로이드 시스템이라고 합니다. 젤.

졸의 안정성 감소로 인해 발생하는 졸의 겔로의 전이를 호출합니다. 동결(또는 젤라틴화).

사진 속 에이 BC묘사된 응집력 분산 시스템:
ㅏ- 젤,
비- 치밀한 구조의 응고물,
V- 느슨한 "아치형" 구조를 가진 응고물
사진 속 지, 디묘사된 모세관 분산 시스템

분말(페이스트), 폼– 응집력 있게 분산된 시스템의 예.

토양, 토양 광물과 부식질(유기) 물질의 분산된 입자의 접촉 및 압축의 결과로 형성되는 것도 일관되게 분산된 시스템입니다.

연속적인 물질 덩어리가 기공과 모세혈관을 통해 침투하여 모세관 분산 시스템을 형성할 수 있습니다. 여기에는 예를 들어 다음이 포함됩니다. 목재, 가죽, 종이, 판지, 직물.

친액성 및 소액성

콜로이드 용액의 일반적인 특징은 분산상의 특성이 분산 매질과 상호 작용한다는 것입니다. 이와 관련하여 두 가지 유형의 솔이 구별됩니다.

1. 소수성(그리스어에서 공포증 - 증오) 그리고

2.친액성(그리스어에서 필리아 – 사랑).

유 소수성졸에서 입자는 용매에 대한 친화력이 없으며 용매와 약하게 상호 작용하며 주변에 용매 분자의 얇은 껍질을 형성합니다.

특히 분산매가 물인 경우 이러한 시스템을 호출합니다. 소수성의, 예를 들어 철, 금, 황화비소, 염화은 등의 금속 졸입니다.

안에 친액성의시스템에서는 분산된 물질과 용매 사이에 친화력이 있습니다. 이 경우 분산상의 입자는 더 많은 양의 용매 분자 껍질을 얻습니다.

수성 분산매의 경우 이러한 시스템을 다음과 같이 부릅니다. 친수성의, 단백질 용액, 전분, 한천, 아라비아 검 등

콜로이드의 응고. 안정제.

인터페이스의 물질.

모든 액체와 고체는 서로 다른 조성과 구조의 상(예: 증기, 다른 액체 또는 고체)과 접촉하는 외부 표면에 의해 제한됩니다.

이 물질의 성질 계면 표면, 원자 또는 분자의 여러 직경의 두께를 갖는 것은 위상 부피 내부의 특성과 다릅니다.

고체, 액체 또는 기체 상태의 순수한 물질의 부피 내부에서 모든 분자는 유사한 분자로 둘러싸여 있습니다.

경계층에서 분자는 다른 수의 분자와 상호 작용합니다(물질 부피 내부의 상호 작용과 비교하여 다릅니다).

예를 들어, 이는 액체 또는 고체와 증기의 경계면에서 발생합니다. 경계층에서 물질의 분자는 다른 물질의 분자와 상호 작용합니다. 화학적 성질예를 들어, 서로 잘 녹지 않는 두 액체의 경계에 있습니다.

결과적으로, 대부분의 위상 내부와 위상 경계에서의 상호 작용 특성의 차이가 발생합니다. 역장이 불균일성과 관련이 있습니다. (이에 대한 자세한 내용은 액체의 표면 장력 섹션을 참조하세요.)

각 상에 작용하는 분자간 힘의 강도 차이가 클수록 간기 표면의 위치 에너지는 더 커집니다. 간단히 말해서 표면 에너지.

표면 장력
표면에너지를 추정하기 위해서는 비자유표면에너지와 같은 양이 사용됩니다. 이는 새로운 위상 경계면의 단위 면적을 형성하는 데 소요되는 작업과 동일합니다(일정한 온도를 가정).
두 응축상 사이의 경계의 경우 이 양을 다음과 같이 부릅니다. 경계 장력.
액체와 증기의 경계를 말할 때 이 양을 다음과 같이 부릅니다. 표면 장력.

콜로이드의 응고

모든 자발적 과정은 시스템의 에너지(등압 전위)를 감소시키는 방향으로 발생합니다.

유사하게, 공정은 자유 표면 에너지가 감소하는 방향으로 위상 경계면에서 자발적으로 발생합니다.

간기 표면이 작을수록 자유 에너지는 작아집니다.

그리고 위상 경계면은 용해된 물질의 분산 정도와 관련이 있습니다. 분산이 높을수록( 더 작은 입자분산상), 상 사이의 경계면이 더 커집니다.

따라서, 분산 시스템에는 항상 전체 간면 표면을 감소시키는 힘이 있습니다., 즉. 입자 확대에. 따라서 안개, 비구름 및 유제의 작은 물방울이 합쳐지는 현상이 발생합니다. 즉, 고도로 분산된 입자가 더 큰 형태로 응집되는 것입니다.

이 모든 것이 분산 시스템의 파괴로 이어집니다. 안개와 비 구름 비, 유제가 분리되고 콜로이드 용액이 응고됩니다. 분산상의 침전물(응고물)과 분산매로 분리되거나 분산상의 길쭉한 입자의 경우 겔로 변합니다.

고유한 분산 정도를 유지하는 단편화된 시스템의 능력을 다음과 같이 부릅니다. 총체적인 안정성.

분산 시스템용 안정제

앞서 언급했듯이, 분산 시스템은 근본적으로 열역학적으로 불안정합니다.. 분산이 높을수록 자유 표면 에너지가 커지고 자발적으로 분산이 감소하는 경향이 커집니다.

따라서 안정적인 것을 얻으려면, 즉 오래 지속되는 현탁액, 유제, 콜로이드 용액의 경우 원하는 분산을 달성하는 것뿐만 아니라 안정화를 위한 조건을 만드는 것도 필요합니다.

이러한 관점에서 안정적인 분산 시스템은 분산상, 분산 매체 및 세 번째 구성 요소의 세 가지 구성 요소로 구성됩니다. 분산 시스템 안정제.

안정제는 본질적으로 이온성 또는 분자성, 종종 고분자성일 수 있습니다.

소수성 콜로이드 졸의 이온 안정화는 낮은 농도의 전해질 존재와 관련되어 분산상과 분산 매질 사이에 이온 경계층을 생성합니다.

분산 시스템을 안정화하기 위해 첨가된 고분자 화합물(단백질, 폴리펩티드, 폴리비닐 알코올 등)을 보호 콜로이드라고 합니다.

상 경계면에 흡착되어 표면층에 메쉬 및 겔형 구조를 형성하여 분산상의 입자 통합을 방지하는 구조적 기계적 장벽을 생성합니다.

구조적 기계적 안정화는 현탁액, 페이스트, 폼 및 농축 유제의 안정화에 매우 중요합니다.

분산 시스템에 대한 일반적인 아이디어

균질 반응의 화학적 상호 작용은 활성 입자의 효과적인 충돌 및 이종 반응에서 발생합니다. 반응 물질이 접촉할 때 상의 경계면에서 반응의 속도와 메커니즘은 표면적이 클수록 더 발전됩니다. 표면은. 이러한 관점에서 보면 비표면적이 높은 분산 시스템이 특히 중요합니다.

분산 시스템은 서로 화학적으로 반응하지 않고 거의 완전한 상호 불용성을 갖는 두 가지 이상의 물질로 구성된 혼합물입니다. 분산 시스템 - 이는 한 물질의 매우 분쇄된 입자가 다른 물질의 부피 내에 고르게 분포되는 시스템입니다.

분산 시스템을 고려할 때 분산상과 분산 매체라는 두 가지 개념이 구별됩니다(그림 10.1).

분산상 – 이것은 작은 크기로 분산되어 다른 물질의 부피에 고르게 분포된 물질 입자의 집합입니다. 분산상의 징후는 단편화와 불연속성입니다.

분산 매체분산상의 입자가 고르게 분포되어 있는 물질입니다. 분산매의 특징은 연속성입니다.

분산상은 물리적 수단(원심분리, 분리, 침전 등)을 통해 분산매로부터 분리될 수 있습니다.

그림 10.1 - 분산 시스템: 흡착층 d를 갖는 분산상의 입자(작은 고체 입자, 결정, 액체 방울, 기포, 분자 또는 이온의 결합체 형태)는 균질한 연속 분산 매질에 분포됩니다. 에프.

분산 시스템은 분산, 분산상과 분산 매질의 응집 상태, 이들 사이의 상호 작용 강도, 분산 시스템에서 구조의 부재 또는 형성과 같은 다양한 특징에 따라 분류됩니다.

분산 정도에 따른 분류

분산상의 입자 크기에 따라 모든 분산 시스템은 일반적으로 세 그룹으로 나뉩니다(그림 10.2).

그림 10.2 - 입자 크기에 따른 분산 시스템 분류(비교를 위해 실제 용액의 입자 크기가 제공됨)

1. 대략적인 시스템 , 입자 크기가 1 µm (10 –5 중). 이 분산 시스템 그룹은 다음과 같은 특징이 있습니다. 분산상의 입자는 중력장에 침전(또는 부유)하고 종이 필터를 통과하지 않습니다. 일반 현미경으로 볼 수 있습니다. 거친 시스템에는 현탁액, 유제, 먼지, 거품, 에어로졸 등이 포함됩니다.

보류 - 분산된 시스템이다.상은 고체이고 분산매는 액체입니다.

현탁액의 예로는 물, 페인트 또는 페이스트에 점토나 분필을 흔들어 형성된 시스템이 있습니다.

에멀젼 - 이는 액체 분산상이 액체 분산 매질의 부피 전체에 균일하게 분포되는 분산 시스템입니다. 에멀젼은 서로 불용성인 두 액체로 구성됩니다.

에멀젼의 예로는 우유(분산상은 액체 지방 방울이고 분산 매질은 물임), 크림, 마요네즈, 마가린, 아이스크림 등이 있습니다.

침전 시 현탁액과 유제는 구성 요소인 분산상과 분산 매체로 분리(층화)됩니다. 따라서 벤젠을 물과 함께 세게 흔들면 에멀젼이 형성되고, 일정 시간이 지나면 상부 벤젠과 하부 수성 층의 두 층으로 분리됩니다. 에멀젼이 분리되는 것을 방지하기 위해 첨가하세요. 유화제– 에멀젼에 총체적 안정성을 부여하는 물질.

거품 – 분산상이 일련의 가스(또는 증기) 기포이고 분산 매체가 액체인 세포형 거칠게 분산된 시스템입니다.

폼에서 기포에 포함된 가스의 총 부피는 기포 사이의 층에 포함된 액체 분산매의 부피보다 수백 배 더 클 수 있습니다.

2. 미세이종 (또는미세하게 분산된 ) 입자 크기가 10°내로 변하는 중간 시스템 – 5 –10 –7 m. 여기에는 묽은 현탁액, 연기 및 다공성 고체가 포함됩니다.

3. 초미세 이질성 (또는콜로이드 분산 ) 1~100nm 크기의 입자(10–9 –10 –7 m) 10 3_ 10 9로 구성 원자는 계면에 의해 용매와 분리됩니다. 콜로이드 용액은 극도로 분산된 상태를 특징으로 합니다.솔, 또는 자주 리오솔분산매가 액체라는 점을 강조합니다. 물을 분산매로 사용하는 경우 이러한 졸을하이드로졸, 그리고 유기 액체인 경우 -유기졸.

대부분의 미세 분산 시스템에는 다음과 같은 특정 기능이 있습니다.

낮은 확산율;

분산상의 입자(즉, 콜로이드 입자)는 초현미경이나 전자현미경을 통해서만 검사할 수 있습니다.

콜로이드 입자에 의한 빛의 산란으로 인해 초현미경에서 밝은 반점이 나타납니다 - Tyndall 효과 (그림 10.3);

그림 10.3 - 초미세 이종(미세하게 분산된) 시스템: a) 콜로이드 용액; b) 콜로이드 용액을 통과할 때 좁은 광선의 편향 다이어그램; c) 콜로이드 용액에 의한 빛의 산란(틴들 효과)

• 안정제(전해질 이온)가 있는 상 경계면에서 이온층 또는 용매화 껍질이 형성되어 부유 입자의 존재를 촉진합니다.
• 분산상은 분산 매질에 완전히 불용성이거나 약간 용해됩니다.

콜로이드 입자의 예로는 전분, 단백질, 중합체, 고무, 비누, 알루미늄 및 수산화철(III)이 있습니다.

분산상의 응집 상태와 분산 매체 간의 관계를 기반으로 한 분산 시스템의 분류

이 분류는 Ostavld에 의해 제안되었습니다(표 10.1). 분산계의 응집 상태를 개략적으로 기록할 때 먼저 분산상의 응집 상태를 문자 G(기체), L(액체) 또는 T(고체)로 표시한 다음 대시(또는 분수 기호)와 분산매의 응집상태를 기록한다.

표 10.1 - 분산 시스템의 분류

분자 상호작용의 강도에 따른 분산계의 분류

이 분류는 G. Freundlich에 의해 제안되었으며 액체 분산 매체를 사용하는 시스템에만 사용됩니다.

1. 친액성 시스템 , 분산상이 분산 매질과 상호 작용하고 특정 조건에서 용해 될 수 있습니다. 이는 콜로이드 계면 활성제 (계면 활성제) 용액, 고분자량 화합물 (HMW) 용액입니다. 다양한 친액성 시스템 중 실제 측면에서 가장 중요한 것은 계면활성제이며, 이는 분자적으로 용해된 상태와 수십, 수백 또는 그 이상의 분자로 구성된 집합체(미셀) 형태로 발견될 수 있습니다.
2. 소수성 시스템 , 분산상이 분산 매질과 상호 작용하여 용해될 수 없습니다. 친액성 시스템에서는 서로 다른 상의 분자 사이의 상호작용이 친액성 시스템의 경우보다 훨씬 약합니다. 계면 표면 장력이 높기 때문에 시스템이 분산상의 입자를 자발적으로 확대하는 경향이 있습니다.

물리적 상태에 따른 분산 시스템 분류

분류의 저자는 P. Rebinder입니다. 이 분류에 따르면, 분산계는 분산상이 분자에, 분산매가 분모에 위치하는 분수로 지정됩니다. 예를 들어, T 1 / L 2는 고체상(지수 1)과 액체 분산 매질(지수 2)이 있는 분산 시스템을 나타냅니다. Rebinder 분류는 분산 시스템을 두 가지 클래스로 나눕니다.

1. 자유롭게 분산된 시스템 – 분산상이 연속적인 견고한 구조(그리드, 트러스 또는 프레임)를 형성하지 않고 유동성을 가지며 분산상의 입자가 서로 접촉하지 않고 무작위 열 운동에 참여하고 중력의 영향을 받아 자유롭게 움직이는 졸 . 여기에는 에어로졸, 리오졸, 희석 현탁액 및 유제가 포함됩니다.

자유롭게 분산된 시스템의 예:

• 콜로이드 분산(T 1 / G 2 - 대기 상층의 먼지, 에어로졸), 거친 분산(T 1 / G 2 - 연기 및 G 1 / G 2 - 안개)이 있는 가스의 분산 시스템
• 콜로이드 분산액(T 1 / G 2 - 리오졸, 물에 분산된 염료, 합성 고분자 라텍스)이 있는 액체의 분산 시스템, 거친 분산액(T 1 / G 2 - 현탁액; G 1 / G 2 - 액체 에멀젼; G 1 / Zh 2 – 가스 에멀젼);
• 분산 시스템 고체 ah: T 1 / T 2 - 고체 졸, 예를 들어 유리의 노란색 금속 졸, 유색 섬유, 충전 중합체.

2. 응집력 있게 분산된(또는 연속적인) 시스템 . 연속(응집력 있게 분산된) 시스템에서는 분산상의 입자가 단단하게 형성됩니다. 공간 구조. 이러한 시스템은 전단 변형에 저항합니다. 응집력 있게 분산된 시스템은 견고합니다. 이는 분산상의 입자가 접촉할 때 발생하여 골격이나 네트워크 형태의 구조를 형성하고 분산 시스템의 유동성을 제한하고 모양을 유지하는 능력을 제공합니다. 이러한 구조화된 콜로이드 시스템을 겔이라고 합니다.

응집력 있게 분산된 시스템의 예:

• 액체 인터페이스를 갖춘 분산 시스템(G 1 / Zh 2 - 폼, Zh1 / Zh 2 - 폼 에멀젼)
• 상(G 1 / T 2 - 다공성체, 천연 섬유, 경석, 스폰지, 숯, G 1 / T 2 - 화강암의 수분, T 1 / T 2 - 중합체의 상호 침투 네트워크) 사이에 견고한 인터페이스가 있는 분산 시스템.

콜로이드 용액의 준비 및 정제

콜로이드 용액의 준비

콜로이드 용액을 준비할 수 있습니다.분산또는 응축행동 양식.

1. 분산 방법- 큰 조각을 콜로이드 크기의 집합체로 분쇄하여 소액성 졸을 생산하는 방법입니다.

기계거친 시스템의 분쇄는 분쇄, 충격, 마모, 분할에 의해 수행됩니다. 입자는 수십 마이크론 크기로 분쇄됩니다. 볼밀특수한 기술을 사용하여 매우 미세한 분쇄(최대 0.1-1 마이크론)가 가능합니다.콜로이드 밀스빠르게 회전하는 로터(10~20,000rpm)와 고정된 하우징 사이의 간격이 좁고, 그 간격에서 입자가 찢어지거나 마모됩니다.P. A. Rebinder의 작업은 탄성 및 소성 변형에 대한 고체의 저항이 감소하는 현상과 계면 활성제 흡착의 영향으로 기계적 파괴가 발생하는 현상을 확인했습니다. 계면활성제는 분산을 촉진하고 분산도를 크게 높이는 데 기여합니다.

2. 응축방식- 분자와 이온을 콜로이드 크기의 집합체로 결합(응축)하여 콜로이드 용액을 생성하는 방법입니다. 시스템은 동종에서 이종으로 변경됩니다. 즉, 새로운 상(분산상)이 나타납니다. 필수 조건~이다 과포화원래 시스템.

응축방법은 응축을 일으키는 힘의 성질에 따라 물리적 응축과 화학적 응축으로 분류된다.

물리적 응축증기를 사용하거나 용매를 교체하여 수행할 수 있습니다.

증기로 인한 응축.출발 물질은 증기 속에 있습니다. 온도가 낮아지면 증기는 과포화 상태가 되고 부분적으로 응축되어 분산상을 형성합니다. 이러한 방식으로 수은 및 기타 금속의 하이드로졸이 얻어집니다.

용제 교체 방법.이 방법은 분산매의 구성과 특성을 변경하는 데 기반을 둡니다. 예를 들어, 황, 인 또는 로진의 알코올 용액을 물에 부으면 새로운 용매에서 물질의 용해도가 감소하여 용액이 과포화되고 물질의 일부가 응축되어 분산상의 입자를 형성합니다.

화학적 응축결과적으로 분산상을 형성하는 물질이 얻어지는 것입니다. 화학 반응. 반응이 실제 용액이나 침전물이 아닌 콜로이드 용액을 형성하려면 최소한 세 가지 조건이 충족되어야 합니다.

1. 분산상의 물질은 분산 매질에 불용성입니다.
2. 분산상 결정핵의 형성 속도는 결정 성장 속도보다 훨씬 빠릅니다. 이 조건은 일반적으로 한 성분의 농축 용액을 격렬하게 저으면서 다른 성분의 매우 묽은 용액에 부을 때 충족됩니다.
3. 출발 물질 중 하나가 과도하게 섭취되는데 이것이 바로 안정제입니다.

콜로이드 용액을 정제하는 방법.

어떤 방식으로든 얻은 콜로이드 용액은 일반적으로 저분자량 불순물(분자 및 이온)로부터 정제됩니다. 이러한 불순물의 제거는 투석(전기투석) 및 한외여과에 의해 수행됩니다.

투석– 깨끗한 분산매에서 콜로이드 용액을 분리하는 반투과막을 이용한 정제 방법입니다. 양피지, 셀로판, 콜로디온, 세라믹 필터 및 기타 미세 다공성 물질은 반투과성(즉, 분자와 이온은 투과하지만 분산상 입자는 투과하지 못하는) 막으로 사용됩니다. 확산의 결과로 저분자량 불순물이 외부 용액으로 전달됩니다.

한외여과투석이라고 하며 내부 챔버에서 압력을 가하여 수행됩니다. 본질적으로 한외여과는 졸을 정제하는 방법이 아니라 농축하는 방법일 뿐입니다.

콜로이드 용액의 광학적 특성

빛이 분산된 시스템에 떨어지면 다음과 같은 현상이 관찰될 수 있습니다.

• 시스템을 통한 빛의 통과;
• 분산상 입자에 의한 빛의 굴절(이러한 입자가 투명한 경우)
• 분산상의 입자에 의한 빛의 반사(입자가 불투명한 경우)
• 광산란;
• 흡수 (분산상에 의한 빛의 흡수).

광산란 분산상 입자가 입사광의 파장보다 작거나 비슷한 시스템에서 관찰됩니다. 콜로이드 용액에서 분산상의 입자 크기는 10 -7 -10 -9 m 결과적으로 광산란은 우리가 연구하는 콜로이드 시스템의 특징적인 현상입니다.

레일리는 광산란 이론을 창안했습니다. 그는 산란광의 강도 I와 입사광의 강도 I 0 을 연관시키는 방정식을 도출했습니다. 다음과 같은 경우 공정합니다.

• 입자는 구형이다;
• 입자는 전도하지 않는다 전기(즉, 비금속입니다);
• 입자는 빛을 흡수하지 않습니다. 즉, 무색입니다.
• 콜로이드 용액은 입자 사이의 거리가 입사광의 파장보다 클 정도로 희석됩니다.

레일리 방정식:

• 어디 V - 한 입자의 부피,
• λ - 파장;
• N 1 - 입자의 굴절률;
• n o - 매체의 굴절률.

레일리 방정식에서 다음과 같은 결론이 나옵니다.

1. 입자와 매질의 굴절률이 다를수록 산란되는 빛의 강도가 커집니다. (N 1 - 피 0 ).
2. 굴절률이 피 1 그리고 N 0 동일하면 불균일한 매질에서는 광 산란이 발생하지 않습니다.
3. 부분 농도 v가 클수록 산란된 빛의 강도가 커집니다. 질량 농도 씨, 용액을 제조할 때 일반적으로 사용되는 g/dm 3은 다음 식으로 부분 농도와 관련됩니다.

여기서 ρ는 입자 밀도입니다.

이러한 의존성은 작은 입자 크기 영역에서만 유지된다는 점에 유의해야 합니다. 스펙트럼의 가시 부분의 경우 이 조건은 2 · 10 -6 cm 값에 해당합니다.< r < 4 10 -6 см. С увеличением r рост 나 속도가 느려지고, r > λ인 경우, 산란은 반사로 대체됩니다. 산란된 빛의 강도는 농도에 정비례합니다.

4. 산란된 빛의 강도는 파장의 4제곱에 반비례합니다.

이는 백색광 빔이 콜로이드 용액을 통과할 때 단파(스펙트럼의 파란색과 보라색 부분)가 주로 산란된다는 것을 의미합니다. 따라서 무색의 졸은 확산광에서는 푸른색을 띠고, 투과광에서는 붉은색을 띤다. 하늘이 푸른색은 또한 대기 중의 작은 물방울에 의해 빛이 산란되기 때문에 발생합니다. 일출이나 일몰 시 하늘이 주황색이나 빨간색으로 보이는 것은 아침이나 저녁에 주로 대기를 통과하는 빛이 있기 때문입니다.

빛 흡수. 레일리 방정식은 무색 졸, 즉 빛을 흡수하지 않는 졸에 대해 유도되었습니다. 그러나 많은 콜로이드 용액에는 특정 색상이 있습니다. 스펙트럼의 해당 영역에서 빛을 흡수합니다. 졸은 항상 흡수된 색상과 보색으로 착색됩니다. 따라서 스펙트럼(435-480 nm)의 파란색 부분을 흡수하면 졸은 노란색으로 나타납니다. 청록색 부분(490~500nm)을 흡수하면 붉은색을 띕니다.전체 가시 스펙트럼의 광선이 투명한 몸체를 통과하거나 불투명한 몸체에서 반사되면 투명한 몸체는 무색으로 나타나고 불투명한 몸체는 흰색으로 나타납니다. 신체가 전체 가시 스펙트럼의 방사선을 흡수하면 검은색으로 나타납니다.빛을 흡수할 수 있는 콜로이드 용액의 광학적 특성은 빛이 시스템을 통과할 때 빛의 강도가 변화하는 것으로 특징지어질 수 있습니다. 이를 수행하려면 Bouguer-Lambert-Beer 법칙을 사용하십시오.

내가 어디에 0 - 입사광의 강도 ; 나 등- 졸을 통과하는 빛의 강도; 케이 - 흡수 계수; 엘- 졸 층의 두께; 와 함께- 졸 농도.

식에 로그를 취하면 다음과 같은 결과를 얻습니다.

수량이라고 합니다 광학 밀도해결책 . 단색광으로 작업할 때는 항상 광학 밀도가 결정된 파장을 표시하고 이를 지정하십시오. 디 λ .

콜로이드 시스템의 구조에 대한 Mycellar 이론

교환 반응에 의한 AgI 졸의 형성 예를 사용하여 소수성 콜로이드 입자의 구조를 생각해 봅시다

AgNO 3 + KI → AgI + KNO 3.

물질을 동일한 양으로 섭취하면 AgI의 결정질 침전물이 침전됩니다. 그러나 출발 물질 중 하나(예: KI)가 과잉인 경우 AgI 결정화 과정에서 콜로이드 용액인 AgI 미셀이 형성됩니다.

AgI 하이드로졸 미셀의 구조는 그림 10.4에 나와 있습니다.

그림 10.4 – 과량의 KI로 형성된 AgI 하이드로졸 미셀의 구조

100-1000 [mAgI] 분자(미세 결정)의 집합체(핵심)는 새로운 상의 핵이며, 그 표면에서 분산 매질에서 발생하는 전해질 이온의 흡착이 발생합니다. Paneth-Faience 법칙에 따르면, 코어의 결정 격자에 들어가 이 격자를 완성하는 이온과 동일한 이온이 더 잘 흡착됩니다. 핵에 직접 흡착되는 이온을 이온이라 한다. 잠재력 결정, 왜냐하면 전위의 크기와 표면 전하의 부호뿐만 아니라 전체 입자의 전하의 부호도 결정하기 때문입니다. 이 시스템의 전위 결정 이온은 I 이온입니다. 이 이온은 과잉이며 AgI 코어의 결정 격자의 일부이며 안정제로 작용하고 전기 이중층(DEL)의 단단한 부분에서 내부 껍질을 형성합니다. 미셀. I-이온이 흡착된 집합체는 미셀의 핵심을 형성합니다.

수화 이온의 반경에 가까운 거리에 있는 AgI 입자의 음으로 하전된 표면에 반대 부호(반대 이온)의 이온(양으로 하전된 K + 이온)이 용액에서 끌어당겨집니다. 반대이온층은 전기이중층(DEL)의 외부 껍질로, 정전기력과 흡착 인력에 의해 서로 결합되어 있습니다. 고체 이중층과 함께 분자의 집합체를 콜로이드 입자(과립)라고 합니다.

열 이동으로 인해 일부 반대 이온은 과립 주위에 분산되어 위치하며 정전기력으로 인해 과립과만 연관됩니다. 콜로이드 입자는 이를 둘러싸고 있는 확산층과 함께 미셀이라고 불립니다. 미셀은 핵의 전하를 띠기 때문에 전기적으로 중성이다. 요금과 동일모든 반대 이온과 과립은 일반적으로 동전기적 또는 ξ - 제타 - 전위라고 불리는 전하를 가지고 있습니다. 이 예의 미셀 구조 다이어그램을 축약된 형태로 다음과 같이 작성할 수 있습니다.

콜로이드 입자 구조 이론의 주요 조항 중 하나는 이중 전기층 (EDL) 구조의 개념입니다. 현대 사상에 따르면, 전기 이중층 DES흡착층과 확산층으로 구성되어 있다. 흡착층은 다음으로 구성됩니다.

• 표면 전위의 크기와 그 부호를 결정하는 전위 결정 이온의 흡착 결과로 미셀 코어의 하전 된 표면;
• 반대 부호의 이온 층 - 용액에서 하전 된 표면으로 끌리는 반대 이온. 반대 이온 흡착층대전된 표면으로부터 분자 반경만큼 떨어진 곳에 위치합니다. 이 표면과 흡착층의 반대 이온 사이에는 정전기력과 흡착력이 모두 존재하므로 이러한 반대 이온은 특히 코어에 단단히 결합됩니다. 흡착층은 매우 조밀하고 두께가 일정하며 외부 조건(전해질 농도, 온도)의 변화에 ​​영향을 받지 않습니다.

열 이동으로 인해 반대 이온 중 일부는 분산 매질 깊숙이 침투하고 과립의 하전 표면으로의 인력은 정전기력에 의해서만 수행됩니다. 이러한 반대이온은 표면에 덜 단단히 결합된 확산층을 구성합니다. 확산층은 분산 매질의 전해질 농도에 따라 다양한 두께를 갖습니다.

고체상과 액체상이 서로 상대적으로 이동할 때 확산 부분에서 EDL의 파열이 발생하고 경계면에서 잠재적인 점프가 발생합니다. 동전기적 ξ - 전위(제타 전위). 그 값은 전위 결정 이온의 총 전하 수(ψ)와 흡착층에 포함된 반대 이온 전하 수(ε)의 차이에 의해 결정됩니다. ξ = ψ - ε. 고체상에서 용액 속으로 더 깊은 거리에 따른 계면 전위의 감소는 그림 10.5에 나와 있습니다.

그림 10.5 디젤발전소의 구조

소수성 졸의 입자 주위에 전위차가 존재하면 충돌 시 서로 달라붙는 것을 방지할 수 있습니다. 즉, 소수성 졸의 입자 안정성에 영향을 미치는 요소입니다. 확산 이온 수가 감소하거나 0이 되는 경향이 있으면 과립은 전기적으로 중성(등전위 상태)이 되고 안정성이 가장 낮습니다.

따라서 동전기적 전위의 크기는 반발력을 결정하고 결과적으로 콜로이드 용액의 총 안정성을 결정합니다. ξ = 0.07 V의 동전기 전위 값에서 콜로이드 용액의 충분한 안정성이 보장되며, ξ = 0.03 V보다 낮은 값에서는 반발력이 너무 약해서 응집에 저항할 수 없으므로 응고가 발생하여 필연적으로 침전으로 끝납니다. .

동전기 전위의 값은 식 (10.5)에 따라 전기영동 장치를 사용하여 결정될 수 있습니다.

여기서 θ는 점도이고; ϑ - 입자 이동 속도; l은 용액을 따라 전극 사이의 거리입니다. E - 기전력, D - 유전 상수.

ξ에 영향을 미치는 요인 - 잠재력:

1. 무관심한 전해질 용액에 존재 - 전위 결정 이온을 포함하지 않는 전해질.

• 무차별 전해질에는 반대 이온이 포함되어 있습니다. 이 경우 확산층의 압축이 발생하고 ξ가 떨어지며 결과적으로 응고가 발생합니다.
• 무차별 전해질은 반대이온과 동일한 부호의 이온을 포함하지만 반대이온 자체는 포함하지 않습니다. 이 경우 이온 교환이 발생합니다. 반대 이온은 무관심 전해질의 이온으로 대체됩니다. ξ의 감소가 관찰되지만, 감소 정도는 치환 이온의 특성, 원자가 및 수화 정도에 따라 달라집니다. 유방성 양이온 및 음이온 열은 확산층을 압축하고 ξ 전위 저하를 유발하는 능력의 증가에 따라 이온이 배열되는 열입니다.

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. 솔루션 추가 전해질 안정제– 전위 결정 이온을 포함하는 전해질은 ξ 전위를 증가시킵니다. 이는 콜로이드 시스템의 안정성에 기여하지만 특정 한도까지 기여함을 의미합니다.

콜로이드 시스템의 안정성과 응고

콜로이드 시스템의 안정성 및 응고에 대한 현대 이론은 Deryagina, Landau, Verwey, Overbeck 등 여러 유명한 과학자에 의해 창안되었으므로 다음과 같이 축약됩니다. DLFO 이론 . 이 이론에 따르면, 분산 시스템의 안정성은 브라운 운동의 결과로 입자가 서로 접근할 때 입자 사이에 발생하는 인력과 척력의 균형에 의해 결정됩니다. 콜로이드 시스템의 동역학적 안정성과 집합적 안정성이 구별됩니다.

1. 운동학적(침전) 안정성- 분산된 입자가 현탁 상태에 있고 침전되지 않는 능력(침전물이 아님). 자연해와 마찬가지로 분산계에도 브라운 운동이 존재합니다. 브라운 운동은 입자 크기, 분산 매체의 점도, 온도 등에 따라 달라집니다. 중력의 영향으로 입자가 실제로 침전되지 않는 미세하게 분산된 시스템(졸)은 역학적으로(침전) 안정적인 것으로 분류됩니다. 여기에는 친수성 졸(고분자, 단백질 등의 용액)도 포함됩니다. 소수성 졸과 거친 시스템(현탁액, 유제)은 역학적으로 불안정합니다. 그 안에서 상과 매체의 분리는 매우 빠르게 발생합니다.
2. 총체적 안정성- 분산상 입자가 일정 정도의 분산을 변하지 않게 유지하는 능력. 응집 안정성 시스템에서 분산상의 입자는 충돌 중에 서로 달라붙지 않으며 응집체를 형성하지 않습니다. 그러나 응집체 안정성이 침해되면 콜로이드 입자는 분산상의 후속 침전과 함께 큰 응집체를 형성합니다. 이 과정을 응집, 그리고 이 경우 시스템의 자유 에너지가 감소하기 때문에 자발적으로 진행됩니다(Δ G<0) .

콜로이드 시스템의 안정성에 영향을 미치는 요소는 다음과 같습니다.

1. 분산된 입자의 전하가 존재합니다. 분산된 소수성 졸의 입자는 동일한 전하를 가지므로 충돌할 때 서로 밀어내는 힘이 강할수록 제타 전위가 높아집니다. 그러나 전기적 요인이 항상 결정적인 것은 아닙니다.
2. 안정화 이온의 용매화(수화) 능력. 더 많은 수화(용매화) 반대이온이 확산층에 있을수록 과립 주변의 총 수화(용매화물) 껍질이 더 커지고 분산 시스템이 더 안정적이 됩니다.

이론에 따르면 브라운 운동 중에 콜로이드 입자는 최대 10m 거리에서 서로 자유롭게 접근합니다. -5 콜로이드 입자 사이의 반 데르 발스 인력(1)과 정전기적 반발력(2)의 변화 특성이 그림 1에 나와 있습니다. 10.6. 결과 곡선(3)은 해당 세로 좌표를 기하학적으로 추가하여 얻습니다. 최소 및 장거리에서는 인력 에너지가 입자 사이에 우세합니다(I 및 II 에너지 최소값). 에너지 최소 II에서는 입자의 응집 에너지가 응집 상태를 유지하기에 충분하지 않습니다. 전기 이중층의 두께에 해당하는 평균 거리에서 반발 에너지는 입자가 서로 달라붙는 것을 방지하는 전위 장벽 AB에 의해 지배됩니다. 실습에 따르면 제타 전위 ξ = 70mV에서 콜로이드 시스템은 높은 전위 장벽과 높은 응집 안정성을 특징으로 합니다. 콜로이드 시스템을 불안정하게 하기 위해, 즉 응고 과정을 구현하려면 다음을 줄여야 합니다. - 최대 값 0 - 3mV의 전위.

그림 10.6. 콜로이드 입자의 잠재적 상호작용 곡선

분산 시스템의 응고

응고는 콜로이드 입자가 서로 달라붙는 과정입니다. 이 과정은 전해질, 비전해질의 도입, 동결, 비등, 교반, 햇빛 노출 등 다양한 요인의 영향을 받아 비교적 쉽게 진행됩니다. 전해질 응고(전해질의 영향을 받음)이온 교환 흡착은 종종 관찰됩니다. 더 높은 원자가 또는 더 높은 흡착 전위를 갖는 응고제 이온은 먼저 확산 층의 반대 이온을 대체한 다음 흡착 층의 반대 이온을 대체합니다. 교환은 동일한 양으로 발생하지만 반대 이온의 교체로 인해 분산 매질에 충분한 농도의 전해질이 있으면 입자가 충돌시 안정성을 잃고 서로 달라 붙는다는 사실이 발생합니다.

전해응고에 대한 다수의 실험적 일반 규칙이 확립되었습니다.

1. 소수성 졸의 응고는 모든 전해질에 의해 발생하지만 특정 전해질 농도에 도달하면 눈에 띄는 속도로 관찰됩니다. 응고 역치(C to)는 졸의 응고를 시작하는 데 필요한 최소 전해질 농도입니다. 이 경우 용액의 탁도, 색상 변화 등과 같은 외부 변화가 관찰됩니다.

• 여기서 Sel은 전해질의 몰 농도, mmol/l입니다.
• Vel - 전해질 용액의 부피, l;
• Vz - 졸의 부피, l.

응고 역치의 역수를 전해질의 응고 능력()이라고 합니다.

여기서 Sk는 응고 역치입니다.

2. 슐츠-하디 규칙:

• 응집 효과는 콜로이드 입자 표면의 전하(과립의 전하)와 부호가 반대인 이온에 의해 나타나며, 이 효과는 이온의 원자가가 증가함에 따라 증가합니다.
• 이온의 응고 효과는 이온의 원자가가 증가함에 따라 여러 번 증가합니다. 1~2가 이온과 3가 이온의 경우 응고 효과는 대략 1:50:500입니다.

이는 높은 전하를 띤 다가 이온이 1가 응고제 이온보다 콜로이드 입자의 하전된 표면에 훨씬 더 강하게 끌리고, 확산 층과 균일한 흡착 층에서 반대 이온을 훨씬 더 쉽게 대체한다는 사실로 설명됩니다.

3. 유기 이온의 응집 효과는 무기 이온의 응집 효과보다 훨씬 높습니다. 이는 높은 흡착 용량, 과량으로 흡착되는 능력, 콜로이드 입자 표면의 재충전을 유발하는 능력 때문입니다.

4. 동일한 전하를 갖는 다수의 무기 이온에서 응고 능력은 응고 이온의 반경에 따라 달라집니다. 반경이 클수록 응고 능력이 커집니다(참조: 유방성 시리즈). 이는 이온 수화 정도가 예를 들어 L+에서 Cs+로 감소하고 이것이 이온 이중층으로의 결합을 촉진한다는 사실로 설명됩니다.

5. 소액성 콜로이드 졸의 전기적으로 중성인 입자는 최고 속도로 응고됩니다.

6. 졸중독 현상. 졸에 응고제를 빠르게 첨가하면 응고가 일어나고, 천천히 첨가하면 응고가 일어나지 않는다. 이는 전해질과 졸 사이에 반응이 일어나고 그 결과 해교제가 형성되어 분산 시스템을 안정화한다는 사실로 설명할 수 있습니다.

Fe(OH)3 + HCl →FeOCl + 2H2O,

FeOCl → FeO + + Cl - ,

여기서 FeO+는 Fe(OH)3 sol에 대한 해교제입니다.

전해질 혼합물의 응고 효과는 이온의 성질, 즉 응고제에 따라 다르게 나타납니다. 전해질 혼합물에서 효과는 각 전해질의 응고 효과로 요약될 수 있습니다. 이 현상을가산성 이온(NaCl, KCl). 다른 전해질 이온의 도입으로 전해질 이온의 응고 효과가 감소하는 경우,이온의 길항작용(LiCl, MgCl 2 ). 다른 전해질의 이온이 유입되어 전해질 이온의 응고 효과가 커지는 경우를 이러한 현상을 라 한다.시너지 효과 이온.

예를 들어, 10% NaCl 용액 10ml를 Fe(OH)3 졸 10ml에 첨가하면 이 졸이 응고됩니다. 그러나 보호 물질 중 하나가 졸 용액에 추가로 추가되면 이를 피할 수 있습니다: 젤라틴 5ml, 계란 알부민 15ml, 덱스트린 20ml.

콜로이드 입자 보호

콜로이드 보호- 고분자량 화합물(HMC)을 첨가하여 졸의 응집 안정성을 높입니다. 소수성 졸의 경우 단백질, 탄수화물 및 펙틴이 일반적으로 BMC로 사용됩니다. 비수성 졸용 - 고무.

IUD의 보호 효과는 콜로이드 입자 표면의 특정 흡착층 형성과 관련이 있습니다(그림 10.7). 응고의 역현상을 해교(peptization)라고 합니다.

그림 10.7 해교 메커니즘

다양한 IUD의 보호 효과를 특성화하기 위해 Zsigmondy는 황금수 사용을 제안했습니다.황금수- 이것은 10cm에 추가되어야 하는 IUD의 밀리그램 수입니다. 3 1cm만 넣어도 파랗게 변하는(응고) 현상을 방지하기 위해 레드골드졸 0.0006% 3 10% NaCl 용액. 때로는 IUD의 보호 효과를 특성화하기 위해 금졸 대신 은(은수), 수산화철(철수) 등의 콜로이드 용액을 사용합니다.표 10.2는 일부 IUD에 대한 이러한 숫자의 값을 보여줍니다.

표 10.2 IUD의 보호 효과

나는 이 주제를 공부하는 데 2시간을 할애합니다. 분산 시스템은 일상 생활과 자연에 널리 퍼져 있고 다양한 산업 및 자연 과정(지질, 토양)에서 큰 역할을 하기 때문에 별도의 블록 형태로 분산 시스템을 연구하는 것이 바람직하다고 생각합니다. 환경에서 바람직하지 않은 프로세스의 징후를 이해하고 많은 과학적, 기술적 및 환경적 문제를 올바르게 해결하는 방법을 배우려면 분산 시스템의 유형과 해당 속성을 알아야 합니다.

화학을 공부하는 이전 단계에서 학생들이 물질의 다양성과 물질의 구조, 구성 및 속성 간의 관계 설정에 익숙해지면 분산 시스템을 연구할 때 새로운 의존성, 즉 속성의 의존성에 대해 배웁니다. 조각난 상태의 물질.

분산 시스템을 연구하다 보면 새로운 용어를 많이 접하게 되므로 이에 대한 적절한 설명과 함께 목록을 작성하는 것이 필요하며, 분산 시스템에 익숙해지면 이 목록을 참고하시기 바랍니다.

나는 이 주제에 관한 수업을 다음과 같이 계획합니다.

1. 분산 시스템, 해당 유형.
2. 컨퍼런스 “분산 시스템의 속성. 일상 생활, 자연, 생산 과정에서 분산 시스템의 역할.”

수업 목표:주제에 대한 지식을 요약하고 체계화합니다. 교실에서 탐색과 협력의 분위기를 조성하여 각 학생에게 성공할 수 있는 기회를 제공합니다.

교육 목표:

1. 주제에 대한 기본 지식 숙달 정도를 확인하십시오.
   - 분산 시스템의 개념을 공식화합니다.
   - 다양한 기준에 따른 분산 시스템의 분류를 소개합니다.
   - 실질적으로 매우 중요한 분산 시스템에 대한 학생들의 관심을 끌기 위해:
   현탁액, 유제, 콜로이드 용액, 실제 용액, 에어로졸, 폼.;
2. 계속해서 일반적인 학업 능력을 개발하십시오(자제력 발휘, 공동 작업, 컴퓨터, 노트북, 대화형 화이트보드 사용).
3. 교과서, 추가 문헌 및 인터넷 사이트를 사용하여 독립적으로 작업할 수 있는 학생들의 기술을 계속 개발합니다.

교육 과제:

1. 학생들의 인지적 관심을 계속해서 발전시킵니다.
2. 언어, 근면, 인내의 문화를 배양합니다.
3. 업무에 대한 책임감 있고 창의적인 태도를 계속 개발하십시오.

발달 작업:

1. 화학용어를 사용하는 능력을 기른다.
2. 정신적 작업 개발(분석, 종합, 인과 관계 설정, 가설 제시, 분류, 유추 도출, 일반화, 증명 능력, 주요 내용 강조)
3. 개인의 관심과 능력을 개발합니다.
4. 화학 실험을 수행, 관찰 및 설명하는 능력을 개발합니다.
5. 공동 활동에서 학생들의 의사소통 능력(대화를 진행하고, 상대방의 말을 듣고, 자신의 관점을 입증하는 능력)과 학생들의 정보 및 인지 능력을 향상시킵니다.

예비 준비:

1. 문제의 공식화;
2. 실제 작업 결과 예측
3. 수업 중 및 수업 시간 외에 학생들의 독립적인(개인, 짝, 그룹) 활동 조직
4. 연구 작업 내용의 구조화(단계별 결과 표시 및 역할 표시)
5. 소그룹 연구 활동(토론, 정보 출처 검색)
6. 슬라이드 프레젠테이션 만들기
7. 회의에서 연구 작업을 방어합니다.

장비:

• 목록: "용어 및 설명"
• 표 6번 "분산 시스템"이 보드에 표시되어 각 테이블에 제공됩니다.
• 데모 테이블에는 다양한 분산 시스템 샘플과 틴들 효과를 입증하기 위한 장치가 있습니다.
• 컴퓨터, 미디어 프로젝터.

레슨 1. 분산 시스템, 해당 유형.

수업 중.

소개 연설은 분산 시스템이 이전에 콜로이드 시스템(계란 흰자, 콩 단백질 등)에 직면했을 때 생각했던 것처럼 별도의 물질 클래스가 아니라 물질의 상태임을 강조하면서 분산 시스템을 연구해야 할 필요성을 입증합니다. 집합적인 상태가 아니라 물질의 특성을 결정하는 물질의 상태 단편화입니다.

"분산"이라는 용어의 의미를 설명하고, 분산 시스템, 분산상 및 분산 매질의 정의를 설명합니다.

분산 시스템이 우리를 둘러싸고 있는 곳은 어디든 있습니다. 여기에는 공기, 물, 식품, 화장품, 의약품, 자연체(암석, 식물 및 동물 유기체)뿐만 아니라 다양한 건축 및 구조 재료가 포함됩니다.

분산 시스템의 샘플이 시연됩니다: 수돗물, 다양한 염 용액, 달걀 흰자 용액, 엽록소 알코올 추출물, 사무용 접착제, 우유, 물에 섞인 점토, "Almagel"이라는 약물, 영양 크림, 치약, 경석 조각, 폴리스티렌 폼 조각, 식물성 기름과 물의 혼합물, 마요네즈, 에어로졸 캔.

분산 시스템은 두 개 이상의 상의 형성과 그들 사이에 고도로 발달된 표면을 갖는 것으로 이해되며, 분산 시스템의 주요 특징은 분산상의 고도로 발달된 표면이라는 점을 다시 한 번 언급합니다.

입자 크기(그림 1 참조) 및 분산상과 분산 매체의 응집 상태(표 6 참조)에 따른 분산 시스템의 분류가 고려됩니다.

계획 번호 1.

분산 시스템:

1. 거칠게 분산됨(현탁액, 유제, 에어로졸)
2. 미세하게 분산됨(콜로이드 및 실제 용액)

분산 시스템의 유형. 표 번호 6.

분산 시스템		분산 시스템 유형, 지정.	분산 시스템의 예
분산상	분산 매체
단단한		에어로졸(t/g)	먼지, 연기, 눈 조각
	액체(l)	현탁액(t/l) 콜로이드 용액(t/l) 진정한 솔루션	점토, 치약, 립스틱. 난백 용액, 혈장, 엽록소 알코올 추출물, 규산. 소금, 알칼리, 설탕 용액.
	고체(t)	고용체(t/t)	합금, 광물, 유색 안경.
액체		에어로졸(l/g)	안개, 구름, 이슬비, 에어로졸 캔의 물보라.
	액체(l)	에멀젼(w/w) 진정한 솔루션(l/l)	우유, 버터, 마요네즈, 크림, 연고, 유제 페인트. 저급 알코올 + 물, 아세톤 + 물.
	고체(t)	고체 에멀젼(w/t)	진주, 오팔.
가스		분산 시스템이 형성되지 않음
	액체(l)	거품(g/l)	소다폼, 비누거품, 휘핑크림, 휘핑크림, 마시멜로.
	고체(t)	고체폼(g/t)	폴리스티렌 폼, 폼 콘크리트, 폼 유리, 경석, 용암.

Scheme No. 1과 Table No. 6의 데이터를 바탕으로 각 분산계 유형을 특성화하고, 가장 중요한 분산계 유형에 따라 자연물을 실증표에 분류하였다.

수업은 5개 그룹으로 나누어져 있습니다. 각 그룹은 아래 계획에 따라 특정 분산 시스템의 특성을 지정하도록 요청받습니다.

계획.

1. 분산 시스템의 특성, 분산 시스템이 발생하는 예.
2. 특성(외관, 입자의 가시성, 침전 능력, 필터에 의해 유지되는 능력, 전하의 존재).
3. 분산된 시스템을 확보하고 파괴합니다.
4. 일상 생활과 생산 공정, 환경 보호에 있어서 분산 시스템의 중요성.

계획에 따라 각 그룹의 참가자는 에어로졸, 유제, 현탁액, 폼, 콜로이드 용액 또는 실제 용액과 같은 분산 시스템 유형을 위한 재료를 선택합니다. 전자교과서와 인터넷 자료가 필요합니다. 자료는 컴퓨터의 자체 폴더에 다운로드되어 "우리 주변에 분산된 시스템"이라는 주제로 회의에서 연설하기 위한 프레젠테이션을 만드는 데 사용됩니다.

또한 각 그룹에는 화학자가 직면하고 전문가가 해결한 실제 문제가 제공됩니다. 과제는 카드에 기록되어 그룹 리더에게 전달됩니다.

작업 번호 1.

공기 먼지를 줄이는 방법은 다음과 같습니다. 오염된 공기는 일반 물이 분사되는 챔버를 통과합니다. 물방울은 먼지 입자를 흡수하여 챔버 바닥에 침전됩니다.

분무수를 이용하여 먼지가 많은 공기의 정화 정도를 높이는 방법을 찾는 것이 제안되었습니다.

(답변 중 하나는 G.V. Lisichkin 및 V.I. Betaneli "Chemists Invent." M., Prosveshchenie, 1990, p. 85의 책에서 찾을 수 있습니다.)

작업 번호 2.

작은 지방 방울이 우유 주입 매체에 유화됩니다. 밀도가 물보다 낮기 때문에 점차 표면으로 올라갑니다. 몇 시간 내에 우유에 크림 층이 형성됩니다. 우유는 안정적인 유제가 아닙니다.

낙농업에서 판매되는 우유는 분리에 대한 저항력이 더 강해야 합니다. 이 에멀젼의 안정성을 어떻게 높일 수 있나요?

작업 번호 3.

현탁액은 작은 고체 입자가 액체에 분포되어 있는 분산 시스템입니다. 현탁액은 불안정하며 중력의 영향으로 고체 입자가 점차적으로 침전됩니다. 현탁액의 액체에서 고체를 분리하는 주요 방법은 여과입니다. 제약 공장에서는 여과를 통해 현탁액을 신속하게 분리해야 하는 문제가 발생했으며, 추가 처리를 위해 현탁액과 고체상을 모두 분리해야 했습니다. 이를 위해 현탁액을 미세한 메쉬 금속 메쉬 필터에 통과시켰습니다. 침전물이 쌓임에 따라 여과율이 감소하고 결국 공정이 사실상 중단되었습니다.

현탁액을 필터링하는 과정을 연속 모드로 수행할 수 있는 장치의 개략도를 찾는 것이 필요합니다.

(답변 중 하나는 G.V. Lisichkin 및 V.I. Betaneli "Chemists Invent." M., Prosveshchenie, 1990, p. 76의 책에서 찾을 수 있습니다.)

작업 번호 4.

단열 및 방음 고분자 재료를 얻으려면 발포("팽창")되어야 합니다. 발포 플라스틱을 받습니다. 이들은 고체 폴리머 덩어리에 많은 수의 기포가 포함되어 있는 재료입니다. 발포 플라스틱을 생산하는 방법 중 하나는 가스 형성 물질을 사용하는 것입니다. 이들 물질은 중합 중에 분해되어 가스를 방출합니다.

가스발생제로 사용할 수 있는 물질을 제안하고, 이들의 분해반응에 대한 방정식을 구성하는 것이 필요하다.

작업 번호 5.

지혈연필이 무엇인지 알아보세요. 그 행동의 기반이 무엇인지 설명하십시오.

회의 수업에서 각 그룹의 학생들은 어떤 시각 자료를 사용할지 결정합니다. 그룹 공연 중에 어떤 자연물을 사용할 것인지, 어떤 실험을 보여줄 수 있는지, 어떤 다이어그램을 보여줄 수 있는지 등. 컴퓨터 공학 수업 시간에 그들은 프레젠테이션을 마무리하고 있습니다. 선생님들은 어떤 질문이든 상담하실 수 있습니다. 각 그룹의 공연 시간은 6~7분으로 제한되어 있습니다.

컨퍼런스를 준비하려면 화학 교실 도서관을 이용하세요:

• 젊은 화학자의 백과사전. M., 교육학, 1990.
• Petryanov I.V., Sutugin A.G. 유비쿼터스 에어로졸. M., 교육학, 1989.
• Yudin A.M., Suchkov V.N. 일상생활 속 화학. M., 화학, 1982.
• 참고 자료. 엠., 교육, 1984.
• 다비도바 S.L. 화장품의 화학. 엠., 지식, 1990.
• G.V. Lisichkina 및 V.I. Betaneli "화학자들이 발명합니다." 엠., 교육, 1990.

수업 #2. 컨퍼런스 “분산 시스템의 속성. 일상 생활, 자연, 생산 과정에서 분산 시스템의 역할.”

컨퍼런스 수업 계획:

1. 선생님의 개회사.
2. 학생 그룹의 메시지(에어로졸, 유제, 현탁액, 폼, 콜로이드 용액, 실제 용액) - 학생들은 준비된 프레젠테이션과 데모 자료를 사용합니다. 애플리케이션 .
3. 컨퍼런스를 요약합니다.

소개 연설에서는 학생들이 어떤 유형의 분산 시스템을 알게 되었는지, 분산 시스템이 생활 속에서 어디에 있는지, 어떻게 분류되는지를 회상합니다.

학생들은 프리젠테이션 형식으로 자신의 작업을 변호하고 미리 준비된 참조 표를 작성하여 메모합니다.

연구된 분산 시스템에 대한 정보.

분산 시스템의 특성.	분산 시스템의 유형.
	에어로졸	유제	정학	콜로이드 용액	진정한 솔루션
입자 크기
모습
정착능력
영수증
파괴
의미

마지막 연설에서 교사는 분산 시스템의 실질적인 중요성을 다시 한 번 언급했습니다. 그들은 식품 산업, 인공 실크 생산, 직물 염색, 가죽 산업, 농업 생산, 토양 과학, 의학, 건설 및 기타 국가 경제 분야에서 사용됩니다. 분산 시스템, 형성 및 파괴 방법, 자연 과정에서의 행동 패턴에 대한 지식을 통해 우리는 과학적, 기술적 및 환경적 문제를 해결할 수 있습니다.

중고 도서:

1. 가브리엘리안 O.S. 화학 11학년. – M. 버스타드 2005.
2. 라구노바 L.I. 고등학교에서 일반화학 과목을 가르치고 있다. – 트베리, 1992
3. 폴리토바 S.I. 일반 화학. 지원 노트. 11학년. – 트베리, 2006년

분산 시스템의 분류는 분산도, 상의 집합 상태, 분산상과 분산 매체의 상호 작용, 입자 간 상호 작용 등 다양한 특성을 기반으로 수행할 수 있습니다.

분산에 의한 분류

분산 Ssp = f(d)에 대한 비표면적의 의존성은 등변 쌍곡선으로 그래픽으로 표현됩니다(그림).

그래프는 입자의 가로 치수가 감소함에 따라 비표면적이 크게 증가함을 보여줍니다. 가장자리 크기가 1cm인 입방체를 치수 d = 10-6cm의 입방체 입자로 분쇄하면 전체 계면 표면의 값이 6cm 2에서 600m 2로 증가합니다.

d ≤ 10 -7 cm에서는 입자가 개별 분자의 크기로 줄어들고 이종 시스템이 계면 표면이 없는 균질해지기 때문에 쌍곡선이 끊어집니다. 분산 정도에 따라 분산 시스템은 다음과 같이 나뉩니다.

• 거친 시스템, d ≥ 10 -3 cm;
• 미세 이종 시스템, 10 -5 ≤ d ≤ 10 -3 cm;
• 콜로이드 분산 시스템 또는 콜로이드 용액, 10 -7 ≤ d ≤ 10 -5 cm;
• 실제 솔루션, d ≤ 10 -7 cm.

콜로이드 용액에서 분산상의 입자가 가장 큰 비표면적을 갖는다는 점을 강조해야 합니다.

상의 집합상태에 따른 분류

위상 집합 상태에 따른 분류는 Wolfgang Ostwald가 제안했습니다. 원칙적으로 9가지 조합이 가능합니다. 표 형태로 제시해 보겠습니다.

분산상의 집합 상태	분산매질의 집합상태	협약	시스템 이름	예
G	G	y/y	에어로졸	지구의 대기
그리고	G	w/g		안개, 층운
TV	G	tv/g		연기, 먼지, 권운
G	그리고	g/f	가스 에멀젼, 폼	탄산수, 비누거품, 치료용산소칵테일, 맥주거품
그리고	그리고	W w	유제	우유, 버터, 마가린, 크림 등
TV	그리고	TV/W	리오졸, 현탁액	소수성 콜로이드 용액, 현탁액, 페이스트, 페인트 등 디.
G	TV	g/tv	고체 폼	경석, 경질 폼, 폴리스티렌 폼, 폼 콘크리트, 빵, 가스 중 다공성 몸체 등 디.
그리고	TV	g TV	고체 에멀젼	파라핀의 물, 액체 함유물이 포함된 천연 미네랄, 액체의 다공성 몸체
TV	TV	TV/TV	솔리드 솔	강철, 주철, 색유리, 보석: 유리 속 Au sol - 루비 유리(0.0001%) (1t 유리 - 1g Au)

분산상과 분산 매질의 상호작용에 따른 분류(간기 상호작용에 의한)

이 분류는 액체 분산 매체를 사용하는 시스템에만 적합합니다. G. Freundlich는 분산 시스템을 두 가지 유형으로 나눌 것을 제안했습니다.

1. 분산상이 분산 매질과 상호작용할 수 없어 분산매에 용해되는 소액성(콜로이드 용액 및 미세 이종 시스템이 포함됨)
2. 분산상이 분산 매질과 상호 작용하고 특정 조건에서 용해될 수 있는 친액성, 여기에는 콜로이드 계면활성제 용액과 IUD 용액이 포함됩니다.

입자간 상호작용에 의한 분류

이 분류에 따르면 분산 시스템은 다음과 같이 나뉩니다.

• 자유롭게 분산됨(구조 없음);
• 응집력 있게 분산되어 있습니다(구조화되어 있음).

자유 분산 시스템에서는 분산상의 입자가 서로 결합되지 않고 분산 매질 내에서 독립적으로 이동할 수 있습니다.

응집성 분산 시스템에서는 분산상의 입자가 분자간 힘으로 인해 서로 연결되어 분산 매질에서 고유한 공간 네트워크 또는 프레임워크(구조)를 형성합니다. 구조를 구성하는 입자들은 상호운동이 불가능하고 진동운동만 할 수 있다.

사용된 문헌 목록

1. Gelfman M. I., Kovalevich O. V., Yustratov V. P.콜로이드 화학. 2판, 지워졌습니다. - 상트페테르부르크: Lan Publishing House, 2004. - 336쪽:ill. ISBN 5-8114-0478-6 [p. [8-10]

6호. 분산 시스템의 분류는 표를 참조하십시오. 삼.

집합상태에 따른 분산계 분류표
분산 매체	분산	일부 자연 및 가정용 분산 시스템의 예
	액체	안개, 기름 방울과 관련된 가스, 자동차 엔진의 기화기 혼합물(공기 중 휘발유 방울), 에어로졸
	단단한	공기 중 먼지, 연기, 스모그, 시뭄(먼지 및 모래 폭풍), 고체 에어로졸
액체		발포성 음료, 거품
	액체	에멀젼. 신체의 액체 매체(혈장, 림프액, 소화액), 세포의 액체 내용물(세포질, 핵질)
	단단한	졸, 젤, 페이스트(젤리, 젤리, 글루). 물에 떠 있는 강과 바다의 미사; 박격포
단단한,		기포가 있는 눈 껍질, 흙, 섬유 직물, 벽돌 및 도자기, 발포 고무, 탄산 초콜릿, 분말
	액체	촉촉한 토양, 의약품 및 화장품(연고, 마스카라, 립스틱 등)
	단단한	암석, 색유리, 일부 합금