mozok.click

Przypomnijcie sobie:

• mieszaninami nazywamy takie układy, które składają się z kilku substancji chemicznych - komponentów; w ich skład wchodzą cząsteczki (atomy, molekuły lub jony) różnych substancji;

• jeżeli oddzielnych komponentów mieszaniny nie można rozróżnić wzrokiem lub przy pomocy mikroskopu, to takie mieszaniny nazywamy jednorodnymi, w przeciwnym razie mieszanina jest niejednorodna.

Definicja układów dyspersyjnych

Już wiecie, że istnieją mieszaniny jednorodne i niejednorodne. Mieszaniny nie mają składu stałego (w odróżnieniu od związków chemicznych) i można je rozdzielić na oddzielne substancje, jeżeli nie zachodzą nieodwracalne procesy chemiczne.

Mieszaniny, w których jedna substancja jest rozproszona w innej, jak na przykład dym, mgła, mleko, nazywamy układami dyspersyjnymi (od łacińskiego dispergo - rozpraszać, rozdrabniać).

Układy dyspersyjne wyróżnia to, w jakim środowisku rozproszone są cząsteczki (stałe, ciekłe, gazowe).

Najbardziej rozpowszechnione w naturze są układy dyspersyjne, w których cząsteczki substancji stałej rozproszone są w środowisku ciekłym (wodzie).

W zależności od wielkości cząsteczek (rozdrobnienia) substancji chemicznej, które się mieszają, rozróżniamy takie rodzaje układów dyspersyjnych'.

• zawiesiny (o rozdrobnieniu makroskopowym);

• układy koloidalne lub zole (wysokorozdrobnione);

• roztwory właściwe (rzeczywiste).

Rys. 3.1. a - zawiesiny kredy (w zawiesinach rozdrobniona substancja znajduje się w stanie wielkich kryształków substancji twardych albo kropli cieczy; b - zol złota (w układach koloidalnych cząsteczki substancji są stosunkowo wielkie i składają się z dziesiątków albo tysięcy molekuł, atomów lub jonów); c - roztwór siarczanu miedzi (w roztworach właściwych substancja znajduje się w formie oddzielnych molekuł lub jonów)

Główna różnica między nimi - rozmiar cząsteczek substancji rozproszonej (rys. 3.1).

Właściwości różnych układów dyspersyjnych przedstawiono w tablicy 7.

W zawiesinach oddzielne cząsteczki substancji można oglądać gołym okiem albo pod zwyczajnym mikroskopem, dlatego zawiesiny są zawsze mętne. W zależności od stanu skupienia rozproszonej w wodzie substancji wśród zawiesin wyróżniamy suspensje i emulsje. Suspensje - to roztwory twardych substancji w wodzie (rys. 3.2). Roztwór do bielenia -to suspensja drobno rozdrobnionej kredy lub wapna w wodzie. W emulsjach w wodzie rozproszone są drobne kropelki innych substancji, które nie mieszają się ze sobą. Mleko - to emulsja tłuszczu w wodzie, który z czasem wypływa na powierzchnię, tworząc śmietankę (rys. 3.3). W farbach emulsyjnych z wodą wymieszane są krople kleju PWA z farbą takiego lub innego koloru.

Tabela 7. Porównanie właściwości układów dyspersyjnych

Charakte rystyka	Zawiesiny	Układy koloidalne	Roztwory właściwe
Rozmiar cząsteczek (r - promień)	Substancja znajduje się w formie niewielkich cząsteczek (kryształków),	Substancja znajduje się w stanie oddzielnych molekuł lub jonów,	Substancja znajduje się w stanie oddzielnych molekuł lub jonów
Właściwości optyczne	Nieprzeźroczyste, mętne	Przeźroczyste, ale rozpraszają światło	Przeźroczyste, nie rozpraszają światła
Możliwość podziału na oddzielne komponenty	Cząsteczki substancji nie przechodzą przez filtr papierowy	Nie są filtrowane filtrem papierowym, ale filtrują się przez pergamin	Nie można rozdzielić przez filtrowanie
Wytrzyma łość	Cząsteczki dosyć szybko osiadają na dnie albo wypływają na powierzchnię	Stosunkowo wytrzymałe w czasie, jednakże z czasem „starzeją się”, tworząc osad	Mogą przetrwać nieskończenie długo, jeżeli nie wyparuje rozpuszczalnik

Zawiesiny mogą tworzyć się nie tylko wyłącznie przy pomocy wody (rys. 3.4).

Różne substancje rozdrobnione mogą być rozproszone w środowisku stałym i gazowym, tworząc zawiesiny: dym stanowi maleńkie cząsteczki, a mgła - rzadkie cząsteczki, które są rozproszone w powietrzu. Takie układy nazywamy aerozolami. Jeżeli substancję gazową rozproszyć w cieczy, to utworzy się piana, która też należy do zawiesin, tak jak na przykład bita śmietana albo piana mydlana. Gazy z substancjami stałymi mogą tworzyć piany stałe, jak na przykład pumeks albo styropian.

Rys. 3.4. Przykłady zawiesin: a - woda gazowana jest hydrozolem dwutlenku węgla w napoju; b - dym jest aerozolem cząsteczek stałych w powietrzu; c - mgła jest areozolem

kropel wody w powietrzu

W roztworach koloidalnych rozmiar cząsteczek jest znacznie mniejszy, niż w zawiesinach. Takich cząsteczek nie można zauważyć gołym okiem i nawet pod zwyczajnym mikroskopem, ponieważ roztwór koloidalny wydaje się być przeźroczysty. Kawa i herbata - to roztwory koloidalne.

Molekuły niektórych substancji, na przykład krochmalu albo białka, mają bardzo dużą wielkość - jak parę tysięcy zwyczajnych molekuł. Roztwór takich substancji jest też koloidalny. Niektóre z nich tworzą żele i przy małym stężeniu mogą przetworzyć roztwór w gęsty żel (rys. 3.5). Spośród substancji spożywczych, które tworzą żele, najbardziej znane są agar-agar i żelatyna. Agar-agar jest pozyskiwany z wodorostów morskich, a żelatyna znajduje się w resztkach zwierzęcych: kościach, chrząstkach, kopytach.

Żele i inne układy koloidalne bada oddzielny rozdział - chemia koloidalna, której jednym z prekursorów był nasz rodak Anton Dumanski.

Roztwory właściwe (rzeczywiste)

Większość roztworów, z którymi mamy do czynienia, jest rzeczywista, ponieważ dla wygody są nazywane po prostu roztworami. Główną ich cechą jest to, że w takich roztworach substancje są rozdrobnione na oddzielne molekuły lub jony, dlatego są zawsze przeźroczyste.

Roztwór może być zabarwiony, jak na przykład roztwór witriolu miedzi (rys. 3.6), lub bezbarwny, jak roztwór soli kuchennej i cukru. Ale roztwór właściwy zawsze jest przeźroczysty i w naczyniu zamkniętym może być przechowywany bez ograniczeń czasowych.

Roztwory - to jednorodne mieszaniny o zmiennym składzie, które składają się z dwóch lub więcej komponentów, jeden z których jest najczęściej cieczą.

Substancję, której w roztworze jest nadmiar i znajduje się w tym samym stanie skupienia, jak i roztwór, nazywamy rozpuszczalnikiem, a inne komponenty - składnikami rozpuszczonymi.

W roztworach z wodą rozpuszczalnikiem jest woda. Jako rozpuszczalniki stosujemy również inne ciecze: alkohol etylowy, benzynę, gaz itp. Na przykład, nalewka jodowa, która jest wykorzystywana do dezynfekcji ran, jest roztworem jodu w alkoholu etylowym. Ale w szkolnym kursie chemii będziecie mieli do czynienia przeważnie z roztworami wodnymi.

Trzeba również podkreślić, że chociaż roztwory są nazywane mieszaninami, jednakże trzeba je odróżniać od zwyczajnych mieszanin mechanicznych. Podobnie jak mieszaniny, roztwory nie mają składu stałego (w odróżnieniu od związków chemicznych) i można je rozdzielić na oddzielne substancje (jeżeli między nimi nie zachodzą nieodwracalne procesy chemiczne). Jednak, główna cecha, która charakteryzuje roztwór - to jednorodność. Oprócz tego, w odróżnieniu od mieszanin mechanicznych, w roztworach zachodzą pewne reakcje między cząsteczkami rozpuszczalnika a rozpuszczanej substancji.

Jak odróżnić roztwór rzeczywisty od koloidalnego?

Nie zwracając uwagi na przejrzystość zewnętrzną roztworów rzeczywistych i koloidalnych, mimo wszystko można je rozróżnić przy pomocy prostego doświadczenia: wszystkie roztwory (układy) koloidalne rozpraszają światło. Jeżeli w pokoju zaciemnionym przez szklankę z roztworem koloidalnym przepuścić promień światła, na przykład ze zwyczajnego wskaźnika laserowego, to ten promień w szklance jest dobrze widoczny (rys. 3.7). Jest to związane z tym, że w czasie przechodzenia promienia przez roztwór koloidalny na drodze światła znajdują się cząsteczki koloidalne i promień się rozprasza. Efekt ten nazywa się efektem Tyndalla na cześć angielskiego uczonego Johna Tyndalla, który je odkrył. Taki sam efekt obserwujemy, kiedy promień światła przebija się przez firanki do zaciemnionego zakurzonego pomieszczenia. Roztwory rzeczywiste są pozbawione takiego efektu. Promień światła przechodzi przez nie bez żadnych przeszkód, ponieważ cząsteczki substancji są na tyle małe, że nie rozpraszają światła.

Tak więc, promienia światła, przepuszczonego przez szklankę z roztworem rzeczywistym, nie można zobaczyć.

Znaczenie roztworów w przyrodzie i w życiu człowieka

Pierwsze reakcje chemiczne, dzięki którym pojawiło się życie na naszej planecie, zachodziły w „bulionie pierwotnym” - roztworze różnorodnych molekuł w Oceanie światowym. Z punktu widzenia nauki współczesnej, życie narodziło się właśnie w roztworze.

Krew, limfa, ślina, cytoplazma oraz inne ciecze organizmów żywych — to roztwory różnych substancji w wodzie. Często w składzie takich roztworów są molekuły białka, a więc wszystkie te roztwory są koloidalne. Można śmiało stwierdzić, że nasz organizm — to jednolity układ koloidalny.

Jedzenie w postaci płynnej jest przeważnie roztworem koloidalnym, ponieważ w jego składzie mieszczą się molekuły białka oraz molekuły innych składników odżywczych. W większości wypadków jedzenie stałe -to emulsje i suspensje.

Substancje rozpuszczone w wodzie biorą udział w powstawaniu skał osadowych i surowców naturalnych, między innymi kredy, marmuru, rud różnych metali. Dzięki rozpuszczeniu minerałów w wodzie powstają stalaktyty i stalagmity w jaskiniach.

Roztwory niektórych soli mają zastosowanie w nawożeniu roślin uprawnych, nawozy mineralne są podawane do gruntu przeważnie w postaci roztworów.

Dużo leków jest wykorzystywanych w postaci roztworów w wodzie lub spirytusie (nalewki). Maści, kremy oraz niektóre inne środki lecznicze - to zawiesiny lub emulsje substancji leczniczych.

W przemyśle chemicznym wiele procesów odbywa się w roztworach (w wodzie lub innych rozpuszczalnikach). Bez zastosowania roztworów niemożliwa jest produkcja papieru, tkanin, kwasów spożywczych, środków czystości itp.

Wybitny ukraiński i radziecki uczony, akademik NAN Ukrainy, członek korespondent AN ZSRR, jeden z twórców chemii koloidalnej w ZSRR. W 1903 roku ukończył Kijowski Instytut Politechniczny. Jego praca dyplomowa „Srebro koloidalne" zwróciła uwagę D. Mendelejewa, który był obecny na jej obronie. Kierował Instytutem Chemii Ogólnej i Nieorganicznej w Kijowie. Udoskonalił metody badań chemii koloidalnej, opracował metodę określenia rozmiarów cząsteczek przy pomocy ultrawirówki. Zapoczątkował kierunek naukowy wykorzystania chemii koloidalnej w technologiach żywności: piekarnictwie, cukrownictwie, wi-niarstwie, piwowarstwie, produkcji drożdży, wyrobów cukierniczych. Jego imieniem nazwano Instytut Chemii Koloidalnej i Chemii Wody NAN Ukrainy.

Zadanie lingwistyczne

1 W języku łacińskim słowo gelare oznacza „marznąć, stygnąć", a gelato - „lody". Pomyśl, jakie znaczenie mają terminy „galaretka", „żel" i „żelatyna".

2. W języku greckim aero oznacza „powietrze", hydro - woda, a po łacinie solvere -„rozpuszczać", suspensio - „zawieszanie". Co, waszym zdaniem, oznaczają nazwy układów koloidalnych „zoli", „hydrozoli", „areozoli" i „zawiesin"?

• Woda pojawiła się na Ziemi miliardy lat temu w formie pary wodnej razem z gazami, które wydzielały się z gorącego wnętrza. Około 3,5 milirda lat temu życie zaczęło rozwijać się właśnie w wodzie - niezbędnej do życia substancji.

• Słowo „emulsja" pochodzi od łacińskiego słowa emulgere, co oznacza „doić", ponieważ pierwszą znaną emulsją było mleko.

• Na początku XXI wieku uczeni otrzymali całkowicie nowy materiał - aerożel. Jest on podobny do normalnego żelu, ale zamiast wody między cząsteczkami koloidalnymi znajduje się powietrze. Aerożele posiadają nadzwyczajne właściwości: są na półprzeźroczyste, bardzo lekkie (przykład, jak na ilustracji, ma masę około 2 g), ich gęstość prawie dorównuje gęstości powietrza. Przy tym są bardzo mocne (wytrzymują nacisk 2000 razy większy, niż ich masa) i mają nadzwyczaj niskie przewodnictwo ciepła (przewodzą ciepło gorzej niż powietrze). NASA już wykorzystuje różne aerożele do budowania aparatów kosmicznych.

Myśl główna

Roztwory rzeczywiste (właściwe) występują rzadko w środowisku naturalnym, częściej mamy do czynienia z innymi układami dyspersyjnymi: zawiesinami (su-spensjami i emulsjami), zolami, aerozolami, hydrozolami, pianami itp.

Pytania kontrolne

29. Jakie mieszaniny nazywamy roztworami? Co oznacza związek wyrazowy „stanu zmiennego" w określeniu roztworu? Podajcie przykłady.

30. Czym różnią się według struktury wewnętrznej zawiesiny, koloidy i roztwory właściwe? Jak można je odróżnić od siebie?

31. Jak można udowodnić lub sprostować, że kawa i herbata - to roztwory właściwe?

32. Czy można mieszaninę z dwóch gazów nazwać roztworem? Dlaczego?

33. Jakie są cechy wspólne i różnice roztworów właściwych i mieszanin me-chaniczynch?

Zadania utrwalające wiedzę

34. Podajcie przykłady wykorzystania w życiu codziennym zawiesin, roztworów koloidalnych i właściwych.

35. Żeby przygotować drzewka owocowe do zimowania, ich pnie pokrywa się następującą mieszaniną: do 10 litrów wody dodaje się 2 kg wapna, 250 g siarczanu miedzi, 1 kg gliny i 200 g kleju stolarskiego. Do jakiego typu układów dyspersyjnych należy ta mieszanina?

36. Spirytus medyczny jest mieszaniną, w 100 g której mieści się 96 g spirytusu i 4 g wody. Czy można dać jednoznaczną odpowiedź, co w tym roztworze jest rozpuszczalnikiem, a co - rozpuszczoną substancją? Dlaczego?

37. Oblicz masę wody w roztworze kwasu azotowego z ułamkiem masowym 20 %, w którym jest 40 g kwasu.

38. Oblicz masę wody, w której trzeba rozpuścić 2 g azotanu sodu, żeby otrzymać roztwór z ułamkiem masowym soli 0,1 %.

39. Do malowania różnych powierzchni najczęściej są wykorzystywane tak zwane farby nitro (mieszaniny różnych zabarwionych soli lub tlenków ze specjalną cieczą, której właściwości są podobne do benzyny) i farby wo-doemulsyjne (mieszaniny pigmentów z wodą i klejem PWA). Do jakiego typu układów dyspersyjnych należą te farby? Jak myślicie, którą farbę bezpieczniej i lepiej wykorzystać w domu?

40. Mleko, słodka śmietana i masło śmietankowe - to emulsje, które składają się z wody i tłuszczu krowiego. Ale różnią się one istotnie wyglądem. Na czym polegają główne różnice między tymi produktami spożywczymi?

41*. W literaturze dodatkowej lub Internecie znajdźcie informacje o wykorzystaniu roztworów koloidalnych, emulsji i zawiesin w różnych gałęziach przemysłu, medycyny, budownictwie itp.

EKSPERYMENT DOMOWY nr 1

Wykonanie roztworów koloidalnych (galaretki, kiślu itp.)

Będziecie potrzebowali: niewielki garnek, szklankę, wodę, żelatynę, mąkę ziemniaczaną (krochmal), wskaźnik laserowy.

Zasady bezpieczeństwa:

• w doświadczeniach wykorzystujcie niewielkie ilości substancji;

• pamiętajcie, że gorące i zimne przedmioty są jednakowe z wyglądu, wykorzystujcie rękawice ochronne;

• nie kierujcie promienia wskaźnika laserowego w stronę oczu.

1. Wykonanie roztworu koloidalnego z żelatyny.

Do niewielkiego garnka nalejcie szklankę (0,2 1) gorącej wody z czajnika i wsypcie połowę łyżeczki żelatyny i dobrze wymieszajcie, póki cała żelatyna się nie rozpuści. Roztwór koloidalny jest gotowy. Poczekajcie do jego ostygnięcia i wypróbujcie wskaźnikiem laserowym. W tym celu przelejcie roztwór do przeźroczystej szklanki i w ciemnym pokoju skierujcie promień z boku. Wypróbujcie wskaźnikiem zwyczajną czystą wodę. Porównajcie rezultaty.

2. Przygotowanie żelu (galaretki) z żelatyny.

Sposób przygotowania galaretki jest taki sam, jak w doświadczeniu 1, tylko na jedną szklankę gorącej wody będziecie potrzebowali jedną stołową łyżkę żelatyny. Poczekajcie do wystygnięcia otrzymanego roztworu koloidalnego do temperatury pokojowej, a potem przelejcie do przeźroczystej szklanki i odstawcie do lodówki. Galaretkę również można wypróbować wskaźnikiem laserowym.

3. Przygotowanie kleju z mąki ziemniaczanej.

Nasypcie do szklanki połowę łyżeczki do herbaty mąki ziemniaczanej i dolejcie 10-20 ml wody. Dobrze wymieszajcie. Do niewielkiego garnka nalejcie szklankę wody (0,2 1) oraz podgrzejcie do wrzenia. Cienkim strumieniem wiejcie do wrzątku mieszaninę wody z mąką ziemniaczaną. Dobrze mieszajcie w ciągu 3-5 minut. Przelejcie do przeźroczystej szklanki i pozostawcie do wystygnięcia. Roztwór koloidalny wypróbujcie wskaźnikiem laserowym, jak opisano w doświadczeniu 1.

4. W podsumowaniu eksperymentu wskażcie roztwory koloidalne, które przygotowaliście, ich cechy charakterystyczne oraz możliwości odróżnienia ich od innych układów dyspersyjnych.

Źródło: Chemia podręcznik dla klasy 9 Hryhorowycz