Esempi di alcuni sistemi dispersi naturali e domestici. Sistemi dispersi. Sistemi solidi eterogenei

Sia il mezzo di dispersione che la fase dispersa possono essere composti da sostanze in diversi stati di aggregazione. A seconda della combinazione degli stati del mezzo di dispersione e della fase dispersa, si possono distinguere otto tipi di tali sistemi

Classificazione dei sistemi dispersi per stato di aggregazione

Inoltre, come caratteristica di classificazione, possiamo distinguere un concetto come la dimensione delle particelle di un sistema disperso:

• - Grossolanamente dispersi (> 10 micron): zucchero semolato, terra, nebbia, gocce di pioggia, cenere vulcanica, magma, ecc.
• - Medio-fine (0,1-10 micron): eritrociti di sangue umano, E. coli, ecc.

Gel di sospensione in emulsione dispersa

• - Altamente dispersi (1-100 nm): virus dell'influenza, fumo, torbidità in acque naturali, sol di varie sostanze ottenuti artificialmente, soluzioni acquose di polimeri naturali (albumina, gelatina, ecc.), ecc.
• - Nano-dimensioni (1-10 nm): molecola di glicogeno, pori fini di carbone, sol metallici ottenuti in presenza di molecole di sostanze organiche che limitano la crescita di particelle, nanotubi di carbonio, nanofili magnetici di ferro, nichel, ecc.

Sistemi grossolanamente dispersi: emulsioni, sospensioni, aerosol

In base alla dimensione delle particelle della sostanza che compongono la fase dispersa, i sistemi dispersi sono suddivisi in grossolani con dimensioni delle particelle superiori a 100 nm e finemente dispersi con dimensioni delle particelle da 1 a 100 nm. Se la sostanza viene frammentata in molecole o ioni di dimensioni inferiori a 1 nm, si forma un sistema omogeneo: una soluzione. La soluzione è omogenea, non c'è interfaccia tra le particelle e il mezzo e quindi non appartiene a sistemi dispersi. I sistemi grossolanamente dispersi sono divisi in tre gruppi: emulsioni, sospensioni e aerosol.

Le emulsioni sono sistemi dispersi con un mezzo di dispersione liquido e una fase liquida dispersa.

Possono anche essere divisi in due gruppi: 1) diretti - gocce di un liquido non polare in un ambiente polare (olio in acqua); 2) retromarcia (acqua nell'olio). Cambiamenti nella composizione delle emulsioni o influenze esterne possono portare alla trasformazione di un'emulsione diretta in un'emulsione inversa e viceversa. Esempi delle emulsioni naturali più conosciute sono il latte (emulsione diretta) e l'olio (emulsione inversa). Una tipica emulsione biologica sono le goccioline di grasso nella linfa.

Tra le emulsioni conosciute nella pratica umana vi sono fluidi da taglio, materiali bituminosi, pesticidi, medicinali e cosmetici e prodotti alimentari. Ad esempio, nella pratica medica, le emulsioni di grasso sono ampiamente utilizzate per fornire energia a un corpo affamato o indebolito attraverso l'infusione endovenosa. Per ottenere tali emulsioni vengono utilizzati oli di oliva, semi di cotone e soia. Nella tecnologia chimica, la polimerizzazione in emulsione è ampiamente utilizzata come metodo principale per la produzione di gomme, polistirene, polivinilacetato, ecc. Le sospensioni sono sistemi grossolani con una fase solida dispersa e un mezzo di dispersione liquido.

Tipicamente, le particelle della fase dispersa di una sospensione sono così grandi che si depositano sotto l'influenza della gravità: sedimento. Sono detti anche sospensioni i sistemi in cui la sedimentazione avviene molto lentamente a causa della piccola differenza di densità tra la fase dispersa e il mezzo di dispersione. Le sospensioni edili praticamente significative sono la calce ("latte di calce"), le vernici a smalto e varie sospensioni edili, ad esempio quelle chiamate "malta cementizia". Le sospensioni includono anche farmaci, ad esempio unguenti liquidi - linimenti. Un gruppo speciale è costituito da sistemi a dispersione grossolana, in cui la concentrazione della fase dispersa è relativamente elevata rispetto alla sua bassa concentrazione nelle sospensioni. Tali sistemi dispersi sono chiamati paste. Ad esempio, dentistici, cosmetici, igiene, ecc., che ti sono ben noti dalla vita di tutti i giorni.

Gli aerosol sono sistemi grossolanamente dispersi in cui il mezzo di dispersione è l'aria e la fase dispersa può essere costituita da goccioline liquide (nuvole, arcobaleni, lacca per capelli o deodorante rilasciati da una bomboletta) o particelle di una sostanza solida (nuvola di polvere, tornado)

Sistemi colloidali: in essi le dimensioni delle particelle colloidali raggiungono fino a 100 nm. Tali particelle penetrano facilmente nei pori dei filtri di carta, ma non penetrano nei pori delle membrane biologiche di piante e animali. Poiché le particelle colloidali (micelle) hanno una carica elettrica e gusci ionici solvati, per cui rimangono sospese, potrebbero non precipitare per un periodo piuttosto lungo. Un esempio lampante di sistema colloidale sono le soluzioni di gelatina, albumina, gomma arabica e soluzioni colloidali di oro e argento.

I sistemi colloidali occupano una posizione intermedia tra i sistemi grossolani e le soluzioni vere. Sono molto diffusi in natura. Il suolo, l'argilla, le acque naturali, molti minerali, comprese alcune pietre preziose, sono tutti sistemi colloidali.

Esistono due gruppi di soluzioni colloidali: liquide (soluzioni colloidali - sol) e gelatinose (gelatina - gel).

La maggior parte dei fluidi biologici della cellula (il già citato citoplasma, succo nucleare - carioplasma, contenuto dei vacuoli) e dell'organismo vivente nel suo insieme sono soluzioni colloidali (sol). Tutti i processi vitali che si verificano negli organismi viventi sono associati allo stato colloidale della materia. In ogni cellula vivente i biopolimeri (acidi nucleici, proteine, glicosaminoglicani, glicogeno) si trovano sotto forma di sistemi dispersi.

I gel sono sistemi colloidali in cui le particelle della fase dispersa formano una struttura spaziale.

I gel possono essere: cibo - marmellata, marshmallow, carne in gelatina, gelatina; biologico: cartilagine, tendini, capelli, tessuto muscolare e nervoso, corpi di meduse; cosmetici - gel doccia, creme; medico - medicinali, unguenti; minerale: perle, opale, corniola, calcedonio.

I sistemi colloidali sono di grande importanza per la biologia e la medicina. La composizione di qualsiasi organismo vivente comprende sostanze solide, liquide e gassose che sono in una relazione complessa con l'ambiente. Da un punto di vista chimico, il corpo nel suo insieme è un insieme complesso di numerosi sistemi colloidali.

I fluidi biologici (sangue, plasma, linfa, liquido cerebrospinale, ecc.) sono sistemi colloidali in cui composti organici come proteine, colesterolo, glicogeno e molti altri si trovano in uno stato colloidale. Perché la natura gli dà tale preferenza? Questa caratteristica è dovuta principalmente al fatto che una sostanza allo stato colloidale ha un'ampia interfaccia tra le fasi, che contribuisce a migliori reazioni metaboliche.

Esempi di sistemi dispersi naturali e artificiali. Minerali e rocce come miscele naturali

Tutta la natura che ci circonda: organismi animali e vegetali, idrosfera e atmosfera, crosta terrestre e sottosuolo sono un insieme complesso di molti e diversi tipi di sistemi grossolani e colloidali. Le nuvole del nostro pianeta sono le stesse entità viventi di tutta la natura che ci circonda. Sono di grande importanza per la Terra, poiché sono canali di informazione. Dopotutto, le nuvole sono costituite dalla sostanza capillare dell'acqua e l'acqua, come sapete, è un ottimo dispositivo di archiviazione delle informazioni. Il ciclo dell'acqua in natura porta al fatto che le informazioni sullo stato del pianeta e sull'umore delle persone si accumulano nell'atmosfera e, insieme alle nuvole, si muovono attraverso l'intero spazio della Terra. Una straordinaria creazione della natura: le nuvole che danno alle persone gioia, piacere estetico e semplicemente il desiderio di guardare a volte il cielo.

La nebbia può anche essere un esempio di un sistema di dispersione naturale, l'accumulo di acqua nell'aria, quando si formano minuscoli prodotti di condensazione del vapore acqueo (a una temperatura dell'aria superiore a? 10° - minuscole goccioline d'acqua, a? 10..? 15° - una miscela di gocce d'acqua e cristalli di ghiaccio, ad una temperatura inferiore a 15° - cristalli di ghiaccio scintillanti ai raggi del sole o alla luce della luna e delle lanterne). L'umidità relativa dell'aria durante la nebbia è solitamente vicina al 100% (almeno supera l'85-90%). Tuttavia, in caso di forti gelate (? 30° e inferiori) nelle aree popolate, nelle stazioni ferroviarie e negli aeroporti, si può osservare la nebbia con qualsiasi umidità relativa dell'aria (anche inferiore al 50%) - a causa della condensazione del vapore acqueo formato durante la combustione del carburante (nei motori, forni, ecc.) e rilasciati nell'atmosfera attraverso tubi di scarico e camini.

La durata continua delle nebbie varia solitamente da diverse ore (e talvolta da mezz'ora a un'ora) a diversi giorni, soprattutto nella stagione fredda.

La nebbia impedisce il normale funzionamento di tutti i tipi di trasporto (in particolare l'aviazione), quindi le previsioni della nebbia sono di grande importanza economica.

Un esempio di sistema disperso complesso è il latte, i cui componenti principali (senza contare l'acqua) sono grassi, caseina e zucchero del latte. Il grasso si presenta sotto forma di emulsione e quando il latte si ferma, sale gradualmente verso l'alto (crema). La caseina è contenuta sotto forma di soluzione colloidale e non viene rilasciata spontaneamente, ma può facilmente precipitare (sotto forma di ricotta) quando il latte viene acidificato, ad esempio con l'aceto. In condizioni naturali, la caseina viene rilasciata quando il latte diventa acido. Infine, lo zucchero del latte si presenta sotto forma di soluzione molecolare e viene rilasciato solo quando l'acqua evapora.

Molti gas, liquidi e solidi si dissolvono nell'acqua. Lo zucchero e il sale da cucina si sciolgono facilmente nell'acqua; l'anidride carbonica, l'ammoniaca e molte altre sostanze, quando entrano in collisione con l'acqua, vanno in soluzione e perdono il precedente stato di aggregazione. Un soluto può essere isolato da una soluzione in un certo modo. Se fai evaporare una soluzione di sale da cucina, il sale rimane sotto forma di cristalli solidi.

Quando le sostanze vengono sciolte in acqua (o in un altro solvente), si forma un sistema uniforme (omogeneo). Pertanto, una soluzione è un sistema omogeneo costituito da due o più componenti. Le soluzioni possono essere liquide, solide e gassose. Le soluzioni liquide includono, ad esempio, una soluzione di zucchero o sale da cucina in acqua, alcool in acqua e simili. Le soluzioni solide di un metallo in un altro includono le leghe: l'ottone è una lega di rame e zinco, il bronzo è una lega di rame e stagno e simili. Una sostanza gassosa è l'aria o qualsiasi miscela di gas.

Classificazione per stato di aggregazione. La classificazione più generale dei sistemi dispersi si basa sulla differenza dello stato di aggregazione tra fase dispersa e fase dispersa. Combinazioni di tre tipi di stato di aggregazione permettono di distinguere nove tipi di sistemi dispersi. Per brevità, sono solitamente indicati con una frazione, il cui numeratore indica la fase dispersa, e il denominatore indica il mezzo di dispersione, ad esempio, per il sistema “gas in liquido” è accettata la designazione G/L.

Classificazione dei sistemi dispersi in base allo stato di aggregazione della fase dispersa e del mezzo di dispersione

Tutte le combinazioni di cui sopra sono possibili ed esistono effettivamente.

Il primo caso è un po' a parte: Sol 1 / Sol 2. Di norma, le miscele di gas formano un sistema disperso molecolare omogeneo. E solo alcuni gas ad alta pressione sono in grado di produrre una miscela con solubilità limitata: miscele eterogenee. Va inoltre segnalata l'originalità di sistemi quali schiume, polistirolo espanso, emulsioni concentrate e paste. La particolarità sta nel fatto che in questo caso non viene dispersa solo la fase dispersa, ma anche il mezzo di dispersione, poiché le particelle del materiale disperso sono separate da una sottile pellicola del mezzo; lo spessore della pellicola può raggiungere dimensioni colloidali, cioè anche il mezzo è disperso colloidalmente, ma solo in una dimensione: lo spessore.

Nello stato colloidale disperso, la fase dispersa è costituita da un numero relativamente piccolo di molecole. Le singole particelle colloidali sono essenzialmente nuclei di una fase, il cui stato di aggregazione è talvolta difficile da stabilire con assoluta certezza.

Inoltre, l'esperienza mostra che la differenza nello stato di aggregazione di una sostanza dispersa (con uno stato di aggregazione costante del mezzo di dispersione) non comporta cambiamenti significativi nelle proprietà del sistema colloidale. A questo proposito, la classificazione è semplificata e i possibili nove tipi di sistemi dispersi possono essere ridotti a tre, a seconda dello stato aggregato del mezzo: sistemi con mezzo gassoso, liquido e solido. Per brevità vengono chiamati rispettivamente aerosol, lyosol e solidosoli. A seconda della natura del mezzo di dispersione, i liosol sono chiamati idrosoli, alcosoli, eterosoli, ecc. Il mezzo di dispersione di questi sol è rispettivamente acqua, alcool ed etere. I sistemi microeterogenei con un mezzo di dispersione liquido e una fase dispersa solida sono chiamati sospensioni e con una fase dispersa liquida - emulsioni.

Questi tre gruppi di sol differiscono significativamente l'uno dall'altro nelle proprietà, in particolare nella stabilità. La questione della stabilità dei sistemi colloidali è una questione molto importante che riguarda direttamente la loro stessa esistenza. Pertanto, merita uno sguardo più attento. È stato precedentemente notato che i sistemi colloidali dispersi sono termodinamicamente instabili. Ma questa posizione dovrebbe essere chiarita, soprattutto perché per diversi sol (aerosol, lyosol, solidosol) la situazione finale è diversa.

Sospensioni- sistemi dispersi in cui la fase dispersa è solida e il mezzo di dispersione è liquido e il solido è praticamente insolubile nel liquido. Per preparare una sospensione, è necessario macinare la sostanza fino a ottenere una polvere fine, versarla in un liquido in cui la sostanza non si dissolve e agitare bene (ad esempio, agitando l'argilla in acqua). Nel tempo, le particelle cadranno sul fondo del recipiente. Questo processo si chiama sedimentazione. Ovviamente più piccole sono le particelle, più a lungo durerà la sospensione. Pertanto, quanto più grandi sono le particelle, tanto maggiore è l’instabilità della sedimentazione.

Emulsioni- sistemi dispersi in cui sia la fase dispersa che il mezzo di dispersione sono liquidi reciprocamente immiscibili. Si può preparare un'emulsione di acqua e olio agitando a lungo la miscela. Un esempio di emulsione è il latte, in cui piccoli globuli di grasso galleggiano nel liquido. Le sospensioni e le emulsioni sono sistemi a due fasi.

Schiuma. Come le emulsioni, le schiume sono sistemi a dispersione grossolana, pertanto in molti processi tecnologici le schiume vengono ottenute con gli stessi metodi di dispersione utilizzati per ottenere le bolle di gas.

Aerosol– un sistema disperso costituito da piccole particelle solide o liquide sospese in un ambiente gassoso. Gli aerosol, la cui fase dispersa è costituita da goccioline liquide, sono chiamati nebbie e, nel caso di una fase dispersa solida, fumi. La polvere è classificata come aerosol grossolano.

Per dimensione delle particelle i sistemi liberamente dispersi sono divisi

Ultramicroeterogeneo vengono anche chiamati sistemi soluzioni colloidali O sol. A seconda della natura del mezzo di dispersione, i sol sono suddivisi in sol solidi, aerosol (sol con mezzo di dispersione gassoso) e lyosol (sol con mezzo di dispersione liquido). A microeterogeneo i sistemi includono sospensioni, emulsioni, schiume e polveri. Più comune grossolano i sistemi sono sistemi a gas solido, come la sabbia. Connessamente disperso sistemi (corpi porosi) secondo la classificazione di M.M. Dubinin è diviso in gruppi

Sistemi dispersi e processi chimici colloidali avvengono sia nell'industria alimentare che nella ristorazione collettiva. Processi chimici colloidali, come rigonfiamento, dissoluzione, gelificazione, aggregazione, coagulazione, precipitazione, peptizzazione, adsorbimento, sono alla base della produzione di molti prodotti alimentari: brodi, gelati, vari prodotti dolciari, latticini, nonché prodotti da forno, vinificazione, produzione di birra Burro, margarina, maionese, panna acida, panna, latte sono sistemi colloidali complessi. Per controllare i processi tecnologici della produzione alimentare, gli ingegneri economici hanno bisogno della conoscenza delle caratteristiche dei sistemi dispersi e delle loro proprietà di base.

Sistemi dispersi sono sistemi costituiti da una sostanza, frantumata in particelle di dimensioni maggiori o minori e distribuite in un'altra sostanza. La stessa sostanza può presentarsi in vari gradi di frammentazione: particelle visibili macroscopicamente (>0,2-0,1 mm, risoluzione oculare), particelle visibili microscopicamente (da 0,2-0,1 mm a 400-300 nm*, il potere risolutivo del microscopio quando illuminato con luce bianca) e nello stato molecolare (o ionico). Tra il mondo delle molecole e le particelle microscopicamente visibili c'è una regione di frammentazione della materia con un complesso di nuove proprietà inerenti a questa forma di organizzazione della materia. Tali particelle, invisibili al microscopio ottico, vengono chiamate colloidale, e lo stato frantumato (disperso) di sostanze con dimensioni delle particelle da 400-300 nm a 1 nm - stato colloidale della sostanza.

I sistemi dispersi sono costituiti da una fase continua continua - mezzo di dispersione, in cui sono distribuite le particelle frantumate e le stesse particelle frantumate di una dimensione o di un'altra forma situate in questo ambiente - fase dispersa. I sistemi dispersi sono eterogenei, cioè essi sono caratterizzati dall'esistenza di vere e proprie interfacce fisiche di fase tra la fase di dispersione ed il mezzo disperso.

Un prerequisito per ottenere sistemi dispersi è la reciproca insolubilità della sostanza disperdibile e del mezzo di dispersione. Ad esempio, è impossibile ottenere soluzioni colloidali di zucchero o sale da cucina in acqua, ma si possono ottenere in cherosene o benzene, in cui queste sostanze sono praticamente insolubili.

Una caratteristica quantitativa della dispersione (frammentazione) di una sostanza è il grado di dispersione (grado di frammentazione, D) - il reciproco della dimensione (a) delle particelle disperse:

Qui a è uguale al diametro delle particelle sferiche o fibrose, o alla lunghezza del bordo delle particelle cubiche, o allo spessore delle pellicole (Fig. 1). Minori sono le dimensioni delle particelle, maggiore è la dispersione e viceversa.

*1 nm (nanometro) = 10 –6 mm.

Sistema dispersivo- formazioni di due o più fasi (corpi) che praticamente non si mescolano e non reagiscono chimicamente tra loro. In un caso tipico di un sistema a due fasi, la prima delle sostanze ( fase dispersa) finemente distribuito nel secondo ( mezzo di dispersione). Se sono presenti più fasi, è possibile separarle fisicamente (centrifuga, separazione, ecc.).

Tipicamente i sistemi dispersi sono soluzioni colloidali e sol. I sistemi dispersi includono anche il caso di un mezzo disperso solido in cui si trova la fase dispersa.

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  La classificazione più generale dei sistemi dispersi si basa sulla differenza nello stato di aggregazione del mezzo di dispersione e della fase (fasi) dispersa. Combinazioni di tre tipi di stato di aggregazione consentono di distinguere nove tipi di sistemi dispersi bifase. Per brevità vengono solitamente indicati con una frazione, il cui numeratore indica la fase dispersa, e il denominatore indica il mezzo di dispersione; ad esempio, per il sistema gas in liquido è accettata la designazione G/L.

  Designazione	Fase dispersa	Mezzo dispersivo	Titolo ed esempio
  Sì/Sì	Gassoso	Gassoso	Non formare sistemi dispersi
  F/G	Liquido	Gassoso	Aerosol: nebbie, nuvole
  T/G	Difficile	Gassoso	Aerosol (polveri, fumi), sostanze polverulenti
  G/F	Gassoso	Liquido	Emulsioni gassose e schiume
  F/F	Liquido	Liquido	Emulsioni: olio, panna, latte
  T/F	Difficile	Liquido	Sospensioni e sol: pasta, fango, sospensione, pasta
  H/T	Gassoso	Difficile	Corpi porosi: polimeri espansi, pomice
  W/T	Liquido	Difficile	Sistemi capillari (corpi porosi riempiti di liquido): suolo, suolo
  T/T	Difficile	Difficile	Sistemi solidi eterogenei: leghe, calcestruzzo, vetro-ceramica, materiali compositi

  In base alle proprietà cinetiche della fase dispersa, i sistemi dispersi bifase possono essere suddivisi in due classi:

  • Sistemi liberamente dispersi, in cui la fase dispersa è mobile;
  • Sistemi coesi dispersi, in cui il mezzo di dispersione è solido e le particelle della loro fase dispersa sono interconnesse e non possono muoversi liberamente.

  A loro volta questi sistemi sono classificati in base al grado di dispersione.

  I sistemi con particelle in fase disperse di uguale dimensione sono chiamati monodispersi, mentre i sistemi con particelle di dimensione diversa sono chiamati polidispersi. Di norma, i sistemi reali intorno a noi sono polidispersi.

  Esistono anche sistemi dispersi con un numero maggiore di fasi: sistemi dispersi complessi. Ad esempio, quando un mezzo di dispersione liquido bolle con una fase solida dispersa, si ottiene un sistema trifase “vapore - gocce - particelle solide”.

  Un altro esempio di sistema disperso complesso è il latte, i cui componenti principali (senza contare l'acqua) sono grassi, caseina e zucchero del latte. Il grasso si presenta sotto forma di emulsione e quando il latte si ferma, sale gradualmente verso l'alto (crema). La caseina è contenuta sotto forma di soluzione colloidale e non viene rilasciata spontaneamente, ma può facilmente precipitare (sotto forma di ricotta) quando il latte viene acidificato, ad esempio con aceto. In condizioni naturali, la caseina viene rilasciata quando il latte diventa acido. Infine, lo zucchero del latte si presenta sotto forma di soluzione molecolare e viene rilasciato solo quando l'acqua evapora.

  Sistemi liberamente dispersi

  In base alla dimensione delle particelle, i sistemi liberamente dispersi sono suddivisi in:

  I sistemi ultramicroeterogenei sono anche chiamati colloidali o sol. A seconda della natura del mezzo di dispersione, i sol sono suddivisi in sol solidi, aerosol (sol con mezzo di dispersione gassoso) e lyosol (sol con mezzo di dispersione liquido). I sistemi microeterogenei comprendono sospensioni, emulsioni, schiume e polveri. I sistemi grossolani più comuni sono i sistemi a gas solido (ad esempio sabbia).

  I sistemi colloidali svolgono un ruolo enorme nella biologia e nella vita umana. Nei fluidi biologici del corpo, numerose sostanze si trovano allo stato colloidale. Gli oggetti biologici (cellule muscolari e nervose, sangue e altri fluidi biologici) possono essere considerati soluzioni colloidali. Il mezzo di dispersione del sangue è il plasma, una soluzione acquosa di sali e proteine ​​inorganici.

  Sistemi coesi dispersi

  Materiali porosi

  I materiali porosi si dividono in base alla dimensione dei pori, secondo la classificazione di M. M. Dubinin, in:

  In base alle caratteristiche geometriche, le strutture porose si dividono in regolare(in cui nel volume corporeo c'è una corretta alternanza di singoli pori o cavità e canali che li collegano) e Stocastico(in cui l'orientamento, la forma, la dimensione, la posizione relativa e i rapporti dei pori sono casuali). La maggior parte dei materiali porosi sono caratterizzati da una struttura stocastica. Anche la natura dei pori è importante: aprire i pori comunicano con la superficie del corpo in modo che attraverso di essi possano filtrare liquidi o gas; senza uscita i pori comunicano anche con la superficie del corpo, ma la loro presenza non pregiudica la permeabilità del materiale; pori chiusi .

  Sistemi solidi eterogenei

  Un tipico esempio di sistemi solidi eterogenei sono i materiali compositi recentemente ampiamente utilizzati: materiali solidi, ma eterogenei, creati artificialmente e costituiti da due o più componenti con chiare interfacce tra loro. Nella maggior parte di questi materiali (ad eccezione di quelli stratificati), i componenti possono essere suddivisi in matrice e incluso in esso elementi di rinforzo; in questo caso gli elementi di rinforzo sono solitamente responsabili delle caratteristiche meccaniche del materiale, e la matrice assicura il funzionamento congiunto degli elementi di rinforzo. Alcuni dei materiali compositi più antichi includono

  Sezioni: Chimica

  Classe: 11

  Dopo aver studiato l'argomento della lezione, imparerai:

  • Cosa sono i sistemi dispersi?
  • cosa sono i sistemi dispersi?
  • Quali proprietà hanno i sistemi dispersi?
  • l’importanza dei sistemi dispersi.

  Le sostanze pure sono molto rare in natura. I cristalli di sostanze pure, ad esempio lo zucchero o il sale da cucina, possono essere ottenuti in diverse dimensioni, grandi e piccole. Qualunque sia la dimensione dei cristalli, tutti hanno la stessa struttura interna per una data sostanza: un reticolo cristallino molecolare o ionico.

  In natura si trovano più spesso miscele di varie sostanze. Miscele di sostanze diverse in diversi stati di aggregazione possono formare sistemi eterogenei ed omogenei. Chiameremo tali sistemi dispersi.

  Un sistema disperso è un sistema costituito da due o più sostanze, una delle quali sotto forma di particelle molto piccole distribuite uniformemente nel volume dell'altra.

  Una sostanza si scompone in ioni, molecole, atomi, il che significa che si “divide” in minuscole particelle. “Franchiatura” > disperdente, cioè le sostanze sono disperse in particelle di diverse dimensioni, visibili e invisibili.

  Si chiama sostanza che è presente in quantità minore, dispersa e distribuita nel volume di un'altra fase dispersa. Può essere costituito da diverse sostanze.

  Viene detta la sostanza presente in quantità maggiori, nel cui volume è distribuita la fase dispersa mezzo disperso. Esiste un'interfaccia tra esso e le particelle della fase dispersa, pertanto i sistemi dispersi sono chiamati eterogenei (disomogenei).

  Sia il mezzo disperso che la fase dispersa possono essere rappresentati da sostanze in vari stati di aggregazione: solido, liquido e gassoso.

  A seconda della combinazione dello stato aggregato del mezzo disperso e della fase dispersa, si possono distinguere 9 tipi di tali sistemi.

  Tavolo
  Esempi di sistemi dispersi

  Mezzo dispersivo	Fase dispersa	Esempi di alcuni sistemi dispersi naturali e domestici
  Gas	Gas	Miscela sempre omogenea (aria, gas naturale)
  	Liquido	Nebbia, gas associato a goccioline d'olio, miscela del carburatore nei motori delle automobili (goccioline di benzina nell'aria), aerosol
  	Solido	Polvere nell'aria, fumo, smog, simoom (tempeste di polvere e sabbia), aerosol
  Liquido	Gas	Bevande effervescenti, schiume
  	Liquido	Emulsioni. Mezzi liquidi del corpo (plasma sanguigno, linfa, succhi digestivi), contenuto liquido delle cellule (citoplasma, carioplasma)
  	Solido	Sol, gel, paste (gelatine, gelatine, colle). Limo di fiume e mare sospeso nell'acqua; mortai
  Solido	Gas	Crosta di neve con bolle d'aria, terra, tessuti, mattoni e ceramica, gommapiuma, cioccolato gassato, polveri
  	Liquido	Terreno umido, prodotti medici e cosmetici (unguenti, mascara, rossetto, ecc.)
  	Solido	Rocce, vetri colorati, alcune leghe

  In base alla dimensione delle particelle di sostanze che compongono la fase dispersa, si suddividono in sistemi dispersi grossolano (sospensioni) con dimensioni delle particelle superiori a 100 nm e finemente disperso (soluzioni colloidali o sistemi colloidali) con dimensioni delle particelle da 100 a 1 nm. Se la sostanza è frammentata in molecole o ioni di dimensioni inferiori a 1 nm, si forma un sistema omogeneo - soluzione. È omogeneo, non c'è interfaccia tra le particelle e il mezzo.

  I sistemi e le soluzioni disperse sono molto importanti nella vita di tutti i giorni e in natura. Giudicate voi stessi: senza il limo del Nilo non avrebbe avuto luogo la grande civiltà dell'Antico Egitto; senza acqua, aria, rocce e minerali, non esisterebbe affatto il pianeta vivente - la nostra casa comune - la Terra; senza cellule non ci sarebbero organismi viventi, ecc.

  SOSPENSIONE

  Le sospensioni sono sistemi dispersi in cui la dimensione delle particelle di fase è superiore a 100 nm. Si tratta di sistemi opachi, le cui singole particelle possono essere viste ad occhio nudo. La fase dispersa e il mezzo disperso vengono facilmente separati mediante decantazione e filtrazione. Tali sistemi si dividono in:

  1. Emulsioni ( sia il mezzo che la fase sono liquidi insolubili l'uno nell'altro). Si può preparare un'emulsione di acqua e olio agitando a lungo la miscela. Si tratta dei famosi latte, linfa, vernici a base d'acqua, ecc.
  2. Sospensioni(il mezzo è un liquido, la fase è un solido insolubile in esso) Per preparare una sospensione, è necessario macinare la sostanza in una polvere fine, versarla nel liquido e agitare bene. Nel tempo, la particella cadrà sul fondo della nave. Ovviamente, più piccole sono le particelle, più a lungo persisterà la sospensione. Si tratta di soluzioni costruttive, limo fluviale e marino sospeso nell'acqua, una sospensione vivente di microscopici organismi viventi nell'acqua di mare - plancton, che nutre i giganti - balene, ecc.
  3. Aerosol sospensioni in un gas (ad esempio nell'aria) di piccole particelle di liquidi o solidi. Ci sono polveri, fumi e nebbie. I primi due tipi di aerosol sono sospensioni di particelle solide nel gas (particelle più grandi nella polvere), il secondo è una sospensione di goccioline liquide nel gas. Ad esempio: nebbia, nuvole temporalesche - sospensione di gocce d'acqua nell'aria, fumo - piccole particelle solide. E anche lo smog che incombe sulle più grandi città del mondo è un aerosol con una fase dispersa solida e liquida. I residenti degli insediamenti vicino ai cementifici soffrono della finissima polvere di cemento sempre sospesa nell'aria, che si forma durante la macinazione delle materie prime del cemento e del prodotto della sua cottura: il clinker. Anche il fumo dei camini delle fabbriche, lo smog, le minuscole goccioline di saliva che escono dalla bocca di un malato di influenza sono aerosol dannosi. Gli aerosol svolgono un ruolo importante nella natura, nella vita quotidiana e nelle attività produttive umane. L'accumulo di nuvole, il trattamento dei campi con prodotti chimici, l'applicazione di rivestimenti di pitture e vernici mediante una pistola a spruzzo, il trattamento delle vie respiratorie (inalazione) sono esempi di quei fenomeni e processi in cui gli aerosol sono benefici. Gli aerosol sono nebbie sulla risacca del mare, vicino a cascate e fontane; l'arcobaleno che appare in essi regala a una persona gioia e piacere estetico.

  Per la chimica, i sistemi dispersi in cui il mezzo è acqua e soluzioni liquide sono della massima importanza.

  L'acqua naturale contiene sempre sostanze disciolte. Le soluzioni acquose naturali partecipano ai processi di formazione del suolo e forniscono sostanze nutritive alle piante. I processi vitali complessi che si verificano nei corpi umani e animali si verificano anche nelle soluzioni. Molti processi tecnologici nell'industria chimica e in altre industrie, ad esempio la produzione di acidi, metalli, carta, soda, fertilizzanti, avvengono in soluzioni.

  SISTEMI COLLOIDALI

  Sistemi colloidali (tradotto dal greco "colla" - colla, "eidos" - tipo simile alla colla) – Si tratta di sistemi dispersi in cui la dimensione delle particelle di fase varia da 100 a 1 nm. Queste particelle non sono visibili ad occhio nudo e la fase dispersa e il mezzo disperso in tali sistemi sono difficili da separare mediante sedimentazione.

  Dal tuo corso di biologia generale sai che particelle di queste dimensioni possono essere rilevate utilizzando un ultramicroscopio, che sfrutta il principio della diffusione della luce. Grazie a ciò, la particella colloidale in esso contenuta appare come un punto luminoso su uno sfondo scuro.

  Si dividono in sol (soluzioni colloidali) e gel (gelatina).

  1. Soluzioni colloidali o sol. Questa è la maggior parte dei fluidi di una cellula vivente (citoplasma, succo nucleare - carioplasma, contenuto di organelli e vacuoli). E l'organismo vivente nel suo insieme (sangue, linfa, fluido tissutale, succhi digestivi, ecc.) Tali sistemi formano adesivi, amido, proteine ​​e alcuni polimeri.

  Soluzioni colloidali possono essere ottenute a seguito di reazioni chimiche; ad esempio, quando soluzioni di silicati di potassio o di sodio (“vetro solubile”) reagiscono con soluzioni acide, si forma una soluzione colloidale di acido silicico. Un sol si forma anche durante l'idrolisi del cloruro di ferro (III) in acqua calda.

  Una proprietà caratteristica delle soluzioni colloidali è la loro trasparenza. Le soluzioni colloidali sono simili nell'aspetto alle soluzioni vere. Si distinguono da questi ultimi per il “percorso luminoso” che si forma, un cono, quando un raggio di luce li attraversa. Questo fenomeno è chiamato effetto Tyndall. Le particelle della fase dispersa del sol, più grandi che nella soluzione vera, riflettono la luce dalla loro superficie e l'osservatore vede un cono luminoso nel recipiente con la soluzione colloidale. Non si forma in una vera soluzione. Un effetto simile si può osservare, ma solo per un aerosol e non per un colloide liquido, nella foresta e nei cinema quando un raggio di luce proveniente da una cinepresa attraversa l'aria della sala cinematografica.

  

  Passaggio di un raggio di luce attraverso soluzioni;

  a – vera soluzione di cloruro di sodio;
  b – soluzione colloidale di idrossido di ferro (III).

  Le particelle della fase dispersa delle soluzioni colloidali spesso non si depositano nemmeno durante la conservazione a lungo termine a causa delle continue collisioni con le molecole del solvente dovute al movimento termico. Non si attaccano tra loro quando si avvicinano a causa della presenza di cariche elettriche con lo stesso nome sulla loro superficie. Ciò si spiega con il fatto che le sostanze allo stato colloidale, cioè finemente suddivise, hanno un'ampia superficie. Su questa superficie vengono adsorbiti ioni con carica positiva o negativa. Ad esempio, l'acido silicico adsorbe gli ioni negativi SiO 3 2-, di cui ce ne sono molti in soluzione a causa della dissociazione del silicato di sodio:

  

  Le particelle con cariche simili si respingono e quindi non si attaccano.

  Ma in determinate condizioni può verificarsi un processo di coagulazione. Quando alcune soluzioni colloidali vengono bollite, si verifica il desorbimento degli ioni carichi, ad es. le particelle colloidali perdono la loro carica. Cominciano ad allargarsi e sistemarsi. La stessa cosa si osserva quando si aggiunge qualsiasi elettrolita. In questo caso, la particella colloidale attrae uno ione di carica opposta e la sua carica viene neutralizzata.

  La coagulazione - il fenomeno per cui le particelle colloidali si uniscono e precipitano - si osserva quando le cariche di queste particelle vengono neutralizzate quando un elettrolita viene aggiunto alla soluzione colloidale. In questo caso, la soluzione si trasforma in una sospensione o in un gel. Alcuni colloidi organici coagulano quando riscaldati (colla, albume) o quando cambia l'ambiente acido-base della soluzione.

  2. Gel o gelatine sono precipitati gelatinosi formati durante la coagulazione dei sol. Questi includono un gran numero di gel polimerici, così ben noti a voi dolciumi, gel cosmetici e medici (gelatina, carne in gelatina, marmellata, torta al latte d'uccello) e ovviamente un'infinita varietà di gel naturali: minerali (opale), corpi di meduse, cartilagine, tendini, capelli, tessuto muscolare e nervoso, ecc. La storia dello sviluppo sulla Terra può essere considerata contemporaneamente la storia dell'evoluzione dello stato colloidale della materia. Nel corso del tempo, la struttura dei gel viene interrotta (si sfalda): da essi viene rilasciata acqua. Questo fenomeno si chiama sineresi.

  

  Eseguire esperimenti di laboratorio sull'argomento (lavoro di gruppo, in un gruppo di 4 persone).

  Ti è stato dato un campione del sistema disperso. Il tuo compito: determinare quale sistema di dispersione ti è stato dato.

  Dare agli studenti: soluzione zuccherina, soluzione di cloruro di ferro (III), una miscela di acqua e sabbia di fiume, gelatina, soluzione di cloruro di alluminio, soluzione di sale da cucina, una miscela di acqua e olio vegetale.

  Istruzioni per l'esecuzione di esperimenti di laboratorio

  1. Esamina attentamente il campione che ti è stato consegnato (descrizione esterna). Compila la colonna n. 1 della tabella.
  2. Agitare il sistema disperso. Osserva la capacità di stabilirsi.

  Si deposita o si stratifica in pochi minuti, oppure con difficoltà in un lungo periodo di tempo, oppure non sedimenta. Compila la colonna n. 2 della tabella.

  Se non si osserva la sedimentazione delle particelle, esaminarla per il processo di coagulazione. Versa una piccola soluzione in due provette e aggiungi 2-3 gocce di sale giallo del sangue in una e 3-5 gocce di alcali nell'altra, cosa osservi?

  1. Passare il sistema disperso attraverso il filtro. Cosa stai osservando? Compila la colonna n. 3 della tabella. (Filtrare un po' in una provetta).
  2. Fai brillare il raggio di una torcia attraverso la soluzione su uno sfondo di carta scura. Cosa stai osservando? (Si può osservare l’effetto Tyndall)
  3. Traccia una conclusione: che tipo di sistema disperso è questo? Cos'è un mezzo disperso? Cos'è la fase dispersa? Quali sono le dimensioni delle particelle al suo interno? (colonna n. 5).
  Lavandino("sincronizzare" – da p. parola che significa "cinque") è una poesia di 5 versi su un argomento specifico. Per saggio syncwine Vengono concessi 5 minuti, al termine dei quali le poesie scritte possono essere espresse e discusse in coppia, in gruppo o davanti all'intero pubblico.

  Regole di scrittura syncwine:

  1. La prima riga utilizza una parola (solitamente un sostantivo) per denominare l'argomento.
  2. La seconda riga è una descrizione di questo argomento con due aggettivi.
  3. La terza riga è composta da tre verbi (o forme verbali) che nominano le azioni più caratteristiche del soggetto.
  4. La quarta riga è una frase di quattro parole che mostra un atteggiamento personale nei confronti dell'argomento.
  5. L'ultima riga è un sinonimo dell'argomento, sottolineandone l'essenza.

  

  Estate 2008 Vienna. Schönbrunn.

  

  Estate 2008, regione di Nizhny Novgorod.

  Le nuvole e il loro ruolo nella vita umana Tutta la natura che ci circonda: organismi animali e vegetali, idrosfera e atmosfera, crosta terrestre e sottosuolo sono un insieme complesso di molti e diversi tipi di sistemi grossolani e colloidali. Lo sviluppo della chimica colloidale è associato ai problemi attuali in vari campi delle scienze naturali e della tecnologia. L'immagine presentata mostra le nuvole, uno dei tipi di aerosol dei sistemi colloidali dispersi. Nello studio delle precipitazioni atmosferiche, la meteorologia si basa sullo studio dei sistemi aerodispersi. Le nuvole del nostro pianeta sono le stesse entità viventi di tutta la natura che ci circonda. Sono di grande importanza per la Terra, poiché sono canali di informazione. Dopotutto, le nuvole sono costituite dalla sostanza capillare dell'acqua e l'acqua, come sapete, è un ottimo dispositivo di archiviazione delle informazioni. Il ciclo dell'acqua in natura porta al fatto che le informazioni sullo stato del pianeta e sull'umore delle persone si accumulano nell'atmosfera e, insieme alle nuvole, si muovono attraverso l'intero spazio della Terra. Le nuvole sono una straordinaria creazione della natura che regala alle persone gioia e piacere estetico. Krasnova Maria, 11° grado "B".

  PS
  Mille grazie a O.G. Pershina, insegnante di chimica al Ginnasio Dmitrov, durante la lezione abbiamo lavorato con la presentazione che abbiamo trovato, ed è stata integrata con i nostri esempi.