Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И. П. Павлова
Кафедра общей и биоорганической химии
Дисперсные системы
Коллоидная химия
Дисперсная система — система, состоящая из двух и более веществ, в которой вещества раздроблены (дисперсная фаза) и распределены в объёме другого вещества (дисперсионная среда).
Количественной мерой раздробленности дисперсных систем является дисперсность (D). D = 1/d или D = 1/а, где а — линейный размер частиц, d — диаметр сферических частиц.
Дисперсная система |
lgD |
|
|
Песчаные грунты |
4.3 |
|
|
Эритроциты крови человека |
5.2 |
|
|
Порошок титановых белил |
6.3 |
|
|
Водяной туман |
6.3 |
|
|
Гидрозоль золота (синий) |
7.3 |
|
|
Дым (древесный уголь) |
7.5 |
|
|
Гидрозоль золота (красный) |
7.7 |
|
|
Вирус ящура |
8.0 |
|
|
Тонкие поры угля |
8÷9 |
|
|
2
Классификация дисперсных систем (коллоидных растворов)
1. По размерам частиц дисперсной фазы и степени дисперсности
Размер частиц |
Дисперсность и название |
Примеры систем |
|
дисперсной фазы, м |
системы |
||
|
|||
|
Грубодисперсные, |
Суспезии, |
|
10–6÷10–4 |
эмульсии, пены, |
||
микрогетерогенные: |
|||
|
аэрозоли |
||
|
|
||
|
Коллоидно-дисперсные, |
Коллоидные |
|
10–9÷10–6 |
растворы (или |
||
ультрамикрогетерогенные |
|||
|
золи) |
||
|
|
2. Монодисперсные и полидисперсные системы
Примеры монодисперсной (а) и полидисперсной (б) дисперсных систем
3
Классификация дисперсных систем (коллоидных растворов)
3. По агрегатному состоянию фаз
Дисперсная фаза |
Дисперсионная среда |
Обозначение |
Тип системы |
Примеры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Взвеси в природных водах, |
|
Твёрдая |
Жидкая |
т/ж |
Суспензии, золи |
золи металлов, пасты, ил, |
|
|
|
|
|
бактерии |
|
Жидкая |
Жидкая |
ж/ж |
Эмульсии |
Сырая нефть, молоко, |
|
кремы, латексы |
|||||
|
|
|
|
||
|
|
|
Газовые эмульсии, |
Мыльная пена, |
|
Газообразная |
Жидкая |
г/ж |
противопожар-ные пены, |
||
пены |
|||||
|
|
|
кислородная пена |
||
|
|
|
|
||
Твёрдая |
Газообразная |
т/г |
Аэрозоли |
Пыли, дымы, порошки, |
|
аэрозоли твёрдых лекарств |
|||||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Жидкая |
Газообразная |
ж/г |
Аэрозоли |
Туманы, тучи, облака, |
|
аэрозоли жидких лекарств |
|||||
|
|
|
|
||
|
|
|
Системы с |
|
|
Газообразная |
Газообразная |
г/г |
флуктуациями |
Атмосфера Земли |
|
|
|
|
плотности |
|
|
|
|
|
|
Минералы, бетон, сплавы |
|
Твёрдая |
Твёрдая |
т/т |
Твёрдые коллоидные |
(сталь, чугун и другие), |
|
системы |
цветные стёкла, самоцветы, |
||||
|
|
|
|||
|
|
|
|
крашеные волокна |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пористые тела, |
Адсорбенты, почвы, |
|
Жидкая |
Твёрдая |
ж/т |
капиллярные |
жемчуг, гели, капиллярные |
|
|
|
|
системы, гели |
системы, влажные грунты |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пористые и |
Твёрдые пены, хлеб, пемза, |
|
Газообразная |
Твёрдая |
г/т |
капиллярные |
силикагель, |
|
|
|
|
системы, ксерогели |
активированный уголь |
4
Классификация дисперсных систем (коллоидных растворов)
4. По степени структурированности
а) бесструктурные (свободнодисперсные), б) структурированные (связаннодисперсные) системы.
5. Деление дисперсных систем на лиофильные (системы с сильным взаимодействием между частицами дисперсной фазы и дисперсной средой) и лиофобные (системы со слабым взаимодействием частиц дисперсной фазы с дисперсной средой).
Кровь – сложная дисперсная система
Дисперсионная среда — плазма крови — состоит из воды (92%), в которой содержатся хорошо растворимые белки (6%), органические продукты метаболизма, неорганические компоненты в виде ионов
Na+ , K+ , Ca2+ , Mg2+ , Cl- , SO42- , H2PO4- и др. (2%).
Микрогетерогенная дисперсная фракция представлена форменными элементами или клетками крови — эритроцитами, лейкоцитами, тромбоцитами, а также коллоидными частицами малорастворимых веществ.
5
Характерные особенности коллоидных растворов
Конус Тиндаля
Истинный раствор |
Коллоидный раствор |
|
(оптически пустой) |
рассеивает свет |
|
|
(опалесцирует) |
в коллоидном растворе |
|
|
в воздушной среде
6
Характерные особенности коллоидных растворов
Коллоидные системы |
Истинные растворы |
||
|
|
|
|
Эмульсии, суспензии |
Коллоидные растворы |
10-10 – 10-12 м |
|
10-4 – 10-6 м |
(лиозоли) 10-7 – 10-9 м |
||
|
|||
Гетерогенные |
Гомогенные |
||
|
|
||
Не проникают через поры растительных и животных |
Проникают через любые |
||
мембран |
мембраны |
||
|
|
|
|
Частицы видимы в |
Частицы видимы в |
Частицы не видимы в |
|
микроскоп |
ультрамикроскоп |
ультрамикроскоп |
|
|
|
|
|
Не фильтруются через |
Фильтруются через |
Фильтруются через любые |
|
бумажный фильтр |
бумажный фильтр |
фильтры |
|
|
|
|
|
Непрозрачные |
Рассеивают свет, |
Прозрачные |
|
|
опалесцируют |
|
|
|
|
|
|
Отражают свет |
Дают четкий конус Тиндаля, |
Оптически пусты |
|
|
|
|
|
Неустойчивы, |
Относительно устойчивы, |
Устойчивы, |
|
расслаиваются |
метастабильны |
не расслаиваются |
|
|
|
||
7
Методы получения коллоидных растворов
Диспергационный метод Конденсационный метод
(дробление крупных частиц вещества до |
(объединение молекул или ионов в агрегаты коллоидных |
требуемой дисперсности) |
размеров (физическая конденсация, химическая |
|
конденсация) |
Способы достижения коллоидной степени дисперсности
Грубодисперсная КоллоидноИстинный раствор
система |
дисперсная |
d < 10 |
-9 |
м |
|
|
|
|
|
||
-4 |
м |
система |
|
|
|
d > 10 |
|
|
|
|
|
ДИСПЕРГИРОВАНИЕ |
10-4 < d > 10-9 м |
КОНДЕНСИРОВАНИЕ |
|||
увеличение степени измельчения 
увеличение размеров частиц
8
Диспергационные методы получения коллоидных растворов
Механические методы |
Электрический метод |
|
создание электрической дуги |
||
энергичное и |
||
в водной среде между двумя |
||
продолжительное |
||
металлическими электродами |
||
растирание, размалывание, |
||
|
||
дробление частиц вещества |
|
|
|
Самопроизвольное диспергирование |
|
|
перемешивание растворов |
|
|
высокомолекулярных частиц в |
|
|
соответствующих растворителях |
|
Ультразвуковой метод |
Пептизация |
|
дробление частиц вещества |
адсорбционная пептизация, |
|
в растворе под действием |
||
диссолюционная (или |
||
ультразвука |
||
химическая) пептизация, |
||
|
||
|
промывание осадка |
растворителем
9
Методы получения коллоидных растворов
Конденсационные методы
1. Физическая конденсация
—конденсация паров различных веществ (получение аэрозолей)
—совместная конденсация веществ, нерастворимых друг в друге (получение золей)
—замена растворителя
2.Химическая конденсация
Получение золей химической реакцией (образование большого количества нанокристаллов малорастворимого вещества в небольшом избытке одного из реагентов)
—реакции гидролиза
—реакции образования нерастворимых комплексов
—реакции обмена
—реакции образования малорастворимых солей
—редокс-реакции
10