Бидний эргэн тойронд байгаа ихэнх бодисууд нь янз бүрийн бодисын холимог байдаг тул тэдгээрийн шинж чанарыг судлах нь хими, анагаах ухаан, хүнсний үйлдвэр болон эдийн засгийн бусад салбарыг хөгжүүлэхэд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Уг нийтлэлд тархалтын түвшин гэж юу болох, энэ нь системийн шинж чанарт хэрхэн нөлөөлдөг тухай асуудлыг авч үзнэ.
Дисперсийн систем гэж юу вэ?
Тархалтын зэргийг ярихын өмнө энэ ойлголтыг ямар системд хэрэглэж болохыг тодруулах шаардлагатай.
Химийн найрлагаараа бие биенээсээ ялгаатай байж болох хоёр өөр бодис, тухайлбал, хоолны давс, цэвэр ус, эсвэл нэгтгэх төлөвөөр, жишээлбэл, шингэн ба хатуу (мөс) мужууд. Одоо энэ хоёр бодисыг авч хольж, эрчимтэй холих хэрэгтэй. Үр дүн нь юу байх вэ? Энэ нь холих явцад химийн урвал явагдсан эсэхээс хамаарна. Тархсан системүүдийн тухай ярихдаа тэд хэзээ гэж үздэгформацид ямар ч урвал явагдахгүй, өөрөөр хэлбэл, анхны бодисууд нь бүтэц, нягтрал, өнгө, цахилгаан дамжуулах чанар гэх мэт бичил түвшинд, тэдгээрийн өвөрмөц физик шинж чанаруудыг хадгалдаг.
Тиймээс дисперс систем нь механик хольц бөгөөд үүний үр дүнд хоёр ба түүнээс дээш бодисууд хоорондоо холилддог. Энэ нь үүсэх үед "тархалтын орчин", "фаз" гэсэн ойлголтуудыг ашигладаг. Эхнийх нь систем дэх тасралтгүй байдлын шинж чанартай бөгөөд дүрмээр бол харьцангуй их хэмжээгээр олддог. Хоёрдахь (тарсан фаз) нь тасалдалтай шинж чанараараа тодорхойлогддог, өөрөөр хэлбэл системд энэ нь жижиг хэсгүүдийн хэлбэртэй байдаг бөгөөд тэдгээр нь тэдгээрийг орчноос тусгаарлах гадаргуугаар хязгаарлагддаг.
Нэг төрлийн ба гетероген систем
Таран тархсан системийн эдгээр хоёр бүрэлдэхүүн хэсэг нь физик шинж чанараараа ялгаатай байх нь ойлгомжтой. Жишээлбэл, ус руу элс шидээд хутгавал химийн томьёо нь SiO2 усанд байдаг элсний ширхэгүүд ялгарахгүй нь ойлгомжтой. усанд ороогүй байхад нь улсаас ямар нэгэн байдлаар. Ийм тохиолдолд нэг төрлийн бус байдлын тухай ярьдаг. Өөрөөр хэлбэл, гетероген систем нь хэд хэдэн (хоёр ба түүнээс дээш) фазын холимог юм. Сүүлийнх нь тодорхой шинж чанараараа тодорхойлогддог системийн зарим хязгаарлагдмал эзэлхүүн гэж ойлгогддог. Дээрх жишээнд бид элс, ус гэсэн хоёр үе шаттай.
Гэхдээ аль ч орчинд ууссан дисперс фазын хэсгүүдийн хэмжээ маш бага болж, бие даасан шинж чанараа харуулахаа болино. Энэ тохиолдолд нэг нь ярьдагнэгэн төрлийн буюу нэгэн төрлийн бодис. Хэдийгээр тэдгээр нь хэд хэдэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг агуулдаг боловч тэдгээр нь системийн бүх эзлэхүүний туршид нэг үе шатыг бүрдүүлдэг. Нэг төрлийн системийн жишээ бол усан дахь NaCl-ийн уусмал юм. Энэ нь уусах үед туйлын молекулууд H2O-тэй харилцан үйлчлэлийн улмаас NaCl талст нь тусдаа катион (Na+) болон анион (Cl) болж задардаг.-). Тэдгээр нь устай нэгэн төрлийн холилдсон байдаг бөгөөд ийм системд уусгагч болон уусгагчийн хоорондох интерфейсийг олох боломжгүй болсон.
Бөөмийн хэмжээ
Таралтын зэрэг нь юу вэ? Энэ утгыг илүү нарийвчлан авч үзэх шаардлагатай. Тэр юуг төлөөлдөг вэ? Энэ нь тархсан фазын ширхэгийн хэмжээтэй урвуу хамааралтай байна. Энэ шинж чанар нь авч үзэж буй бүх бодисыг ангилах үндэс суурь болдог.
Дисперсийн системийг судлахдаа оюутнууд нэрэндээ эргэлздэг, учир нь тэдний ангиллыг нэгтгэх төлөвт үндэслэсэн гэж үздэг. Энэ үнэн биш. Нэгтгэлийн янз бүрийн төлөвийн холимог нь үнэхээр өөр өөр нэртэй байдаг, жишээлбэл, эмульс нь усны бодис бөгөөд аэрозоль нь хийн фаз байгааг харуулж байна. Гэсэн хэдий ч дисперсийн системийн шинж чанарууд нь тэдгээрт ууссан фазын ширхэгийн хэмжээнээс ихээхэн хамаардаг.
Ерөнхийдөө хүлээн зөвшөөрөгдсөн ангилал
Дисперсийн зэрэглэлийн дагуу дисперсийн системийн ангиллыг доор өгөв:
- Хэрэв нөхцөлт бөөмийн хэмжээ 1 нм-ээс бага бол ийм системийг бодит буюу үнэн шийдэл гэж нэрлэдэг.
- Хэрэв нөхцөлт бөөмийн хэмжээ 1 нм ба100 нм, дараа нь тухайн бодисыг коллоид уусмал гэж нэрлэнэ.
- Хэрэв бөөмс нь 100 нм-ээс том бол бид суспенз эсвэл суспензийн тухай ярьж байна.
Дээрх ангиллын тухайд хоёр зүйлийг тодруулъя: нэгдүгээрт, өгөгдсөн тоонууд нь заагч шинж чанартай, өөрөөр хэлбэл бөөмийн хэмжээ 3 нм байх нь коллоид байх албагүй, энэ нь бас үнэн байж болно. шийдэл. Үүнийг түүний физик шинж чанарыг судлах замаар тогтоож болно. Хоёрдугаарт, жагсаалтад "нөхцөлт хэмжээ" гэсэн хэллэг байгааг та анзаарсан байх. Энэ нь систем дэх бөөмсийн хэлбэр нь бүрэн дур зоргоороо байж болох бөгөөд ерөнхий тохиолдолд нарийн төвөгтэй геометртэй байдагтай холбоотой юм. Тиймээс тэд тэдгээрийн дундаж (нөхцөлт) хэмжээг ярьдаг.
Өгүүллийн сүүлд бид тэмдэглэсэн дисперсийн системүүдийн талаар товч тайлбар өгөх болно.
Үнэн шийдэл
Дээр дурьдсанчлан, бодит уусмал дахь бөөмсийн тархалтын зэрэг нь маш өндөр (тэдгээрийн хэмжээ нь маш жижиг, < 1 нм) тул тэдгээрийн болон уусгагч (дунд) хооронд интерфейс байхгүй, өөрөөр хэлбэл тэнд нь нэг фазын нэгэн төрлийн систем юм. Мэдээллийг бүрэн дүүрэн байлгахын тулд атомын хэмжээ нь нэг ангстром (0.1 нм) дарааллаар байгааг бид санаж байна. Сүүлийн тоо нь бодит уусмал дахь бөөмс атомын хэмжээтэй болохыг харуулж байна.
Жинхэнэ уусмалыг коллоид ба суспензээс ялгах үндсэн шинж чанарууд нь дараах байдалтай байна:
- Уусмалын төлөв байдал нь дур зоргоороо удаан хугацаанд өөрчлөгдөөгүй, өөрөөр хэлбэл тархсан фазын тунадас үүсэхгүй.
- УуссанУг бодисыг энгийн цаасаар шүүж уусгагчаас салгах боломжгүй.
- Химид диализ гэж нэрлэгддэг сүвэрхэг мембранаар дамжих процессын үр дүнд бодис нь мөн ялгагддаггүй.
- Уусгагчийг уусгагчаас ялгах нь зөвхөн уусгагчийн агрегацын төлөвийг өөрчлөх замаар, жишээлбэл, ууршилтаар л боломжтой.
- Хамгийн тохиромжтой шийдлийн хувьд электролиз хийх боломжтой, өөрөөр хэлбэл системд потенциалын зөрүү (хоёр электрод) хэрэглэвэл цахилгаан гүйдэл дамжуулж болно.
- Тэд гэрэл цацдаггүй.
Жинхэнэ шийдлийн жишээ бол янз бүрийн давсыг устай холих явдал юм, жишээлбэл, NaCl (хоолны давс), NaHCO3 (сод), KNO 3(калийн нитрат) болон бусад.
Коллоид уусмал
Эдгээр нь бодит шийдэл болон түдгэлзүүлэлтийн хоорондох завсрын систем юм. Гэсэн хэдий ч тэд хэд хэдэн өвөрмөц шинж чанартай байдаг. Тэднийг жагсаацгаая:
- Хүрээлэн буй орчны нөхцөл өөрчлөгдөхгүй бол тэдгээр нь дур зоргоороо удаан хугацаанд механик тогтвортой байдаг. Коллоид нь коагуляци (тундас үүсгэдэг) тул системийг халаах эсвэл хүчиллэгийг (рН-ийн утга) өөрчлөхөд хангалттай.
- Шүүлтүүрийн цаас ашиглан тэдгээрийг ялгадаггүй ч диализийн процесс нь тархсан фаз болон орчинг салгахад хүргэдэг.
- Бодит уусмалуудын нэгэн адил тэдгээрийг электролиз хийх боломжтой.
- Ил тод коллоид системийн хувьд Тиндалл эффект гэж нэрлэгддэг онцлог шинж чанартай: гэрлийн туяаг энэ системээр дамжуулснаар та үүнийг харж болно. Энэ нь холбоотой юмспектрийн харагдах хэсэг дэх цахилгаан соронзон долгионы бүх чиглэлд тархах.
- Бусад бодисыг шингээх чадвартай.
Коллоид системүүд нь жагсаасан шинж чанаруудын улмаас хүн төрөлхтөн үйл ажиллагааны янз бүрийн салбарт (хүнсний үйлдвэр, хими) өргөн хэрэглэгддэг бөгөөд байгальд ихэвчлэн олддог. Коллоидын жишээ бол цөцгийн тос, майонез юм. Байгалийн хувьд эдгээр нь манан, үүл юм.
Сүүлчийн (гурав дахь) ангиллын дисперс системийн тайлбарыг үргэлжлүүлэхийн өмнө коллоидуудын нэрлэсэн шинж чанаруудын заримыг илүү дэлгэрэнгүй тайлбарлая.
Коллоид уусмал гэж юу вэ?
Энэ төрлийн дисперсийн системийн хувьд орчин болон түүнд ууссан фазын өөр өөр агрегат төлөвийг харгалзан ангиллыг өгч болно. Доор харгалзах хүснэгт байна/
| Лхагва/Үе шат | Газ | Шингэн | Хатуу бие |
| газ | бүх хий нь бие биедээ хязгааргүй уусдаг тул үргэлж жинхэнэ шийдлийг бий болгодог | аэрозоль (манан, үүл) | аэрозоль (утаа) |
| шингэн | хөөс (сахлын, цөцгий) | эмульс (сүү, майонез, соус) | сол (усан будаг) |
| цуу бие | хөөс (уушгин, агааржуулсан шоколад) | гель (желатин, бяслаг) | зол (бадмаараг болор, боржин) |
Хүснэгтээс харахад коллоид бодисууд өдөр тутмын амьдралд болон байгальд хаа сайгүй байдаг. Үүнтэй төстэй хүснэгтийг түдгэлзүүлэлтийн хувьд ч өгч болно гэдгийг анхаарна уу, ялгаа нь гэдгийг санаарайтэдгээрийн доторх коллоид нь зөвхөн тархсан фазын хэмжээтэй байдаг. Гэсэн хэдий ч түдгэлзүүлэлт нь механик тогтворгүй тул коллоид системийг бодвол практик ач холбогдол багатай байдаг.
Коллоидуудын механик тогтвортой байдлын шалтгаан
Яагаад майонезыг хөргөгчинд удаан байлгаж, доторх түдгэлзүүлсэн тоосонцор нь тунадас үүсгэдэггүй вэ? Усанд ууссан будгийн тоосонцор эцэст нь яагаад савны ёроолд "унадаггүй" вэ? Эдгээр асуултын хариулт нь Брауны хөдөлгөөн байх болно.
Ийм төрлийн хөдөлгөөнийг 19-р зууны эхний хагаст Английн ургамал судлаач Роберт Браун нээж, усан дотор жижиг цэцгийн тоосонцор хэрхэн хөдөлж байгааг микроскопоор ажиглаж байжээ. Физикийн үүднээс авч үзвэл Брауны хөдөлгөөн нь шингэний молекулуудын эмх замбараагүй хөдөлгөөний илрэл юм. Шингэний температурыг өсгөхөд түүний эрч хүч нэмэгддэг. Чухам ийм төрлийн хөдөлгөөн нь коллоид уусмалын жижиг хэсгүүдийг түдгэлзүүлэхэд хүргэдэг.
Шингэх шинж чанар
Тархалт гэдэг нь бөөмийн дундаж хэмжээнүүдийн эсрэг юм. Коллоид дахь энэ хэмжээ нь 1 нм-ээс 100 нм хүртэлх зайд оршдог тул тэдгээр нь маш сайн хөгжсөн гадаргуутай, өөрөөр хэлбэл S / m харьцаа нь том утга учир энд S нь хоёр фазын (тархалтын орчин) хоорондын нийт интерфэйсийн талбай юм. ба бөөмс), m - уусмал дахь бөөмсийн нийт масс.
Тарсан фазын хэсгүүдийн гадаргуу дээр байгаа атомууд нь ханаагүй химийн холбоотой байдаг. Энэ нь тэд бусадтай нэгдэл үүсгэж болно гэсэн үг юммолекулууд. Дүрмээр бол эдгээр нэгдлүүд нь ван дер Ваалсын хүч эсвэл устөрөгчийн бондоос үүсдэг. Тэд коллоид хэсгүүдийн гадаргуу дээр хэд хэдэн давхар молекулуудыг барьж чаддаг.
Асорбентын сонгодог жишээ бол идэвхжүүлсэн нүүрс юм. Энэ нь коллоид бөгөөд тархалтын орчин нь хатуу, фаз нь хий юм. Түүний гадаргуугийн тусгай талбай нь 2500 м2/г хүрч болно.
Нариуны зэрэг болон гадаргуугийн тодорхой талбай
S/m-ийг тооцоолох нь амар ажил биш. Баримт нь коллоид уусмал дахь бөөмс нь өөр өөр хэмжээтэй, хэлбэртэй, бөөмс бүрийн гадаргуу нь өвөрмөц рельефтэй байдаг. Тиймээс энэ асуудлыг шийдвэрлэх онолын аргууд нь тоон бус харин чанарын үр дүнд хүргэдэг. Гэсэн хэдий ч тархалтын түвшингээс тодорхой гадаргуугийн томъёог өгөх нь ашигтай.
Хэрэв бид системийн бүх бөөмсийг бөмбөрцөг хэлбэртэй, ижил хэмжээтэй гэж үзвэл шууд тооцооллын үр дүнд дараах илэрхийлэл гарна: Sud=6/(dρ), энд Sud - гадаргуугийн талбай (тусгай), d - бөөмийн диаметр, ρ - түүний бүрдэх бодисын нягт. Хамгийн жижиг, хамгийн хүнд хэсгүүд нь авч үзэж буй хэмжигдэхүүнд хамгийн их хувь нэмэр оруулах болно гэдгийг томьёоноос харж болно.
Sud тодорхойлох туршилтын арга нь судалж буй бодисоор шингэсэн хийн эзэлхүүнийг тооцоолох, мөн нүх сүвний хэмжээг (тархсан фаз) хэмжих явдал юм. дотор.
Хөлдөөж хатаах болонлиофобик
Лиофилик ба лиофобик чанар - эдгээр нь дээр дурдсан хэлбэрээр дисперсийн системийн ангилал байгаа эсэхийг тодорхойлдог шинж чанарууд юм. Хоёр ойлголт хоёулаа уусгагч ба ууссан бодисын молекулуудын хоорондох хүчний холбоог тодорхойлдог. Хэрэв энэ хамаарал том бол тэд лиофилийн тухай ярьдаг. Тиймээс усан дахь давсны бүх жинхэнэ уусмалууд нь лиофиль шинж чанартай байдаг, учир нь тэдгээрийн хэсгүүд (ионууд) нь туйлын молекулууд H2O-тэй цахилгаанаар холбогддог. Хэрэв бид цөцгийн тос эсвэл майонез гэх мэт системийг авч үзвэл эдгээр нь ердийн гидрофобик коллоидуудын төлөөлөл юм, учир нь тэдгээрийн доторх өөхний (липид) молекулууд нь туйлын молекулуудыг няцаах H2O.
Лиофобик (уусгагч нь ус бол гидрофобик) системүүд нь термодинамикийн хувьд тогтворгүй байдаг нь тэдгээрийг лиофиликээс ялгадаг гэдгийг анхаарах нь чухал.
Түдгэлзүүлэх шинж чанарууд
Одоо дисперсийн системийн сүүлчийн анги болох суспензийг авч үзье. Тэдгээрийн доторх хамгийн жижиг бөөмс нь 100 нм-ээс том хэмжээтэй байдгаараа онцлог гэдгийг санаарай. Тэд ямар шинж чанартай вэ? Холбогдох жагсаалтыг доор өгөв:
- Механик тогтворгүй тул богино хугацаанд тунадас үүсгэдэг.
- Үүлэрхэг, нарны гэрэл тусахгүй.
- Үе шатыг дундаас шүүлтүүрийн цаасаар салгаж болно.
Байгаль дээрх суспензийн жишээнд гол мөрөн дэх шаварлаг ус эсвэл галт уулын үнс орно. суспензийн хүний хэрэглээ нь холбоотойихэвчлэн эм (эмийн уусмал).
Коагуляци
Янз бүрийн тархалтын зэрэгтэй бодисуудын хольцын талаар юу хэлэх вэ? Аливаа дисперсийн системд бөөмс нь тодорхой хязгаарт багтах хэмжээтэй байдаг тул энэ асуудлыг хэсэгчлэн өгүүлэлд аль хэдийн тусгасан болно. Энд бид зөвхөн нэг сонин тохиолдлыг авч үзэх болно. Хэрэв та коллоид ба жинхэнэ электролитийн уусмалыг холивол юу болох вэ? Жинжсэн систем эвдэрч, коагуляци үүснэ. Үүний шалтгаан нь коллоид бөөмсийн гадаргуугийн цэнэгт жинхэнэ уусмалын ионуудын цахилгаан талбайн нөлөөнд оршдог.
