Тема 6.Коллоидная химия
Урок № 6.11. Характеристики грубодисперсных систем, их строение, свойства
Урок № 6.12. Методы получения и стабилизации. Применение
ЦЕЛЬ: дать понятие о грубодисперсных системах, методах получения и стабилизации систем, раскрыть их значение в жизни природы и общества.
Задачи:
Образовательные: изучить грубодисперсные системы, рассмотреть на конкретных примерах суспензии, эмульсии, аэрозоли, порошки, пены; рассмотреть их значение для природы и человека.
Развивающие: продолжить развивать умение наблюдать, анализировать, делать выводы; продолжить формирование умений и навыков самостоятельной работы с лабораторным оборудованием,
Воспитательная: формировать ответственное отношение к выполнению полученного задания.
Тип урока: урок – изучения нового материала.
План урока:
1.Организационная часть
2.Актуализация знаний.
3.Изучение нового материала
Понятие о грубодисперсных системах
- эмульсии,
- суспензии,
- аэрозоли,
- порошки,
- пены.
Значение коллоидных систем в жизни природы и общества
4.Лабораторный опыт.
5.Обобщение и выводы.
6. Итоги урока.
7. Рефлексия.
8. Домашнее задание.
Ход урока
Грубодисперсными называют дисперсные системы, в которых размер частиц дисперсной фазы превышает 100 нм. К таким системам относятся эмульсии, суспензии, аэрозоли, порошки, пены.
В таких системах коллоидные частицы можно увидеть невооруженным глазом и их растворы, как правило, не прозрачные. В грубодисперсных системах практически отсутствует броуновское движение. Частицы дисперсной фазы в них сравнительно быстро оседают или всплывают.
1.Эмульсии - представляют собой дисперсную систему с жидкой дисперсионной средой и жидкой дисперсной фазой, нерастворимыми друг в друге.
В зависимости от полярности жидкостей выделяют 2 группы эмульсий:
1.Прямые (неполярная жидкость в полярной среде, по типу «масло в воде»)
2.Обратные (полярная жидкость в неполярной среде, по типу «вода в масле»)
Примерами эмульсий являются молоко, сливочное масло, маргарин, майонез, кремы, капельки жира в лимфе, смазочно-охлаждающие жидкости, водоэмульсионные краски.
2. Суспензии - грубодисперсные системы с твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой. (Суспензиями называют взвеси порошков в жидкостях) 
А) Для суспензий характерно такое явление, как а) седиментация, - осаждение частиц дисперсной фазы на дно дисперсионной среды под действием силы тяжести. (сахар опускается на дно в чае)
б) Взвесями называют суспензии, в которых процесс седиментации протекает медленно из-за небольшой разницы в плотности дисперсной фазы и дисперсионной среды. (крахмал в холодной воде)
В) Особую группу суспензий составляют в) пасты – грубодисперсные системы с высокой концентрацией дисперсной фазы. К ним относятся зубные, косметические, гигиенические и другие пасты, кремы, мази. (томатная паста, столовая горчица, глазурь)
Суспензии нашли широкое применение в разных сферах деятельности человека, например:
- строительная промышленность (многие краски, побелка, цементный раствор, бетон алебастр);
- фармацевтическая промышленность (микстуры, линименты (жидкие мази);
- пищевая промышленность.
3. Аэрозоли - дисперсная система, состоящая из взвешенных в газовой среде (дисперсионной среде), обычно в воздухе, мелких частиц (дисперсной фазы).
Аэрозоли – грубодисперсные системы с газообразной дисперсионной средой. При этом дисперсная фаза может быть представлена капельками жидкости или твердыми частицами.
Аэрозоли могут быть:
- природными (облака, радуга, пылевое облако, туман, дым)
- химическими (лак для волос, дезодорант, туалетная вода, антистатик).
Пищевые аэрозоли – это разновидность продуктов питания, упакованных в аэрозольный баллон с целью улучшения функциональности, а также для придания дополнительных свойств.( взбитые сливки, Плавленый сыр).
4. Пеной называют дисперсную систему, состоящую из множества ячеек, заполненных газом. (пастила, зефир, суфле).
Ячейки отделены друг от друга твердыми или жидкими пленками малой толщины. Устойчивость дисперсных систем зависит только от прочности их пленочного каркаса.
Пены с твердыми стенками (каучук, пенопласта) устойчивы, они могут быть использованы в качестве теплоизоляционных и звукоизоляционных материалов.
5. Порошками называют грубодисперсные системы с твердой дисперсной фазой и газообразной дисперсионной средой. Формально порошки можно считать аэрозолями, потерявшими седиментационную устойчивость.
Размерами частиц определяется важное свойство порошков, как сыпучесть. С уменьшением размера частиц возрастает их прилипаемость к поверхностям оборудования и тары. Возрастает также способность порошков слеживаться. Слеживаемость — это потеря сыпучести порошков при хранении вследствие образования кристаллизационных структур. Причиной структурообразования могут быть полиморфные превращения, процессы возгонки и кристаллизации из пересыщенных растворов в оставшейся влаге порошка.
Важной характеристикой порошков является распыляемость. Она увеличивается при уменьшении сил сцепления между частицами порошка и уменьшается при возрастании их влажности.
В виде порошков выпускаются многие пищевые продукты (мука, сахарная пудра, кофе, какао и др.), большинство продуктов химической промышленности, фунгициды, строительные материалы (цемент, известь, мел), лекарственные препараты.
Обобщение и выводы.
Итак, на данном уроке мы изучили грубодисперсные системы, рассмотрели важность их в природе и жизни человека.
Однако следует отметить, что резкой границы между видами дисперсных систем нет.
Например: Хлорид железа (III) – это раствор, но при нагревании образует коллоидный раствор.
Получение дисперсных систем связано в первую очередь с получением дисперсных частиц. Нужно решить следующие задачи:
· 1) распределить дисперсные частицы в дисперсионной среде до необходимой концентрации;
· 2) стабилизировать дисперсную систему, чтобы сохранить ее структуру и свойства в течение достаточно длительного времени;
· 3) провести очистку дисперсной системы от различных примесей.
Эти задачи решают в зависимости от специфики (типа) той или иной дисперсной системы.
Получение дисперсных систем
Эмульсии. Поскольку эмульсии -- грубодисперсные системы, их обычно получают диспергационным методом. Жидкости, которые должны образовать эмульсию, интенсивно перемешивают или подвергают воздействию механических вибраций или ультразвука. Чтобы получить капли одинакового размера (т.е. монодисперсную систему), проводят гомогенизацию. Этот процесс заключается в продавливании жидкости дисперсной фазы в дисперсионную среду через небольшие отверстия требуемого диаметра под большим давлением. Такой прием используют, например, при обработке молока. В результате гомогенизации средний размер капель жира уменьшается примерно от 1 --3 до 0,1 --0,2 мкм.
Эмульсии получают также конденсационными методами (обычно -- заменой растворителя).
Самостоятельную задачу представляет получение высококонцентрированных эмульсий. К ним относят эмульсии с концентрацией дисперсной фазы более 74 об. %, вплоть до 99 об. %. Капли дисперсной фазы в таких эмульсиях, имеющие форму многогранных призм, разделены тонкими пленками жидкой дисперсионной среды.
Концентрированные эмульсин могут обладать механическими свойствами твердых тел -- прочностью и упругостью.
Специфика приготовления концентрированных эмульсий заключается в том, что дисперсная фаза вводится в дисперсионную жидкую среду небольшими порциями при интенсивном перемешивании.
Пены. Как и эмульсии, пены -- грубодисперсные системы. Поэтому во многих технологических процессах пены получают теми же диспергационными методами, которые применяют для получения газовых пузырьков.
Конденсационные методы получения пен основаны на пересыщении раствора газа в данной жидкости при соответствующем изменении температуры или давления. Используют также химические реакции с выделением газа. В качестве примера приведем реакцию, лежащую в основе приготовления пены в огнетушителях:
NaHCO3 + HCl > NaCl + H2O+ СО2 ^
Еще один конденсационный метод получения пен основан на использовании микробиологических процессов.
Коллоидные растворы. Получают коллоидные растворы (золи) различными конденсационными методами. Для получения высокодисперсных золей необходимо обеспечить выполнение следующего условия: скорость образования твердых частиц должна во много раз превышать скорость их роста. Чтобы выполнить это условие, при получении дисперсных частиц с помощью химических реакций часто используют такой способ: концентрированный раствор одного компонента вливают в небольшом количестве в сильно разбавленный раствор другого компонента при очень интенсивном перемешивании.
Гели. Приведенные выше системы являются свободнодисперсными. Получение связнодисперсных систем имеет определенную специфику. Рассмотрим в качестве примера получение гелей. Обычно их получают из коллоидных растворов (золей). При определенных условиях дисперсные частицы слипаются друг с другом -- происходит процесс коагуляции.
Если частицы имеют анизодиаметричсскую форму (стержни, эллипсоиды), то они соединяются преимущественно своими концами и образуют пространственную структуру (сетку), в ячейках которой находится жидкая дисперсионная среда. Процесс превращения золей в гели называют золь--гель-переход. Он имеет важное значение в нанотехнологии. Таким образом, гели, как и концентрированные эмульсии, иногда могут быть биконтинуальными дисперсными системами.
Свойства гелей весьма эффективно регулируют, изменяя концентрацию дисперсной фазы и форму дисперсных частиц. Еще один важный фактор -- температура: ее повышение затрудняет образование контактов между дисперсными частицами и поэтому прочность гелей снижается.