La majoria de les substàncies que ens envolten són mescles de diverses substàncies, per la qual cosa l'estudi de les seves propietats juga un paper important en el desenvolupament de la química, la medicina, la indústria alimentària i altres sectors de l'economia. L'article tracta sobre quin és el grau de dispersió i com afecta les característiques del sistema.
Què són els sistemes dispersos?
Abans de parlar del grau de dispersió, cal aclarir a quins sistemes es pot aplicar aquest concepte.
Imaginem que tenim dues substàncies diferents que poden diferir entre si en la composició química, per exemple, la sal de taula i l'aigua pura, o en l'estat d'agregació, per exemple, la mateixa aigua en líquid i sòlid (estats de gel). Ara cal prendre i barrejar aquestes dues substàncies i barrejar-les intensament. Quin serà el resultat? Depèn de si la reacció química ha tingut lloc durant la barreja o no. Quan es parla de sistemes dispersos, es creu que quan ellsno es produeix cap reacció en la formació, és a dir, les substàncies inicials conserven la seva estructura a nivell micro i les seves propietats físiques inherents, com ara la densitat, el color, la conductivitat elèctrica i altres.
Per tant, un sistema dispers és una mescla mecànica, com a resultat de la qual dues o més substàncies es barregen entre si. Quan es forma, s'utilitzen els conceptes de "mitjà de dispersió" i "fase". El primer té la propietat de continuïtat dins del sistema i, per regla general, s'hi troba en una gran quantitat relativa. La segona (fase dispersa) es caracteritza per la propietat de la discontinuïtat, és a dir, en el sistema es presenta en forma de petites partícules, que estan limitades per la superfície que les separa del medi.
Sistemes homogenis i heterogenis
És clar que aquests dos components del sistema dispers diferiran en les seves propietats físiques. Per exemple, si llenceu sorra a l'aigua i la remeneu, és evident que els grans de sorra que hi ha a l'aigua, la fórmula química dels quals és SiO2, no diferiran. de cap manera de l'estat quan no estaven a l'aigua. En aquests casos, es parla d'heterogeneïtat. En altres paraules, un sistema heterogeni és una barreja de diverses (dues o més) fases. Aquest últim s'entén com un volum finit del sistema, que es caracteritza per certes propietats. A l'exemple anterior, tenim dues fases: sorra i aigua.
No obstant això, la mida de les partícules de la fase dispersa quan es dissolen en qualsevol medi pot arribar a ser tan petita que deixen de mostrar les seves propietats individuals. En aquest cas, se'n parlasubstàncies homogènies o homogènies. Tot i que contenen diversos components, tots formen una fase en tot el volum del sistema. Un exemple de sistema homogeni és una solució de NaCl en aigua. Quan es dissol, a causa de la interacció amb les molècules polars H2O, el cristall de NaCl es descompon en cations separats (Na+) i anions (Cl).-). Es barregen de manera homogènia amb aigua i ja no és possible trobar la interfície entre el solut i el dissolvent en aquest sistema.
Mida de partícula
Quin és el grau de dispersió? Aquest valor s'ha de tenir en compte amb més detall. Què representa ella? És inversament proporcional a la mida de partícula de la fase dispersa. Aquesta característica és la subjacent a la classificació de totes les substàncies considerades.
Quan estudien sistemes dispersos, els estudiants sovint es confonen en els seus noms, perquè creuen que la seva classificació també es basa en l'estat d'agregació. Això no és cert. Les mescles de diferents estats d'agregació realment tenen noms diferents, per exemple, les emulsions són substàncies d'aigua, i els aerosols ja suggereixen l'existència d'una fase gasosa. Tanmateix, les propietats dels sistemes dispersos depenen principalment de la mida de partícules de la fase dissolta en ells.
Classificació generalment acceptada
La classificació dels sistemes dispersos segons el grau de dispersió es mostra a continuació:
- Si la mida condicional de la partícula és inferior a 1 nm, aquests sistemes s'anomenen solucions reals o veritables.
- Si la mida condicional de la partícula es troba entre 1 nm i100 nm, aleshores la substància en qüestió s'anomenarà solució col·loïdal.
- Si les partícules són més grans de 100 nm, estem parlant de suspensions o suspensions.
Pel que fa a la classificació anterior, aclarim dos punts: en primer lloc, les xifres donades són orientatives, és a dir, un sistema en què la mida de partícula és de 3 nm no és necessàriament un col·loide, també pot ser un veritable solució. Això es pot establir estudiant les seves propietats físiques. En segon lloc, podeu notar que la llista utilitza la frase "mida condicional". Això es deu al fet que la forma de les partícules del sistema pot ser completament arbitrària i, en el cas general, té una geometria complexa. Per tant, parlen d'alguna mida mitjana (condicional) d'ells.
Més endavant en l'article farem una breu descripció dels tipus de sistemes dispersos assenyalats.
solucions veritables
Com s'ha esmentat anteriorment, el grau de dispersió de les partícules en solucions reals és tan elevat (la seva mida és molt petita, < 1 nm) que no hi ha interfície entre elles i el dissolvent (mitjà), és a dir, hi ha és un sistema homogeni monofàsic. Per completar la informació, recordem que la mida d'un àtom és de l'ordre d'un angstrom (0,1 nm). L'últim nombre indica que les partícules de les solucions reals són de mida atòmica.
Les principals propietats de les solucions reals que les distingeixen dels col·loides i les suspensions són les següents:
- L'estat de la solució existeix durant un temps arbitràriament llarg sense canvis, és a dir, no es forma cap precipitat de la fase dispersa.
- Dissoltla substància no es pot separar del dissolvent per filtració a través de paper normal.
- La substància tampoc es separa com a resultat del procés de pas a través de la membrana porosa, que s'anomena diàlisi en química.
- És possible separar un solut d'un dissolvent només canviant l'estat d'agregació d'aquest últim, per exemple, per evaporació.
- Per a solucions ideals, es pot dur a terme electròlisi, és a dir, es pot fer passar un corrent elèctric si s'aplica una diferència de potencial (dos elèctrodes) al sistema.
- No dispersen la llum.
Un exemple de solucions reals és la barreja de diverses sals amb aigua, per exemple, NaCl (sal de taula), NaHCO3 (bicarbonat de sodi), KNO 3(nitrat de potassi) i altres.
Solucions col·loides
Són sistemes intermedis entre solucions reals i suspensions. No obstant això, tenen una sèrie de característiques úniques. Enumerem-los:
- Són mecànicament estables durant un temps arbitràriament llarg si les condicions ambientals no canvien. N'hi ha prou amb escalfar el sistema o canviar-ne l'acidesa (valor de pH), ja que el col·loide es coagula (precipita).
- No es separen amb paper de filtre, però el procés de diàlisi condueix a la separació de la fase dispersa i del medi.
- Com passa amb les solucions reals, es poden electrolitzar.
- Per als sistemes col·loïdals transparents, és característic l'anomenat efecte Tyndall: fent passar un feix de llum a través d'aquest sistema, es pot veure. Està connectat ambdispersió d'ones electromagnètiques a la part visible de l'espectre en totes direccions.
- Capacitat d'adsorbir altres substàncies.
Els sistemes col·loïdals, a causa de les propietats enumerades, són molt utilitzats pels humans en diversos camps d'activitat (indústria alimentària, química) i també es troben sovint a la natura. Un exemple de col·loide és la mantega, la maionesa. A la natura, són boires, núvols.
Abans de procedir a la descripció de l'última (tercera) classe de sistemes dispersos, expliquem amb més detall algunes de les propietats anomenades dels col·loides.
Què són les solucions col·loïdals?
Per a aquest tipus de sistemes dispersos es pot donar la classificació tenint en compte els diferents estats agregats del medi i la fase dissolta en ell. A continuació es mostra la taula corresponent/
| dimecres/Fase | Gas | Líquid | Cos rígid |
| gaso | tots els gasos són infinitament solubles entre si, de manera que sempre formen solucions reals | aerosol (boira, núvols) | aerosol (fum) |
| líquid | escuma (afaitar, nata) | emulsió (llet, maionesa, salsa) | sol (aquarel·les) |
| cos sòlid | escuma (piedra tosca, xocolata gasosa) | gel (gelatina, formatge) | sol (cristall de robí, granit) |
La taula mostra que les substàncies col·loïdals estan presents a tot arreu, tant a la vida quotidiana com a la natura. Tingueu en compte que també es pot donar una taula similar per a les suspensions, recordant que la diferència ambcol·loides en ells és només en la mida de la fase dispersa. Tanmateix, les suspensions són mecànicament inestables i, per tant, tenen menys interès pràctic que els sistemes col·loïdals.
La raó de l'estabilitat mecànica dels col·loides
Per què la maionesa pot romandre a la nevera durant molt de temps i les partícules en suspensió no hi precipiten? Per què les partícules de pintura dissoltes a l'aigua no "cauen" finalment al fons del recipient? La resposta a aquestes preguntes serà el moviment brownià.
Aquest tipus de moviment va ser descobert a la primera meitat del segle XIX pel botànic anglès Robert Brown, que va observar al microscopi com les petites partícules de pol·len es mouen a l'aigua. Des del punt de vista físic, el moviment brownià és una manifestació del moviment caòtic de les molècules líquides. La seva intensitat augmenta si s'eleva la temperatura del líquid. Aquest tipus de moviment és el que fa que petites partícules de solucions col·loïdals estiguin en suspensió.
Propietat d'adsorció
La dispersió és el recíproc de la mida mitjana de les partícules. Com que aquesta mida en col·loides es troba en el rang d'1 nm a 100 nm, tenen una superfície molt desenvolupada, és a dir, la relació S / m és un valor gran, aquí S és l'àrea d'interfície total entre les dues fases (medi de dispersió). i partícules), m - massa total de partícules en solució.
Els àtoms que es troben a la superfície de les partícules de la fase dispersa tenen enllaços químics insaturats. Això vol dir que poden formar compostos amb altresmolècules. Com a regla general, aquests compostos sorgeixen a causa de les forces de van der Waals o enllaços d'hidrogen. Són capaços de contenir diverses capes de molècules a la superfície de partícules col·loïdals.
Un exemple clàssic d'adsorbent és el carbó actiu. És un col·loide, on el medi de dispersió és un sòlid i la fase és un gas. La seva superfície específica pot arribar als 2500 m2/g.
Grau de finesa i superfície específica
Calcular S/m no és una tasca fàcil. El fet és que les partícules d'una solució col·loïdal tenen diferents mides, formes i la superfície de cada partícula té un relleu únic. Per tant, els mètodes teòrics per resoldre aquest problema condueixen a resultats qualitatius, i no quantitatius. No obstant això, és útil donar la fórmula per a la superfície específica a partir del grau de dispersió.
Si suposem que totes les partícules del sistema tenen una forma esfèrica i la mateixa mida, com a resultat de càlculs senzills, s'obté la següent expressió: Sud=6/(dρ), on Sud - àrea superficial (específica), d - diàmetre de partícula, ρ - densitat de la substància de la qual està format. Es pot veure a partir de la fórmula que les partícules més petites i més pesades contribuiran més a la quantitat considerada.
La manera experimental de determinar Sud és calcular el volum de gas que adsorbeix la substància en estudi, així com mesurar la mida dels porus (fase dispersa) en ell.
Liofilització iliòfob
Liofilicitat i liofobicitat: són les característiques que, de fet, determinen l'existència de la classificació de sistemes dispersos en la forma en què es dóna més amunt. Ambdós conceptes caracteritzen l'enllaç de força entre les molècules del dissolvent i el solut. Si aquesta relació és gran, parlen de liofilia. Per tant, totes les solucions reals de sals a l'aigua són liòfiles, ja que les seves partícules (ions) estan connectades elèctricament amb molècules polars H2O. Si considerem sistemes com la mantega o la maionesa, aquests són representants dels col·loides hidròfobs típics, ja que les molècules de greix (lípids) que contenen repel·leixen les molècules polars H2O.
És important tenir en compte que els sistemes liòfobs (hidrofòbics si el dissolvent és aigua) són termodinàmicament inestables, cosa que els distingeix dels liòfils.
Propietats de les suspensions
Ara considereu l'última classe de sistemes dispersos: suspensions. Recordem que es caracteritzen pel fet que la partícula més petita que hi ha és més gran que o de l'ordre de 100 nm. Quines propietats tenen? A continuació es mostra la llista corresponent:
- Són mecànicament inestables, de manera que formen sediments en un curt període de temps.
- Estan ennuvolats i opacs a la llum del sol.
- La fase es pot separar del mitjà amb paper de filtre.
Alguns exemples de suspensions a la natura inclouen l'aigua fangosa dels rius o la cendra volcànica. L'ús humà de suspensions s'associa comgeneralment amb medicaments (solucions farmacològiques).
Coagulació
Què es pot dir de les mescles de substàncies amb diferents graus de dispersió? En part, aquest tema ja s'ha tractat a l'article, ja que en qualsevol sistema dispers les partícules tenen una mida que es troba dins d'uns límits. Aquí només considerem un cas curiós. Què passa si barreges un col·loide i una solució d'electròlit veritable? El sistema ponderat es trencarà i es produirà la seva coagulació. La seva raó rau en la influència dels camps elèctrics dels ions de solució real sobre la càrrega superficial de les partícules col·loïdals.
