Лабораторная работа по химии свойства дисперсных систем. Дисперсные системы. «Свойства спиртов и карбоновых кислот»

2.Цель: Научиться получать коллоидные растворы и знать свойства золей. Научиться определять электрокинетический потенциал частиц золя методом электрофореза.

3.Задачи обучения:

Коллоидная химия изучает физико-химические свойства гетерогенных высокомолекулярных соединений в твердом состоянии и в растворах. Многие лекарственные препараты выпускают в форме эмульсии, суспензии, коллоидных растворов. Умение приготовить эти препараты, знать сроки годности и условия хранения их невозможно без знания теоретических основ коллоидной химии. Знание электрофореза, гельфильтрации и электродиализа, ультрафильтрации будет нужно непосредственно в практической работе фармацевта.

4.Основные вопросы темы:

1. Предмет коллоидной химии, ее значение в фармации.

2. Дисперсные системы. Дисперсная фаза и дисперсионная среда.

3. Классификация коллоидных систем.

4. Методы получения коллоидных систем.

5. Методы очистки коллоидных систем.

6. Оптические свойства коллоидных систем.

7. Что называется электрокинетическим потенциалом.

8. От каких факторов зависит величина потенциала.

9. Какие существуют методы определения потенциала.

10. Что такое электрофорез.

11. Как связаны электрофоретическая скорость и потенциал.

5. Методы обучения и преподавания: семинар, лабораторная работа, работа в малых группах, обучающее тестирование по теме занятия.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Лабораторная работа: «Получение коллоидных растворов».

Применяемые реактивы и растворы:

Исходные реактивы для получения коллоидных систем:

FeCl 3 , AgNO 3 , KI – 0,1н.

K 4 – 0,1 н;

K 4 – насыщенный раствор;

Насыщенный раствор серы в спирте:

Na 2 S 2 O 3 – 1%

H 2 C 2 O 4 – 1%

Применяемые приборы и оборудование:

1. Конические колбы

2. Штатив с пробирками

3. Цилиндры мерные на 50 и 100 мл.

Последовательность выполнения работы:

Опыт № 1: Получение гидрозоли серы и канифоли методом замены растворителя.

Канифоль и сера растворяются в этиловом спирте с образованием истинных растворов. Т.к. в воде сера и канифоль практически нерастворимы, то при добавлении их спиртовых растворов к воде происходит конденсация их молекул в более крупные агрегаты.

Описание опыта.

Насыщенный раствор серы в абсолютном спирте приливают по каплям в дистиллированную воду. При взбалтывании получается молочно-белый опалесцирующий золь.

Получение золя гидрата окиси железа методом гидролиза.

В пробирку с кипящей водой добавляют по каплям 2%-ный раствор хлорида железа до образования прозрачного красно-бурого золя гидрата окиси железа.

Сущность реакции.

Под действием высокой температуры реакция гидролиза хлорного железа сдвигается в сторону образования гидроокиси железа:

FeCl 3 + 3H 2 O Fe(OH) 3 + 3HCl

Молекулы нерастворимого в воде гидрата окиси железа образуют агрегаты коллоидных размеров. Устойчивость эти агрегатам придает хлорное железо, имеющееся в растворе, причем ионы железа адсорбируются на поверхности частиц, а ионы хлора являются противоионами.

Строение получившихся мицелл схематически выражается следующей формулой:

Опыт № 2. Получение золя двуокиси марганца.

Получение золя двуокиси марганца основано на восстановлении перманганата калия тиосульфатом натрия:

8KMnO 4 + 3Na 2 S 2 O 3 + H 2 O 8MnO 2 + 3Na 2 SO 4 + 3K 2 SO 4 + 2KOH

В присутствии избытка перманганата образуется золь марганца с отрицательно заряженными частицами:

Описание опыта:

В коническую колбу с помощью пипетки вносят 5 мл. 1,5% раствора перманганата калия и разбавляют водой до 50 мл. Затем в колбу по каплям вводят 1,5 – 2 мл раствора тиосульфата натрия. Получается вишнево-красный золь двуокиси марганца.

Опыт № 3. Получение золя иодистого серебра по реакции двойного обмена.

По реакции двойного обмена можно получить золь путем смешивания разбавленных растворов AgNO 3 и KI. При этом необходимо соблюдать условия, чтобы одно из исходных веществ было в избытке, так как при смешивании в эквивалентных количествах реагентов образуется осадок AgI.

AgNO 3 + KI AgI + KNO 3

Описание опыта:

В колбу наливают 2 мл. 0,1н раствора KI и разбавляют его водой до 25 мл. В другую колбу наливают 1 мл. 0,1н раствора AgNO 3 и также разбавляют водой до 25 мл. Полученные растворы делят пополам и проводят два опыта:

a) постепенно приливают при взбалтывании раствор AgNO 3 в раствор KI, получая золь следующего строения:

b) постепенно приливают при взбалтывании раствор AgNO 3 в раствор KI, получая золь такого строения:

Опыт № 4. Получение золя берлинской лазури по реакции двойного обмена.

Соблюдая условия получения растворов по реакции двойного обмена, описанных в предыдущих опытах, получают золь берлинской лазури сначала в избытке FeCl 3 , затем в избытке K 4 .

Описание опыта:

Опыт проводят следующим образом: к 20 мл. 0,1% K 4 прибавляют при перемешивании 5-6 капель 2% раствора FeCl 3 . Получают золь темно-синего цвета, мицелла которого имеет строение:

Опыт № 5. Получение золя берлинской лазури методом пептизации.

Получение коллоидного раствора берлинской лазури методом пептизации сводится к переводу в коллоидное состояние осадка K Fe, полученного при сливании концентрированных растворов K 4 и FeCl 3 .

Описание опыта:

В пробирку с 5 мл. 2%-ного раствора K 4 . Полученный осадок отфильтровывают, промывают дистиллированной водой и обрабатывают осадок на фильтре 3 мл. 0,1н раствором щавелевой кислоты. В пробирку фильтруется золь берлинской лазури синего цвета.

Строение мицеллы написать самостоятельно.

6. Литература:

Евстратова К.И. и др. Физическая и коллоидная химия. М., ВШ, 1990, с. 365 – 396.

Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. 1980, с. 300 – 309.

Д.А.Фридрихсберг, Курс коллоидной химии, Санкт-Петербург, Химия, 1995, с.7-47,196-62

Патсаев А.К., Шитыбаев С.А., Нарманов М.М. Руководство к лабораторно-практическим занятиям по физколлоидной химии 1-часть. Шымкент, 2002г., с.24-31

Тесты по теме занятия.

7. Контроль:

1. Коллоиды как мыла, являются диполем, хорошо адсорбируются с частицами грязи, сообщают им заряд, способствуют их:

А) коагуляции; В) пептизации; С) коацервации;

2. Способность золя сохранять данную степень дисперсности называют:

А) седиментационной устойчивостью;

В) агрессивной устойчивостью;

С) диссолюционной устойчивостью.

3. По наличию и отсутствию взаимодействия между частицами фазы системы классифицируют на:

A) лиофильные и лиофобные;

B) молекулярнодисперсные и коллоидодисперсные;

C) свободнодисперсные и связнодисперсные.

4. Пептизация свежеприготовленного осадка гидроксида железа действием на него раствором относится FeCl 3 к:

A) химической; B) адсорбционной; C) физической;

5. Способность частиц фазы не оседать под действием силы тяжести называют:

А) химической устойчивостью;

В) диссолюционной устойчивостью;

C) седиментационной устойчивостью.

6. Мицелла гидрозоля железа полученного из осадка Fe(OH) 3 пептизацией раствором FeCl 3 имеет форму:

A) {mFe(OH) 3 nFeO + (n-х)Cl - } + х хCl - ;

B) {mFe(OH) 3 nFe +3 3(n-х)Cl - } +3 х 3хCl - ;

C) {mFe(OH) 3 3nCl - (n-х)Fe +3 } - х х Fe +3 .

Цель работы: ознакомление с некоторыми методами получения дисперсных систем.

Задание: получить методом химической конденсации по реакции обмена золи иодида серебра, по реакции восстановления золь диоксида марганца, по реакции гидролиза золь оксида железа (III), методом физической конденсации золь канифоли, методом пегггизации золь гексациано-(И) феррата железа (III); методом механического диспергирования эмульсию. Определить знак заряда частиц золей, составить формулы их мицелл. Отметить явление опалесценции и образование конуса Тиндаля.

Приборы и материалы: штатив с пробирками, стаканы на 100 мл - 3 шт., пипетки на 1мл - 2 шт.; на 5 мл - 2 шт., на 10 мл - 2 шт., воронка, фильтровальная бумага, цилиндр на 100 мл, магнитная мешалка с метальной палочкой, кювета, лампа для освещения золей, предметное стекло, шпатель. Реактивы: AgN0 3 - 0,01 М; Nal (K.I) - 0,01 М; КМп0 4 - 0,01 М; Н 2 0 2 - 2% ; K 4 - 20%; FeCh - 2 М Э; растительное масло; Ci7 НззСООЫа - 0,1 М; MgCl 2 - 0,5 М; спиртовой раствор канифоли; дистиллированная вода.

Порядок выполнения работы

• 1. Получение золей иодида серебра по реакции обмена. Получить дважды золь Agl, используя растворы нитрата серебра и иодида натрия. В первом случае к раствору йодистого натрия (примерно половина пробирки) добавить при взбалтывании несколько капель раствора нитрата серебра; во втором случае, наоборот, к раствору нитрата серебра (примерно половина пробирки) добавить при взбалтывании несколько капель раствора иодида натрия. В обоих случаях образуется опалесцирующий золь иодида серебра, однако строение двойного слоя частиц различно, что приводит к небольшому, визуальному заметному отличию золей. Записать формулы мицелл, считая стабилизатором в каждом случае одно из исходных веществ - Nal или AgN0 3 .
• 2. Получение золя диоксида марганца реакцией восстановления.

К раствору перманганата калия (примерно половина пробирки) прилить несколько капель раствора пероксида водорода. Реакция протекает по уравнению

КМп0 4 + Н 2 0 2 = Мп0 2 + КОН+ Н 2 0 + 0 2 .

Рассмотреть образующийся в присутствии избытка перманганата калия темно-коричневый золь диоксида марганца Мп0 2 . Проверить, дает ли золь конус Тиндаля (рис. 3.1). Для этого залить в кювету небольшое количество золя и осветить лампой. Определить знак заряда частиц по характеру кромки капли золя на фильтровальной бумаге, если известно, что смоченная водой фильтровальная бумага несет отрицательный заряд. Записать формулу мицеллы.

3. Получение золя канифоли методом замены растворителя. Канифоль - хрупкая, стеклообразная, прозрачная масса от светло-желтого до темно-коричневого цвета. Это твердая составная часть смолистых веществ хвойных пород деревьев, остающаяся после отгонки из них летучих веществ (скипидара). Канифоль содержит 60-92% смоляных кислот, основной из которых является абиетиновая (рис. 1.7), 8-20% нейтральных веществ (ссскви-, ди- и тритерпсноиды), 0,5-12% насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. Канифоль практически нерастворима в воде. При замене растворителя (спирта) на воду, образуется «белый золь», который в проходящем свете окрашен в оранжевый цвет, а при боковом освещении дает голубую окраску. Стабилизатором этого золя являются продукты окисления канифоли и содержащихся в ней примесей. Строение мицелл в таком золе известно недостаточно.

Рис. 1.7.

К воде (примерно половина пробирки) добавить 1-2 капли спиртового раствора канифоли и встряхнуть. Наблюдать за образованием молочно-белого золя канифоли в воде в проходящем свете и при боковом освещении. Установить, дает ли золь канифоли конус Тиндаля. Для этого налить его в кювету с плоскопараллсльными стенками и наблюдать, проявляется ли опалесценция при пропускании сквозь кювету светового луча.

• 4. Получение золя берлинской лазури методом пептизации. К раствору желтой кровяной соли (примерно половина пробирки) прилить 3-5 капель раствора хлорного железа. Не перемешивать и дождаться образования на дне гелеобразного осадка. Осторожно слить жидкость над гелем и шпателем перенести его в стакан с 30-40 мл дистиллированной воды. Гель самопроизвольно и быстро пептизируется с образованием темносинего золя берлинской лазури - гексациано-(Н) феррат железа (III) Fe 4 > Определить знак заряда частиц по характеру кромки капли золя на фильтровальной бумаге. Записать формулу мицеллы.
• 5. Получение эмульсии механическим диспергированием. Для получения эмульсии в стакан на 100 мл налить 40 мл раствора олеата натрия, являющегося эмульгатором, и добавить 10 мл растительного масла. Поставить стакан на магнитную мешалку, опустить в жидкость метальную палочку и проводить интенсивное перемешивание в течение 10 минут. Отключить режим перемешивания и разделить полученную эмульсию на две части, отмерив с помощью цилиндра 30 мл эмульсии. Перевести эту часть эмульсии в чистый стакан и оставить для сравнения. В оставшуюся часть эмульсии влить при перемешивании 10 мл раствора хлористого магния. Через 1-2 минуты перемешивания эмульсию снять с мешалки и поставить рядом со вторым стаканам. Визуально отметить разницу в состоянии эмульсий и определить их тип двумя способами. Первый способ: каплю эмульсии пипеткой поместить на чистое предметное стекло и рядом поместить каплю воды. Наклонять стекло так, чтобы капли соприкоснулись. Если они сольются, то дисперсионной средой является вода, если не сольются - масло. Второй способ: каплю эмульсии внести в пробирку с 10 мл воды и встряхнуть. Если капля равномерно распределяется в воде, то - это эмульсия прямого типа М/В. Капли эмульсии В/М диспергироваться в воде не будут и останутся на поверхности.

При оформлении отчета проанализировать полученные результаты и сделать выводы по каждому пункту отдельно.

Методические указания по проведению

Дисциплина: Химия

Тема:

Продолжительность: 2 часа

Для специальностей: технического профиля

Тема: Приготовление суспензии карбоната кальция в воде. Получение эмульсии

моторного масла. Ознакомление со свойствами дисперсных систем.

Цели работы: 1.Закрепляем и углубляем знания о приготовлении суспензии карбоната кальция в

воде, получении эмульсии моторного масла. Знакомимся со свойствами дисперсных

2. Вырабатываем умение логически последовательного изложе­ния материала.

3. Формируем навык оформления лабораторной работы по стандарту.

Теоретические основы :

Среди всего многообразия смесей особое место занимают гетерогенные, т. е. такие, частицы компонентов которых заметны не вооруженным глазом или с помощью оптических приборов (лупы, увеличительного стекла, микроскопа).

Гетерогенные смеси могут состоять как из равномерно, так и из неравномерно распределенных компонентов. В первом случае гетерогенные смеси называют дисперсными системами.

Дисперсными системами называют гетерогенные смеси, в которых одно вещество в виде очень мелких частиц равномерно распределено в другом.

То вещество, которое распределено в другом, называют дисперсной фазой . Вещество, в котором распределена дисперсная фаза, носит название дисперсионной среды .

В зависимости от агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды различают восемь типов дисперсных систем.

Классификация дисперсных систем

По размеру частиц дисперсной фазы различают:

Грубодисперсные системы (нанеси) - размер частиц более 100 пм;

Тонкодисперсные (коллоидные) системы (или коллоиды) - размер частиц от 1 до 100 пм.

Взаимодействием раствора гидроксида кальция с углекислым газом можно получить грубодисперсную систему:

Са(ОН) 2 + СО 2 = СаСО 3 ↓+ Н 2 0

Малорастворимый карбонат кальция в виде мельчайших крупинок находится в воде во взвешенном состоянии. Полученная мутная жидкость - это дисперсная система, называемая суспензией .

Однако пройдет немного времени, и частицы карбоната кальция под действием силы тяжести осядут на дно стакана, жидкость станет прозрачной. Это доказательство того, что наша система получилась грубодисперсной.

Грубодисперсные системы с твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой называют суспензиями .

Суспензиями являются многие краски, побелка, строительные растворы (цементный раствор, бетон), пасты (в том числе зубная), кремы, мази.

Грубодисперсную систему можно получить из двух не смешивающихся друг с другом жидкостей, например взбалтывая растительное масло с водой. Такая смесь называется эмульсией. Со временем она расслаивается, так как тоже представляет собой грубодисперсную систему. Примерами эмульсий могут служить молоко (капельки жира в водной основе), майонез, млечный сок каучуконосных деревьев (латекс), пестицидные препараты для обработки посевов.

Аэрозоли - это грубодисперсные системы, в которых дисперсионной средой является воздух, а дисперсной фазой могут быть капельки жидкости (облака, радуга, выпущенный из баллончика лак для волос или дезодорант) или частицы твердого вещества (пылевое облако, смог).

Если частицы дисперсной фазы достаточно малы, коллоидная система называется тонкодисперсной и напоминает истинный раствор, отсюда и происходит название - коллоидный раствор. Такая система образуется, например, при растворении небольшого количества яичного белка в воде.

По внешнему виду коллоидный раствор трудно отличить от истинного для этого можно воспользоваться специфическим оптическим свойством коллоидных растворов. Оно заключается в появлении в коллоидном растворе светящейся дорожки при пропускании через него луча света. Это явление называют эффектом Тиндаля . Такой эффект можно наблюдать, пропуская луч лазерной указки через раствор белка.

Эффект Тиндаля. Пропускание ла света через растворы:

1 - истинный раствор; 2 - коллоидный раствор

Объясняется эффект Тиндаля тем, что размер частиц дисперсной фазы (от 1 до 100 нм) в коллоидной системе составляет примерно 1/10 длины волны видимого излучения. Частицы такого размера вызывают рассеивание света, приводящее к характерному визуальному эффекту.

Существует несколько основных способов получения коллоидных систем. Один из них - дробление вещества на мелкие частицы, которое можно осуществлять механически с помощью специальных машин - коллоидных мельниц. Так получают, например, тушь, жидкие акварельные, водоэмульсионные и вододисперсионные краски.

Классификация дисперсных систем может быть представлена следующим образом:

Важнейшими типами коллоидных систем являются золи и гели (студни).

Золи - это коллоидные системы, в которых дисперсионной средой является жидкость, а дисперсной фазой - твердое вещество.

С течением времени при нагревании или под действием электролитов частицы золя могут укрупняться и оседать. Такой процесс называют коагуляцией.

Гели - особое студнеобразное коллоидное состояние. При этом отдельные частицы золя связываются друг с другом, образуя сплошную пространственную сетку. Внутрь ячеек сетки попадают частицы растворителя. Дисперсная система теряет свою текучесть, превращаясь в желеобразное состояние. При нагревании гель может превратиться в золь.

Получить гель можно химическим путем, если, например, к раствору сульфата меди(II) добавить несколько капель раствора гидроксида натрия, образуется гель осадка гидроксида меди(II):

СuSО 4 + 2NаОН = Cu(ОН) 2 ↓ + Nа 2 SО 4

Осадки гидроксидов металлов, кремниевой кислоты принято называть студневидными.

Гели широко распространены в нашей повседневной жизни. Любому известны пищевые гели (зефир, мармелад, холодец), косметические (гель для душа), медицинские.

Для гелей с жидкой дисперсионной средой характерно явление синерезиса (или расслоения) - самопроизвольного выделения жидкости. При этом частицы дисперсной фазы уплотняются, слипа ются и образуют твердый коллоид а к дисперсионной среде возвращается текучесть.

Чаще всего с явлением синерезиса приходится бороться, поскольку именно оно ограничивает сроки годности пищевых косметических, медицинских гелей.

Например, при длительном хранении мармелада и торта «Птичье молоко» выделяется жидкость, они становятся непригодными к употреблению.

Из твердого коллоида желатина (продукта белкового происхождения) при набухании в теплой воде образуется студнеобразный гель - желе. Но в кулинарных рецептах всегда предупреждают: нельзя доводить желе до кипения, иначе гель превратится в золь и не примет студневидной формы.

Окружающий нас мир представляет собой красочное многообразие различных дисперсных систем. Посмотрим вокруг.

Например, косметика и средства гигиены: зубная паста, мыло, шампунь, лак для ногтей, губная помада, тушь, крем, облачко дезодоранта, выпущенное из баллончика, - все

это дисперсные системы. Теперь заглянем на кухню. Молоко, мясной бульон, пирожное, зефир, майонез, кетчуп - тоже дисперсные системы. Выйдем на улицу, и снова дисперсные системы: облака, дым, смог, туман. Заглянем в аптеку - и опять дисперсные системы: мази, гели, пасты, спреи, суспензии. Наш собственный организм представляет сочетание бесчисленного множества коллоидных систем: содержимое клеток, кровь, лимфа, пищеварительный сок, тканевые жидкости. Недаром биологи сходятся во мнении, что возникновение жизни на нашей планете - это эволюция коллоидных систем.

Входной контроль:

Отвечаем на вопросы:

1. Охарактеризуйте понятие «дисперсная система».

Чем дисперсная система отличается от остальных смесей?

2. Какие типы дисперсных систем в зависимости от агрегатного состояния среды и фазы вы знаете? Приведите примеры. Охарактеризуйте их значение в природе и жизни человека.

Ход выполнения работы:

Опыт №1 Приготовление суспензии карбоната кальция в воде

Оборудование и реактивы : лабораторный штатив с лапкой, штатив с пробирками, гидроксид кальция Са(ОН) 2 (известковая вода).

В пробирку налейте 4-5 мл свежеприготовленного раствора гидроксида кальция (известковой воды) и осторожно через трубочку продувайте через него выдыхаемый воздух.

Известковая вода мутнеет в результате протекания реакции:

Са(ОН) 2 + СО 2 = …

Опыт № 2 Получение эмульсии моторного масла

Оборудование и реактивы : лабораторный штатив с лапкой, штатив с пробирками, моторное масло.

В коническую колбу с водой добавьте немного моторного масла и взболтайте.

Отвечаем на вопрос: Что наблюдаем?

Опыт №3 Ознакомление с дисперсными системами

Приготовьте небольшую коллекцию образцов дисперсных систем из имеющихся дома суспензий, эмульсий, паст и гелей. Каждый образец снабдите фабричной этикеткой. Поменяйтесь с соседом коллекциями и затем распределите образцы коллекции в соответствии с классификацией дисперсных систем.

Ознакомьтесь со сроками годности пищевых, медицинских и косметических гелей.

Отвечаем на вопрос: Каким свойством гелей определяется срок годности?

Выходной контроль:

Отвечаем на вопросы:

1. Какие процессы, происходящие в дисперсных системах, ограничивают срок годности продуктов, лекарственных и косметических препаратов?

Выполняем задание:

Приведите примеры эмульсий, суспензий, золей, аэрозолей, гелей и внесите их в таблицу.

Сделайте общий вывод в соответствии с целями, поставленными перед вами в этой работе.

Список литературы:

1. О.С. Габриелян, И.Г. Остроумова «Химия» [текст]:- учебник для профессий и специальностей Технического профиля. Москва, Издательский дом «Академия», 2012 г.

2. Габриелян О.С. Химия в тестах, задачах, упражнениях: учеб. пособие для студ. сред. проф. учебных заведений / О.С. Габриелян, Г.Г. Лысова – М., 2006.

3. Габриелян О.С. Практикум по общей, неорганической и органической химии: учеб. пособие для студ. сред. проф. учеб. заведений / Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Дорофеева Н.М. – М., 2007.

4. Ерохин Ю.М. Химия: учебник для средне профессиональных учебных заведений, 4-е изд. М.: Издательский Центр Академия, 2004-384 с.

5. Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия: органическая химия: учебник для 10 кл. ОУ, 8-е изд. М. Просвещение, 2001, 160 с.

6. www.twirpx.com - Учебные материалы.

7. www.amgpgu.ru - Лекционный курс.

8. www.uchportal.ru – Учительский портал.

9. http://o5-5.ru – 5 и 5 Учебный материал.

Лабораторная работа №2

Тема: Приготовление суспензии карбоната кальция в воде. Получение эмульсии моторного масла. Ознакомление со свойствами дисперсных систем.

Цели: изучить способы приготовления эмульсий и суспензий;научиться отличать коллоидный раствор от истинного; отработать навыки экспериментальной работы, соблюдая правила техники безопасности при работе в кабинете химии.

Методические указания:

Дисперсные системы – это системы, в которых мелкие частицы вещества, или дисперсная фаза, распределены в однородной среде (жидкость, газ, кристалл), или дисперсионной фазе

Химия дисперсных систем изучает поведение вещества в сильно раздробленном, высокодисперсном состоянии, характеризующемся очень высоким отношением общей площади поверхности всех частиц к их общему объему или массе (степень дисперсности).

От названия коллоидных систем произошло название отдельной области химии – коллоидной. «Коллоидная химия» – традиционное название химии дисперсных систем и поверхностных явлений. Важнейшая особенность дисперсного состояния вещества состоит в том, что энергия системы главным образом сосредоточена на поверхности раздела фаз. При диспергировании, или измельчении, вещества происходит значительное увеличение площади поверхности частиц (при постоянном суммарном их объеме). При этом энергия, затрачиваемая на измельчение и на преодоление сил притяжения между образующимися частицами, переходит в энергию поверхностного слоя – поверхностную энергию. Чем выше степень измельчения, тем больше поверхностная энергия. Поэтому область химии дисперсных систем (и коллоидных растворов) считают химией поверхностных явлений.

Коллоидные частицы настолько малы (содержат 103–109 атомов), что не задерживаются обычными фильтрами, не видны в обычный микроскоп, не оседают под действием силы тяжести. Их устойчивость со временем снижается, т.е. они подвержены «старению». Дисперсные системы термодинамически неустойчивы и стремятся к состоянию с наименьшей энергией, когда поверхностная энергия частиц становится минимальной. Это достигается за счет уменьшения общей площади поверхности при укрупнении частиц (что может также происходить при адсорбции на поверхности частиц других веществ).

Классификация дисперсных систем

Дисперсная фаза	Дисперсионная	Название системы
		(Дисперсная система не образуется)
	Жидкость		Пена газированной воды, пузырьки газа в жидкости, мыльная пена
	Твердое тело	Твердая пена	Пенопласт, микропористая резина, пемза, хлеб, сыр
Жидкость		Аэрозоль	Туман, облака, струя из аэрозольного баллона
	Жидкость	Эмульсия	Молоко, сливочное масло, майонез, крем, мазь
	Твердое тело	Твердая эмульсия	Жемчуг, опал
Твердое тело		Аэрозоль, порошок	Пыль, дым, мука, цемент
	Жидкость	Суспензия, золь (коллоидный раствор)	Глина, паста, ил, жидкие смазочные масла с добавкой графита или MoS
	Твердое тело	Твердый золь	Сплавы, цветные стекла, минералы

Методы исследования дисперсных систем (определение размера, формы и заряда частиц) основаны на изучении их особых свойств, обусловленных гетерогенностью и дисперсностью, в частности оптических. Коллоидные растворы обладают оптическими свойствами, отличающими их от настоящих растворов, – они поглощают и рассеивают проходящий через них свет. При боковом рассматривании дисперсной системы, через которую проходит узкий световой луч, внутри раствора на темном фоне виден светящийся голубоватый так называемый конус ТиндаляКонус Тиндаля тем ярче, чем выше концентрация и больше размер частиц. Интенсивность светорассеяния усиливается при коротковолновом излучении и при значительном отличии показателей преломления дисперсной и дисперсионной фаз. С уменьшением диаметра частиц максимум поглощения смещается в коротковолновую часть спектра, и высокодисперсные системы рассеивают более короткие световые волны и поэтому имеют голубоватую окраску. На спектрах рассеяния света основаны методы определения размера и формы частиц.

При определенных условиях в коллоидном растворе может начаться процесс коагуляции. Коагуляция – явление слипания коллоидных частиц и выпадения их в осадок. При этом коллоидный раствор превращается в суспензию или гель. Гели или студни представляют собой студенистые осадки, образующиеся при коагуляции золей. Со временем структура гелей нарушается (отслаивается) – из них выделяется вода(явление синерезиса

Приборы и реактивы; ступка с пестиком, ложка-шпатель, стакан, стеклянная палочка, фонарик, пробирка; вода, карбонат кальция (кусочек мела), масло, ПАВ, мука, молоко, зубная паста, раствор крахмала, раствор сахара. Ход работы: 1 Инструктаж по ТБ Меры безопасности: Осторожно использовать стеклянную посуду. Правила первой помощи: При ранении стеклом удалите осколки из раны, смажьте края раны раствором йода и перевяжите бинтом. При необходимости обратиться к врачу.

Опыт № 1. Приготовление суспензии карбоната кальция в воде

Суспензии имеют ряд общих свойств с порошками, они подобны по дисперсности. Если порошок поместить в жидкость и перемешать, то получится суспензия, а при высушивании суспензия снова превращается в порошок.

В стеклянную пробирку влить 4-5мл воды и всыпать 1-2 ложечки карбоната кальция. Пробирку закрыть резиновой пробкой и встряхнуть пробирку несколько раз. Опишите внешний вид и видимость частиц. Оцените способность осаждаться и способность к коагуляции Запишите наблюдения.

На что похожа полученная смесь?

Опыт № 2. Получение эмульсии моторного масла

В стеклянную пробирку влить 4-5мл воды и 1-2 мл масла, закрыть резиновой пробкой и встряхнуть пробирку несколько раз. Изучить свойства эмульсии. Опишите внешний вид и видимость частиц Оцените способность осаждаться и способность к коагуляции Добавьте каплю ПАВ (эмульгатора) и перемешайте ещё раз. Сравните результаты. Запишите наблюдения.

Опыт № 3. Приготовление коллоидного раствора и изучение его свойств

В стеклянный стакан с горячей водой внести 1-2 ложечки муки(или желатина), тщательно перемешать. Оцените способность осаждаться и способность к коагуляции. Пропустить через раствор луч света фонарика на фоне темной бумаги. Наблюдается ли эффект Тиндаля?

Вопросы для выводов

Как отличить коллоидный раствор от истинного?

Значение дисперсных систем в повседневной жизни.

Опыт 3. Получение эмульсии моторного масла

Опыт 2. Приготовление суспензии карбоната кальция

Описание лабораторного оборудования

Материалы Оборудование

мел микропробирки 2шт.

моторное масло : фарфоровая ступка

зубная паста, пробиркодержатель

крем (для тела, лица, рук),

желейные конфеты, зефир,

конфеты «птичье молоко» и другое

Методика выполнения задания

В пробирку налейте 4-5 капель свежеприготовленного раствора

гидроксида кальция (известкой воды) и осторожно через трубочку

продувайте через него выдыхаемый воздух.

Известковая вода мутнеет в результате протекании реакции:

Са(ОН) 2 + СО 2 = СаСО 3 + Н 2 О

Поместить в пробирку 4 капли моторного масла и 10 капель воды. Содержимое пробирки энергично взболтать до образования мутно-желтого коллоидного раствора. Полученный раствор отстоять в течение 2 минут. Наблюдать за произошедшими изменениями.

Приготовьте небольшую коллекцию образцов дисперсных систем из имеющихся дома суспензий, эмульсий, паст и гелей. Каждый образец снабдите фабричной этикеткой.

Поменяйтесь с соседом коллекциями и затем распределите образцы коллекции в соответствии с классификацией дисперсных систем.

Ознакомьтесь со сроками годности пищевых, медицинских и косметических гелей. Каким свойством гелей определяется срок их годности?

Контрольные вопросы для самопроверки

Вариант 1

1.В случае морской пены дисперсная фаза: а) твердая б) жидкая в) газообразная

2. Смог – это: а) золь б) гель в) пена г) аэрозоль 3. К эмульсиям относятся: а) мыльный раствор б) морской ил в) молоко г) лимфа 4.Деление растворов на истинные и коллоидные обусловлено: а) цветом б) температурой в) размером частиц г) прозрачностью 5. Дисперсная фаза – это: а) вещество, которого в дисперсной системе больше б)вещество, которого в дисперсной системе меньше в) смесь всех веществ, которые содержит дисперсная система г) вещество, с размером частиц менее 1 нм

Вариант 2 1.В случае пористого шоколада дисперсная среда: а) твёрдая б) жидкая в) газообразная 2. Дым – это: а) золь б) гель в) аэрозоль г) пена 3. Явление коагуляции характерно: а) для золей б) гелей в) эмульсий г) аэрозолей 4. В случае чугуна дисперсная фаза: а)твёрдая б)жидкая в) газообразная 5. Кисель – это: а) истинный раствор б) коллоидный раствор в)аэрозоль г) взвесь

Вариант 3

1.Дайте определение, что такое золи, гели? 2. На какие подгруппы можно разделить гели? 3. Чем определяется срок годности косметических, медицинских и пищевых гелей? 4.Охарактеризуйте понятие «золи». На какие группы делят золи? Приведите примеры и расскажите об их значении 5.Охарактеризуйте явления коагуляции и синерезиса

24 6. Какое практическое значение имеет синерезис в промышленном производстве? 7. Охарактеризуйте понятие «гели». На какие группы делят гели? Приведите примеры каждой из групп гелей и расскажите об их значении

Требования к содержанию и оформлению отчёта по лабораторной работе

Запишите в журнал лабораторно-практических занятий:

1. Наименование опыта

2. Краткое описание опыта

3. Наблюдения

4. Вывод к работе

Список литературы и интернет - источников

Учебник О.С. Габриелян для СПО, 2008, с. 58 - 64