Dispergiersystem mit flüssigem Dispergiermedium. Dispergierte Phase – was ist das? Kolloidale Lösungen und Systeme

Verteilte Systeme

Reine Substanzen kommen in der Natur sehr selten vor. Gemische verschiedener Stoffe in unterschiedlichen Aggregatzuständen können heterogene und homogene Systeme bilden – disperse Systeme und Lösungen.
Zerstreut werden heterogene Systeme genannt, in denen ein Stoff in Form sehr kleiner Partikel gleichmäßig im Volumen eines anderen verteilt ist.
Der Stoff, der in kleineren Mengen vorhanden und im Volumen eines anderen verteilt ist, heißt dispergierte Phase . Es kann aus mehreren Stoffen bestehen.
Man nennt den in größeren Mengen vorhandenen Stoff, in dessen Volumen sich die dispergierte Phase verteilt Dispersionsmedium . Zwischen ihm und den Partikeln der dispergierten Phase besteht eine Grenzfläche, daher werden dispergierte Systeme als heterogen (inhomogen) bezeichnet.
Sowohl das Dispersionsmedium als auch die dispergierte Phase können durch Stoffe in unterschiedlichen Aggregatzuständen – fest, flüssig und gasförmig – dargestellt werden.
Abhängig von der Kombination des Aggregatzustands des Dispersionsmediums und der dispergierten Phase können 9 Arten solcher Systeme unterschieden werden.

Basierend auf der Partikelgröße der Stoffe, aus denen die disperse Phase besteht, werden disperse Systeme in grobdisperse (Suspensionen) mit Partikelgrößen über 100 nm und feindisperse (kolloidale Lösungen oder kolloidale Systeme) mit Partikelgrößen von 100 bis 1 unterteilt nm. Wird der Stoff in Moleküle oder Ionen mit einer Größe von weniger als 1 nm fragmentiert, entsteht ein homogenes System – eine Lösung. Es ist einheitlich (homogen), es gibt keine Grenzfläche zwischen den Partikeln und dem Medium.

Schon eine kurze Bekanntschaft mit verteilten Systemen und Lösungen zeigt, wie wichtig sie im Alltag und in der Natur sind.

Urteilen Sie selbst: Ohne den Nilschlamm hätte die große Zivilisation des alten Ägypten nicht stattgefunden; Ohne Wasser, Luft, Gesteine und Mineralien gäbe es den lebenden Planeten überhaupt nicht – unser gemeinsames Zuhause – die Erde; ohne Zellen gäbe es keine lebenden Organismen usw.

Klassifizierung disperser Systeme und Lösungen

Aussetzen

Aussetzen - Hierbei handelt es sich um disperse Systeme, bei denen die Phasenpartikelgröße mehr als 100 nm beträgt. Dabei handelt es sich um undurchsichtige Systeme, deren einzelne Partikel mit bloßem Auge erkennbar sind. Die dispergierte Phase und das Dispersionsmedium lassen sich leicht durch Absetzen trennen. Solche Systeme werden unterteilt in:
1) Emulsionen (sowohl das Medium als auch die Phase sind ineinander unlösliche Flüssigkeiten). Dies sind bekannte Milch-, Lymph-, Wasserfarben usw.;
2) Suspensionen (Das Medium ist eine Flüssigkeit und die Phase ist ein darin unlöslicher Feststoff). Dies sind Mörser (zum Beispiel „ Limettenmilch„zum Tünchen“, im Wasser suspendierter Fluss- und Meeresschlamm, eine lebende Suspension mikroskopisch kleiner lebender Organismen im Meerwasser – Plankton, von dem sich Riesenwale ernähren usw.;
3) Aerosole - Suspensionen kleiner Flüssigkeits- oder Feststoffpartikel in Gas (z. B. in Luft). Unterscheiden Sie zwischen Staub, Rauch und Nebel. Bei den ersten beiden Arten von Aerosolen handelt es sich um Suspensionen fester Partikel im Gas (größere Partikel im Staub), bei letzterer handelt es sich um eine Suspension kleiner Flüssigkeitströpfchen im Gas. Zum Beispiel natürliche Aerosole: Nebel, Gewitterwolken – eine Suspension von Wassertröpfchen in der Luft, Rauch – kleine feste Partikel. Und auch der Smog, der über den größten Städten der Welt hängt, ist ein Aerosol mit einer festen und einer flüssigen dispergierten Phase. Bewohner von Siedlungen in der Nähe von Zementfabriken leiden unter dem ständig in der Luft hängenden feinsten Zementstaub, der beim Mahlen von Zementrohstoffen und dem Produkt seiner Verbrennung – Klinker – entsteht. Ähnliche schädliche Aerosole – Staub – sind auch in Städten mit metallurgischer Produktion vorhanden. Rauch aus Fabrikschornsteinen, Smog, winzige Speicheltröpfchen, die aus dem Mund eines Grippepatienten fliegen, und auch gesundheitsschädliche Aerosole.
Aerosole spielen in der Natur, im Alltag und in der menschlichen Produktion eine wichtige Rolle. Wolkenansammlungen, chemische Behandlung von Feldern, Sprühfarbenauftrag, Kraftstoffzerstäubung, Herstellung von Milchpulver und Behandlung der Atemwege (Inhalation) sind Beispiele für Phänomene und Prozesse, bei denen Aerosole Vorteile bringen. Aerosole sind Nebel über der Meeresbrandung, in der Nähe von Wasserfällen und Springbrunnen; der darin erscheinende Regenbogen bereitet einem Menschen Freude und ästhetisches Vergnügen.
Für die Chemie sind disperse Systeme, in denen das Medium Wasser und flüssige Lösungen sind, von größter Bedeutung.
Natürliches Wasser enthält immer gelöste Stoffe. Natürliche wässrige Lösungen sind an Bodenbildungsprozessen beteiligt und versorgen Pflanzen mit Nährstoffen. Komplexe Lebensprozesse im menschlichen und tierischen Körper finden auch in Lösungen statt. Viele technologische Prozesse in der chemischen und anderen Industrie, beispielsweise die Herstellung von Säuren, Metallen, Papier, Soda, Düngemitteln, finden in Lösungen statt.

Kolloidale Systeme

Kolloidale Systeme - Dies sind dispergierte Systeme, in denen die Phasenpartikelgröße 100 bis 1 nm beträgt. Diese Partikel sind mit bloßem Auge nicht sichtbar und die dispergierte Phase und das Dispersionsmedium lassen sich in solchen Systemen nur schwer durch Absetzen trennen.
Sie werden in Sole (kolloidale Lösungen) und Gele (Gelee) unterteilt.
1. Kolloidale Lösungen oder Sole. Dabei handelt es sich um den Großteil der Flüssigkeiten einer lebenden Zelle (Zytoplasma, Kernsaft – Karyoplasma, Inhalt von Organellen und Vakuolen) und des lebenden Organismus als Ganzes (Blut, Lymphe, Gewebeflüssigkeit, Verdauungssäfte, Humoralflüssigkeiten usw.). Solche Systeme bilden Klebstoffe, Stärke, Proteine und einige Polymere.
Durch chemische Reaktionen können kolloidale Lösungen gewonnen werden; Wenn beispielsweise Lösungen von Kalium- oder Natriumsilikaten („lösliches Glas“) mit sauren Lösungen reagieren, entsteht eine kolloidale Lösung von Kieselsäure. Auch bei der Hydrolyse von Eisenchlorid (III) in heißem Wasser entsteht ein Sol. Kolloidale Lösungen ähneln im Aussehen echten Lösungen. Sie unterscheiden sich von letzteren durch den „Lichtweg“, der entsteht – ein Kegel, wenn ein Lichtstrahl durch sie hindurchgeht.

Dieses Phänomen nennt man Tyndall-Effekt . Die Partikel der dispergierten Phase des Sols, die größer sind als in der echten Lösung, reflektieren Licht von ihrer Oberfläche und der Betrachter sieht im Gefäß mit der kolloidalen Lösung einen leuchtenden Kegel. Es entsteht nicht in einer echten Lösung. Einen ähnlichen Effekt kann man in Kinos beobachten, allerdings nur für ein Aerosol und nicht für ein flüssiges Kolloid, wenn ein Lichtstrahl einer Filmkamera durch die Luft des Kinosaals geht.

Partikel der dispergierten Phase kolloidaler Lösungen setzen sich aufgrund ständiger Kollisionen mit Lösungsmittelmolekülen aufgrund thermischer Bewegung häufig auch bei längerer Lagerung nicht ab. Aufgrund der gleichnamigen elektrischen Ladung auf ihrer Oberfläche haften sie nicht zusammen, wenn sie sich einander nähern. Unter bestimmten Bedingungen kann es jedoch zu einem Gerinnungsprozess kommen.

Koagulation - das Phänomen des Zusammenklebens und Ausfällens kolloidaler Partikel - wird beobachtet, wenn die Ladungen dieser Partikel neutralisiert werden, wenn der kolloidalen Lösung ein Elektrolyt zugesetzt wird. In diesem Fall wird die Lösung zu einer Suspension oder einem Gel. Einige organische Kolloide koagulieren beim Erhitzen (Kleber, Eiweiß) oder wenn sich das Säure-Base-Milieu der Lösung ändert.

2. Gele oder Gelees, bei denen es sich um gallertartige Sedimente handelt, die bei der Koagulation von Solen entstehen. Dazu gehören eine Vielzahl von Polymergelen, die Ihnen aus der Süßwaren-, Kosmetik- und Medizinbranche bekannt sind (Gelatine, geliertes Fleisch, Gelee, Marmelade, Vogelmilchkuchen) und natürlich eine endlose Vielfalt natürlicher Gele: Mineralien (Opal), Quallen Körper, Knorpel, Sehnen, Haare, Muskel- und Nervengewebe usw. Die Geschichte der Entwicklung des Lebens auf der Erde kann gleichzeitig als Geschichte der Entwicklung des kolloidalen Zustands der Materie betrachtet werden. Mit der Zeit wird die Struktur der Gele zerstört und Wasser wird aus ihnen freigesetzt. Dieses Phänomen nennt man Synärese .

Lösungen

Eine Lösung wird aufgerufen homogenes System bestehend aus zwei oder mehr Stoffen.
Lösungen sind immer einphasig, das heißt, sie sind ein homogenes Gas, eine Flüssigkeit oder ein Feststoff. Dies liegt daran, dass einer der Stoffe in der Masse des anderen in Form von Molekülen, Atomen oder Ionen (Partikelgröße kleiner 1 nm) verteilt ist.
Lösungen werden aufgerufen WAHR , wenn Sie den Unterschied zu kolloidalen Lösungen hervorheben möchten.
Unter einem Lösungsmittel versteht man einen Stoff, dessen Aggregatzustand sich während der Lösungsbildung nicht ändert. Zum Beispiel Wasser in wässrigen Lösungen von Speisesalz, Zucker, Kohlendioxid. Wenn eine Lösung durch Mischen von Gas mit Gas, Flüssigkeit mit Flüssigkeit und Feststoff mit Feststoff gebildet wurde, gilt das Lösungsmittel als die Komponente, die in der Lösung am häufigsten vorkommt. Luft ist also eine Lösung aus Sauerstoff, Edelgasen und Kohlendioxid in Stickstoff (Lösungsmittel). Tafelessig, der 5 bis 9 % Essigsäure enthält, ist eine Lösung dieser Säure in Wasser (das Lösungsmittel ist Wasser). Aber in Essigessenz spielt Essigsäure die Rolle des Lösungsmittels, da ihr Massenanteil 70-80 % beträgt, es sich also um eine Lösung von Wasser in Essigsäure handelt.

Beim Kristallisieren einer flüssigen Legierung aus Silber und Gold können feste Lösungen unterschiedlicher Zusammensetzung erhalten werden.
Lösungen sind unterteilt in:
molekular – das sind wässrige Lösungen von Nichtelektrolyten – organischen Substanzen (Alkohol, Glucose, Saccharose usw.);
molekulares Ion- Dies sind Lösungen schwacher Elektrolyte (Salpetersäure, Schwefelwasserstoffsäure usw.);
ionisch – das sind Lösungen starker Elektrolyte (Laugen, Salze, Säuren – NaOH, K 2 S0 4, HN0 3, HC1O 4).
Bisher gab es zwei Standpunkte zur Natur von Auflösungen und Lösungen: physikalische und chemische. Dem ersten zufolge galten Lösungen als mechanische Gemische, dem zweiten zufolge als instabile chemische Verbindungen von Partikeln eines gelösten Stoffes mit Wasser oder einem anderen Lösungsmittel. Die letzte Theorie wurde 1887 von D. I. Mendeleev formuliert, der sich mehr als 40 Jahre lang mit dem Studium von Lösungen beschäftigte. Die moderne Chemie betrachtet Auflösung als physikalisch-chemischen Prozess und Lösungen als physikalisch-chemische Systeme.
Eine genauere Definition einer Lösung ist:
Lösung - ein homogenes (homogenes) System bestehend aus Partikeln eines gelösten Stoffes, eines Lösungsmittels und den Produkten ihrer Wechselwirkung.

Das Verhalten und die Eigenschaften von Elektrolytlösungen werden, wie Sie wissen, durch eine andere wichtige Theorie der Chemie erklärt – die Theorie der elektrolytischen Dissoziation, entwickelt von S. Arrhenius, entwickelt und ergänzt von den Schülern von D. I. Mendeleev und vor allem von I. A. Kablukov.

Fragen zur Festigung:
1. Was sind disperse Systeme?
2. Bei einer Schädigung der Haut (Wunde) wird eine Blutgerinnung beobachtet – eine Koagulation des Sols. Was ist die Essenz dieses Prozesses? Warum hat dieses Phänomen eine Schutzfunktion für den Körper? Wie heißt eine Krankheit, bei der die Blutgerinnung erschwert ist oder nicht beobachtet wird?
3. Erzählen Sie uns von der Bedeutung verschiedener disperser Systeme im Alltag.
4. Verfolgen Sie die Entwicklung kolloidaler Systeme während der Entwicklung des Lebens auf der Erde.

Sowohl das Dispersionsmedium als auch die dispergierte Phase können aus Stoffen in unterschiedlichen Aggregatzuständen bestehen. Abhängig von der Zustandskombination des Dispersionsmediums und der dispergierten Phase können acht Arten solcher Systeme unterschieden werden

Klassifizierung verteilter Systeme nach Aggregatzustand

Dispersionsmedium	Dispergierte Phase	Beispiele für einige natürliche und haushaltsübliche Streusysteme
	Flüssig	Nebel, Begleitgas mit Öltröpfchen, Vergasergemisch in Automotoren (Benzintröpfchen in der Luft)
Solide	Staub in der Luft, Rauch, Smog, Simooms (Staub- und Sandstürme)
Flüssig		Limonade, Schaumbad
Flüssig	Flüssige Medien des Körpers (Blutplasma, Lymphe, Verdauungssäfte), flüssige Zellinhalte (Zytoplasma, Karyoplasma)
Solide	Kissels, Gelees, Klebstoffe, in Wasser suspendierter Fluss- oder Meeresschlamm, Mörser
Solide		Schneekruste mit Luftblasen darin, Erde, Textilgewebe, Ziegel und Keramik, Schaumgummi, kohlensäurehaltige Schokolade, Pulver
Flüssig	Feuchter Boden, medizinische und kosmetische Produkte (Salben, Mascara, Lippenstift usw.)
Solide	Steine, farbige Gläser, einige Legierungen

Als Klassifizierungsmerkmal können wir auch ein Konzept wie die Größe von Partikeln eines dispergierten Systems unterscheiden:

- Grob verteilt (> 10 Mikrometer): Kristallzucker, Erde, Nebel, Regentropfen, Vulkanasche, Magma usw.
- Mittelfein (0,1–10 Mikrometer): menschliche Bluterythrozyten, E. coli usw.

dispergiertes Emulsionssuspensionsgel

- Hochdispers (1-100 nm): Influenzavirus, Rauch, Trübung in natürlichen Gewässern, künstlich gewonnene Sole verschiedener Substanzen, wässrige Lösungen natürlicher Polymere (Albumin, Gelatine usw.) usw.
- Nanogröße (1-10 nm): Glykogenmolekül, feine Kohleporen, Metallsole, die in Gegenwart von Molekülen organischer Substanzen erhalten werden, die das Wachstum von Partikeln begrenzen, Kohlenstoffnanoröhren, magnetische Nanofäden aus Eisen, Nickel usw.

Grobdisperse Systeme: Emulsionen, Suspensionen, Aerosole

Basierend auf der Größe der Partikel des Stoffes, aus denen die dispergierte Phase besteht, werden dispergierte Systeme in grobe mit Partikelgrößen über 100 nm und feindisperse mit Partikelgrößen von 1 bis 100 nm unterteilt. Wird der Stoff in Moleküle oder Ionen mit einer Größe von weniger als 1 nm fragmentiert, entsteht ein homogenes System – eine Lösung. Die Lösung ist homogen, es gibt keine Grenzfläche zwischen den Partikeln und dem Medium und gehört daher nicht zu den dispersen Systemen. Grobdisperse Systeme werden in drei Gruppen eingeteilt: Emulsionen, Suspensionen und Aerosole.

Emulsionen sind dispergierte Systeme mit einem flüssigen Dispersionsmedium und einer flüssigen dispergierten Phase.

Sie können auch in zwei Gruppen eingeteilt werden: 1) direkt – Tropfen einer unpolaren Flüssigkeit in einer polaren Umgebung (Öl in Wasser); 2) umgekehrt (Wasser in Öl). Eine Veränderung der Zusammensetzung von Emulsionen oder äußere Einflüsse können zur Umwandlung einer Direktemulsion in eine Umkehremulsion und umgekehrt führen. Beispiele für die bekanntesten natürlichen Emulsionen sind Milch (Direktemulsion) und Öl (Umkehremulsion). Eine typische biologische Emulsion sind Fetttröpfchen in der Lymphe.

Zu den in der menschlichen Praxis bekannten Emulsionen gehören Schneidflüssigkeiten, bituminöse Materialien, Pestizide, Medikamente und Kosmetika sowie Lebensmittelprodukte. In der medizinischen Praxis werden Fettemulsionen beispielsweise häufig verwendet, um einem hungernden oder geschwächten Körper durch intravenöse Infusion Energie zuzuführen. Um solche Emulsionen zu erhalten, werden Oliven-, Baumwollsamen- und Sojaöle verwendet. In der chemischen Technologie wird die Emulsionspolymerisation häufig als Hauptverfahren zur Herstellung von Kautschuken, Polystyrol, Polyvinylacetat usw. verwendet. Suspensionen sind grobe Systeme mit einer festen dispergierten Phase und einem flüssigen Dispersionsmedium.

Typischerweise sind die Partikel der dispergierten Phase einer Suspension so groß, dass sie sich unter dem Einfluss der Schwerkraft absetzen – Sediment. Systeme, in denen die Sedimentation aufgrund des geringen Dichteunterschieds zwischen dispergierter Phase und Dispersionsmedium sehr langsam erfolgt, werden auch Suspensionen genannt. Praktisch bedeutsame Baususpensionen sind Tünche („Kalkmilch“), Emailfarben und verschiedene Baususpensionen, beispielsweise sogenannte „Zementmörtel“. Zu den Suspensionen zählen auch Medikamente, zum Beispiel flüssige Salben – Linimente. Eine besondere Gruppe bilden grobdisperse Systeme, bei denen die Konzentration der dispergierten Phase im Vergleich zu ihrer geringen Konzentration in Suspensionen relativ hoch ist. Solche dispersen Systeme werden Pasten genannt. Zum Beispiel Zahnmedizin, Kosmetik, Hygiene usw., die Ihnen aus dem Alltag bekannt sind.

Aerosole sind grobdisperse Systeme, in denen das Dispersionsmedium Luft ist und die dispergierte Phase flüssige Tröpfchen (Wolken, Regenbögen, aus einer Dose abgegebenes Haarspray oder Deodorant) oder Partikel einer festen Substanz (Staubwolke, Tornado) sein kann.

Kolloidale Systeme – in ihnen erreichen die Größen kolloidaler Partikel bis zu 100 nm. Solche Partikel dringen leicht in die Poren von Papierfiltern ein, nicht jedoch in die Poren biologischer Membranen von Pflanzen und Tieren. Da kolloidale Partikel (Mizellen) eine elektrische Ladung und solvatisierte Ionenhüllen haben, wodurch sie in der Schwebe bleiben, kann es sein, dass sie längere Zeit nicht ausfallen. Ein markantes Beispiel für ein kolloidales System sind Lösungen von Gelatine, Albumin, Gummi arabicum und kolloidale Lösungen von Gold und Silber.

Kolloidale Systeme nehmen eine Zwischenstellung zwischen groben Systemen und echten Lösungen ein. Sie sind in der Natur weit verbreitet. Erde, Ton, natürliches Wasser und viele Mineralien, darunter auch einige Edelsteine, sind allesamt kolloidale Systeme.

Es gibt zwei Gruppen kolloidaler Lösungen: flüssig (kolloidale Lösungen – Sole) und gelartig (Gelee – Gele).

Die meisten biologischen Flüssigkeiten der Zelle (das bereits erwähnte Zytoplasma, Kernsaft – Karyoplasma, Inhalt von Vakuolen) und des lebenden Organismus als Ganzes sind kolloidale Lösungen (Sole). Alle lebenswichtigen Prozesse, die in lebenden Organismen ablaufen, sind mit dem kolloidalen Zustand der Materie verbunden. In jeder lebenden Zelle liegen Biopolymere (Nukleinsäuren, Proteine, Glykosaminoglykane, Glykogen) in Form dispergierter Systeme vor.

Gele sind kolloidale Systeme, in denen Partikel der dispergierten Phase eine räumliche Struktur bilden.

Gele können sein: Lebensmittel – Marmelade, Marshmallows, geliertes Fleisch, Gelee; biologisch – Knorpel, Sehnen, Haare, Muskel- und Nervengewebe, Quallenkörper; Kosmetika – Duschgels, Cremes; medizinisch – Medikamente, Salben; Mineral - Perlen, Opal, Karneol, Chalcedon.

Kolloidale Systeme sind für Biologie und Medizin von großer Bedeutung. Die Zusammensetzung jedes lebenden Organismus umfasst feste, flüssige und gasförmige Stoffe, die in einer komplexen Beziehung zur Umwelt stehen. Aus chemischer Sicht ist der Körper als Ganzes eine komplexe Ansammlung vieler kolloidaler Systeme.

Biologische Flüssigkeiten (Blut, Plasma, Lymphe, Liquor usw.) sind kolloidale Systeme, in denen organische Verbindungen wie Proteine, Cholesterin, Glykogen und viele andere in einem kolloidalen Zustand vorliegen. Warum gibt ihm die Natur so viel Vorzug? Diese Eigenschaft ist vor allem darauf zurückzuführen, dass eine Substanz im kolloidalen Zustand eine große Grenzfläche zwischen den Phasen aufweist, was zu besseren Stoffwechselreaktionen beiträgt.

Beispiele für natürliche und künstliche Dispersionssysteme. Mineralien und Gesteine als natürliche Mischungen

Die gesamte Natur, die uns umgibt – tierische und pflanzliche Organismen, die Hydrosphäre und Atmosphäre, die Erdkruste und der Untergrund – ist eine komplexe Ansammlung vieler verschiedener und unterschiedlicher Arten grober und kolloidaler Systeme. Die Wolken unseres Planeten sind die gleichen Lebewesen wie die gesamte Natur, die uns umgibt. Sie sind für die Erde von großer Bedeutung, da sie Informationskanäle sind. Schließlich bestehen Wolken aus der Kapillarsubstanz Wasser, und Wasser ist bekanntlich ein sehr guter Informationsspeicher. Der Wasserkreislauf in der Natur führt dazu, dass sich Informationen über den Zustand des Planeten und die Stimmung der Menschen in der Atmosphäre ansammeln und sich zusammen mit Wolken durch den gesamten Erdraum bewegen. Eine erstaunliche Schöpfung der Natur – Wolken, die den Menschen Freude, ästhetisches Vergnügen und einfach den Wunsch bereiten, manchmal in den Himmel zu schauen.

Nebel kann auch ein Beispiel für ein natürliches Dispersionssystem sein, die Ansammlung von Wasser in der Luft, bei der winzige Kondensationsprodukte von Wasserdampf entstehen (bei einer Lufttemperatur über? 10° - winzige Wassertröpfchen, bei? 10...? 15° - eine Mischung aus Wassertröpfchen und Eiskristallen, bei einer Temperatur unter 15° - Eiskristalle, die in den Sonnenstrahlen oder im Licht von Mond und Laternen funkeln. Die relative Luftfeuchtigkeit liegt bei Nebel normalerweise nahe bei 100 % (mindestens über 85–90 %). Bei starkem Frost (? 30° und darunter) in besiedelten Gebieten, an Bahnhöfen und Flugplätzen kann es jedoch bei jeder relativen Luftfeuchtigkeit (sogar unter 50 %) zu Nebel kommen – aufgrund der Kondensation von Wasserdampf, der bei der Kraftstoffverbrennung entsteht (in Motoren, Öfen usw.) und über Abgasrohre und Schornsteine in die Atmosphäre freigesetzt.

Die kontinuierliche Nebeldauer beträgt in der Regel mehrere Stunden (manchmal eine halbe bis eine Stunde) bis mehrere Tage, insbesondere in der kalten Jahreszeit.

Nebel verhindern den normalen Betrieb aller Transportarten (insbesondere der Luftfahrt), daher sind Nebelprognosen von großer wirtschaftlicher Bedeutung.

Ein Beispiel für ein komplexes Dispersionssystem ist Milch, deren Hauptbestandteile (ohne Wasser) Fett, Kasein und Milchzucker sind. Das Fett liegt in Form einer Emulsion vor und steigt beim Stehenlassen der Milch allmählich nach oben (Sahne). Casein liegt in Form einer kolloidalen Lösung vor und wird nicht spontan freigesetzt, sondern kann beim Ansäuern von Milch, beispielsweise mit Essig, leicht ausfallen (in Form von Hüttenkäse). Unter natürlichen Bedingungen wird Kasein freigesetzt, wenn Milch sauer wird. Schließlich liegt Milchzucker in Form einer molekularen Lösung vor und wird erst freigesetzt, wenn Wasser verdunstet.

Viele Gase, Flüssigkeiten und Feststoffe lösen sich in Wasser. Zucker und Speisesalz lösen sich leicht in Wasser; Kohlendioxid, Ammoniak und viele andere Stoffe gehen beim Zusammenstoß mit Wasser in Lösung und verlieren ihren vorherigen Aggregatzustand. Ein gelöster Stoff kann auf bestimmte Weise aus einer Lösung isoliert werden. Wenn Sie eine Kochsalzlösung verdampfen, bleibt das Salz in Form fester Kristalle zurück.

Beim Lösen von Stoffen in Wasser (oder einem anderen Lösungsmittel) entsteht ein einheitliches (homogenes) System. Somit ist eine Lösung ein homogenes System, das aus zwei oder mehr Komponenten besteht. Lösungen können flüssig, fest und gasförmig sein. ZU flüssige Lösungen Hierzu zählen zum Beispiel eine Lösung von Zucker oder Speisesalz in Wasser, Alkohol in Wasser und dergleichen. Zu den festen Lösungen eines Metalls in einem anderen gehören Legierungen: Messing ist eine Legierung aus Kupfer und Zink, Bronze ist eine Legierung aus Kupfer und Zinn und dergleichen. Ein gasförmiger Stoff ist Luft oder ein beliebiges Gasgemisch.

Kaliningrader Handels- und Wirtschaftshochschule

Zweig des Landeshaushalts

Bildungseinrichtung der höheren Bildung Berufsausbildung

RUSSISCHE AKADEMIE FÜR NATIONALE WIRTSCHAFT UND ÖFFENTLICHEN DIENST

unter dem PRÄSIDENT DER RUSSISCHEN FÖDERATION

Unterstützende Hinweise

Thema: „Verteilte Systeme“

Kaliningrad, 2013

Thema: „Verteilte Systeme“

Dispergierte Systeme sind Systeme, die aus vielen kleinen Partikeln bestehen, die in einem flüssigen, festen oder gasförmigen Medium verteilt sind.

Das verteilte System umfasst zwei obligatorische Komponenten:dispergierte Phase - zerkleinerte SubstanzDispersionsmedium – eine Substanz, in der die dispergierte Phase verteilt ist.
Alle verteilten Systeme zeichnen sich durch zwei Hauptmerkmale aus:

Hohe Streuung.

Heterogenität.

Verteilte Systeme

Fein verteilt

Kolloidale Systeme

Grob verteilt

Echte Sol-Suspensionen

Emulsionsgele

Aerosole

Klassifizierung disperser Systeme

Je nach Aggregatzustand der Phasen

Sowohl das Dispersionsmedium als auch die dispergierte Phase können durch Stoffe in unterschiedlichen Aggregatzuständen – fest, flüssig und gasförmig – dargestellt werden.Abhängig von der Kombination des Aggregatzustands des Dispersionsmediums und der dispergierten Phase können 9 Arten solcher Systeme unterschieden werden.

Haupttypen disperser Systeme

Dispersionsmedium

Nach Partikelgröße

Je nach Ausbreitungsgrad werden Systeme in Typen eingeteilt

Grob dispergiert mit einem Partikelradius von mehr als 100 nm

Kolloidal dispergiert (Sole) mit einer Partikelgröße von 100 nm bis 1 nm.

Molekulare oder ionische Lösungen mit Partikelgrößen unter 1 nm.

Grob verteilte Systeme.

Emulsionen (Sowohl das Medium als auch die Phase sind ineinander unlösliche Flüssigkeiten, in denen eine der Flüssigkeiten in Form von Tröpfchen in der anderen suspendiert ist.) Dies sind Milch, Milch, Farben auf Wasserbasis, Sauerrahm, Mayonnaise, Eiscreme usw.;

Suspensionen (Das Medium ist eine Flüssigkeit und die Phase ist ein darin unlöslicher Feststoff). Dabei handelt es sich um Baulösungen (z. B. „Kalkmilch“ zum Tünchen), in Wasser suspendierten Fluss- und Meeresschlamm sowie pürierte Suppe.

Aerosole - dispergierte Systeme, deren Dispersionsmedium ein Gas ist und deren dispergierte Phase feste Partikel oder Flüssigkeitströpfchen sein können. Unterscheiden Sie zwischen Staub, Rauch und Nebel. Bei den ersten beiden Arten von Aerosolen handelt es sich um Suspensionen fester Partikel im Gas (größere Partikel im Staub), bei letzterer handelt es sich um eine Suspension kleiner Flüssigkeitströpfchen im Gas. Bioaerosole sind Pollen und Pflanzensporen.

Schäume - hochkonzentrierte grobe Systeme, in denen das Dispersionsmedium flüssig und die dispergierte Phase gasförmig ist.

Pulver – Die dispergierte Phase ist ein Feststoff und das Dispersionsmedium ist ein Gas.

Grobdisperse Systeme sind instabil.

Kolloidale Systeme

Kolloidale Systeme - Dies sind dispergierte Systeme, in denen die Phasenpartikelgröße 100 bis 1 nm beträgt. Diese Partikel sind mit bloßem Auge nicht sichtbar und die dispergierte Phase und das Dispersionsmedium lassen sich in solchen Systemen nur schwer durch Absetzen trennen. Sie sind unterteilt inSols (kolloidale Lösungen) undGele(Gelees). 1. Kolloidale Lösungen oderSols . Dabei handelt es sich um den Großteil der Flüssigkeiten einer lebenden Zelle (Zytoplasma, Kernsaft, Inhalt von Organellen und Vakuolen) und des lebenden Organismus als Ganzes (Blut, Lymphe, Gewebsflüssigkeit, Verdauungssäfte). Solche Systeme bilden Klebstoffe, Stärke, Proteine und einige Polymere. Kolloidale Lösungen ähneln im Aussehen echten Lösungen. Sie unterscheiden sich von letzteren durch den „Lichtweg“, der entsteht – ein Kegel, wenn ein Lichtstrahl durch sie hindurchgeht.

Dieses Phänomen wird Tyndall-Effekt genannt. Die Partikel der dispergierten Phase des Sols, die größer sind als in der echten Lösung, reflektieren Licht von ihrer Oberfläche und der Betrachter sieht im Gefäß mit der kolloidalen Lösung einen leuchtenden Kegel. Es entsteht nicht in einer echten Lösung. Einen ähnlichen Effekt kann man in Kinos beobachten, allerdings nur für ein Aerosol und nicht für ein flüssiges Kolloid, wenn ein Lichtstrahl einer Filmkamera durch die Luft des Kinosaals geht. Partikel der dispergierten Phase kolloidaler Lösungen setzen sich aufgrund ständiger Kollisionen mit Lösungsmittelmolekülen aufgrund thermischer Bewegung häufig auch bei längerer Lagerung nicht ab. Aufgrund der gleichnamigen elektrischen Ladung auf ihrer Oberfläche haften sie nicht zusammen, wenn sie sich einander nähern. Unter bestimmten Bedingungen kann es jedoch zu einem Gerinnungsprozess kommen.Koagulation - das Phänomen des Zusammenklebens und Ausfällens kolloidaler Partikel - wird beobachtet, wenn die Ladungen dieser Partikel neutralisiert werden, wenn der kolloidalen Lösung ein Elektrolyt zugesetzt wird. In diesem Fall wird die Lösung zu einer Suspension oder einem Gel. Einige organische Kolloide koagulieren beim Erhitzen (Kleber, Eiweiß) oder wenn sich das Säure-Base-Milieu der Lösung ändert. 2. Gele, oder Gelees, bei denen es sich um gallertartige Sedimente handelt, die bei der Koagulation von Solen entstehen. Dazu gehören eine Vielzahl von Polymergelen, die Ihnen aus der Süßwaren-, Kosmetik- und Medizinbranche bekannt sind (Gelatine, geliertes Fleisch, Gelee, Marmelade, Vogelmilchkuchen) und natürlich eine endlose Vielfalt natürlicher Gele: Mineralien (Opal), Quallen Körper, Knorpel, Sehnen, Haare, Muskel- und Nervengewebe usw. Mit der Zeit wird die Struktur der Gele gestört – Wasser wird aus ihnen freigesetzt. Dieses Phänomen nennt manSynärese.

Lösungen

Lösung ist ein homogenes (homogenes) System bestehend aus Partikeln einer gelösten Substanz, einem Lösungsmittel und den Produkten ihrer WechselwirkungLösungen sind immer einphasig, das heißt, sie sind ein homogenes Gas, eine Flüssigkeit oder ein Feststoff. Dies liegt daran, dass einer der Stoffe in der Masse des anderen in Form von Molekülen, Atomen oder Ionen (Partikelgröße kleiner 1 nm) verteilt ist. Lösungen werden als wahr bezeichnet, wenn der Unterschied zu kolloidalen Lösungen hervorgehoben werden muss.

Tisch

Beispiele für verteilte Systeme

Dispersionsmedium

Fragen zum Selbsttest

Was nennt man ein disperses System, eine Phase, ein Medium?

Wie lässt sich die Dispersität mit der Partikelgröße in Beziehung setzen?

Welche dispersen Systeme werden als kolloidal klassifiziert?

Was ist Gerinnung und welche Faktoren verursachen sie?

Welche praktische Bedeutung hat die Koagulation?

Was ist eine Sperre?

Was sind die Haupteigenschaften von Suspensionen?

Was ist eine Emulsion und wie kann sie gebrochen werden?

Wo werden Aerosole eingesetzt?

Welche Methoden gibt es, Aerosole zu zerstören?

Sicherheitsvorkehrungen beim Arbeiten mit Alkohollampen

Beim Arbeiten mit Alkohollampen müssen Sie die Sicherheitsregeln beachten.

Die Alkohollampe darf nur für den im technischen Datenblatt angegebenen Verwendungszweck verwendet werden.

Tanken Sie die Alkohollampe nicht in der Nähe von Geräten mit offenem Feuer auf.

Füllen Sie die Alkohollampe nicht mit mehr als der Hälfte des Tankinhalts.

Bewegen oder tragen Sie keine Spirituslampe mit brennendem Docht.

Füllen Sie die Alkohollampe nur mit Ethylalkohol.

Löschen Sie die Flamme der Alkohollampe nur mit der Kappe.

Bewahren Sie auf der Werkbank, auf der eine Alkohollampe verwendet wird, keine brennbaren Substanzen und Materialien auf, die sich durch kurzzeitige Einwirkung einer Zündquelle mit geringer Wärmeenergie (Streichholzflamme, Alkohollampe) entzünden können.

Kippen Sie die Spirituslampe beim Arbeiten nicht und verwenden Sie bei Bedarf Spirituslampen, die in geneigter Position betrieben werden (facettierte Spirituslampen).

Wenn eine Spirituslampe umkippt und brennender Alkohol auf den Tisch gelangt, decken Sie die Spirituslampe sofort mit einem dicken Tuch ab und löschen Sie die Flamme gegebenenfalls mit einem Feuerlöscher.

Der Raum, in dem mit Alkohollampen gearbeitet wird, muss mit primären Feuerlöschmitteln ausgestattet sein, beispielsweise einem Pulverfeuerlöscher OP-1 oder OP-2.

Literatur

HÖLLE. Zimon „Unterhaltsame kolloidale Chemie“, Moskau, „Agar“, 2008

AUF DER. Zharkikh „Chemie für Wirtschaftshochschulen“, Rostow am Don, „Phoenix“, 2008

Physikalische und kolloidale Chemie in Gastronomie, Moskau, Alpha - M 2010.

E.A. Arustamov „Nature Management“, Moskau, „Dashkov und K“, 2008.

http://festival.1september.ru/articles/575855/

Dispergierte Systeme und kolloidale chemische Prozesse finden sowohl in der Lebensmittelindustrie als auch in der öffentlichen Gastronomie statt. Kolloidale chemische Prozesse wie Quellung, Auflösung, Gelierung, Aggregation, Koagulation, Ausfällung, Peptisierung, Adsorption liegen der Herstellung vieler Lebensmittel zugrunde: Brühen, Eiscreme, verschiedene Süßwaren, Milchprodukte sowie Bäckerei, Weinherstellung, Brauerei Butter, Margarine, Mayonnaise, Sauerrahm, Sahne, Milch sind komplexe kolloidale Systeme. Kontrolle durchführen technologische Prozesse Für die Lebensmittelproduktion benötigen Wirtschaftsingenieure Kenntnisse über die Eigenschaften verteilter Systeme und ihre grundlegenden Eigenschaften.

Verteilte Systeme sind Systeme, die aus einem Stoff bestehen, der in größere oder kleinere Partikel zerkleinert und in einem anderen Stoff verteilt wird. Die gleiche Substanz kann in unterschiedlichem Fragmentierungsgrad vorliegen: makroskopisch sichtbare Partikel (>0,2–0,1 mm, Augenauflösung), mikroskopisch sichtbare Partikel (von 0,2–0,1 mm bis 400–300 nm*, das Auflösungsvermögen des Mikroskops bei Beleuchtung mit weißes Licht) und im molekularen (oder ionischen) Zustand. Zwischen der Welt der Moleküle und der mikroskopisch sichtbaren Teilchen liegt ein Bereich der Fragmentierung der Materie mit einem Komplex neuer Eigenschaften, die dieser Organisationsform der Materie innewohnen. Solche Partikel, die unter einem optischen Mikroskop unsichtbar sind, werden genannt kolloidal, und der zerkleinerte (dispergierte) Zustand von Stoffen mit Partikelgrößen von 400-300 nm bis 1 nm - kolloidaler Zustand der Substanz.

Dispergierte Systeme bestehen aus einer kontinuierlichen kontinuierlichen Phase - Dispersionsmedium, in dem zerkleinerte Partikel verteilt sind und sich die zerkleinerten Partikel selbst in der einen oder anderen Größe in dieser Umgebung befinden - dispergierte Phase. Dispergierte Systeme sind heterogen, d. h. Sie zeichnen sich durch die Existenz realer physikalischer Phasengrenzflächen zwischen der Dispersionsphase und dem dispergierten Medium aus.

Voraussetzung für den Erhalt dispergierter Systeme ist die gegenseitige Unlöslichkeit von dispergierbarem Stoff und Dispersionsmedium. Beispielsweise ist es unmöglich, kolloidale Lösungen von Zucker oder Speisesalz in Wasser zu erhalten, wohl aber in Kerosin oder Benzol, in denen diese Stoffe praktisch unlöslich sind.

Ein quantitatives Merkmal der Dispersion (Fragmentierung) eines Stoffes ist der Grad der Dispersität (Fragmentierungsgrad, D) – der Kehrwert der Größe (a) dispergierter Partikel:

Hier ist a entweder gleich dem Durchmesser kugelförmiger oder faseriger Partikel oder der Kantenlänge kubischer Partikel oder der Dicke der Filme (Abb. 1). Je kleiner die Partikelgröße, desto größer die Streuung und umgekehrt.

*1 nm (Nanometer) = 10 –6 mm.

Der Stoff, der in kleineren Mengen vorhanden und im Volumen eines anderen verteilt ist, wird als dispergierte Phase bezeichnet. Es kann aus mehreren Stoffen bestehen.

Der in größeren Mengen vorhandene Stoff, in dessen Volumen die dispergierte Phase verteilt ist, wird als Dispersionsmedium bezeichnet. Zwischen ihm und den Partikeln der dispergierten Phase besteht eine Grenzfläche, daher werden dispergierte Systeme als heterogen (inhomogen) bezeichnet.

Sowohl das Dispersionsmedium als auch die dispergierte Phase können durch Stoffe in unterschiedlichen Aggregatzuständen – fest, flüssig und gasförmig – dargestellt werden.

Abhängig von der Kombination des Aggregatzustands des Dispersionsmediums und der dispergierten Phase können 8 Arten solcher Systeme unterschieden werden (Tabelle 11).

Tabelle 11
Beispiele für verteilte Systeme

Schon eine kurze Bekanntschaft mit verteilten Systemen und Lösungen zeigt, wie wichtig sie im Alltag und in der Natur sind (siehe Tabelle 11).

Die Klassifizierung disperser Systeme und Lösungen ist in Schema 2 dargestellt.

Schema 2
Klassifizierung disperser Systeme und Lösungen

Aussetzen

Suspensionen sind dispergierte Systeme, in denen die Phasenpartikelgröße mehr als 100 nm beträgt. Dabei handelt es sich um undurchsichtige Systeme, deren einzelne Partikel mit bloßem Auge erkennbar sind. Die dispergierte Phase und das Dispersionsmedium lassen sich leicht durch Absetzen trennen. Solche Systeme werden in drei Gruppen eingeteilt:

Emulsionen (sowohl das Medium als auch die Phase sind ineinander unlösliche Flüssigkeiten). Dies sind bekannte Milch-, Lymph-, Wasserfarben usw.;
Suspensionen (das Medium ist eine Flüssigkeit und die Phase ist ein darin unlöslicher Feststoff). Dies sind Baulösungen (z. B. „Kalkmilch“ zum Tünchen), im Wasser suspendierter Fluss- und Meeresschlamm, eine lebende Suspension mikroskopisch kleiner lebender Organismen im Meerwasser – Plankton, von dem sich Riesenwale ernähren usw.;
Aerosole sind Suspensionen kleiner Flüssigkeits- oder Feststoffpartikel in einem Gas (z. B. in der Luft). Unterscheiden Sie zwischen Staub, Rauch und Nebel. Bei den ersten beiden Arten von Aerosolen handelt es sich um Suspensionen fester Partikel im Gas (größere Partikel im Staub), bei letzterer handelt es sich um eine Suspension kleiner Flüssigkeitströpfchen im Gas. Zum Beispiel natürliche Aerosole: Nebel, Gewitterwolken – eine Suspension von Wassertröpfchen in der Luft, Rauch – kleine feste Partikel. Und auch der Smog, der über den größten Städten der Welt hängt, ist ein Aerosol mit einer festen und einer flüssigen dispergierten Phase. Bewohner von Siedlungen in der Nähe von Zementfabriken leiden unter dem ständig in der Luft hängenden feinsten Zementstaub, der beim Mahlen von Zementrohstoffen und dem Produkt seiner Verbrennung – Klinker – entsteht. Ähnliche schädliche Aerosole – Staub – sind auch in Städten mit metallurgischer Produktion vorhanden. Rauch aus Fabrikschornsteinen, Smog, winzige Speicheltröpfchen, die aus dem Mund eines Grippepatienten fliegen, und auch gesundheitsschädliche Aerosole.

Aerosole spielen in der Natur, im Alltag und in der menschlichen Produktion eine wichtige Rolle. Wolkenansammlungen, chemische Behandlung von Feldern, Sprühfarbenauftrag, Kraftstoffzerstäubung, Milchpulverherstellung und Atemwegsbehandlung (Inhalation) sind Beispiele für Phänomene und Prozesse, bei denen Aerosole Vorteile bieten.

Aerosole sind Nebel über der Meeresbrandung, in der Nähe von Wasserfällen und Springbrunnen; der darin erscheinende Regenbogen bereitet einem Menschen Freude und ästhetisches Vergnügen.

Für die Chemie sind disperse Systeme, in denen Wasser das Medium ist, von größter Bedeutung.

Kolloidale Systeme

Kolloidale Systeme sind dispergierte Systeme, in denen die Phasenpartikelgröße 100 bis 1 nm beträgt. Diese Partikel sind mit bloßem Auge nicht sichtbar und die dispergierte Phase und das Dispersionsmedium lassen sich in solchen Systemen nur schwer durch Absetzen trennen.

Sie werden in Sole (kolloidale Lösungen) und Gele (Gelee) unterteilt.

1. Kolloidale Lösungen, oder Sols. Dabei handelt es sich um den Großteil der Flüssigkeiten einer lebenden Zelle (Zytoplasma, Kernsaft – Karyoplasma, Inhalt von Organellen und Vakuolen) und des lebenden Organismus als Ganzes (Blut, Lymphe, Gewebeflüssigkeit, Verdauungssäfte, Humoralflüssigkeiten usw.). Solche Systeme bilden Klebstoffe, Stärke, Proteine und einige Polymere.

Durch chemische Reaktionen können kolloidale Lösungen gewonnen werden; Wenn beispielsweise Lösungen von Kalium- oder Natriumsilikaten („lösliches Glas“) mit sauren Lösungen reagieren, entsteht eine kolloidale Lösung von Kieselsäure. Auch bei der Hydrolyse von Eisen(III)-chlorid in heißem Wasser entsteht ein Sol. Kolloidale Lösungen ähneln im Aussehen echten Lösungen. Sie unterscheiden sich von letzteren durch den „Lichtweg“, der entsteht – ein Kegel, wenn ein Lichtstrahl durch sie hindurchgeht. Dieses Phänomen wird Tyndall-Effekt genannt. Die Partikel der dispergierten Phase des Sols, die größer sind als in der echten Lösung, reflektieren Licht von ihrer Oberfläche und der Betrachter sieht im Gefäß mit der kolloidalen Lösung einen leuchtenden Kegel. Es entsteht nicht in einer echten Lösung. Einen ähnlichen Effekt kann man in Kinos beobachten, allerdings nur für ein Aerosol und nicht für ein flüssiges Kolloid, wenn ein Lichtstrahl einer Filmkamera durch die Luft des Kinosaals geht.

Koagulation- das Phänomen des Zusammenklebens und Ausfällens kolloidaler Partikel - wird beobachtet, wenn die Ladungen dieser Partikel neutralisiert werden, wenn der kolloidalen Lösung ein Elektrolyt zugesetzt wird. In diesem Fall wird die Lösung zu einer Suspension oder einem Gel. Einige organische Kolloide koagulieren beim Erhitzen (Kleber, Eiweiß) oder wenn sich das Säure-Base-Milieu der Lösung ändert.

2. Die zweite Untergruppe kolloidaler Systeme ist Gele, oder Gelees y stellen gallertartige Sedimente dar, die bei der Koagulation von Solen entstehen. Dazu gehören eine Vielzahl von Polymergelen, die Ihnen aus der Süßwaren-, Kosmetik- und Medizinbranche bekannt sind (Gelatine, Aspik, Gelee, Marmelade, Vogelmilch-Soufflé-Kuchen) und natürlich eine endlose Vielfalt natürlicher Gele: Mineralien (Opal), Quallen Körper, Knorpel, Sehnen, Haare, Muskel- und Nervengewebe usw. Die Geschichte der Entwicklung des Lebens auf der Erde kann gleichzeitig als Geschichte der Entwicklung des kolloidalen Zustands der Materie betrachtet werden. Mit der Zeit wird die Struktur der Gele zerstört und Wasser wird aus ihnen freigesetzt. Dieses Phänomen wird Synärese genannt.