Système de dispersion avec milieu de dispersion liquide. Phase dispersée - qu'est-ce que c'est ? Solutions et systèmes colloïdaux

Systèmes dispersés

Les substances pures sont très rares dans la nature. Des mélanges de différentes substances dans différents états d'agrégation peuvent former des systèmes hétérogènes et homogènes - des systèmes et des solutions dispersés.
Dispersé sont appelés systèmes hétérogènes dans lesquels une substance sous forme de très petites particules est uniformément répartie dans le volume d'une autre.
La substance présente en plus petites quantités et distribuée dans le volume d’une autre est appelée phase dispersée . Il peut être constitué de plusieurs substances.
La substance présente en plus grande quantité, dans le volume de laquelle se répartit la phase dispersée, est appelée milieu de dispersion . Il existe une interface entre celui-ci et les particules de la phase dispersée, c'est pourquoi les systèmes dispersés sont appelés hétérogènes (inhomogènes).
Le milieu de dispersion et la phase dispersée peuvent être représentés par des substances dans différents états d'agrégation - solide, liquide et gazeux.
Selon la combinaison de l'état global du milieu de dispersion et de la phase dispersée, 9 types de tels systèmes peuvent être distingués.

En fonction de la granulométrie des substances qui composent la phase dispersée, les systèmes dispersés sont divisés en grossièrement dispersés (suspensions) avec des granulométries supérieures à 100 nm et finement dispersés (solutions colloïdales ou systèmes colloïdaux) avec des granulométries de 100 à 1. n.m. Si la substance est fragmentée en molécules ou en ions de taille inférieure à 1 nm, un système homogène se forme - une solution. Il est uniforme (homogène), il n’y a pas d’interface entre les particules et le milieu.

Une connaissance rapide des systèmes et solutions dispersés montre déjà leur importance dans la vie quotidienne et dans la nature.

Jugez par vous-même : sans le limon du Nil, la grande civilisation de l’Égypte ancienne n’aurait pas eu lieu ; Sans eau, air, roches et minéraux, la planète vivante n’existerait pas du tout – notre maison commune – la Terre ; sans cellules, il n'y aurait pas d'organismes vivants, etc.

Classification des systèmes et solutions dispersés

Suspendre

Suspendre - il s'agit de systèmes dispersés dans lesquels la taille des particules de phase est supérieure à 100 nm. Il s'agit de systèmes opaques dont les particules individuelles sont visibles à l'œil nu. La phase dispersée et le milieu de dispersion se séparent facilement par décantation. Ces systèmes sont divisés en :
1) émulsions (le milieu et la phase sont des liquides insolubles l'un dans l'autre). Ce sont les célèbres peintures à base de lait, de lymphe, d'eau, etc.
2) suspensions (le milieu est un liquide et la phase est un solide insoluble dans celui-ci). Ce sont des mortiers (par exemple, " lait de chaux"pour le blanchiment à la chaux), les limons fluviaux et marins en suspension dans l'eau, une suspension vivante d'organismes vivants microscopiques dans l'eau de mer - le plancton, dont se nourrissent les baleines géantes, etc. ;
3) aérosols - les suspensions dans le gaz (par exemple dans l'air) de petites particules de liquides ou de solides. Faites la distinction entre la poussière, la fumée et le brouillard. Les deux premiers types d'aérosols sont des suspensions de particules solides dans du gaz (particules plus grosses dans la poussière), le second est une suspension de petites gouttelettes de liquide dans du gaz. Par exemple, les aérosols naturels : brouillard, nuages d'orage - une suspension de gouttelettes d'eau dans l'air, fumée - petites particules solides. Et le smog qui plane sur les plus grandes villes du monde est aussi un aérosol avec une phase dispersée solide et liquide. Les habitants des agglomérations proches des cimenteries souffrent de la poussière de ciment la plus fine toujours en suspension dans l'air, qui se forme lors du broyage des matières premières de ciment et du produit de sa cuisson - le clinker. Des aérosols nocifs similaires - la poussière - sont également présents dans les villes où se déroule une production métallurgique. La fumée des cheminées d'usine, le smog, les minuscules gouttelettes de salive sortant de la bouche d'un patient grippé, ainsi que les aérosols nocifs.
Les aérosols jouent un rôle important dans la nature, la vie quotidienne et les activités de production humaine. L'accumulation de nuages, le traitement chimique des champs, l'application de peinture en aérosol, l'atomisation de carburant, la production de lait en poudre et le traitement des voies respiratoires (inhalation) sont des exemples de phénomènes et de processus où les aérosols apportent des avantages. Les aérosols sont des brouillards sur les vagues de la mer, à proximité des cascades et des fontaines : l'arc-en-ciel qui y apparaît procure à une personne joie et plaisir esthétique.
Pour la chimie, les systèmes dispersés dans lesquels le milieu est de l'eau et des solutions liquides sont de la plus haute importance.
L'eau naturelle contient toujours des substances dissoutes. Les solutions aqueuses naturelles participent aux processus de formation du sol et fournissent des nutriments aux plantes. Des processus vitaux complexes se produisant dans le corps humain et animal se produisent également dans les solutions. De nombreux processus technologiques dans l'industrie chimique et autres, par exemple la production d'acides, de métaux, de papier, de soude, d'engrais, se déroulent dans des solutions.

Systèmes colloïdaux

Systèmes colloïdaux - il s'agit de systèmes dispersés dans lesquels la granulométrie de la phase est de 100 à 1 nm. Ces particules ne sont pas visibles à l'oeil nu, et la phase dispersée et le milieu de dispersion dans de tels systèmes sont difficiles à séparer par décantation.
Ils sont divisés en sols (solutions colloïdales) et gels (gelée).
1. Solutions colloïdales, ou sols. Il s'agit de la majorité des fluides d'une cellule vivante (cytoplasme, suc nucléaire - caryoplasme, contenu des organites et vacuoles) et de l'organisme vivant dans son ensemble (sang, lymphe, fluides tissulaires, sucs digestifs, fluides humoraux, etc.). De tels systèmes forment des adhésifs, de l'amidon, des protéines et certains polymères.
Des solutions colloïdales peuvent être obtenues à la suite de réactions chimiques ; par exemple, lorsque des solutions de silicates de potassium ou de sodium (« verre soluble ») réagissent avec des solutions acides, une solution colloïdale d'acide silicique se forme. Un sol se forme également lors de l'hydrolyse du chlorure de fer (III) dans l'eau chaude. Les solutions colloïdales ressemblent en apparence aux vraies solutions. Ils se distinguent de ces derniers par le « chemin lumineux » qui se forme - un cône lorsqu'un faisceau de lumière les traverse.

Ce phénomène est appelé Effet Tyndall . Les particules de la phase dispersée du sol, plus grosses que dans la vraie solution, réfléchissent la lumière de leur surface, et l'observateur voit un cône lumineux dans le récipient contenant la solution colloïdale. Il n’est pas formé dans une vraie solution. Vous pouvez observer un effet similaire, mais uniquement pour un aérosol plutôt que pour un colloïde liquide, dans les cinémas lorsqu'un faisceau de lumière provenant d'une caméra traverse l'air de la salle de cinéma.

Les particules de la phase dispersée des solutions colloïdales ne se déposent souvent pas, même lors d'un stockage à long terme, en raison de collisions continues avec les molécules de solvant dues au mouvement thermique. Ils ne se collent pas lorsqu'ils se rapprochent en raison de la présence de charges électriques du même nom à leur surface. Mais dans certaines conditions, un processus de coagulation peut se produire.

Coagulation - le phénomène de collage et de précipitation des particules colloïdales - s'observe lorsque les charges de ces particules sont neutralisées lorsqu'un électrolyte est ajouté à la solution colloïdale. Dans ce cas, la solution se transforme en suspension ou en gel. Certains colloïdes organiques coagulent lorsqu'ils sont chauffés (colle, blanc d'œuf) ou lorsque l'environnement acido-basique de la solution change.

2. Gels , ou gelées, qui sont des sédiments gélatineux formés lors de la coagulation des sols. Il s'agit notamment d'un grand nombre de gels polymères, si bien connus de vous en confiserie, de gels cosmétiques et médicaux (gélatine, viande en gelée, gelée, marmelade, gâteau au lait d'oiseau) et bien sûr d'une variété infinie de gels naturels : minéraux (opale), méduses. corps, cartilages, tendons, cheveux, tissus musculaires et nerveux, etc. L'histoire du développement de la vie sur Terre peut être considérée simultanément comme l'histoire de l'évolution de l'état colloïdal de la matière. Au fil du temps, la structure des gels est perturbée et de l'eau s'en dégage. Ce phénomène est appelé synérèse .

Solutions

Une solution s'appelle système homogène constitué de deux ou plusieurs substances.
Les solutions sont toujours monophasées, c'est-à-dire qu'elles sont homogènes, gazeuses, liquides ou solides. Cela est dû au fait que l'une des substances est répartie dans la masse de l'autre sous forme de molécules, d'atomes ou d'ions (taille des particules inférieure à 1 nm).
Les solutions sont appelées vrai , si vous souhaitez souligner leur différence avec les solutions colloïdales.
Un solvant est considéré comme une substance dont l’état d’agrégation ne change pas lors de la formation d’une solution. Par exemple, de l'eau dans des solutions aqueuses de sel de table, de sucre, de dioxyde de carbone. Si une solution a été formée en mélangeant un gaz avec un gaz, un liquide avec un liquide et un solide avec un solide, le solvant est considéré comme le composant le plus abondant dans la solution. Ainsi, l'air est une solution d'oxygène, de gaz rares, de dioxyde de carbone dans de l'azote (solvant). Le vinaigre de table, qui contient de 5 à 9 % d'acide acétique, est une solution de cet acide dans l'eau (le solvant est l'eau). Mais dans l'essence acétique, l'acide acétique joue le rôle de solvant, puisque sa fraction massique est de 70 à 80 %, c'est donc une solution d'eau dans l'acide acétique.

Lors de la cristallisation d'un alliage liquide d'argent et d'or, des solutions solides de différentes compositions peuvent être obtenues.
Les solutions sont divisées en :
moléculaire - ce sont des solutions aqueuses de non-électrolytes - substances organiques (alcool, glucose, saccharose, etc.) ;
ion moléculaire- ce sont des solutions d'électrolytes faibles (acides nitreux, hydrosulfurés, etc.) ;
ionique - ce sont des solutions d'électrolytes forts (alcalis, sels, acides - NaOH, K 2 S0 4, HN0 3, HC1O 4).
Auparavant, il y avait deux points de vue sur la nature de la dissolution et des solutions : physique et chimique. Selon le premier, les solutions étaient considérées comme des mélanges mécaniques, selon le second, comme des composés chimiques instables de particules d'une substance dissoute avec de l'eau ou un autre solvant. La dernière théorie a été exprimée en 1887 par D.I. Mendeleev, qui a consacré plus de 40 ans à l'étude des solutions. La chimie moderne considère la dissolution comme un processus physico-chimique et les solutions comme des systèmes physico-chimiques.
Une définition plus précise d’une solution est :
Solution - un système homogène (homogène) constitué de particules d'une substance dissoute, d'un solvant et des produits de leur interaction.

Le comportement et les propriétés des solutions électrolytiques, comme vous le savez bien, sont expliqués par une autre théorie importante de la chimie - la théorie de la dissociation électrolytique, développée par S. Arrhenius, développée et complétée par les étudiants de D. I. Mendeleev, et principalement par I. A. Kablukov.

Questions à consolider :
1. Que sont les systèmes dispersés ?
2. Lorsque la peau est endommagée (plaie), on observe une coagulation du sang - coagulation du sol. Quelle est l’essence de ce processus ? Pourquoi ce phénomène remplit-il une fonction protectrice pour l’organisme ? Quel est le nom d'une maladie dans laquelle la coagulation du sang est difficile ou inexistante ?
3. Parlez-nous de l'importance des divers systèmes dispersés dans la vie quotidienne.
4. Retracez l'évolution des systèmes colloïdaux au cours du développement de la vie sur Terre.

Le milieu de dispersion et la phase dispersée peuvent être composés de substances dans différents états d'agrégation. Selon la combinaison des états du milieu de dispersion et de la phase dispersée, huit types de tels systèmes peuvent être distingués

Classification des systèmes dispersés par état d'agrégation

Milieu dispersif	Phase dispersée	Exemples de certains systèmes de dispersion naturels et domestiques
	Liquide	Brouillard, gaz associé à des gouttelettes d'huile, mélange de carburateur dans les moteurs de voiture (gouttelettes d'essence dans l'air)
Solide	Poussière dans l'air, fumée, smog, simooms (tempêtes de poussière et de sable)
Liquide		Boissons gazeuses, bain moussant
Liquide	Milieux liquides de l'organisme (plasma sanguin, lymphe, sucs digestifs), contenus liquides des cellules (cytoplasme, caryoplasme)
Solide	Kissels, gelées, colles, limons de rivière ou de mer en suspension dans l'eau, mortiers
Solide		Croûte de neige contenant des bulles d'air, terre, tissus, briques et céramiques, caoutchouc mousse, chocolat gazeux, poudres
Liquide	Sol humide, produits médicaux et cosmétiques (pommades, mascara, rouge à lèvres, etc.)
Solide	Roches, verres colorés, certains alliages

En outre, comme élément de classification, nous pouvons distinguer un concept tel que la taille des particules d'un système dispersé :

- Grossièrement dispersés (> 10 microns) : sucre semoule, terre, brouillard, gouttes de pluie, cendres volcaniques, magma, etc.
- Moyen-fin (0,1-10 microns) : érythrocytes du sang humain, E. coli, etc.

gel de suspension en émulsion dispersée

- Très dispersés (1-100 nm) : virus de la grippe, fumées, turbidité des eaux naturelles, sols de substances diverses obtenus artificiellement, solutions aqueuses de polymères naturels (albumine, gélatine, etc.), etc.
- De taille nanométrique (1-10 nm) : molécule de glycogène, pores fins du charbon, sols métalliques obtenus en présence de molécules de substances organiques limitant la croissance des particules, nanotubes de carbone, nanofils magnétiques de fer, nickel, etc.

Systèmes grossièrement dispersés : émulsions, suspensions, aérosols

En fonction de la taille des particules de la substance qui composent la phase dispersée, les systèmes dispersés sont divisés en systèmes grossiers avec des tailles de particules supérieures à 100 nm et finement dispersés avec des tailles de particules allant de 1 à 100 nm. Si la substance est fragmentée en molécules ou en ions de taille inférieure à 1 nm, un système homogène se forme - une solution. La solution est homogène, il n'y a pas d'interface entre les particules et le milieu, et n'appartient donc pas aux systèmes dispersés. Les systèmes grossièrement dispersés sont divisés en trois groupes : émulsions, suspensions et aérosols.

Les émulsions sont des systèmes dispersés avec un milieu de dispersion liquide et une phase liquide dispersée.

Ils peuvent également être divisés en deux groupes : 1) directs - gouttes d'un liquide non polaire dans un environnement polaire (huile dans l'eau) ; 2) marche arrière (eau dans l'huile). Des changements dans la composition des émulsions ou des influences extérieures peuvent conduire à la transformation d'une émulsion directe en une émulsion inverse et vice versa. Les exemples d'émulsions naturelles les plus connues sont le lait (émulsion directe) et l'huile (émulsion inverse). Une émulsion biologique typique est constituée de gouttelettes de graisse dans la lymphe.

Parmi les émulsions connues dans la pratique humaine figurent les fluides de coupe, les matériaux bitumineux, les pesticides, les médicaments et cosmétiques, ainsi que les produits alimentaires. Par exemple, dans la pratique médicale, les émulsions grasses sont largement utilisées pour fournir de l'énergie à un corps affamé ou affaibli par perfusion intraveineuse. Pour obtenir de telles émulsions, on utilise des huiles d'olive, de coton et de soja. En technologie chimique, la polymérisation en émulsion est largement utilisée comme méthode principale pour produire des caoutchoucs, du polystyrène, de l'acétate de polyvinyle, etc. Les suspensions sont des systèmes grossiers avec une phase dispersée solide et un milieu de dispersion liquide.

Habituellement, les particules de la phase dispersée d'une suspension sont si grosses qu'elles se déposent sous l'influence de la gravité - les sédiments. Les systèmes dans lesquels la sédimentation se produit très lentement en raison de la faible différence de densité entre la phase dispersée et le milieu de dispersion sont également appelés suspensions. Les suspensions de construction les plus importantes sont le badigeon (« lait de chaux »), les peintures émaillées et diverses suspensions de construction, par exemple celles appelées « mortier de ciment ». Les suspensions comprennent également des médicaments, par exemple des pommades liquides - liniments. Un groupe spécial est constitué de systèmes grossièrement dispersés, dans lesquels la concentration de la phase dispersée est relativement élevée par rapport à sa faible concentration dans les suspensions. De tels systèmes dispersés sont appelés pâtes. Par exemple, les soins dentaires, cosmétiques, d'hygiène, etc., que vous connaissez bien dans la vie de tous les jours.

Les aérosols sont des systèmes grossièrement dispersés dans lesquels le milieu de dispersion est l'air et la phase dispersée peut être constituée de gouttelettes liquides (nuages, arcs-en-ciel, laque ou déodorant libérés par une canette) ou de particules d'une substance solide (nuage de poussière, tornade).

Systèmes colloïdaux - dans eux, la taille des particules colloïdales atteint jusqu'à 100 nm. De telles particules pénètrent facilement dans les pores des filtres en papier, mais ne pénètrent pas dans les pores des membranes biologiques des plantes et des animaux. Étant donné que les particules colloïdales (micelles) ont une charge électrique et des coques ioniques solvatées, grâce auxquelles elles restent en suspension, elles peuvent ne pas précipiter pendant assez longtemps. Un exemple frappant de système colloïdal sont les solutions de gélatine, d'albumine, de gomme arabique et les solutions colloïdales d'or et d'argent.

Les systèmes colloïdaux occupent une position intermédiaire entre les systèmes grossiers et les vraies solutions. Ils sont répandus dans la nature. Les sols, l'argile, les eaux naturelles, de nombreux minéraux, dont certaines pierres précieuses, sont autant de systèmes colloïdaux.

Il existe deux groupes de solutions colloïdales : liquides (solutions colloïdales - sols) et gélatineuses (gelée - gels).

La plupart des fluides biologiques de la cellule (le cytoplasme déjà mentionné, le suc nucléaire - le caryoplasme, le contenu des vacuoles) et de l'organisme vivant dans son ensemble sont des solutions colloïdales (sols). Tous les processus vitaux qui se produisent dans les organismes vivants sont associés à l'état colloïdal de la matière. Dans chaque cellule vivante, les biopolymères (acides nucléiques, protéines, glycosaminoglycanes, glycogène) se trouvent sous forme de systèmes dispersés.

Les gels sont des systèmes colloïdaux dans lesquels les particules de la phase dispersée forment une structure spatiale.

Les gels peuvent être : de la nourriture - marmelade, guimauves, viande en gelée, gelée ; biologique - cartilage, tendons, cheveux, tissus musculaires et nerveux, corps de méduses ; cosmétiques - gels douche, crèmes ; médical - médicaments, pommades; minéral - perles, opale, cornaline, calcédoine.

Les systèmes colloïdaux revêtent une grande importance pour la biologie et la médecine. La composition de tout organisme vivant comprend des substances solides, liquides et gazeuses qui entretiennent une relation complexe avec l'environnement. D'un point de vue chimique, le corps dans son ensemble est un ensemble complexe de nombreux systèmes colloïdaux.

Les fluides biologiques (sang, plasma, lymphe, liquide céphalo-rachidien, etc.) sont des systèmes colloïdaux dans lesquels des composés organiques tels que les protéines, le cholestérol, le glycogène et bien d'autres sont à l'état colloïdal. Pourquoi la nature lui donne-t-elle une telle préférence ? Cette caractéristique est principalement due au fait qu'une substance à l'état colloïdal présente une grande interface entre les phases, ce qui contribue à de meilleures réactions métaboliques.

Exemples de systèmes dispersés naturels et artificiels. Minéraux et roches sous forme de mélanges naturels

Toute la nature qui nous entoure - les organismes animaux et végétaux, l'hydrosphère et l'atmosphère, la croûte terrestre et le sous-sol sont un ensemble complexe de nombreux types différents et différents de systèmes grossiers et colloïdaux. Les nuages de notre planète sont les mêmes entités vivantes que toute la nature qui nous entoure. Ils sont d'une grande importance pour la Terre, car ce sont des canaux d'information. Après tout, les nuages sont constitués de la substance capillaire de l’eau et l’eau, comme vous le savez, est un très bon moyen de stockage d’informations. Le cycle de l'eau dans la nature conduit au fait que les informations sur l'état de la planète et l'humeur des gens s'accumulent dans l'atmosphère et, avec les nuages, se déplacent dans tout l'espace de la Terre. Une création étonnante de la nature - des nuages, qui donnent aux gens de la joie, du plaisir esthétique et simplement l'envie de regarder parfois le ciel.

Le brouillard peut également être un exemple de système de dispersion naturel, l'accumulation d'eau dans l'air, lorsque de minuscules produits de condensation de vapeur d'eau se forment (à une température de l'air supérieure à ? 10° - de minuscules gouttelettes d'eau, à ? 10..? 15° - un mélange de gouttelettes d'eau et de cristaux de glace, à une température inférieure à 15° - des cristaux de glace scintillant aux rayons du soleil ou à la lumière de la lune et des lanternes). L'humidité relative de l'air pendant les brouillards est généralement proche de 100 % (au moins dépasse 85 à 90 %). Cependant, lors de fortes gelées (? 30° et moins) dans les zones peuplées, dans les gares ferroviaires et les aérodromes, des brouillards peuvent être observés à toute humidité relative de l'air (même inférieure à 50 %) - en raison de la condensation de la vapeur d'eau formée lors de la combustion du carburant. (dans les moteurs, les fours, etc.) et rejetés dans l’atmosphère par les tuyaux d’échappement et les cheminées.

La durée continue des brouillards varie généralement de plusieurs heures (et parfois d'une demi-heure à une heure) à plusieurs jours, notamment pendant la saison froide.

Les brouillards empêchent le fonctionnement normal de tous les types de transport (en particulier l'aviation), c'est pourquoi les prévisions de brouillard revêtent une grande importance économique.

Un exemple de système dispersé complexe est le lait, dont les principaux composants (sans compter l'eau) sont la graisse, la caséine et le sucre du lait. La matière grasse se présente sous forme d'émulsion et lorsque le lait stagne, elle remonte progressivement vers le haut (crème). La caséine est contenue sous forme de solution colloïdale et n'est pas libérée spontanément, mais peut facilement être précipitée (sous forme de fromage blanc) lorsque le lait est acidifié, par exemple avec du vinaigre. Dans des conditions naturelles, la caséine est libérée lorsque le lait tourne. Enfin, le sucre du lait se présente sous la forme d'une solution moléculaire et n'est libéré que lorsque l'eau s'évapore.

De nombreux gaz, liquides et solides se dissolvent dans l'eau. Le sucre et le sel de table se dissolvent facilement dans l'eau ; le dioxyde de carbone, l'ammoniac et de nombreuses autres substances, lorsqu'ils entrent en collision avec l'eau, se dissolvent et perdent leur état d'agrégation antérieur. Un soluté peut être isolé d’une solution d’une certaine manière. Si vous évaporez une solution de sel de table, le sel reste sous forme de cristaux solides.

Lorsque des substances sont dissoutes dans l’eau (ou un autre solvant), un système uniforme (homogène) se forme. Ainsi, une solution est un système homogène composé de deux ou plusieurs composants. Les solutions peuvent être liquides, solides et gazeuses. À solutions liquides inclure, par exemple, une solution de sucre ou de sel de table dans l'eau, d'alcool dans l'eau, etc. Les solutions solides d'un métal dans un autre incluent les alliages : le laiton est un alliage de cuivre et de zinc, le bronze est un alliage de cuivre et d'étain, etc. Une substance gazeuse est de l'air ou tout mélange de gaz.

COLLÈGE COMMERCIAL ET ÉCONOMIQUE DE KALININGRAD

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Notes à l'appui

Thème : « Systèmes dispersés »

Kaliningrad, 2013

Thème : « Systèmes dispersés »

Les systèmes dispersés sont des systèmes constitués de nombreuses petites particules réparties dans un milieu liquide, solide ou gazeux.

Le système dispersé comprend deux composantes obligatoires :phase dispersée - substance broyéemilieu de dispersion – une substance dans laquelle la phase dispersée est distribuée.
Tous les systèmes dispersés se caractérisent par deux caractéristiques principales :

Haute dispersion.

Hétérogénéité.

Systèmes dispersés

Finement dispersé

Systèmes colloïdaux

Grossièrement dispersé

Suspensions True Sol

Gels émulsions

Aérosols

Classification des systèmes dispersés

Selon l'état d'agrégation des phases

Le milieu de dispersion et la phase dispersée peuvent être représentés par des substances dans différents états d'agrégation - solide, liquide et gazeux.Selon la combinaison de l'état global du milieu de dispersion et de la phase dispersée, 9 types de tels systèmes peuvent être distingués.

Principaux types de systèmes dispersés

Milieu dispersif

Par taille de particule

Selon le degré de dispersion, les systèmes sont divisés en types

Grossièrement dispersé avec un rayon de particule de plus de 100 nm

Dispersés colloïdaux (sols) avec une taille de particules de 100 nm à 1 nm.

Solutions moléculaires ou ioniques dont la taille des particules est inférieure à 1 nm.

Systèmes dispersés grossiers.

Émulsions (le milieu et la phase sont des liquides insolubles l'un dans l'autre, dans lesquels l'un des liquides est en suspension dans l'autre sous forme de gouttelettes). Il s'agit de lait, de lymphe, de peintures à l'eau, de crème sure, de mayonnaise, de glace, etc.

Suspensions (le milieu est un liquide et la phase est un solide insoluble dans celui-ci). Il s'agit de solutions de construction (par exemple, le « lait de chaux » pour blanchir à la chaux), de limons fluviaux et marins en suspension dans l'eau et de soupe en purée.

Aérosols - les systèmes dispersés dont le milieu de dispersion est un gaz, et la phase dispersée peut être des particules solides ou des gouttelettes liquides. Faites la distinction entre la poussière, la fumée et le brouillard. Les deux premiers types d'aérosols sont des suspensions de particules solides dans du gaz (particules plus grosses dans la poussière), le second est une suspension de petites gouttelettes de liquide dans du gaz. Les bioaérosols sont du pollen et des spores de plantes.

Mousses - systèmes grossiers très concentrés dans lesquels le milieu de dispersion est liquide et la phase dispersée est gazeuse.

Poudres – la phase dispersée est un solide et le milieu de dispersion est un gaz.

Les systèmes grossièrement dispersés sont instables.

Systèmes colloïdaux

Systèmes colloïdaux - il s'agit de systèmes dispersés dans lesquels la granulométrie de la phase est de 100 à 1 nm. Ces particules ne sont pas visibles à l'oeil nu, et la phase dispersée et le milieu de dispersion dans de tels systèmes sont difficiles à séparer par décantation. Ils sont divisés ensols (solutions colloïdales) etgels(gelées). 1. Solutions colloïdales, ousols . Il s'agit de la majorité des fluides d'une cellule vivante (cytoplasme, suc nucléaire, contenu des organites et vacuoles) et de l'organisme vivant dans son ensemble (sang, lymphe, fluide tissulaire, sucs digestifs). De tels systèmes forment des adhésifs, de l'amidon, des protéines et certains polymères. Les solutions colloïdales ressemblent en apparence aux vraies solutions. Ils se distinguent de ces derniers par le « chemin lumineux » qui se forme - un cône lorsqu'un faisceau de lumière les traverse.

Ce phénomène est appelé effet Tyndall. Les particules de la phase dispersée du sol, plus grosses que dans la vraie solution, réfléchissent la lumière de leur surface, et l'observateur voit un cône lumineux dans le récipient contenant la solution colloïdale. Il n’est pas formé dans une vraie solution. Vous pouvez observer un effet similaire, mais uniquement pour un aérosol plutôt que pour un colloïde liquide, dans les cinémas lorsqu'un faisceau de lumière provenant d'une caméra traverse l'air de la salle de cinéma. Les particules de la phase dispersée des solutions colloïdales ne se déposent souvent pas, même lors d'un stockage à long terme, en raison de collisions continues avec les molécules de solvant dues au mouvement thermique. Ils ne se collent pas lorsqu'ils se rapprochent en raison de la présence de charges électriques du même nom à leur surface. Mais dans certaines conditions, un processus de coagulation peut se produire.Coagulation - le phénomène de collage et de précipitation des particules colloïdales - s'observe lorsque les charges de ces particules sont neutralisées lorsqu'un électrolyte est ajouté à la solution colloïdale. Dans ce cas, la solution se transforme en suspension ou en gel. Certains colloïdes organiques coagulent lorsqu'ils sont chauffés (colle, blanc d'œuf) ou lorsque l'environnement acido-basique de la solution change. 2. Gels, ou les gelées, qui sont des sédiments gélatineux formés lors de la coagulation des sols. Il s'agit notamment d'un grand nombre de gels polymères, si bien connus de vous en confiserie, de gels cosmétiques et médicaux (gélatine, viande en gelée, gelée, marmelade, gâteau au lait d'oiseau) et bien sûr d'une variété infinie de gels naturels : minéraux (opale), méduses. corps, cartilage , tendons, cheveux, tissus musculaires et nerveux, etc. Au fil du temps, la structure des gels est perturbée - de l'eau en est libérée. Ce phénomène est appelésynérèse.

Solutions

La solution est un système homogène (homogène) constitué de particules d'une substance dissoute, d'un solvant et des produits de leur interactionLes solutions sont toujours monophasées, c'est-à-dire qu'elles sont homogènes, gazeuses, liquides ou solides. Cela est dû au fait que l'une des substances est répartie dans la masse de l'autre sous forme de molécules, d'atomes ou d'ions (taille des particules inférieure à 1 nm). Les solutions sont dites vraies s'il est nécessaire de souligner leur différence avec les solutions colloïdales.

Tableau

Exemples de systèmes dispersés

Milieu dispersif

Questions d'auto-test

Qu'appelle-t-on un système dispersé, une phase, un milieu ?

Comment relier la dispersité à la taille des particules ?

Quels systèmes dispersés sont classés comme colloïdaux ?

Qu'est-ce que la coagulation et quels facteurs la provoquent ?

Quelle est l’importance pratique de la coagulation ?

Qu'est-ce qu'une suspension ?

Quelles sont les principales propriétés des suspensions ?

Qu'est-ce qu'une émulsion et comment peut-on la briser ?

Où sont utilisés les aérosols ?

Quelles méthodes existent pour détruire les aérosols ?

Précautions de sécurité lorsque vous travaillez avec des lampes à alcool

Lorsque vous travaillez avec des lampes à alcool, vous devez suivre les règles de sécurité.

Il est nécessaire d'utiliser la lampe à alcool uniquement pour l'usage prévu spécifié dans sa fiche technique.

Ne faites pas le plein de la lampe à alcool à proximité d'appareils à flamme nue.

Ne remplissez pas la lampe à alcool avec du carburant à plus de la moitié de la capacité du réservoir.

Ne déplacez pas et ne transportez pas une lampe à alcool avec une mèche allumée.

Remplissez la lampe à alcool uniquement avec de l'alcool éthylique.

Éteignez la flamme de la lampe à alcool uniquement avec le capuchon.

Ne conservez pas de substances inflammables ni de matériaux susceptibles de s'enflammer suite à une exposition à court terme à une source d'inflammation à faible énergie thermique (flamme d'allumette, lampe à alcool) sur l'établi où une lampe à alcool est utilisée.

Pendant le travail, n'inclinez pas la lampe à alcool et, si nécessaire, utilisez des lampes à alcool fonctionnant en position inclinée (lampes à alcool à facettes).

Si une lampe à alcool se renverse et que de l'alcool brûlant se répand sur la table, couvrez immédiatement la lampe à alcool avec un chiffon épais et, si nécessaire, utilisez un extincteur pour éteindre la flamme.

Le local dans lequel s'effectuent les travaux avec des lampes à alcool doit être équipé de moyens d'extinction primaires, par exemple un extincteur à poudre OP-1 ou OP-2.

Littérature

ENFER. Zimon « Chimie colloïdale divertissante », Moscou, « Agar », 2008

SUR LE. Zharkikh « Chimie pour les collèges économiques », Rostov-sur-le-Don, « Phoenix », 2008

Chimie physique et colloïdale en restauration, Moscou, Alpha-M 2010.

E.A. Arustamov « Nature Management », Moscou, « Dashkov et K », 2008.

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

Les systèmes dispersés et les processus chimiques colloïdaux ont lieu aussi bien dans l'industrie alimentaire que dans la restauration collective. Les processus chimiques colloïdaux, tels que le gonflement, la dissolution, la gélification, l'agrégation, la coagulation, la précipitation, la peptisation, l'adsorption, sont à la base de la production de nombreux produits alimentaires : bouillons, glaces, divers produits de confiserie, produits laitiers, ainsi que boulangerie, vinification, brasserie. Le beurre, la margarine, la mayonnaise, la crème sure, la crème et le lait sont des systèmes colloïdaux complexes. Pour effectuer un contrôle processus technologiques production alimentaire, les ingénieurs économistes ont besoin de connaître les caractéristiques des systèmes dispersés et leurs propriétés fondamentales.

Systèmes dispersés sont des systèmes constitués d'une substance, broyée en particules de plus ou moins grande taille et distribuée dans une autre substance. La même substance peut être à différents degrés de fragmentation : particules macroscopiquement visibles (>0,2-0,1 mm, résolution de l'œil), particules microscopiquement visibles (de 0,2-0,1 mm à 400-300 nm* , pouvoir de résolution du microscope lorsqu'il est éclairé avec lumière blanche) et à l'état moléculaire (ou ionique). Entre le monde des molécules et des particules visibles au microscope, il existe une région de fragmentation de la matière avec un complexe de nouvelles propriétés inhérentes à cette forme d'organisation de la matière. De telles particules, invisibles au microscope optique, sont appelées colloïdal, et l'état broyé (dispersé) de substances dont la taille des particules est comprise entre 400 et 300 nm à 1 nm - état colloïdal de la substance.

Les systèmes dispersés sont constitués d'une phase continue et continue - milieu de dispersion, dans lequel sont distribuées les particules broyées, et les particules broyées elles-mêmes d'une taille ou d'une autre forme situées dans cet environnement - phase dispersée. Les systèmes dispersés sont hétérogènes, c'est-à-dire ils se caractérisent par l'existence de véritables interfaces de phases physiques entre la phase de dispersion et le milieu dispersé.

Une condition préalable à l'obtention de systèmes dispersés est l'insolubilité mutuelle de la substance dispersable et du milieu de dispersion. Par exemple, il est impossible d'obtenir des solutions colloïdales de sucre ou de sel de table dans l'eau, mais elles peuvent être obtenues dans du kérosène ou du benzène, dans lesquels ces substances sont pratiquement insolubles.

Une caractéristique quantitative de la dispersion (fragmentation) d'une substance est le degré de dispersité (degré de fragmentation, D) - l'inverse de la taille (a) des particules dispersées :

Ici, a est égal soit au diamètre des particules sphériques ou fibreuses, soit à la longueur du bord des particules cubiques, soit à l'épaisseur des films (Fig. 1). Plus la taille des particules est petite, plus la dispersion est importante et vice versa.

*1 nm (nanomètre) = 10 –6 mm.

La substance présente en plus petites quantités et distribuée dans le volume d’une autre est appelée phase dispersée. Il peut être constitué de plusieurs substances.

La substance présente en plus grande quantité, dans le volume de laquelle se répartit la phase dispersée, est appelée milieu de dispersion. Il existe une interface entre celui-ci et les particules de la phase dispersée, c'est pourquoi les systèmes dispersés sont appelés hétérogènes (inhomogènes).

Le milieu de dispersion et la phase dispersée peuvent être représentés par des substances dans différents états d'agrégation - solide, liquide et gazeux.

Selon la combinaison de l'état agrégé du milieu de dispersion et de la phase dispersée, 8 types de tels systèmes peuvent être distingués (Tableau 11).

Tableau 11
Exemples de systèmes dispersés

En fonction de la granulométrie des substances qui composent la phase dispersée, les systèmes dispersés sont divisés en grossièrement dispersés (suspensions) avec des granulométries supérieures à 100 nm et finement dispersés (solutions colloïdales ou systèmes colloïdaux) avec des granulométries de 100 à 1. n.m. Si la substance est fragmentée en molécules ou en ions de taille inférieure à 1 nm, un système homogène se forme - une solution. Elle est uniforme (homogène), il n'y a pas d'interface entre les particules de la phase dispersée et le milieu.

Même une connaissance rapide des systèmes et solutions dispersés montre à quel point ils sont importants dans la vie quotidienne et dans la nature (voir tableau 11).

La classification des systèmes et solutions dispersés est présentée dans le schéma 2.

Schéma 2
Classification des systèmes et solutions dispersés

Suspendre

Les suspensions sont des systèmes dispersés dans lesquels la taille des particules de phase est supérieure à 100 nm. Il s'agit de systèmes opaques dont les particules individuelles sont visibles à l'œil nu. La phase dispersée et le milieu de dispersion se séparent facilement par décantation. Ces systèmes sont divisés en trois groupes :

émulsions (le milieu et la phase sont des liquides insolubles l'un dans l'autre). Ce sont les célèbres peintures à base de lait, de lymphe, d'eau, etc.
suspensions (le milieu est un liquide et la phase est un solide insoluble dans celui-ci). Il s'agit de solutions de construction (par exemple, le « lait de chaux » pour le blanchiment), de limons fluviaux et marins en suspension dans l'eau, d'une suspension vivante d'organismes vivants microscopiques dans l'eau de mer - le plancton, dont se nourrissent les baleines géantes, etc.
les aérosols sont des suspensions dans un gaz (par exemple dans l'air) de petites particules de liquides ou de solides. Faites la distinction entre la poussière, la fumée et le brouillard. Les deux premiers types d'aérosols sont des suspensions de particules solides dans du gaz (particules plus grosses dans la poussière), le second est une suspension de petites gouttelettes de liquide dans du gaz. Par exemple, les aérosols naturels : brouillard, nuages d'orage - une suspension de gouttelettes d'eau dans l'air, fumée - petites particules solides. Et le smog qui plane sur les plus grandes villes du monde est aussi un aérosol avec une phase dispersée solide et liquide. Les habitants des agglomérations proches des cimenteries souffrent de la poussière de ciment la plus fine toujours en suspension dans l'air, qui se forme lors du broyage des matières premières de ciment et du produit de sa cuisson - le clinker. Des aérosols nocifs similaires - la poussière - sont également présents dans les villes où se déroule une production métallurgique. La fumée des cheminées d'usine, le smog, les minuscules gouttelettes de salive sortant de la bouche d'un patient grippé, ainsi que les aérosols nocifs.

Les aérosols jouent un rôle important dans la nature, la vie quotidienne et les activités de production humaine. L'accumulation de nuages, le traitement chimique des champs, l'application de peinture en aérosol, l'atomisation de carburant, la production de lait en poudre et le traitement respiratoire (inhalation) sont des exemples de phénomènes et de processus où les aérosols apportent des avantages.

Les aérosols sont des brouillards sur les vagues de la mer, à proximité des cascades et des fontaines : l'arc-en-ciel qui y apparaît procure à une personne joie et plaisir esthétique.

Pour la chimie, les systèmes dispersés dans lesquels l'eau est le milieu sont de la plus haute importance.

Systèmes colloïdaux

Les systèmes colloïdaux sont des systèmes dispersés dans lesquels la taille des particules de phase est comprise entre 100 et 1 nm. Ces particules ne sont pas visibles à l'oeil nu, et la phase dispersée et le milieu de dispersion dans de tels systèmes sont difficiles à séparer par décantation.

Ils sont divisés en sols (solutions colloïdales) et gels (gelée).

1. Solutions colloïdales, ou sols. Il s'agit de la majorité des fluides d'une cellule vivante (cytoplasme, suc nucléaire - caryoplasme, contenu des organites et vacuoles) et de l'organisme vivant dans son ensemble (sang, lymphe, fluides tissulaires, sucs digestifs, fluides humoraux, etc.). De tels systèmes forment des adhésifs, de l'amidon, des protéines et certains polymères.

Des solutions colloïdales peuvent être obtenues à la suite de réactions chimiques ; par exemple, lorsque des solutions de silicates de potassium ou de sodium (« verre soluble ») réagissent avec des solutions acides, une solution colloïdale d'acide silicique se forme. Un sol se forme également lors de l'hydrolyse du chlorure de fer (III) dans l'eau chaude. Les solutions colloïdales ressemblent en apparence aux vraies solutions. Ils se distinguent de ces derniers par le « chemin lumineux » qui se forme - un cône lorsqu'un faisceau de lumière les traverse. Ce phénomène est appelé effet Tyndall. Les particules de la phase dispersée du sol, plus grosses que dans la vraie solution, réfléchissent la lumière de leur surface, et l'observateur voit un cône lumineux dans le récipient contenant la solution colloïdale. Il n’est pas formé dans une vraie solution. Vous pouvez observer un effet similaire, mais uniquement pour un aérosol plutôt que pour un colloïde liquide, dans les cinémas lorsqu'un faisceau de lumière provenant d'une caméra traverse l'air de la salle de cinéma.

Coagulation- le phénomène de collage et de précipitation des particules colloïdales - s'observe lorsque les charges de ces particules sont neutralisées lorsqu'un électrolyte est ajouté à la solution colloïdale. Dans ce cas, la solution se transforme en suspension ou en gel. Certains colloïdes organiques coagulent lorsqu'ils sont chauffés (colle, blanc d'œuf) ou lorsque l'environnement acido-basique de la solution change.

2. Le deuxième sous-groupe de systèmes colloïdaux est gels, ou gelées y représentant des sédiments gélatineux formés lors de la coagulation des sols. Il s'agit notamment d'un grand nombre de gels polymères, si bien connus de vous en confiserie, de gels cosmétiques et médicaux (gélatine, aspic, gelée, marmelade, gâteau soufflé au lait d'oiseau) et bien sûr d'une variété infinie de gels naturels : minéraux (opale), méduses. corps, cartilages, tendons, cheveux, tissus musculaires et nerveux, etc. L'histoire du développement de la vie sur Terre peut être simultanément considérée comme l'histoire de l'évolution de l'état colloïdal de la matière. Au fil du temps, la structure des gels est perturbée et de l'eau s'en dégage. Ce phénomène est appelé synérèse.