Номер 3, страница 102 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 3. Дисперсные системы и растворы. Параграф 14. Грубодисперсные системы - номер 3, страница 102.

Условие.

3. Дайте характеристику суспензий как дисперсных систем. Что такое седиментация? От каких факторов зависит скорость седиментации? Приведите примеры природных и искусственных суспензий.

Решение.

Решение 2.

Дайте характеристику суспензий как дисперсных систем.

Суспензии — это гетерогенные (неоднородные) дисперсные системы, в которых дисперсной фазой являются твердые частицы, а дисперсионной средой — жидкость. Они обладают следующими характеристиками:

• Классификация: Суспензии относятся к грубодисперсным системам, так как размер частиц дисперсной фазы превышает 100 нм ($10^{-7}$ м).
• Устойчивость: Они являются кинетически неустойчивыми. Под действием силы тяжести частицы дисперсной фазы оседают (седиментируют) или всплывают, что приводит к расслоению системы.
• Внешний вид: Из-за крупного размера частиц суспензии непрозрачны и мутны, так как частицы рассеивают или поглощают свет.
• Разделение фаз: Дисперсную фазу легко отделить от дисперсионной среды методами фильтрования или отстаивания (декантации).

Ответ: Суспензии — это кинетически неустойчивые грубодисперсные системы, состоящие из твердых частиц, распределенных в жидкой среде. Они непрозрачны, и их компоненты легко разделяются физическими методами.

Что такое седиментация?

Седиментация — это процесс оседания (осаждения) частиц дисперсной фазы в жидкости или газе под действием силы тяжести или центробежных сил. Этот процесс характерен для неустойчивых дисперсных систем, таких как суспензии, где плотность частиц больше плотности среды. В результате седиментации на дне емкости образуется осадок (седимент). Если частицы имеют плотность меньше, чем среда, происходит обратный процесс — всплывание.

Ответ: Седиментация — это оседание частиц твердой фазы в жидкой или газообразной среде под действием силы тяжести.

От каких факторов зависит скорость седиментации?

Скорость седиментации сферических частиц в вязкой среде при ламинарном режиме течения описывается законом Стокса:

$v = \frac{2}{9} \frac{r^2 (\rho_p - \rho_f) g}{\eta}$

где $\text{v}$ — скорость седиментации, $\text{r}$ — радиус частиц, $\rho_p$ — плотность частиц, $\rho_f$ — плотность среды, $\text{g}$ — ускорение свободного падения, $\eta$ — динамическая вязкость среды.

Исходя из этой формулы, скорость седиментации зависит от следующих факторов:

• Размер частиц: Скорость прямо пропорциональна квадрату радиуса частиц ($v \propto r^2$). Более крупные частицы оседают значительно быстрее.
• Разность плотностей: Скорость прямо пропорциональна разности плотностей частиц и среды ($v \propto (\rho_p - \rho_f)$). Чем больше эта разница, тем быстрее происходит оседание.
• Вязкость среды: Скорость обратно пропорциональна вязкости дисперсионной среды ($v \propto 1/\eta$). В более вязких жидкостях частицы оседают медленнее.
• Ускорение: Скорость прямо пропорциональна ускорению (в поле силы тяжести это $\text{g}$). Применение центрифугирования значительно увеличивает ускорение и, соответственно, скорость седиментации.
• Форма и концентрация частиц: Закон Стокса справедлив для идеализированных условий (сферические частицы, низкая концентрация). В реальных системах форма частиц и их взаимное влияние также сказываются на скорости оседания.

Ответ: Скорость седиментации зависит от размера и плотности частиц, плотности и вязкости среды, а также от ускорения, действующего на частицы (например, ускорения свободного падения).

Приведите примеры природных и искусственных суспензий.

Природные суспензии:

• Мутная речная вода (взвесь частиц ила, глины и песка в воде).
• Кровь (взвесь форменных элементов: эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов в плазме).
• Морская вода с планктоном и частицами детрита.
• Вулканический пепел, поднятый в атмосферу.

Искусственные суспензии:

• Строительные растворы (цементная или бетонная смесь).
• Краски (например, водоэмульсионные, где пигменты и наполнители взвешены в воде).
• Известковое молоко (взвесь гидроксида кальция $Ca(OH)_2$ в воде).
• Многие лекарственные препараты (сиропы, микстуры с нерастворимыми активными веществами).
• Зубная паста (абразивные частицы в гелеобразной среде).

Ответ: Примеры природных суспензий — мутная вода, кровь. Примеры искусственных суспензий — краски, строительные растворы, некоторые лекарства.