Номер 2, страница 108 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 3. Дисперсные системы и растворы. Параграф 15. Тонкодисперсные системы - номер 2, страница 108.

Условие.

2. Расскажите о способах получения и свойствах тонкодисперсных систем. Приведите примеры.

Решение.

Решение 2.

Способы получения

Все методы получения тонкодисперсных (коллоидных) систем можно разделить на две большие группы: диспергационные и конденсационные.

1. Диспергационные методы
Эти методы основаны на измельчении более крупных частиц до коллоидных размеров (обычно от 1 до 1000 нм).
- Механическое диспергирование: тонкое измельчение твердых тел или жидкостей в специальных коллоидных мельницах, гомогенизаторах, а также с помощью ультразвука.
- Электрическое диспергирование (метод Бредига): получение золей металлов (золото, платина) с помощью вольтовой дуги между металлическими электродами, погруженными в жидкую среду.
- Химическое диспергирование (пептизация): перевод свежеосажденного осадка в состояние золя под действием небольшого количества электролита-пептизатора. Ионы пептизатора адсорбируются на поверхности частиц, сообщая им одноименный заряд и вызывая их взаимное отталкивание.

2. Конденсационные методы
Эти методы основаны на объединении (конденсации) более мелких частиц (молекул, атомов, ионов) в агрегаты коллоидных размеров. Процесс происходит из пересыщенных растворов или паров.
- Физическая конденсация: происходит в результате изменения физических условий. Например, при замене растворителя (получение золя серы при добавлении ее спиртового раствора к воде) или при конденсации пара (образование тумана).
- Химическая конденсация: коллоидные частицы образуются в результате химических реакций, приводящих к образованию нерастворимого вещества. Примерами могут служить:
• Реакции восстановления: получение золей металлов, например, золота.
• Реакции окисления: получение золя серы при пропускании сероводорода через раствор сернистой кислоты.
• Реакции гидролиза: получение золей гидроксидов металлов, например, гидроксида железа(III): $FeCl_3 + 3H_2O \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow + 3HCl$.
• Реакции обмена: получение золей нерастворимых солей, например, иодида серебра: $AgNO_3 + KI \rightarrow AgI\downarrow + KNO_3$.

Ответ: Способы получения тонкодисперсных систем делятся на диспергационные (измельчение крупных частиц механическим, электрическим или химическим путем) и конденсационные (укрупнение молекул или ионов в результате физических процессов или химических реакций).

Свойства

Тонкодисперсные системы обладают комплексом специфических свойств, отличающих их от истинных растворов и грубодисперсных систем.

• Гетерогенность и высокая дисперсность: Системы являются гетерогенными, то есть состоят из дисперсной фазы и дисперсионной среды с четкой границей раздела между ними. Благодаря малым размерам частиц они обладают огромной удельной поверхностью.

• Молекулярно-кинетические свойства:
- Броуновское движение: Частицы дисперсной фазы находятся в непрерывном хаотическом тепловом движении из-за неуравновешенных ударов молекул среды. Это движение препятствует их седиментации (оседанию).
- Диффузия: Частицы способны самопроизвольно перемещаться из области с большей концентрацией в область с меньшей, но значительно медленнее, чем в истинных растворах.
- Осмотическое давление: Осмотическое давление коллоидных растворов очень мало из-за большого размера и, следовательно, малого числа частиц.

• Оптические свойства:
- Эффект Тиндаля: Рассеяние света коллоидными частицами, в результате чего путь светового луча в системе становится видимым в виде светящегося конуса. Истинные растворы этим свойством не обладают.
- Опалесценция: Свечение системы в проходящем и отраженном свете, часто с преобладанием синеватых оттенков в рассеянном свете.
- Окраска: Цвет системы зависит от размера, формы и природы частиц.

• Электрические свойства:
- Наличие заряда: Коллоидные частицы, как правило, несут на своей поверхности электрический заряд, возникающий в результате избирательной адсорбции ионов из раствора. Этот заряд является ключевым фактором их устойчивости.
- Электрофорез: Направленное движение заряженных частиц дисперсной фазы в постоянном электрическом поле к электроду с противоположным знаком заряда.

• Агрегативная устойчивость и коагуляция:
- Устойчивость: Способность системы сохранять неизменными размеры частиц и их равномерное распределение в объеме. Обеспечивается наличием заряда и сольватных (гидратных) оболочек вокруг частиц.
- Коагуляция: Процесс слипания (агрегации) частиц с образованием более крупных агрегатов, что приводит к разрушению системы (выпадению осадка или расслоению). Коагуляцию вызывают добавлением электролитов, нагреванием, замораживанием и другими воздействиями.

Ответ: Ключевые свойства тонкодисперсных систем — это гетерогенность, наличие броуновского движения и эффекта Тиндаля, электрический заряд частиц, обеспечивающий их агрегативную устойчивость, и способность к коагуляции при нарушении этой устойчивости.

Примеры

Тонкодисперсные системы широко распространены в природе, технике и в быту. Их классифицируют по агрегатному состоянию дисперсной фазы (внутренней) и дисперсионной среды (внешней).

- Золи (твердое в жидком): краски, чернила, тушь, клеевые растворы, золи благородных металлов (золота, серебра), золь гидроксида железа(III).

- Эмульсии (жидкость в жидкости): молоко (жир в воде), майонез (масло в воде), сырая нефть (вода в нефти), многие косметические средства (кремы, лосьоны).

- Пены (газ в жидкости): мыльная пена, взбитые сливки, пемза (застывшая пена), пенопласты.

- Аэрозоли (твердое или жидкое в газе):
• Туман, облака: капельки жидкости в газе (воздухе).
• Дым, пыль: твердые частицы в газе (воздухе).

- Суспензии (твердое в жидком с более крупными частицами): взвесь глины в воде (речная вода), зубная паста.

- Гели (студни): структурированные системы, потерявшие текучесть. Примеры: желе, мармелад, желатин, холодец, силикагель.

Многие биологические системы являются коллоидными: цитоплазма и ядро клетки, кровь, лимфа, стекловидное тело глаза.

Ответ: Распространенные примеры тонкодисперсных систем включают молоко (эмульсия), дым и туман (аэрозоли), краски (золи), желе (гель), а также биологические жидкости, такие как кровь и цитоплазма.