Номер 3, страница 81 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Вопросы и задания. Параграф 10. Дисперсные системы. Коллоидные растворы. Глава З. Смеси и растворы веществ - номер 3, страница 81.

Условие.

3. Что такое коллоидные растворы? Как экспериментально доказать, что выданный вам раствор является коллоидным?

Решение.

Решение 2.

Что такое коллоидные растворы?

Коллоидные растворы (или коллоидные системы, золи) — это дисперсные системы, которые занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубодисперсными системами (суспензиями и эмульсиями). Они состоят из дисперсионной среды (растворителя) и дисперсной фазы — частиц, размер которых находится в диапазоне от 1 до 100 нанометров ($1 \, \text{нм} - 100 \, \text{нм}$, или $10^{-9} - 10^{-7} \, \text{м}$).

В отличие от истинных растворов, где растворенное вещество существует в виде отдельных молекул или ионов, частицы в коллоидном растворе представляют собой агрегаты из множества молекул или макромолекулы (например, белки, полисахариды). Эти частицы слишком малы, чтобы их можно было увидеть в обычный микроскоп, и они не оседают под действием силы тяжести, находясь в постоянном хаотическом тепловом движении — броуновском движении.

Основные характеристики коллоидных растворов:

• Гетерогенность: Система состоит из двух фаз (дисперсной фазы и дисперсионной среды), хотя визуально может казаться гомогенной.
• Размер частиц: Находится в пределах $1-100 \, \text{нм}$.
• Устойчивость: Системы являются кинетически устойчивыми, то есть не расслаиваются и не оседают в течение длительного времени.
• Оптические свойства: Способны рассеивать свет (эффект Тиндаля). Часто бывают мутными или опалесцирующими (имеют цветную окраску в проходящем и отраженном свете).

Примерами коллоидных растворов являются молоко (эмульсия жира в воде), кисель (раствор крахмала), желе, туман, дым, цитоплазма клеток.

Ответ: Коллоидные растворы — это дисперсные системы с размером частиц дисперсной фазы от 1 до 100 нм, которые равномерно распределены в дисперсионной среде. Они являются промежуточными между истинными растворами и грубыми взвесями, обладают характерными оптическими свойствами (рассеивают свет) и кинетической устойчивостью (не оседают под действием гравитации).

Как экспериментально доказать, что выданный вам раствор является коллоидным?

Чтобы экспериментально доказать, что раствор является коллоидным, а не истинным или грубодисперсным, можно провести несколько опытов, сравнивая его свойства со свойствами заведомо истинного раствора (например, раствор соли) и грубодисперсной системы (например, взвесь песка в воде).

Наблюдение эффекта Тиндаля

Это наиболее наглядный и простой метод.

Принцип: Частицы коллоидного размера ($1-100 \, \text{нм}$) способны рассеивать проходящий через них свет, делая видимым путь светового луча. В истинных растворах частицы (молекулы, ионы) слишком малы для заметного рассеивания света.

Проведение эксперимента:

1. Взять два прозрачных стеклянных сосуда. В один налить исследуемый раствор, а во второй — истинный раствор (например, раствор поваренной соли в воде) для сравнения.
2. Поместить сосуды в затемненное помещение.
3. Пропустить через каждый раствор узкий и яркий пучок света (например, от лазерной указки или фонарика с диафрагмой).

Результат:

• В истинном растворе путь луча не будет виден сбоку.
• В коллоидном растворе будет наблюдаться светящийся конус или дорожка — так называемый конус Тиндаля.

Наблюдение конуса Тиндаля является ключевым доказательством коллоидной природы раствора.

Фильтрование

Принцип: Различие в размере частиц позволяет разделить системы с помощью фильтров с разным размером пор.

Проведение эксперимента: Попытаться отфильтровать раствор сначала через обычный бумажный фильтр, а затем через ультрафильтр (специальную мембрану).

Результат:

• Истинный раствор проходит через оба типа фильтров.
• Коллоидный раствор проходит через бумажный фильтр, но задерживается ультрафильтром.
• Грубодисперсная система (суспензия) задерживается уже на бумажном фильтре.

Коагуляция

Принцип: Устойчивость многих коллоидных систем (особенно лиофобных) обеспечивается наличием у частиц одноименного электрического заряда. Добавление электролита нейтрализует этот заряд и вызывает слипание частиц.

Проведение эксперимента: Добавить к исследуемому раствору небольшое количество сильного электролита (например, несколько капель раствора хлорида натрия $NaCl$ или хлорида кальция $CaCl_2$).

Результат: Если раствор является коллоидным, через некоторое время можно наблюдать его помутнение и последующую коагуляцию — образование хлопьев и их выпадение в осадок. В истинных растворах такого явления не происходит.

Ответ: Экспериментально доказать коллоидную природу раствора можно, пропустив через него луч света в темном помещении: если путь луча виден (эффект Тиндаля), то раствор является коллоидным. Дополнительными доказательствами служат его способность проходить через обычный бумажный фильтр и свойство коагулировать (выпадать в осадок) при добавлении электролита.