Страница 78 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

1. Приведите примеры дисперсных систем и укажите их сходные и отличительные свойства.

Дисперсная система — это система, состоящая как минимум из двух веществ (фаз), которые не вступают друг с другом в химическую реакцию и практически не смешиваются. Одно вещество (дисперсная фаза) в виде очень мелких частиц равномерно распределено в объеме другого (дисперсионная среда).

Примеры и классификация дисперсных систем

Дисперсные системы классифицируют в первую очередь по размеру частиц дисперсной фазы. Выделяют три основные группы.

1. Грубодисперсные системы

Размер частиц дисперсной фазы превышает 100 нм ($10^{-7}$ м). Это гетерогенные (неоднородные) и неустойчивые системы. Частицы можно увидеть невооруженным глазом или в обычный микроскоп, и со временем они оседают (седиментируют) или всплывают.

• Суспензии (твердое в жидком): взвесь песка или глины в воде, краски, побелка.
• Эмульсии (жидкое в жидком): молоко (жир в воде), майонез (масло в воде), нефть в воде.
• Аэрозоли (твердое/жидкое в газообразном): пыль, дым, туман.
• Пены (газ в жидком): мыльная пена, взбитые сливки.

2. Коллоидные системы (золи)

Размер частиц составляет от 1 до 100 нм ($10^{-9} - 10^{-7}$ м). Эти системы являются микрогетерогенными, обладают относительной устойчивостью. Они кажутся однородными, но имеют поверхность раздела фаз.

• Примеры: цитоплазма клеток, плазма крови, яичный белок, крахмальный клейстер, желе, золи золота или серы.

3. Истинные растворы (молекулярно-ионные системы)

Размер частиц менее 1 нм ($10^{-9}$ м). Дисперсная фаза раздроблена до отдельных молекул или ионов. Это гомогенные (однородные) и термодинамически устойчивые системы.

• Примеры: раствор поваренной соли или сахара в воде, воздух (раствор газов друг в друге), уксус, сплавы металлов.

Сходные и отличительные свойства

Сходные свойства:

• Все являются системами из двух и более компонентов (фаз), которые смешаны физически.
• В каждой системе есть дисперсная фаза и дисперсионная среда.
• Все они характеризуются определенной степенью дисперсности (раздробленности) одного вещества в другом.

Отличительные свойства:

Ключевые различия между типами систем обусловлены размером частиц дисперсной фазы:

• Устойчивость: Грубодисперсные системы неустойчивы и расслаиваются. Коллоидные системы относительно устойчивы. Истинные растворы полностью устойчивы.
• Однородность: Грубодисперсные системы гетерогенны (неоднородны). Коллоидные системы микрогетерогенны (кажутся однородными). Истинные растворы гомогенны (однородны).
• Оптические свойства: Грубодисперсные системы непрозрачны. Коллоидные системы обычно прозрачны или опалесцируют и проявляют эффект Тиндаля (рассеяние света). Истинные растворы прозрачны и не рассеивают свет.
• Фильтруемость: Частицы грубодисперсных систем задерживаются обычным бумажным фильтром. Частицы коллоидных систем проходят через бумажный фильтр, но задерживаются ультрафильтрами. Частицы истинных растворов проходят через все фильтры.

Ответ: Примерами дисперсных систем служат суспензии (глина в воде), эмульсии (молоко), коллоидные растворы (желе) и истинные растворы (соленая вода). Их сходное свойство заключается в том, что все они являются смесями, состоящими из дисперсной фазы и дисперсионной среды. Отличительные свойства определяются в первую очередь размером частиц дисперсной фазы, что влияет на их устойчивость (от неустойчивых до абсолютно устойчивых), прозрачность (от непрозрачных до прозрачных), однородность (от гетерогенных до гомогенных) и способность проходить через фильтры.

2. Охарактеризуйте коллоидные растворы. Чем они отличаются от истинных растворов?

Коллоидные растворы (или золи) — это дисперсные системы, которые занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубодисперсными системами (взвесями, суспензиями). Они состоят из дисперсионной среды (сплошная фаза) и дисперсной фазы (раздробленное вещество). Ключевой особенностью коллоидных растворов является размер частиц дисперсной фазы, который находится в диапазоне от $1$ до $100$ нанометров ($1 \text{ нм} = 10^{-9} \text{ м}$).

Характеристика коллоидных растворов:

• Гетерогенность: В отличие от истинных растворов, коллоидные системы являются гетерогенными (микрогетерогенными). Это означает, что, несмотря на внешнюю однородность, в них существует поверхность раздела фаз между частицами дисперсной фазы и дисперсионной средой.
• Кинетическая устойчивость: Частицы в коллоидном растворе находятся в непрерывном хаотическом движении, которое называется броуновским движением. Оно возникает из-за постоянных толчков со стороны молекул дисперсионной среды. Это движение, а также наличие на поверхности частиц одноименного электрического заряда (двойного электрического слоя), препятствует их оседанию под действием силы тяжести и слипанию (коагуляции). Таким образом, система является кинетически устойчивой, но термодинамически неустойчивой.
• Оптические свойства: Важнейшим отличительным свойством коллоидных растворов является их способность рассеивать свет. Это явление называется эффектом Тиндаля. Если через такой раствор пропустить пучок света, его путь становится видимым сбоку в виде светящегося конуса. Истинные растворы этим свойством не обладают, так как размер их частиц слишком мал для рассеяния света.
• Примеры: Примерами коллоидных растворов в природе и быту служат молоко (эмульсия жира в воде), кровь (суспензия форменных элементов в плазме), туман, дым, цитоплазма клеток, растворы крахмала, желатина, клея.

Отличия коллоидных растворов от истинных растворов:

Главные отличия обусловлены разницей в размере частиц дисперсной фазы.

1. Размер частиц: В истинных растворах вещество диспергировано до отдельных молекул или ионов, размер которых меньше $1$ нм. В коллоидных растворах частицы — это агрегаты молекул (мицеллы) или макромолекулы размером от $1$ до $100$ нм.
2. Гомогенность vs Гетерогенность: Истинные растворы являются гомогенными (однородными, однофазными) системами. Коллоидные растворы — гетерогенные (неоднородные, двухфазные) системы.
3. Оптические свойства: Истинные растворы прозрачны и не рассеивают свет. Коллоидные растворы часто опалесцируют (мутноваты) и всегда проявляют эффект Тиндаля.
4. Фильтрация: Частицы истинного раствора проходят через обычные бумажные фильтры и через ультрафильтры (полупроницаемые мембраны). Коллоидные частицы проходят через бумажные фильтры, но задерживаются ультрафильтрами.
5. Устойчивость: Истинные растворы термодинамически устойчивы и могут существовать неограниченно долго без разделения компонентов. Коллоидные растворы термодинамически неустойчивы, но обладают кинетической устойчивостью. Со временем или под внешним воздействием (нагревание, добавление электролитов) они могут разрушаться в процессе коагуляции.

Ответ: Коллоидные растворы — это микрогетерогенные дисперсные системы с размером частиц дисперсной фазы от $1$ до $100$ нм. Они характеризуются броуновским движением частиц, относительной кинетической устойчивостью и способностью рассеивать свет (эффект Тиндаля). От истинных растворов они отличаются большим размером частиц, гетерогенностью (в отличие от гомогенности истинных растворов), способностью рассеивать свет, а также меньшей термодинамической устойчивостью, из-за чего способны к коагуляции.

3. Каково значение коллоидных растворов?

Коллоидные растворы, также известные как коллоидные системы или золи, — это дисперсные системы, в которых размер частиц дисперсной фазы находится в диапазоне от 1 до 1000 нанометров. Они занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубодисперсными системами, такими как суспензии. Значение коллоидных растворов чрезвычайно велико, так как они играют фундаментальную роль в природе, биологии, промышленности и повседневной жизни.

Значение в природе и биологии
Коллоидные системы являются основой многих природных и биологических объектов и процессов. В живых организмах: цитоплазма клеток, кровь, лимфа, стекловидное тело глаза, мышечные и нервные ткани представляют собой сложные коллоидные системы. Биополимеры, такие как белки и нуклеиновые кислоты, образуют коллоидные растворы, свойства которых (например, вязкость, способность к гелеобразованию) определяют жизненно важные функции. В неживой природе: такие явления, как облака, туман и дым, являются аэрозолями — коллоидными системами. Голубой цвет неба обусловлен рассеянием солнечного света на коллоидных частицах в воздухе (эффект Тиндаля). Природные воды (реки, озера) содержат коллоидные частицы глины и гумуса, которые влияют на их мутность и цвет. Процессы почвообразования также тесно связаны с коллоидной химией.

Значение в промышленности
Многие промышленные технологии основаны на получении, использовании или разрушении коллоидных систем. В пищевой промышленности: производство таких продуктов, как молоко, сливочное масло, сыр, майонез, маргарин, желе, мармелад, пиво и хлеб, напрямую связано со свойствами эмульсий, гелей и пен. В химической промышленности: синтез пластмасс, каучуков, клеев, лаков и красок включает стадии образования и стабилизации коллоидных систем. В строительстве: цементные растворы и асфальтовые смеси являются примерами дисперсных систем. Важное значение имеет процесс коагуляции (слипания частиц) коллоидов при очистке питьевой и сточных вод, а также при крашении тканей в текстильной промышленности.

Значение в быту и медицине
В повседневной жизни мы постоянно используем продукты, являющиеся коллоидными растворами. К ним относятся моющие средства (мыло, стиральные порошки), косметика (кремы, гели, лосьоны, зубные пасты), различные аэрозоли. В медицине и фармакологии многие лекарственные формы представляют собой коллоидные системы (например, суспензии, эмульсии, наночастицы), что улучшает их растворимость, стабильность и обеспечивает направленную доставку к пораженным органам. Коллоидные растворы (например, на основе декстрана) используются в качестве плазмозаменителей. Многие методы диагностики, например, иммунологические тесты, основаны на реакциях в коллоидных системах.

Ответ:
Значение коллоидных растворов является всеобъемлющим: они составляют основу биологической жизни (кровь, цитоплазма), формируют важные природные объекты и явления (почвы, облака, цвет неба), лежат в основе многочисленных промышленных производств (пищевая, химическая, строительная промышленность), технологий (очистка воды) и широко используются в быту и медицине (моющие средства, лекарства, косметика). Таким образом, коллоидные системы — неотъемлемая часть окружающего нас мира и технологического прогресса.

1. К дисперсным системам не относят

1) истинные растворы

2) коллоидные растворы

3) суспензии

4) сложные вещества

Для того чтобы ответить на вопрос, необходимо дать определение дисперсной системе и проанализировать каждый предложенный вариант.

Дисперсная система — это система, состоящая как минимум из двух компонентов (веществ), в которой один компонент (дисперсная фаза) в виде мелких частиц равномерно распределен в объеме другого компонента (дисперсионной среды).

Рассмотрим варианты:

1) истинные растворы. В этих системах частицы растворенного вещества имеют размеры, сопоставимые с размерами молекул или ионов (менее 1 нм). Несмотря на то что они являются гомогенными (однородными), их классифицируют как молекулярно-дисперсные или ионно-дисперсные системы. Следовательно, они относятся к дисперсным системам.

2) коллоидные растворы. Это системы, в которых размер частиц дисперсной фазы составляет от 1 до 100 нм. Они занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубодисперсными системами. Коллоидные растворы — это типичный пример дисперсных систем.

3) суспензии. Это грубодисперсные системы, в которых частицы твердой дисперсной фазы (размером более 100 нм) распределены в жидкой дисперсионной среде. Они являются гетерогенными (неоднородными) и неустойчивыми. Суспензии относятся к дисперсным системам.

4) сложные вещества. Это чистые вещества, молекулы которых состоят из атомов двух или более различных химических элементов, соединенных химическими связями (например, вода H₂O, углекислый газ CO₂, серная кислота H₂SO₄). Сложное вещество является индивидуальным химическим соединением, а не системой из нескольких компонентов. Дисперсная система по определению состоит из дисперсной фазы и дисперсионной среды. Таким образом, сложное вещество само по себе не является дисперсной системой, хотя и может входить в её состав.

Исходя из анализа, к дисперсным системам не относят сложные вещества.

Ответ: 4) сложные вещества.

2. К аэрозолям относят

1) истинные растворы

2) гели

3) туман

4) дым

Для ответа на этот вопрос необходимо определить, что такое аэрозоли, и сопоставить это определение с каждым из предложенных вариантов.

Аэрозоли — это дисперсные системы, в которых дисперсионной средой (средой, в которой распределены частицы) является газ, а дисперсной фазой (распределенными частицами) — мелкие твердые или жидкие частицы.

Проанализируем каждый вариант:

1) истинные растворы
Истинные растворы являются гомогенными (однородными) системами. В них вещество растворено на молекулярном или ионном уровне. Аэрозоли, напротив, являются гетерогенными (неоднородными) системами, так как состоят из различимых фаз (газ и частицы). Поэтому истинные растворы не относятся к аэрозолям.

2) гели
Гели — это дисперсные системы, в которых жидкая дисперсная фаза заключена в непрерывной трехмерной сетке, образованной твердой дисперсионной средой. Здесь дисперсионная среда — твердое тело, а не газ. Следовательно, гели не являются аэрозолями.

3) туман
Туман представляет собой взвесь мельчайших капель жидкости (например, воды) в газе (например, в воздухе). Такая система, где дисперсная фаза — жидкость, а дисперсионная среда — газ, является классическим примером аэрозоля.

4) дым
Дым представляет собой взвесь мельчайших твердых частиц (например, сажи или пепла) в газе (например, в воздухе). Такая система, где дисперсная фаза — твердое тело, а дисперсионная среда — газ, также является классическим примером аэрозоля.

Таким образом, к аэрозолям относятся и туман, и дым.

Ответ: 3, 4.

С помощью Интернета подробнее ознакомьтесь с коллоидными растворами и их применением и подготовьте сообщение на эту тему.

Что такое коллоидные растворы?

Коллоидные растворы (или коллоидные системы, золи) занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубодисперсными системами (суспензиями и эмульсиями). Они состоят из двух основных компонентов:

• Дисперсная фаза — вещество, которое раздроблено до частиц коллоидных размеров.
• Дисперсионная среда — вещество, в котором распределены эти частицы.

Ключевой особенностью коллоидных растворов является размер частиц дисперсной фазы. Он составляет от $1$ до $1000$ нанометров ($10^{-9} - 10^{-6}$ м). Эти частицы крупнее отдельных молекул или ионов (как в истинных растворах), но слишком малы, чтобы их можно было увидеть в обычный микроскоп, и они не оседают под действием силы тяжести. В зависимости от агрегатного состояния фазы и среды, коллоиды могут быть разными: например, дым — это твердые частицы в газе (аэрозоль), молоко — жидкие частицы жира в жидкости (эмульсия), а желе — жидкие частицы воды в твердом каркасе (гель).

Ответ: Коллоидные растворы — это дисперсные системы, в которых частицы одного вещества (дисперсная фаза) размером от $1$ до $1000$ нм равномерно распределены в другом веществе (дисперсионная среда).

Свойства коллоидных растворов

Коллоидные системы обладают рядом уникальных свойств, отличающих их от истинных растворов:

• Эффект Тиндаля. Это свечение (конус) при прохождении пучка света через коллоидный раствор. Оно возникает из-за рассеяния света на коллоидных частицах. В истинных растворах такого эффекта нет, так как размер растворенных частиц слишком мал для рассеяния света. Мы наблюдаем эффект Тиндаля, когда видим луч света в запыленном или задымленном помещении.
• Броуновское движение. Коллоидные частицы находятся в постоянном хаотичном движении. Это происходит из-за того, что молекулы дисперсионной среды непрерывно и неравномерно ударяют по частицам со всех сторон. Броуновское движение препятствует оседанию (седиментации) частиц и является одним из факторов устойчивости коллоидной системы.
• Электрические свойства. Частицы в коллоидном растворе обычно несут на своей поверхности одноименный электрический заряд (положительный или отрицательный). Это происходит из-за избирательной адсорбции ионов из раствора. Взаимное отталкивание одноименно заряженных частиц также предотвращает их слипание (агрегацию) и выпадение в осадок. Разрушение коллоидной системы, называемое коагуляцией, можно вызвать, добавив электролит, который нейтрализует заряд частиц.

Ответ: Ключевыми свойствами коллоидов являются эффект Тиндаля (рассеяние света), броуновское движение частиц и наличие у них электрического заряда, что обеспечивает их устойчивость и предотвращает оседание.

Применение коллоидных растворов

Коллоидные системы играют огромную роль в природе, технике и повседневной жизни. Вот лишь некоторые примеры их применения:

• Пищевая промышленность. Многие продукты питания являются коллоидами: молоко, сливки, сливочное масло, майонез (эмульсии); желе, мармелад, кисель (гели); мороженое (сложная система, включающая эмульсию и пену); хлеб (твердая пена).
• Медицина и фармацевтика. Кровь и другие биологические жидкости — это сложные коллоидные системы. Многие лекарственные препараты производятся в виде коллоидных растворов для лучшего усвоения или целевой доставки (например, мази, кремы, суспензии, коллоидное серебро). Процесс очистки крови при почечной недостаточности (диализ) основан на свойствах коллоидов.
• Промышленность и производство. Производство красок, лаков, эмалей и чернил основано на создании устойчивых коллоидных систем (пигменты в связующем веществе). Натуральный каучук получают из латекса — коллоидного раствора каучука в воде. Производство бумаги, синтетических волокон, пластмасс, клеев и моющих средств также тесно связано с коллоидной химией.
• Экология и охрана окружающей среды. Процесс коагуляции используется для очистки питьевой и сточных вод. В воду добавляют специальные вещества (коагулянты), которые заставляют мельчайшие загрязняющие частицы слипаться в более крупные хлопья и оседать, после чего их легко удалить.
• Быт и природа. Мы постоянно сталкиваемся с коллоидами: туман и облака (жидкость в газе), дым и пыль (твердые частицы в газе), косметика (кремы, лосьоны, гели), моющие средства (их действие основано на эмульгировании жиров). Почва также является сложной коллоидной системой, определяющей ее плодородие.

Ответ: Коллоидные растворы широко применяются в пищевой промышленности (молоко, желе), медицине (лекарства, кровь), производстве (краски, резина), экологии (очистка воды) и в быту (косметика, моющие средства).