Suspension er et dispergeret medium. Grad af spredning

Dispergerede systemer

Rene stoffer er meget sjældne i naturen. Blandinger af forskellige stoffer i forskellige aggregeringstilstande kan danne heterogene og homogene systemer - dispergerede systemer og opløsninger.
spredt kaldes heterogene systemer, hvor et stof i form af meget små partikler er jævnt fordelt i volumenet af et andet.
Det stof, der er til stede i mindre mængder og fordelt i volumen af ​​en anden, kaldes dispergeret fase . Det kan bestå af flere stoffer.
Det stof, der er til stede i større mængder, i hvis volumen den dispergerede fase er fordelt, kaldes dispersionsmedium . Der er en grænseflade mellem den og partiklerne i den dispergerede fase, derfor kaldes dispergerede systemer heterogene (inhomogene).
Både dispersionsmediet og den dispergerede fase kan repræsenteres af stoffer i forskellige aggregeringstilstande - fast, flydende og gasformigt.
Afhængigt af kombinationen af ​​den aggregerede tilstand af dispersionsmediet og den dispergerede fase, kan 9 typer af sådanne systemer skelnes.

Baseret på partikelstørrelsen af ​​de stoffer, der udgør den dispergerede fase, opdeles dispergerede systemer i groft dispergerede (suspensioner) med partikelstørrelser på mere end 100 nm og fint dispergerede (kolloide opløsninger eller kolloide systemer) med partikelstørrelser fra 100 til 1 nm. Hvis stoffet er fragmenteret i molekyler eller ioner mindre end 1 nm i størrelse, dannes et homogent system - en opløsning. Det er ensartet (homogent), der er ingen grænseflade mellem partiklerne og mediet.

Allerede et hurtigt kendskab til spredte systemer og løsninger viser, hvor vigtige de er i hverdagen og i naturen.

Døm selv: uden nilslamt ville den store civilisation i det gamle Egypten ikke have fundet sted; uden vand, luft, sten og mineraler ville den levende planet slet ikke eksistere – vores fælles hjem – Jorden; uden celler ville der ikke være nogen levende organismer osv.

Klassificering af disperse systemer og løsninger

Suspendere

Suspendere - disse er dispergerede systemer, hvor fasepartikelstørrelsen er mere end 100 nm. Disse er uigennemsigtige systemer, hvis individuelle partikler kan ses med det blotte øje. Den dispergerede fase og dispersionsmediet adskilles let ved bundfældning. Sådanne systemer er opdelt i:
1) emulsioner (både mediet og fasen er væsker, der er uopløselige i hinanden). Det er velkendte mælke-, lymfe-, vandbaserede malinger osv.;
2) suspensioner (mediet er en væske, og fasen er et fast stof, der er uopløseligt i det). Det er konstruktionsløsninger (for eksempel "kalkmælk" til kalkning), flod- og havsilt suspenderet i vand, en levende suspension af mikroskopiske levende organismer i havvand - plankton, som gigantiske hvaler lever af osv.;
3) aerosoler - suspensioner i gas (f.eks. i luft) af små partikler af væsker eller faste stoffer. Skelne mellem støv, røg og tåge. De to første typer aerosoler er suspensioner af faste partikler i gas (større partikler i støv), sidstnævnte er en suspension af små dråber væske i gas. For eksempel naturlige aerosoler: tåge, tordenskyer - en suspension af vanddråber i luften, røg - små faste partikler. Og smog'en, der hænger over verdens største byer, er også en aerosol med en fast og flydende dispergeret fase. Beboere i bosættelser nær cementfabrikker lider af det fineste cementstøv, der altid hænger i luften, som dannes under formaling af cementråmaterialer og produktet af dets brænding - klinker. Lignende skadelige aerosoler - støv - er også til stede i byer med metallurgisk produktion. Røg fra fabrikkens skorstene, smog, små spytdråber, der flyver ud af munden på en influenzapatient, og også skadelige aerosoler.
Aerosoler spiller en vigtig rolle i naturen, hverdagen og menneskelige produktionsaktiviteter. Skyansamlinger, kemisk behandling af marker, sprøjtemaling, brændstofforstøvning, produktion af mælkepulver og luftvejsbehandling (inhalation) er eksempler på fænomener og processer, hvor aerosoler giver fordele. Aerosoler er tåger over havets brænding, nær vandfald og fontæner, regnbuen, der vises i dem, giver en person glæde og æstetisk nydelse.
For kemi er dispergerede systemer, hvor mediet er vand og flydende opløsninger, af størst betydning.
Naturligt vand indeholder altid opløste stoffer. Naturlige vandige opløsninger deltager i jorddannelsesprocesser og forsyner planter med næringsstoffer. Komplekse livsprocesser, der forekommer i menneske- og dyrekroppe, forekommer også i opløsninger. Mange teknologiske processer i den kemiske og andre industrier, for eksempel produktion af syrer, metaller, papir, sodavand, kunstgødning, foregår i opløsninger.

Kolloide systemer

Kolloide systemer - disse er dispergerede systemer, hvor fasepartikelstørrelsen er fra 100 til 1 nm. Disse partikler er ikke synlige for det blotte øje, og den dispergerede fase og dispersionsmediet i sådanne systemer er vanskelige at adskille ved bundfældning.
De er opdelt i soler (kolloide opløsninger) og geler (gelé).
1. Kolloide opløsninger eller soler. Dette er størstedelen af ​​væskerne i en levende celle (cytoplasma, kernejuice - karyoplasma, indholdet af organeller og vakuoler) og den levende organisme som helhed (blod, lymfe, vævsvæske, fordøjelsessaft, humorale væsker osv.). Sådanne systemer danner klæbemidler, stivelse, proteiner og nogle polymerer.
Kolloide opløsninger kan opnås som et resultat af kemiske reaktioner; for eksempel, når opløsninger af kalium- eller natriumsilikater ("opløseligt glas") reagerer med sure opløsninger, dannes en kolloid opløsning af kiselsyre. En sol dannes også under hydrolysen af ​​jernchlorid (III) i varmt vand. Kolloide opløsninger ligner ægte opløsninger i udseende. De adskiller sig fra sidstnævnte ved den "lysende vej", der dannes - en kegle, når en lysstråle passerer gennem dem.

Dette fænomen kaldes Tyndall effekt . Partiklerne i solens dispergerede fase, større end i den sande opløsning, reflekterer lys fra deres overflade, og observatøren ser en lysende kegle i karret med den kolloide opløsning. Det er ikke dannet i en sand løsning. Du kan observere en lignende effekt, men kun for en aerosol i stedet for et flydende kolloid, i biografer, når en lysstråle fra et filmkamera passerer gennem luften i biografsalen.

Partikler af den dispergerede fase af kolloide opløsninger sætter sig ofte ikke selv under langtidsopbevaring på grund af kontinuerlige kollisioner med opløsningsmiddelmolekyler på grund af termisk bevægelse. De klæber ikke sammen, når de nærmer sig hinanden på grund af tilstedeværelsen af ​​elektriske ladninger af samme navn på deres overflade. Men under visse forhold kan der forekomme en koagulationsproces.

Koagulering - fænomenet med kolloide partikler, der klæber sammen og udfælder - observeres, når ladningerne af disse partikler neutraliseres, når en elektrolyt tilsættes til den kolloide opløsning. I dette tilfælde bliver opløsningen til en suspension eller gel. Nogle organiske kolloider koagulerer, når de opvarmes (lim, æggehvide), eller når opløsningens syre-base miljø ændres.

2. Geler , eller gelé, som er gelatinøse sedimenter dannet under koagulering af soler. Disse inkluderer et stort antal polymergeler, så velkendte for dig konfekture, kosmetiske og medicinske geler (gelatine, gelékød, gelé, marmelade, fuglemælkskage) og selvfølgelig en endeløs række af naturlige geler: mineraler (opal), vandmænd kroppe, brusk , sener, hår, muskler og nervevæv osv. Historien om udviklingen af ​​liv på Jorden kan samtidig betragtes som historien om udviklingen af ​​den kolloide tilstand af stof. Over tid bliver gelernes struktur forstyrret, og der frigives vand fra dem. Dette fænomen kaldes synerese .

Løsninger

En løsning kaldes homogent system bestående af to eller flere stoffer.
Opløsninger er altid enfasede, det vil sige, at de er en homogen gas, flydende eller fast. Dette skyldes, at et af stofferne er fordelt i massen af ​​det andet i form af molekyler, atomer eller ioner (partikelstørrelse mindre end 1 nm).
Løsninger kaldes rigtigt , hvis du vil understrege deres forskel fra kolloide løsninger.
Et opløsningsmiddel anses for at være et stof, hvis aggregeringstilstand ikke ændres under dannelsen af ​​en opløsning. For eksempel vand i vandige opløsninger af bordsalt, sukker, kuldioxid. Hvis en opløsning blev dannet ved at blande gas med gas, væske med væske og fast stof med faststof, anses opløsningsmidlet for at være den komponent, der er mere rigeligt i opløsningen. Så luft er en opløsning af ilt, ædelgasser, kuldioxid i nitrogen (opløsningsmiddel). Bordeddike, som indeholder fra 5 til 9 % eddikesyre, er en opløsning af denne syre i vand (opløsningsmidlet er vand). Men i eddikesyre spiller eddikesyre rollen som opløsningsmiddel, da dens massefraktion er 70-80%, derfor er det en opløsning af vand i eddikesyre.

Ved krystallisering af en flydende legering af sølv og guld kan der opnås faste opløsninger af forskellige sammensætninger.
Løsningerne er opdelt i:
molekylær - disse er vandige opløsninger af ikke-elektrolytter - organiske stoffer (alkohol, glucose, saccharose osv.);
molekylær ion- disse er opløsninger af svage elektrolytter (salpetersyrling, hydrosulfidsyre osv.);
ionisk - disse er opløsninger af stærke elektrolytter (alkalier, salte, syrer - NaOH, K 2 S0 4, HN0 3, HC1O 4).
Tidligere var der to synspunkter på arten af ​​opløsning og opløsninger: fysisk og kemisk. Ifølge den første blev opløsninger betragtet som mekaniske blandinger, ifølge den anden - som ustabile kemiske forbindelser af partikler af et opløst stof med vand eller et andet opløsningsmiddel. Den sidste teori blev udtrykt i 1887 af D.I. Mendeleev, som viede mere end 40 år til at studere løsninger. Moderne kemi betragter opløsning som en fysisk-kemisk proces, og løsninger som fysisk-kemiske systemer.
En mere præcis definition af en løsning er:
Løsning - et homogent (homogent) system bestående af partikler af et opløst stof, et opløsningsmiddel og produkterne af deres vekselvirkning.

Opførselen og egenskaberne af elektrolytopløsninger, som du godt ved, forklares af en anden vigtig teori om kemi - teorien om elektrolytisk dissociation, udviklet af S. Arrhenius, udviklet og suppleret af D. I. Mendeleevs elever og primært af I. A. Kablukov.

Spørgsmål til konsolidering:
1. Hvad er disperse systemer?
2. Når huden er beskadiget (såret), observeres blodkoagulation - koagulering af solen. Hvad er essensen af ​​denne proces? Hvorfor udfører dette fænomen en beskyttende funktion for kroppen? Hvad er navnet på en sygdom, hvor blodkoagulation er vanskelig eller ikke observeret?
3. Fortæl os om betydningen af ​​forskellige disperse systemer i hverdagen.
4. Spor udviklingen af ​​kolloide systemer under udviklingen af ​​liv på Jorden.

Dispergerede systemer.

Dispergerede systemer er udbredte i naturen og har været brugt af mennesker i deres livsaktiviteter i lang tid. Næsten enhver levende organisme repræsenterer enten et spredt system eller indeholder dem i forskellige former.

Eksempel: frit spredte systemer(der er ingen faste stive strukturer - sols): blod, lymfe, mave- og tarmsaft, cerebrospinalvæske mv.

sammenhængende spredte systemer(der er stive rumlige strukturer - geler): protoplasma, cellemembraner, muskelfiber, øjenlinse osv.

Dispergerede systemer bruges aktivt i medicin, primært kolloide opløsninger, aerosoler, cremer og salver. Biokemiske processer i kroppen forekommer i spredte systemer. Optagelsen af ​​mad er forbundet med overgangen af ​​næringsstoffer til en opløst tilstand. Biovæsker (dispergerede systemer) er involveret i transporten af ​​næringsstoffer (fedtstoffer, aminosyrer, oxygen), lægemidler til organer og væv samt i udskillelsen af ​​metabolitter (urea, bilirubin, kuldioxid) fra kroppen.

Viden om mønstrene for fysiske og kemiske processer i spredte systemer er vigtig for fremtidige læger både for at studere biomedicinske og kliniske discipliner og for en dybere forståelse af de processer, der foregår i kroppen og bevidst ændre dem i den ønskede retning.

Dispergerede systemer- det er flerkomponentsystemer, hvor nogle stoffer i form af små partikler er fordelt i et andet stof. Stoffet, der er fordelt, kaldes den dispergerede fase. Stoffet, hvori den dispergerede fase er fordelt, kaldes et dispersionsmedium.

Eksempel: vandig glucoseopløsning

glukosemolekyler - dispergeret fase

vand – dispersionsmedium

Dispersitet er en værdi, der karakteriserer størrelsen af ​​suspenderede partikler i dispergerede systemer. Det er det omvendte af partikeldiameteren af ​​den dispergerede fase. Jo mindre partikelstørrelsen er, jo større er dispersionen.

Klassificering af spredningssystemer.

Dispergerede systemer klassificeres efter fem kriterier.

1. Efter spredningsgrad:

· grov

D = 10 4 – 10 6 m –1 , er karakteriseret ved ustabilitet og uigennemsigtighed.

Eksempel: suspensioner, emulsioner, skum, suspensioner.

· kolloidt spredt

D = 10 7 – 10 9 m –1 , kan være gennemsigtig og uklar, stabil og ustabil.

Eksempel: kolloide opløsninger, opløsninger af højmolekylære forbindelser.

molekylær-dispers og ion-dispers

D = 10 10 – 10 11 m –1 , er kendetegnet ved gennemsigtighed og stabilitet.

Eksempel: opløsninger af forbindelser med lav molekylvægt.

2. Ved tilstedeværelsen af ​​en fysisk grænseflade mellem den dispergerede fase og dispersionsmediet:

· homogen (enfasede systemer, ingen grænseflade.

Eksempel: opløsninger af forbindelser med lav molekylvægt og høj molekylvægt.

· heterogen

der er en grænseflade mellem den dispergerede fase og dispersionsmediet.

Eksempel: kolloide opløsninger og grove systemer.

3. Ifølge arten af ​​interaktionen mellem den dispergerede fase og dispersionsmediet:

· lyofil

Der er en affinitet mellem den dispergerede fase og dispersionsmediet.

Eksempel: alle homogene systemer.

· lyofobisk

Der er ringe eller ingen interaktion mellem den dispergerede fase og dispersionsmediet.

Eksempel: alle heterogene systemer.

4. I henhold til aggregeringstilstanden for den dispergerede fase og dispersionsmediet:

styre fase kontrol medium	gasformig	hårdt	væske
gasformig	blanding af gasser (luft)	tobaksrøg mel støv, kosmiske aerosoler	tåge damp skyer
væske	opløst i blod CO 2 , O 2 , N 2 , skum mineralvand frugt kulsyreholdige drikke	kolloide opløsninger suspensioner IUD-løsninger NMS-løsninger	emulsioner: mælk smør margarine cremer salver olie
hårdt	fast skum (skumplast, aktivt kul) ionbytterharpiks molekylsigter	metallegeringer farvet glas, krystal ædelsten (rubin, ametyst) stikpiller (medicinske stikpiller)	krystal hydrerer mineraler med flydende indeslutninger (perler, opal) våd jord

5. Af arten af ​​dispersionsmediet:

Ægte løsninger.

Den sande opløsning er et homogent lyofilt dispergeringssystem med partikelstørrelser på 10 –10 – 10 –11 m.

Ægte løsninger er enkeltfasede dispersionssystemer, de er karakteriseret ved en høj bindingsstyrke mellem den dispergerede fase og dispersionsmediet. En ægte løsning forbliver homogen på ubestemt tid. Ægte løsninger er altid gennemsigtige. Partikler af den sande opløsning er ikke synlige selv med et elektronmikroskop. Ægte løsninger diffunderer godt.

En komponent, hvis aggregerede tilstand ikke ændres under dannelsen af ​​en opløsning, kaldes et opløsningsmiddel (dispersionsmedium), og den anden komponent kaldes et opløst stof (dispers fase).

Hvis komponenterne har samme aggregeringstilstand, er opløsningsmidlet den komponent, hvis mængde i opløsningen dominerer.

I elektrolytopløsninger, uanset forholdet mellem komponenter, betragtes elektrolytter som opløste stoffer.

Sande løsninger er opdelt:

· efter type opløsningsmiddel: vandig og ikke-vandig

· efter type opløst stof: opløsninger af salte, syrer, baser, gasser osv.

· i forhold til elektrisk strøm: elektrolytter og ikke-elektrolytter

ved koncentration: koncentreret og fortyndet

· alt efter graden af ​​at nå opløselighedsgrænsen: mættet og umættet

· fra et termodynamisk synspunkt: ideel og reel

· efter aggregeringstilstand: gasformig, flydende, fast

Sande løsninger er:

· ion-dispergeret (dispergeret fase – hydratiserede ioner): vandig opløsning af NaCl

· molekylært dispergeret (dispergeret fase – molekyler): vandig opløsning af glucose

Hver ion, individuelt eller sammen, udfører visse funktioner i kroppen. Den afgørende rolle i overførslen af ​​vand i kroppen tilhører Na + og Cl – ionerne, dvs. de deltager i vand-saltmetabolismen. Elektrolytioner er involveret i processerne til at opretholde et konstant osmotisk tryk, etablering af syre-basebalance, i processerne med at overføre nerveimpulser og i processerne med enzymaktivering.

Fra levende systemers perspektiv er løsninger, hvor vand er opløsningsmidlet, af størst interesse.

Et stort antal stoffer opløses i det. Det er ikke kun et opløsningsmiddel, der sikrer den molekylære spredning af stoffer i hele kroppen. Det er også en deltager i mange kemiske og biokemiske processer i kroppen. For eksempel hydrolyse, hydrering, hævelse, transport af næringsstoffer og lægemidler, gasser, antistoffer mv.

Der sker en kontinuerlig udveksling af vand og stoffer opløst i det i kroppen. Vand udgør hovedparten af ​​ethvert levende væsen. Dets indhold i menneskekroppen ændrer sig med alderen: i et menneskeligt embryo - 97%, hos en nyfødt - 77%, hos voksne mænd - 61%, hos voksne kvinder - 54%, hos gamle mennesker over 81 år - 49,8%. Det meste af vandet i kroppen er inde i cellerne (70 %), omkring 23 % er intercellulært vand, og resten (7 %) er inde i blodkarrene og som en del af blodplasmaet.

I alt er der 42 liter vand i kroppen. 1,5 - 3 liter vand kommer ind og ud af kroppen pr. Dette er kroppens normale vandbalance.

Hovedvejen til at fjerne vand fra kroppen er nyrerne. Et tab på 10-15% af vand er farligt, og 20-25% er dødeligt for kroppen.

Den vigtigste egenskab ved en opløsning er dens koncentration.

Måder at udtrykke koncentrationen af ​​opløsninger på:

1. Massefraktion w(x)– en værdi lig med forholdet mellem massen af ​​det opløste stof m(x) og massen af ​​opløsningen m(p-p)

w(x) = × 100 %

2. Molær koncentration af opløsning med(X)– en værdi lig med forholdet mellem mængden af ​​stof n(x) indeholdt i en opløsning og volumenet af denne opløsning V(opløsning).

Med(x) = [mol/l], hvor n(x) = [mol]

Millimolær opløsning - en opløsning med en molær koncentration lig med 0,001 mol/l

Centimolar opløsning - en opløsning med en molær koncentration lig med 0,01 mol/l

Decimolær opløsning - en opløsning med en molær koncentration lig med 0,1 mol/l

3. Molær koncentrationsækvivalent Med ( x) – en værdi lig med forholdet mellem mængden af ​​stofækvivalent n (x) i opløsning til volumenet af denne opløsning.

c (x) = [mol/l], hvor n (x) = [mol] og M(x) = × M(x)

Tilsvarende – er en reel eller betinget partikel af stof x, som i en given syre-base-reaktion svarer til én hydrogenion eller i en given ORR - én elektron.

Ækvivalensnummer z Og ækvivalensfaktor f= . Ækvivalensfaktoren viser, hvilken brøkdel af en reel stofpartikel x svarende til en hydrogenion eller en elektron. Ækvivalensnummer z er lig med:

a) syrer - syrebasicitet H 2 SO 4 z = 2.

b) baser – surhedsgrad af basen Aℓ(OH) 3 z = 3.

c) salte - produktet af metallets oxidationstilstand (s.o.) ved antallet af dets atomer i Fe 2 (SO 4) 3-molekylet z= 2 × 3 = 6.

d) oxidationsmidler - antallet af vedhæftede elektroner

Mn +7 + 5ē → Mn +2 z = 5

e) reduktionsmidler - antallet af afgivne elektroner

Fe +2 – 1ē → Fe +3 z = 1

4. Molal koncentration b(x)– en værdi lig med forholdet mellem mængden af ​​stof og massen af ​​opløsningsmiddel (kg)

b(x) = = [mol/kg]

5. Molfraktion c (x i) lig med forholdet mellem mængden af ​​stof i en given komponent og den samlede mængde af alle komponenter i opløsningen

Formler for forholdet mellem koncentrationer:

Med(x)= c(x)×z

Opløsninger har en række egenskaber, der ikke afhænger af arten af ​​det opløste stof, men kun afhænger af dets koncentration. Det vigtigste er osmose.

Takket være osmose sker den komplekse proces af metabolisme af kroppen med det ydre miljø gennem membranerne af celler i organer og væv.

Diffusion er processen med spontan udligning af koncentration pr. volumenenhed.

Osmose er envejsdiffusion af opløsningsmiddelmolekyler gennem en semipermeabel membran fra et opløsningsmiddel til en opløsning eller fra en opløsning med en lavere koncentration til en opløsning med en højere koncentration.

opløsningsmiddel

Overførsel af opløsningsmiddel gennem membranen skyldes osmotisk tryk . Det er lig med det overskydende ydre tryk, der skal påføres fra opløsningen for at stoppe processen, det vil sige at skabe betingelser for osmotisk ligevægt. Overskridelse af overtryk over osmotisk tryk kan føre til reversering af osmose - omvendt diffusion af opløsningsmidlet. Omvendt osmose opstår, når blodplasma filtreres i den arterielle del af kapillæren og i nyrernes glomeruli.

Osmotisk tryk er det tryk, der skal påføres en opløsning, for at osmose stopper.

Van't Hoff ligning: P osm = c RT×10 3

Osmotisk blodtryk: 780 – 820 kPa

Alle løsninger, set fra osmotiske fænomeners synspunkt, kan opdeles i 3 grupper:

· Isotoniske opløsninger er opløsninger, der har samme osmotiske tryk og osmolære koncentration. Eksempler: galde, NaCl-opløsning (w=0,9%, c=0,15 mol/l), glucoseopløsning (w=7%, c=0,3 mol/l)

Osmolar koncentration (osmolaritet) er den samlede mængde stof af alle kinetisk aktive partikler indeholdt i 1 liter opløsning. med osm, osmol/l

Osmolalitetskoncentration (osmolalitet) er den samlede mængde stof af alle kinetisk aktive partikler indeholdt i 1 kg opløsningsmiddel. b osm, osmol/kg

For fortyndede opløsninger er den osmolære koncentration den samme som den osmolære koncentration. c osm ≈ b osm

· Hypertonisk opløsning - en opløsning med en højere koncentration af opløste stoffer, derfor med et højere osmotisk tryk sammenlignet med en anden opløsning og, i nærvær af permeable membraner, i stand til at trække vand ud af den. Eksempler: tarmsaft, urin.

· Hypotonisk opløsning - en opløsning med en lavere koncentration af opløste stoffer, derfor med et lavere osmotisk tryk sammenlignet med en anden opløsning og i stand til at tabe vand i nærvær af permeable membraner. Eksempler: spyt, sved.

Dyre- og planteceller er adskilt fra miljøet af en membran. Når en celle placeres i opløsninger med forskellige osmolære koncentrationer eller tryk, vil følgende fænomener blive observeret:

Plasmolyse – reduktion af cellevolumen. I dette tilfælde placeres cellen i en hypertonisk opløsning. Forskellen i osmotisk tryk får opløsningsmidlet til at bevæge sig fra cellen til den hypertoniske opløsning.

· lysis – stigning i cellevolumen. I dette tilfælde placeres cellen i en hypotonisk opløsning. Forskellen i osmotisk tryk får opløsningsmidlet til at bevæge sig ind i cellen. I tilfælde af brud på erytrocytmembraner og overførsel af hæmoglobin til plasma kaldes fænomenet hæmolyse.

Isoosmi – cellevolumen ændres ikke. I dette tilfælde placeres cellen i en isotonisk opløsning.

Ved hjælp af osmotiske fænomener opretholdes vand-saltmetabolismen i menneskekroppen. Osmose er grundlaget for mekanismen for nyrefunktion. Isotonisk (fysiologisk) NaCl-opløsning (0,9%) bruges til store blodtab. Hypertonisk NaCl-opløsning (10%) bruges til at påføre gazebind på purulente sår.

Onkotisk tryk- Dette er en del af det osmotiske tryk, der skabes af proteiner.

I humant blodplasma udgør det kun omkring 0,5 % af det osmotiske tryk (0,03-0,04 atm eller 2,5 - 4,0 kPa). Onkotisk tryk spiller dog en afgørende rolle i dannelsen af ​​intercellulær væske, primær urin osv. Kapillærvæggen er frit permeabel for vand og lavmolekylære stoffer, men ikke for proteiner. Hastigheden af ​​væskefiltrering gennem kapillærvæggen bestemmes af forskellen mellem det onkotiske tryk af plasmaproteiner og det hydrostatiske tryk i blodet, der skabes af hjertets arbejde. Ved den arterielle ende af kapillæren passerer saltvandsopløsningen sammen med næringsstoffer ind i det intercellulære rum. I den venøse ende af kapillæren forløber processen i den modsatte retning, da venetrykket er lavere end det onkotiske tryk. Som følge heraf passerer stoffer frigivet af cellerne ind i blodet. Ved sygdomme ledsaget af et fald i koncentrationen af ​​proteiner (især albumin) i blodet, falder det onkotisk tryk, og dette kan være en af ​​årsagerne til ophobning af væske i det intercellulære rum, hvilket resulterer i udvikling af ødem.

Disperger systemet- dannelser af to eller flere faser (legemer), der praktisk talt ikke blandes og ikke reagerer kemisk med hinanden. I et typisk tilfælde af et tofasesystem er det første af stofferne ( dispergeret fase) fint fordelt i den anden ( dispersionsmedium). Hvis der er flere faser, kan de adskilles fra hinanden fysisk (centrifuge, adskille osv.).

Typisk er dispergerede systemer kolloide opløsninger, soler. Dispergerede systemer omfatter også tilfældet med et fast dispergeret medium, hvori den dispergerede fase er placeret. Løsninger af højmolekylære forbindelser af dig

Klassificering af spredningssystemer

Den mest generelle klassificering af disperse systemer er baseret på forskellen i aggregeringstilstanden af ​​dispersionsmediet og den dispergerede fase (faser). Kombinationer af tre typer aggregeringstilstande gør det muligt at skelne mellem ni typer af tofasede dispersionssystemer. For kortheds skyld er de sædvanligvis betegnet med en brøk, hvis tæller angiver den dispergerede fase, og nævneren angiver dispersionsmediet; f.eks. accepteres betegnelsen G/L for gas-i-væske-systemet.

Betegnelse	Dispergeret fase	Dispersivt medium	Titel og eksempel
Å/Å	Gasformig	Gasformig	Altid homogen blanding (luft, naturgas)
F/G	Væske	Gasformig	Aerosoler: tåger, skyer
T/G	Hårdt	Gasformig	Aerosoler (støv, dampe), pulverformige stoffer
G/F	Gasformig	Væske	Gasemulsioner og skum
F/F	Væske	Væske	Emulsioner: olie, fløde, mælk
T/F	Hårdt	Væske	Suspensioner og soler: pulp, slam, suspension, pasta
H/T	Gasformig	Hårdt	Porøse legemer: skumpolymerer, pimpsten
W/T	Væske	Hårdt	Kapillærsystemer (væskefyldte porøse legemer): jord, jord
T/T	Hårdt	Hårdt	Solide heterogene systemer: legeringer, beton, glaskeramik, kompositmaterialer

Baseret på den dispergerede fases kinetiske egenskaber kan tofasede dispersionssystemer opdeles i to klasser:

• Frit spredte systemer, hvor den dispergerede fase er mobil;
• Sammenhængende spredte systemer, hvori dispersionsmediet er fast, og partiklerne i deres dispergerede fase er indbyrdes forbundne og ikke kan bevæge sig frit.

Til gengæld er disse systemer klassificeret efter graden af ​​spredning.

Systemer med spredte fasepartikler af samme størrelse kaldes monodisperse, og systemer med partikler af ulige størrelse kaldes polydisperse. Som regel er de virkelige systemer omkring os polydisperse.

Der findes også spredte systemer med et større antal faser - komplekse spredte systemer. For eksempel, når et flydende dispersionsmedium koger med en fast dispergeret fase, opnås et trefasesystem "damp - dråber - faste partikler".

Et andet eksempel på et komplekst dispergeringssystem er mælk, hvis hovedkomponenter (ikke medregnet vand) er fedt, kasein og mælkesukker. Fedtet er i form af en emulsion og når mælken står, stiger det gradvist til toppen (fløde). Kasein er indeholdt i form af en kolloid opløsning og frigives ikke spontant, men kan let udfældes (i form af hytteost), når mælk syrnes f.eks. med eddike. Under naturlige forhold frigives kasein, når mælken bliver sur. Endelig er mælkesukker i form af en molekylær opløsning og frigives kun, når vandet fordamper.

Frit spredte systemer

Baseret på partikelstørrelse er frit spredte systemer opdelt i:

Ultramikroheterogene systemer kaldes også kolloide eller soler. Afhængigt af arten af ​​dispersionsmediet opdeles soler i faste soler, aerosoler (soler med et gasformigt dispersionsmedium) og lyosoler (soler med et flydende dispersionsmedium). Mikroheterogene systemer omfatter suspensioner, emulsioner, skum og pulvere. De mest almindelige grove systemer er fastgassystemer (for eksempel sand).

Kolloide systemer spiller en enorm rolle i biologi og menneskeliv. I biologiske væsker i kroppen er en række stoffer i kolloid tilstand. Biologiske genstande (muskel- og nerveceller, blod og andre biologiske væsker) kan betragtes som kolloide opløsninger. Dispersionsmediet af blod er plasma - en vandig opløsning af uorganiske salte og proteiner.

Sammenhængende spredte systemer

Porøse materialer

Porøse materialer er opdelt efter porestørrelse, i henhold til klassificeringen af ​​M. M. Dubinin, i:

Baseret på geometriske karakteristika er porøse strukturer opdelt i fast(hvor der i kropsvolumenet er en korrekt veksling af individuelle porer eller hulrum og kanaler, der forbinder dem) og stokastisk(hvor orientering, form, størrelse, relative position og forhold mellem porerne er tilfældige). De fleste porøse materialer er kendetegnet ved en stokastisk struktur. Porernes beskaffenhed har også betydning: åben porerne kommunikerer med kroppens overflade, så væske eller gas kan filtreres gennem dem; blindgyde porer kommunikerer også med overfladen af ​​kroppen, men deres tilstedeværelse påvirker ikke materialets permeabilitet; lukkede porer .

Solide heterogene systemer

Et typisk eksempel på solide heterogene systemer er de nyligt meget anvendte kompositmaterialer (kompositter) - kunstigt skabte faste, men heterogene, materialer, der består af to eller flere komponenter med klare grænseflader mellem dem. I de fleste af disse materialer (med undtagelse af lagdelte) kan komponenterne opdeles i matrix og inkluderet i det forstærkende elementer; i dette tilfælde er forstærkningselementerne normalt ansvarlige for materialets mekaniske egenskaber, og matrixen sikrer forstærkningselementernes fælles funktion. De ældste kompositmaterialer omfatter adobe, armeret beton, damaskstål og papmaché. I dag er fiberforstærket plast, glasfiber og metalkeramik meget udbredt og har fundet anvendelse inden for en bred vifte af teknologiområder.

Bevægelse af spredte systemer

Mekanikken i flerfasede medier beskæftiger sig med studiet af bevægelsen af ​​spredte systemer. Især problemerne med at optimere forskellige varme- og kraftenheder (dampturbinenheder, varmevekslere osv.), såvel som udviklingen af ​​teknologier til påføring af forskellige belægninger, gør problemet med matematisk modellering af gasstrømme nær vægge -flydende dråbeblanding relevant. Til gengæld kræver den betydelige mangfoldighed af strukturen af ​​vægstrømme af flerfasede medier, behovet for at tage højde for forskellige faktorer (inerti af dråber, dannelse af en væskefilm, faseovergange osv.) konstruktion af specielle matematiske modeller af flerfasede medier, som i øjeblikket aktivt udvikles

I verden omkring os er rene stoffer dybest set ekstremt sjældne, de fleste stoffer på jorden og i atmosfæren er forskellige blandinger, der indeholder mere end to komponenter. Partikler, der varierer i størrelse fra ca. 1 nm (flere molekylstørrelser) til 10 µm kaldes spredt(latinsk dispergo – sprøjtning, spray). Forskellige systemer (uorganiske, organiske, polymere, proteiner), hvori mindst et af stofferne er i form af sådanne partikler, kaldes dispergerede. spredt - der er tale om heterogene systemer bestående af to eller flere faser med en højt udviklet grænseflade mellem dem eller en blanding bestående af mindst to stoffer, der er fuldstændig eller praktisk talt ublandbare med hinanden og ikke reagerer kemisk med hinanden. En af faserne - den dispergerede fase - består af meget små partikler fordelt i en anden fase - dispersionsmediet.

Dispergeret system

I henhold til deres aggregeringstilstand kan dispergerede partikler være faste, flydende, gasformige og i mange tilfælde have en kompleks struktur. Dispersionsmedier er også gasformige, flydende og faste. De fleste af de virkelige kroppe i verden omkring os eksisterer i form af spredte systemer: havvand, jord og jord, væv fra levende organismer, mange tekniske materialer, fødevarer osv.

Klassificering af spredningssystemer

På trods af adskillige forsøg på at foreslå en samlet klassificering af disse systemer, mangler den stadig. Årsagen er, at i enhver klassifikation tages ikke alle egenskaber ved disperse systemer som et kriterium, men kun en af ​​dem. Lad os overveje de mest almindelige klassifikationer af kolloide og mikroheterogene systemer.

Inden for ethvert vidensfelt, når man skal beskæftige sig med komplekse objekter og fænomener, for at lette og etablere bestemte mønstre, er det tilrådeligt at klassificere dem efter bestemte kriterier. Dette gælder også for området spredte systemer; På forskellige tidspunkter blev der foreslået forskellige klassificeringsprincipper for dem. Baseret på intensiteten af ​​interaktion mellem stofferne i dispersionsmediet og den dispergerede fase skelnes lyofile og lyofobe kolloider. Andre teknikker til klassificering af disperse systemer er kort beskrevet nedenfor.

Klassificering efter tilstedeværelse eller fravær af interaktionmellem partikler af den dispergerede fase. Ifølge denne klassifikation er spredte systemer opdelt i frit spredte og sammenhængende spredte; klassificeringen gælder for kolloide opløsninger og opløsninger af højmolekylære forbindelser.

Frit dispergerede systemer omfatter typiske kolloide opløsninger, suspensioner, suspensioner og forskellige opløsninger af højmolekylære forbindelser, der har fluiditet, som almindelige væsker og opløsninger.

Sammenhængende spredte systemer omfatter de såkaldte strukturerede systemer, hvor der som følge af samspillet mellem partikler opstår en rumlig gennembrudt mesh-ramme, og systemet som helhed får egenskaben af ​​et halvfast legeme. For eksempel, soler af nogle stoffer og opløsninger af højmolekylære forbindelser, når temperaturen falder, eller koncentrationen stiger over en vis grænse, uden at undergå nogen ydre ændringer, mister de deres fluiditet - de gelatiniserer (gelatiniserer) og går over i en gel (gelé) tilstand. Dette omfatter også koncentrerede pastaer og amorfe præcipitater.

Klassificering efter spredning. Et stofs fysiske egenskaber afhænger ikke af kroppens størrelse, men ved en høj grad af formaling bliver de en funktion af spredning. For eksempel har metalsoler forskellige farver afhængigt af slibegraden. Kolloide opløsninger af guld med ekstrem høj spredning har således en lilla farve, mindre spredte har en blå farve, og endnu mindre spredte har en grøn farve. Der er grund til at tro, at andre egenskaber ved soler af det samme stof ændrer sig, efterhånden som de formales: Et naturligt kriterium for klassificering af kolloide systemer efter dispersitet foreslår sig selv, dvs. opdeling af regionen i den kolloide tilstand (10 -5 -10 -7) cm) i en række smallere intervaller. En sådan klassificering blev foreslået på et tidspunkt, men den viste sig at være ubrugelig, da kolloide systemer næsten altid er polydisperse; monodisperse er meget sjældne. Derudover kan spredningsgraden ændre sig over tid, dvs. den afhænger af systemets alder.

Der er ingen elementer i naturen, der er rene. Dybest set er de alle forskellige blandinger. De kan til gengæld være heterogene eller homogene. De er dannet af stoffer i aggregeret tilstand, hvilket skaber et specifikt dispersionssystem, hvori forskellige faser er til stede. Derudover indeholder blandinger sædvanligvis et dispersionsmedium. Dens essens ligger i det faktum, at det betragtes som et element med et stort volumen, hvor et stof er fordelt. I et dispergeret system er fasen og mediet placeret på en sådan måde, at der er grænsefladepartikler mellem dem. Derfor kaldes det heterogent eller heterogent. I lyset af dette er overfladens virkning, og ikke partiklerne som helhed, af stor betydning.

Klassificering af spredt system

En fase er som bekendt repræsenteret af stoffer med forskellige tilstande. Og disse elementer er opdelt i flere typer. Den samlede tilstand af den dispergerede fase afhænger af kombinationen af ​​mediet i den, hvilket resulterer i 9 typer systemer:

1. Gas. Der er tale om flydende, fast og grundstof. Homogen blanding, tåge, støv, aerosoler.
2. Væskedispergeret fase. Gas, fast, vand. Skum, emulsioner, soler.
3. Fast dispergeret fase. Væske, gas og det stof, der tages i betragtning i dette tilfælde. Jord, medicin eller kosmetik, sten.

Som regel bestemmes dimensionerne af et dispers system af størrelsen af ​​fasepartiklerne. Der er følgende klassifikation:

• groft (suspensioner);
• subtil og sand).

Dispersionssystem partikler

Ved at undersøge grove blandinger kan man observere, at partiklerne af disse forbindelser i strukturen kan være synlige for det blotte øje, på grund af det faktum, at deres størrelse er mere end 100 nm. Suspensioner henviser generelt til et system, hvori den dispergerede fase kan adskilles fra mediet. Dette skyldes, at de betragtes som uigennemsigtige. Suspensioner er opdelt i emulsioner (uopløselige væsker), aerosoler (små partikler og faste stoffer) og suspensioner (faste stoffer i vand).

Et kolloidt stof er ethvert stof, der har den kvalitet, at et andet grundstof er fordelt jævnt i det. Det vil sige, at det er til stede, eller rettere, det er en del af den spredte fase. Dette er en tilstand, hvor et materiale er fuldstændigt fordelt i et andet, eller rettere i dets volumen. I mælkeeksemplet dispergeres flydende fedt i en vandig opløsning. I dette tilfælde er det mindre molekyle inden for 1 nanometer og 1 mikrometer, hvilket gør det usynligt for det optiske mikroskop, når blandingen bliver homogen.

Det vil sige, at ingen del af opløsningen har en højere eller lavere koncentration af den dispergerede fase end nogen anden. Det kan siges at være kolloid af natur. Den større kaldes et kontinuert fase- eller dispersionsmedium. Fordi dens størrelse og fordeling ikke ændres, og det pågældende element spreder sig over det. Typer af kolloider omfatter aerosoler, emulsioner, skum, dispersioner og blandinger kaldet hydrosoler. Hvert sådant system har to faser: dispergeret og kontinuert fase.

Kolloider i historien

Intens interesse for sådanne stoffer var til stede i hele videnskaberne i begyndelsen af ​​det 20. århundrede. Einstein og andre videnskabsmænd studerede omhyggeligt deres egenskaber og anvendelser. På det tidspunkt var dette nye videnskabsområde et førende forskningsområde for teoretikere, forskere og producenter. Efter et toppunkt i interessen før 1950 faldt forskningen i kolloider markant. Det er interessant at bemærke, at med den nylige fremkomst af mikroskoper med højere effekt og "nanoteknologi" (studiet af objekter i en specifik lille skala), er der en fornyet videnskabelig interesse for studiet af nye materialer.

Læs mere om disse stoffer

Der er elementer observeret både i naturen og i kunstige opløsninger, der har kolloide egenskaber. For eksempel er mayonnaise, kosmetisk lotion og smøremidler typer af kunstige emulsioner, mens mælk er en lignende blanding, der forekommer naturligt. Kolloidt skum omfatter flødeskum og barberskum, mens spiselige varer omfatter smør, skumfiduser og gelé. Ud over fødevarer findes disse stoffer i form af nogle legeringer, maling, blæk, rengøringsmidler, insekticider, aerosoler, polystyrenskum og gummi. Selv smukke naturgenstande som skyer, perler og opaler har kolloide egenskaber, fordi de har andet stof fordelt jævnt igennem sig.

Fremstilling af kolloide blandinger

Ved at forstørre små molekyler til 1 til 1 mikrometer området, eller ved at reducere store partikler til samme størrelse. Kolloide stoffer kan opnås. Yderligere produktion afhænger af typen af ​​grundstoffer, der anvendes i dispergerede og kontinuerlige faser. Kolloider opfører sig anderledes end almindelige væsker. Og dette observeres i transport og fysisk-kemiske egenskaber. For eksempel kan en membran tillade en ægte opløsning med faste molekyler knyttet til flydende molekyler at passere gennem den. Mens et kolloidt stof, som har et fast stof spredt gennem en væske, vil blive strakt af membranen. Fordelingens paritet er ensartet til punktet af mikroskopisk lighed i mellemrummet gennem det andet element.

Ægte løsninger

En kolloid dispersion præsenteres i form af en homogen blanding. Elementet består af to systemer: kontinuert og dispergeret fase. Dette indikerer, at denne sag er relateret til, for de er direkte relateret til ovenstående blanding bestående af flere stoffer. I et kolloid har den anden en struktur af bittesmå partikler eller dråber, der er jævnt fordelt i den første. Fra 1 nm til 100 nm er størrelsen, der udgør den dispergerede fase, eller mere præcist partikler, i mindst én dimension. I dette interval kan den dispergerede fase med de angivne dimensioner kaldes omtrentlige elementer, der passer til beskrivelsen: kolloide aerosoler, emulsioner, skum, hydrosoler. De partikler eller dråber, der er til stede i de pågældende sammensætninger, er i høj grad påvirket af overfladens kemiske sammensætning.

Kolloide løsninger og systemer

Man bør tage højde for, at størrelsen af ​​den dispergerede fase er en svær at måle variabel i systemet. Løsninger er nogle gange kendetegnet ved deres egne egenskaber. For at gøre det lettere at opfatte indikatorerne for kompositionerne, ligner kolloider dem og ser næsten ens ud. For eksempel hvis det har en fast form spredt i en væske. Som et resultat vil partikler ikke passere gennem membranen. Mens andre komponenter såsom opløste ioner eller molekyler er i stand til at passere gennem det. Hvis vi analyserer det mere enkelt, viser det sig, at de opløste komponenter passerer gennem membranen, men kolloide partikler kan ikke med den pågældende fase.

Udseende og forsvinden af ​​farveegenskaber

På grund af Tyndall-effekten er nogle sådanne stoffer gennemskinnelige. I elementets struktur er det spredning af lys. Andre systemer og sammensætninger kommer med en slags nuance eller er helt uigennemsigtige, med en bestemt farve, selvom nogle er svage. Mange velkendte stoffer, herunder smør, mælk, fløde, aerosoler (tåge, smog, røg), asfalt, maling, maling, lim og havskum, er kolloider. Dette studieområde blev introduceret i 1861 af den skotske videnskabsmand Thomas Graham. I nogle tilfælde kan et kolloid betragtes som en homogen (ikke heterogen) blanding. Dette skyldes, at sondringen mellem "opløst" og "granulært" stof nogle gange kan være et spørgsmål om tilgang.

Hydrokolloide typer af stoffer

Denne komponent er defineret som et kolloidt system, hvor partikler er dispergeret i vand. Hydrokolloide elementer, afhængigt af mængden af ​​væske, kan antage forskellige tilstande, for eksempel gel eller sol. De kan være irreversible (en-delt) eller reversible. For eksempel agar, den anden type hydrokolloid. Kan eksistere i gel- og soltilstande og veksle mellem tilstande med tilførsel eller fjernelse af varme.

Mange hydrokolloider fås fra naturlige kilder. For eksempel udvindes carrageen fra alger, gelatine er afledt af bovint fedt, og pektin er afledt af citrusskaller og æblerester. Hydrokolloider bruges i fødevarer primært til at påvirke tekstur eller viskositet (sovs). Bruges også til hudpleje eller som helbredende middel efter skade.

Væsentlige egenskaber ved kolloide systemer

Fra denne information er det klart, at kolloide systemer er en undersektion af den spredte sfære. De kan til gengæld være opløsninger (soler) eller geler (gelé). Førstnævnte er i de fleste tilfælde skabt på basis af levende kemi. Sidstnævnte dannes under sedimenter, der opstår under koagulering af soler. Opløsninger kan være vandige med organiske stoffer, med svage eller stærke elektrolytter. Partikelstørrelserne af den dispergerede fase af kolloider spænder fra 100 til 1 nm. De kan ikke ses med det blotte øje. Som et resultat af bundfældning er fasen og mediet svære at adskille.

Klassificering efter typer af dispergerede fasepartikler

Multimolekylære kolloider. Når atomer eller mindre molekyler af stoffer (med en diameter på mindre end 1 nm) ved opløsning kombineres for at danne partikler af lignende størrelse. I disse soler er den dispergerede fase en struktur, der består af aggregater af atomer eller molekyler med en molekylstørrelse på mindre end 1 nm. For eksempel guld og svovl. Disse holdes sammen af ​​van der Waals styrker. De er normalt lyofile i naturen. Dette betyder betydelig partikelinteraktion.

Højmolekylære kolloider. Det er stoffer, der har store molekyler (såkaldte makromolekyler), som ved opløsning danner en vis diameter. Sådanne stoffer kaldes makromolekylære kolloider. Disse elementer, der danner den dispergerede fase, er sædvanligvis polymerer med meget høje molekylvægte. Naturlige makromolekyler er stivelse, cellulose, proteiner, enzymer, gelatine osv. De kunstige omfatter syntetiske polymerer som nylon, polyethylen, plast, polystyren osv. De er sædvanligvis lyofobiske, hvilket i dette tilfælde betyder svage interaktionspartikler.

Bundet kolloider. Det er stoffer, der, når de er opløst i et medium, opfører sig som normale elektrolytter ved lave koncentrationer. Men de er kolloide partikler med en større enzymatisk komponent af komponenter på grund af dannelsen af ​​aggregerede elementer. De således dannede aggregatpartikler kaldes miceller. Deres molekyler indeholder både lyofile og lyofobiske grupper.

Miceller. De er klyngede eller aggregerede partikler dannet ved association af et kolloid i opløsning. Almindelige eksempler er sæber og rengøringsmidler. Dannelse sker over en vis Kraft-temperatur og over en vis kritisk micelliseringskoncentration. De er i stand til at danne ioner. Miceller kan indeholde op til 100 molekyler eller mere, hvor natriumstearat er et typisk eksempel. Når det opløses i vand, producerer det ioner.