4.5. Дисперсні системи

   Під час вивчення неорганічної хімії ви дістали початкові уявлення про розчин і протікання процесу розчинення речовин у воді. Вам відомо також, що при змішуванні речовин з водою не завжди утворюються однорідні (гомогенні) системи. Однорідність — характерна властивість розчинів. Багато речовин з водою утворюють каламутні на вигляд неоднорідні (гетерогенні) системи, які називаються суспензіями і емульсіями. 

    Під час розчинення речовини подрібнюються, або диспергуються. У зв'язку з цим розчини, суспензії, емульсії називають дисперсними системами.

Існують різні дисперсні системи, в яких в одній речовині (дисперсному середовищі) розподілена (диспергована) у вигляді дрібних частинок інша речовина. Дисперсне середовище може бути у вигляді газу, рідини і твердої речовини. У різних агрегатних станах може бути і диспергована речовина. Приклад дисперсної системи — дим або пил в атмосфері. У цьому разі середовище дисперсної системи — повітря (суміш газів), а частинки—дуже подрібнені тверді речовини. Середовищем може бути газ (повітря), а диспергованими частинками—дрібні крапельки рідини (туман). Різні аерозолі також є дисперсними системами. Середовищем у них є газ, в якому дисперговані тверді або рідкі частинки.

За ступенем дисперсності, тобто за величиною частинок, розподілених                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         у дисперсному середовищі, розрізняють грубодисперсні І і тонкодисперсні системи.

    Найбільше значення в практиці мають дисперсні системи,  в яких дисперсним середовищем є вода або інші рідини. Ці системи залежно від розмірів частинок поділяють на істинні розчини (або просто розчини), колоїдні розчини і грубодисперсні і  системи (суспензії та емульсії).

Істинні розчини також належать до дисперсних систем. Розміри диспергованих частинок в них дуже малі. Діаметр цих частинок менше 1 нм. Саме тому істинні розчини — однорідні системи, в яких частинки розчиненої речовини не можна спостерігати навіть за допомогою ультрамікроскопа.

Найбільш поширений розчинник — вода. Крім води, як розчинник використо-вують й інші рідини. Так, жири не розчиняються у воді, але розчиняються в бензині, тетрахлорметані ССІ4 та в інших  органічних розчинниках, які використовують для видалення жирових плям на тканинах, виділення олії з насіння і т. д. Для розчинення різних лаків і фарб застосовують спирт, ацетон та інші розчинники.Велике значення мають і колоїдні розчини, які відрізняються від істинних розчинів  розмірами   частинок розчиненої речовиниі мають специфічні властивості. Якщо в істинних розчинах діаметр  частинок  менш як  1нм,  то  розмір  частинок  у  колоїдних розчинах становить від 1 до 100 нм. Ці частинки звичайно складаються із безлічі молекул або атомів.

 Оскільки розміри молекул деяких високомолекулярних речо­вин перевищують 1 нм, то розчини цих речовин, наприклад білків, відносять до колоїдних розчинів. З курсу загальної біології вам відомо, що частинки таких розмірів можна виявити за допомогою ультрамікроскопа. В ультрамікроскопі використо­вується принцип розсіювання світла, завдяки чому колоїдні частинки в ультрамікроскопі у вигляді яскравих точок виділя­ються на темному фоні.

      Колоїдні розчини утворюються від розчинення у воді деяких високомолекулярних речовин, наприклад білків. Їх також діста­ють в результаті деяких хімічних реакцій. Так, при взаємодії розчинів силікатів з кислотами виділяється кремнієва кислота, яка з водою утворює колоїдний розчин.

 Характерна властивість колоїдних розчинів — їх прозорість. У цьому їх подібність до істинних розчинів. Але якщо крізь колоїдний розчин пропустити промінь світла, то утворюється світний конус . Цим вони відрізняються від істинних розчинів.

На відміну від суспензій і емульсій колоїдні розчини відстою­ються тривалий час. Це пояснюється тим, що частинки колоїдних розчинів порівняно малі і перебувають у постійному русі.

       Може виникнути запитання: чому від взаємних зіткнень колоїдні частинки не злипаються? Це пояснюється тим, що речо­вина в колоїдному, тобто в подрібненому, стані має велику поверхню зіткнення і адсорбує або позитивно, або негативно заряджені іони. Наприклад, під час добування кремнієвої кислоти її молекули адсорбують силікат-іон SіО32- , які утворюються в розчині:

nН2SO3 +mSіО32-  = [Н2SіОз]n*mSіО32- 

 Частинки з однойменними зарядами взаємно відштовхуються і тому не злипаються.

Під час нагрівання, а також введення електролітів колоїдні частинки втрачають заряд, починають злипатися, укрупнюватись, а потім осідають. Злипання колоїдних частинок дістало назву коагуляції.

 Колоїдні розчини дуже поширені в природі і відіграють важливу роль у фізіологічних процесах. Так, білок яйця, плазма крові — колоїди. Колоїдні розчини є також у грунті. Багато про­дуктів харчування (молоко, какао) — також колоїдні розчини. До колоїдів належать різні клеї, лаки і фарби.

 Багато речовин у колоїдному стані використовують як ката­лізатори. Дуже подрібнені фарби мають кращу покривну влас­тивість.

  Деякі колоїдні розчини під час коагуляції утворюють драгле­подібну масу, яку називають гелем (драглем). Наприклад, З %-ний розчин агару в теплій водіперетворюється в гель. Це пояснюється тим, що колоїдні частинки зв'язують із розчину значну кількість молекул води. Приклади гелів вам відомі з повсяк­денного життя — це желе, мармелад, м'ясний холодець, кисле молоко та ін.

Гелі нестійкі, бо вода, зв'язана з колоїдними частинками, з часом або від нагрівання відокремлюється. Так із кислого молока добувають сироватку і сир. Процес самовільного виділення води із гелю називають синерезисом.