Суспензии примеры в природе



Суспензии, эмульсии, золи, гели, нано системы

Состояние чистого вещества описывается очень просто – твердое, жидкое, газообразное.

Но ведь абсолютно чистых веществ в природе не существует. Даже незначительное количество примесей может существенно влиять на свойство веществ: температуру кипения, электро- и теплопроводимость , реакционную способность и т.д. Очевидно, для получения абсолютно чистых веществ – одна из важнейших задач современной химии, ведь именно чистота вещества определяет возможность проявления им своих индивидуальных средств (демонстрация реактивов с маркировкой) .

Следовательно, в природе и практической жизни человека встречаются не отдельные вещества, а их системы. Важнейшими из них являются дисперсные системы.

Запишем тему лекции: ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ.

Что же собой представляет дисперсная система?

Д.С. – гетерогенные системы, в которых одно вещество равномерно распределено в виде частиц внутри другого вещества.

Дисперсная фаза дисперсная среда

(мелко раздробленное вещество) (однороднове вещество, в котором распределена

Примеры д.с : мел + вода, туман, дым, смог, определить дисперсную среду и дисперсную фазу

КЛАССИФИКАЦИЯ ДС.

1. ДС в зависимости от сочетания агрегатного состояния ДФ и ДС можно подразделить на 9 видов:

Дисперсионная среда Дисперсионная фаза
газ жидкость Твердое вещество
Газ Воздух, природный газ Туман, попутный нефтяной газ Дым, пыль, смог
Жидкость Газировка, пена Плазма крови, пищеварительный сок, эмульсии Строительные растворы, суспензии, золи
Твердое вещество Снежный наст, порошки, пористое тело Мед, косметические средства, влажная почва Минералы, сплавы, цветное стекло, горные породы

Демонстрация: чугуна и стали. Чугун и сталь отличаются друг от друга % содержанием углерода: в чугуне его 2-4%, а в стали менее 2%.

Избыток углерода в чугуне становится твердым раствором, выделяется в виде пластинок графита. Вследствие этого чугун хрупок и его можно использовать только для литья, а сталь можно ковать, прокатывать, штамповать.

2. Также Д, можно классифицировать по величине частиц

Грубодисперсные системы тонкодисперсные системы

(эмульсии, суспензии) (истинные растворы)

(золи, гели, пасты)

Грубодисперсые системы это непрозрачные системы, частицы видны невооруженным глазом, отстаиваются, у жидкостей видна граница раздела.

Грубодисперсные системы делятся на

— эмульсии (молоко, лимфа, нефть)

— суспензии (мел + вода, известковое молоко + вода, глина + вода)

(МИНИ-СООБЩЕНИЕ УЧАЩИХСЯ О СУСПЕНЗИЯХ И ЭМУЛЬСИЯХ)

Давайте начнем рассмотрение дисперсных систем с грубодисперсных систем.

Взвеси — это дисперсные системы, в которых размер частиц фазы более 100 нм. Это непрозрачные системы, отдельные частицы которых можно заметить невооруженным взглядом. Такие системы разделяю на:

1) Эмульсии (среда и фаза нерастворимые друг в друге жидкости). Например, известные вам молоко, лимфа, водоэмульсионные краски. Давайте приготовим эмульсию самостоятельно. Для этого просто добавим растительное масло в воду

2) Суспензии (среда — жидкость, фаза — нерастворимое в ней твердое вещество). Например, строительные растворы, взвешенный в воде морской и речной ил, живая смесь микроскопических живых организмов в морской воде — планктон (демонстрирую «известковое молоко» как пример суспензии)

3) Аэрозоли — взвеси в газе (наприме, в воздухе) мелких частиц твердых веществ и жидкостей. Например, пыли, туманы, дымы. Аэрозоли играют важную роль в природе, быту и производственной деятельности человека. А в чем же выражается это значение? Для ответа на этот вопрос самостоятельно прочитайте текст учебника на стр. 68

Следующим видом дисперсной системы являются коллоидные растворы, которые представляют собой системы, в которых размер частиц фазы от 100 до 1 нм. Эти частицы не видны невооруженным глазом.

Коллоидные растворы подразделяют на золи и гели (студни).

Золи — это большинство жидкостей живой клетки (цитоплазма, ядерный сок, содержимое вакуолей и органоидов) и живого организма в целом (кровь, лимфа, тканевая жидкость, пищеварительные соки, гуморальные жидкости и т.д.

Сейчас мы с вами приготовим золь. (демонстрирую приготовление золя «гидролиз хлорида железа горячей водой). После этого объясняю эффект Тиндаля

Коллоидные растворы занимают промежуточное положение между тонкодисперсными и грубодисперсными системами.

Источник

Эмульсия — что это такое: определение, примеры, классификация, применение

Существует два определения эмульсии: научное и бытовое. Говоря простыми словами, эмульсия представляет собой жидкую смесь компонентов, которые соединены между собой, но не смешаны полностью из-за разнородности своих свойств. Научным языком — это дисперсная система, включающая несколько фаз (мельчайших частиц), не способных взаимодействовать на химическом уровне. В качестве дисперсионной среды классических эмульсий выступает вода или масло, а жидкой дисперсной фазой могут быть вещества, образованные молекулами со слабо выраженной полярностью (жиры, углеводы). Примерами природных биологических эмульсий могут служить сырая нефть, пена, молоко. Не случайно само слово произошло от глагола «ē-mulgeo», что в переводе с латыни звучит как «доить» («emulgendum est exiguum lactis» — «эмульгендум это маленькая частица молока»), и одним из первых веществ, изучаемых с точки зрения соотношения жидких субстанций, было именно молоко — типичная эмульсия, где мельчайшие капельки жира равномерно распределены в воде.

Молоко — эмульсия природная
Эмульсии, суспензии и аэрозоли — самые распространённые дисперсионные системы. • Суспензия характеризуется жидкой средой и твёрдой дисперсной фазой (эмалевые краски, цементные растворы, многие лекарственные препараты, зубные пасты). Эмульсию и суспензию иногда путают из-за того, что невооружённым глазом очень многие вещества воспринимаются как похожие однородные массы. • Аэрозолями являются свободно-дисперсные системы с газообразной средой и дисперсной фазой, состоящей из твердых или жидких частиц (туман, смог, дым).

Какие бывают эмульсии: краткая классификация

Разделение на виды производится по разным критериям: состав жидких фаз и их соотношение между ними; метод и температура эмульгирования; происхождение, химическая природа и количество эмульгатора и другие факторы. • ПРЯМЫЕ И ОБРАТНЫЕ (инвертные). Их образовывают путём «масла в воду», либо «воды в масло» — неполярная жидкость в полярной среде и наоборот. • ЕДИНЫЕ И МНОЖЕСТВЕННЫЕ. Ко второму классу относятся эмульсии, где более крупные капли дисперсной фазы являются одновременно дисперсной средой для более мелких капель. • ЛИОФИЛЬНЫЕ И ЛИОФОБНЫЕ. Первые образуются самопроизвольно при подходящей температуре, и являются термически устойчивыми. Вторые возникают при диспергировании одной жидкости в другой, либо вследствие выделения новой капельножидкой фазы из пересыщенных растворов. Термически неустойчивы, и могут существовать продолжительное время лишь при наличии эмульгатора (третий компонент-стабилизатор).

Капли в эмульсионном составе
По способу получения эмульсий их делят на 2 группы: те, что образованы путём дробления капель, и за счёт разрыва плёнок воздушными пузырьками. Первое описание медицинской эмульсии, полученной из семян сладкого миндаля, встречается в Оксфордском энциклопедическом словаре (1612).

Сферы применения эмульсий

• В медицине: изготовление лекарственных препаратов. Проиллюстрировать преимущества эмульсий во врачебной практике можно на примере: издавна в качестве слабительного назначали касторовое масло, но использовать его можно по-разному: принять 1 чайную ложку вязкого масла или 3 капсулы, содержащие масло, либо 1 столовую ложку эмульсии, подслащенной сиропом. Какой способ легче и приятнее для пациента — пояснять не нужно. • В ремонтно-строительном деле: битумная и битумно-дорожная эмульсия; • В нефтяной промышленности; • В пищевой промышленности: изготовление масла и маргарина; • В сельском хозяйстве: производство пестицидов для борьбы с вредителями; • В косметике: кремы, мыла, бальзамы для волос, окислители для окрашивания; • В изобразительном искусстве: эмульсионные краски. Если присмотреться, можно заметить, что эмульсии окружают нас повсюду, и с ними каждый день сталкивается любой человек. Желток в яйце, которое мы разбиваем утром на сковородку, чтобы позавтракать — многокомпонентная эмульсия. Крем, которым смазываем лицо перед выходом на мороз, млечный сок комнатного растения, стоящего у нас на подоконнике… Когда барахлит двигатель автомобиля — одной из причин может быть образование эмульсии в моторе и на крышках горлышек для залива масла.

Источник

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СУСПЕНЗИЙ

Области распространения суспензий это вся наша планета Земля, и это ни в коей мере не преувеличение, так как суспензиями являются почвы и грунты при до­статочном содержании влаги; вода природных и искусст­венных водоемов (рек, озер, морей, океанов, прудов, во­дохранилищ). Всю твердообразную пищу животные, в том числе и человек, усваивают в виде суспензий, которые они начинают готовить уже в момент пережевывания.

Любая отрасль промышленности и сельского хозяй­ства в той или иной степени использует суспензии. Отме­тим некоторые из них.

В первую очередь отметим, что многие пищевые про­дукты представляют собой суспензии: плодово-ягодные соки, разнообразные пасты (томатная, шоколадная, шоколадноореховая и т. д.) соусы и кетчупы, готовая горчица и другие. Но еще более важным является то, что практи­чески любое пищевое производство на той или иной ста­дии связано с образованием, переработкой или разрушени­ем суспензий. Сахарная промышленность получение и очистка диффузного сока сахарной свеклы, который явля­ется суспензией. Масложировая промышленность ад­сорбционное рафинирование растительного масла, осно­ванное на использовании в качестве адсорбента суспензии бентонитовых глин. Крахмальнопаточная промышлен­ность производство как картофельного, так и кукуруз­ного крахмала связано с получением суспензий на началь­ных стадиях (крахмальное молоко, мельничное молоко), их очисткой и разрушением с выделением готового про­дукта на завершающем этапе. Молочная промышлен­ность суспензии образуются в производстве казеина, получении и переработки творога, ассортимент изделий из которого весьма велик. Мясная промышленность про­изводство мясных фаршей, различных колбас, паштетов связано с приготовлением и переработкой высококонцен­трированных суспензий (паст). Хлебопекарная и мака­ронная промышленность основана на замесе и обработке теста, которое в отношении твердых компонентов являет­ся пастой. Кондитерская промышленность шоколад­ная масса при температуре несколько выше 35 С представ­ляет собой суспензию частиц какао и кристалликов саха­ра в жидком какаомасле. Помадные массы кондитерского производства представляют собой пасты, твердой фазой в которых являются кристаллики сахарозы, а жидкой водный раствор сахарозы, глюкозы и мальтозы.

Суспензии являются объектами производственных процессов при получении удобрений, катализаторов, кра­сителей и т. д. В современной химической технологии получает распространение суспензионная полимеризация. Она заключается в том, что полимеризация происходит в каплях мономера, диспергированного в воде, в резуль­тате образуется суспензия полимера с размером твердых частиц от нескольких микрон до нескольких миллимет­ров. Этим методом получают полимеры из плохо раство­римых в воде мономеров, например, эфиров акриловой и метакриловой кислот, стирола, дивинилбензола, винилацетата и др.

Нельзя не упомянуть о том, что многие лекарствен­ные и косметические средства используются нами в виде суспензий. Каждый день мы начинаем и заканчиваем с зубной пастой в руках. А зубная паста это высококонцентрированная суспензия частиц карбоната кальция (пол­ный состав зубной пасты указан на упаковке).

Читайте также:  Природа в понимании пушкина

Безусловно, это далеко не полный перечень областей распространения и применения суспензий, и каждый читатель сможет его дополнить, исходя из круга своих индивидуальных интересов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Суспензии это микрогетерогенные системы с твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой (Т/Ж).

В зависимости от частичной концентрации дисперс­ной фазы суспензии делятся на разбавленные и концент­рированные, называемые пастами.

Разбавленные суспензии являются свободнодисперными системами и имеют много общего с лиофобными золями. Подобно лиофобным золям их получают диспергационными и конденсационными методами. Как прави­ло, на поверхности частиц суспензий возникает ДЭС, ко­торый обеспечивает их агрегативную устойчивость. Ве­личина дзетапотенциала имеет тот же порядок, что и у типичных лиозолей. При добавлении электролитов сус­пензии, подобно лиозолям, коагулируют, образуя круп­ные агрегаты. При наложении внешнего электрического поля происходят, правда в меньшей степени, чем у золей, электрокинетические явления.

Вместе с тем частицы дисперсной фазы в суспензиях имеют значительно большие размеры (более 10 5 см), чем частицы золей (10 7 10 5 см). Этим обусловлены их су­щественные различия:

• суспензии кинетически неустойчивы и быстро седиментируют;

• молекулярнокинетические свойства броуновское движение, диффузия,

осмос проявляются слабо или не проявляются совсем;

• суспензии практически не рассеивают свет, преиму­щественно отражая

или поглощая его, частицы дис­персной фазы видны в обычный

• вследствие малой удельной поверхности частиц дис­персной фазы

суспензий слабо выражены поверхност­ные явления.

Концентрированные суспензии пасты представля­ют собой связнодисперсные системы, в которых частицы дисперсной фазы взаимодействуют, образуя пространствен­ные структуры. Для этих систем определяющими являют­ся структурномеханические свойства, которые характеризуются такими параметрами, как вязкость, упругость, пластичность и др. Для паст характерны невысокая меха­ническая прочность, тиксотропия, синерезис, набухание.

Для определения размеров частиц дисперсной фазы в суспензиях широко применяются методы дисперсионного анализа.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Какие системы называются суспензиями? В чем состо­ит их принцип

иальное отличие от лиофобных золей?

2. По каким признакам классифицируются суспензии?

3. Какие классы веществ используются в качестве стаби­лизаторов суспенз

ий? Какие факторы устойчивости при этом реализуются?

4. Что называется сенсибилизацией?

5. Перечислите методы разрушения разбавленных сус­пензий.

6. Чем определяется возможность образования структу­ры в суспензии?

Какие факторы влияют на структурообразование?

7. Какими характерными свойствами обладают пасты? Механические

8. Что называется тиксотропией? Чем она количествен­но характеризуется?

9. Характерно ли для паст явление синерезиса?

10. Какой график называется интегральной кривой рас­пределения частиц?

Какие данные можно получить из этой кривой?

11. Как строится дифференциальная кривая распределе­ния? Какую инфор

мацию получают при анализе этой кривой?

Изучив содержание главы 15, вы должны знать:

сходство и различия между разбавленными суспензи­ями и лиофобными

• методы получения и разрушения суспензий;

• сущность и методы дисперсионного анализа.

ГЛАВА 16

ЭМУЛЬСИИ

Эмульсией называется микрогетерогенная система, состоящая из взаимнонерастворимых жидкостей, рас­пределенных одна в другой в виде капелек.

Жидкость, взвешенная в виде капелек, называется дисперсной фазой. Жидкость, в которой распределена дисперсная фаза, называется дисперсионной средой. Условно эмульсии обозначают в виде дроби , где в числителе указано агрегатное состояние фазы (жидкость 1), а в знаменателе агрегатное состояние среды (жидкость 2).

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭМУЛЬСИЙ

Эмульсии обычно классифицируют по двум признакам:

1) по концентрации дисперсной фазы (Сd): разбав­ленные (Сd 0,1% об); концентрированные (0,1% < Сd < 74% об);[12] высококонцентрированные (желатиниро­ванные) (Cd > 74% об).

2) по полярности дисперсной фазы и дисперсионной среды: эмульсии I рода (прямые) М/В; эмульсии II рода

(обратные) В/М.

Любую полярную жидкость принято обозначать бук­вой «В» «вода», а неполярную буквой «М» «масло».

В эмульсиях I рода капельки неполярной жидкости (масла) распределены в полярной (воде). В эмульсиях II рода дисперсионная среда неполярна.

МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЭМУЛЬСИЙ

Система из двух несмешивающихся жидкостей будет находиться в термодинамически устойчивом состоянии, если она будет состоять из двух сплошных слоев: верхнего (бо­лее легкая жидкость) и нижнего (более тяжелая жидкость). Как только мы начнем один из сплошных слоев дробить на капельки, чтобы получить эмульсию, будет возрастать меж­фазная поверхность, а следовательно, свободная поверхно­стная энергия и система станет термодинамически неус­тойчивой. Чем больше энергии будет затрачено на образо­вание эмульсии, тем более неустойчивой она будет. Чтобы придать эмульсии относительную устойчивость, исполь­зуют специальные вещества стабилизаторы, называемые эмульгаторами. Практически все эмульсии (за исключе­нием некоторых, образующихся самопроизвольно) получа­ют только в присутствии эмульгаторов.

Природа и механизм действия эмульгаторов будут рассмотрены в специальном разделе, а пока отметим, что эмульсии это, как минимум, трехкомпонентные системы, состоящие из полярной жидкости, неполярной жидкости и эмульгатора. При этом одна из жидкостей находится в виде капель. Капли требуемых размеров могут быть получены двумя различными путями: кон­денсационным методом, выращивая их из малых цент­ров каплеобразования, и диспергационным, дробя круп­ные капли.

Наиболее распространенными как в лабораторной, так и в производственной практике являются диспергационные методы.

Конденсация из паров. Пар одной .жидкости (дис­персная фаза) инжектируется под поверхность другой жидкости (дисперсионная среда). В таких условиях пар становится пересыщенным и конденсируется в виде ка­пель размером порядка 1 мкм. Эти капли стабилизиру­ются в жидкости, содержащей соответствующий эмуль­гатор.

На размер образующихся капель существенным обра­зом влияют давление инжектируемого пара, диаметр впускного сопла, эмульгатор. Этим методом легко полу­чают капли с размерами до 20 мкм.

Эмульсии можно также получить, используя моно­дисперсный аэрозоль, полученный конденсационным ме­тодом. Для этого в слегка пересыщенный пар вводят мел­кие (с размерами 10 6 см) частицы и позволяют цент­рам каплеобразования расти в течение некоторого времени, В результате образуется практически монодисперсный туман, при пропускании которого в дисперсионную среду получают монодисперсную эмульсию.

Замена растворителя. Вещество, которое в будущей эмульсии должно находиться в виде капель, растворяют в «хорошем» растворителе с образованием истинного ра­створа. Если затем в полученный раствор ввести другой растворитель, который существенно «портят» первый, то растворенное вещество будет объединяться в капли, образуя эмульсию. Например, для бензола этанол явля­ется «хорошим» растворителем, в котором бензол нахо­дится в виде молекул. При добавлении к этому раствору воды происходит образование капелек бензола в водноспиртовой дисперсионной среде возникает эмульсия I рода. Этот процесс легко наблюдается визуально си­стема из прозрачной становится мутной, так как ка­пельки бензола, в отличие от молекул бензола, рассеива­ют и отражают свет.

Эти методы основаны на дроблении грубодисперсной системы, которая представляет собой два несмешивающихся жидких слоя. В зависимости от вида работы, кото­рая совершается над грубодисперсной системой, диспергационные методы можно подразделить на три группы.

Механическое диспергирование. Механическая рабо­та, затрачиваемая для диспергирования, сводится к встря­хиванию, смешению, гомогенизации, выдавливанию сплош­ных жидкостей, одна из которых содержит эмульгатор.

1. Метод прерывистого встряхивания (d капель 50 100 мкм)

Образование эмульсии легко продемонстрировать, если пробирку, в которую налиты две жидкости, энергично встряхивать.

Бриге (1920)установил, что прерывистое встряхива­ние с постоянными интервалами между толчками гораз­до более эффективно, чем непрерывное. Например, для приготовления эмульсии 60% бензола в 1%м растворе олеата натрия необходимо непрерывное встряхивание в течение 7 мин (за это время механическое устройство со­вершает 3000 толчков). Такая же эмульсия может быть приготовлена путем пяти встряхиваний вручную в тече­ние 2 мин, если интервалы между двумя толчками состав­ляют 2030 с. При каждом толчке сплошная поверхность между двумя жидкостями становится волнистой и деформируется. Эта волнистость вначале приобретает вид паль­цевидных отростков, которые затем разрушаются на мел­кие капли. Этот процесс совершается в течение примерно 5 с. Если увеличивать интервалы между встряхиваниями, можно ускорить этот процесс. При ручном встряхивании капли будут иметь шаровую форму и размер 50–100 мкм.

2. Применение смесителей

Промышленность выпускает смесители разнообразных конструкций: с мешалками пропеллерного и турбинного типов, коллоидные мельницы, гомогенизаторы.

Гомогенизаторы это устройства, в которых дис­пергирование жидкости достигается пропусканием ее через малые отверстия под высоким давлением. Эти устрой­ства широко применяются для гомогенизации молока, в ходе которой средний диаметр капель молока понижает­ся до 0,2 мкм, и такое молоко не отстаивается.

Эмульгирование ультразвуком. Образование эмульсий при интенсивном ультразвуковом воздействии впервые наблюдали Вуд и Лукис (1927), которые работали с квар­цевым генератором большой мощности и частотой 200кГц. По мере развития ультразвуковой техники появился це­лый поток исследований в этой области.

Ультразвуковая область частот лежит выше предела слышимости человека (более 15 кГц) и распространяется вплоть до 10 9 Гц. Для эмульгирования должен приме­няться ультразвук большой мощности, наиболее эффек­тивной является область частот 2050 кГц.

Следует отметить, что эмульгирование ультразвуком весьма перспективно, хотя пока не находит широкого применения в промышленности.

Эмульгирование электрическими методами. Метод электрического «дробления» известен давно, хотя стал привлекать внимание к себе лишь в последние годы.

В 1958 г. Наваб и Мазон получили практически моно­дисперсную эмульсию в результате электрического дис­пергирования.

Идея их метода состояла в следующем. Жидкость, кото­рая должна быть диспергирована, помещалась в сосуд, за­канчивающийся капиллярной воронкой. Последняя соеди­нялась с положительным полюсом источника высокого на­пряжения. Сосуд был вставлен в большую круглодонную колбу, на дно которой был уложен заземленный металли­ческий электрод. В колбу была налита жидкость, которая служила бы в эмульсии дисперсионной средой. Образующи­еся при истечении из капилляра мелкие капли, попадая в жидкость, образовали эмульсии. Изменяя величину прило­женного напряжения и регулируя зазор между капилля­ром и жидкостью, получали эмульсии с определенными размерами частиц, обычно в интервале 110 мкм.

Для улучшения свойств эмульсий жидкость в колбе можно перемешивать и вводить эмульгатор. Таким путем получали устойчивые эмульсии типов М/В и В/М с кон­центрацией до 30%.

Электрические методы диспергирования в настоящее время находятся в стадии развития и совершенствования. Они имеют ряд очевидных преимуществ, из которых глав­ное высокая монодисперсность получаемых эмульсий. Эти методы позволяют получать эмульсии обоих типов с меньшей концентрацией эмульгатора, чем с помощью дру­гих методов. Однако электрические методы имеют и недо­статки. Так, если жидкости обладают заметной вязкостью, то эмульгирование затруднено или вообще невозможно.

Читайте также:  Из опыта работы о природе родного края

Самопроизвольным называется эмульгирование, кото­рое происходит без затрат энергии извне. Оно обнаружива­ется, например, в двухкомпонентной (без эмульгатора) ге­терогенной системе при температуре, близкой к критичес­кой температуре взаиморастворения[13] этих жидкостей.

При этой температуре поверхностное натяжение становит­ся крайне малым, менее 1 • 10 4 Дж/м 2 в этих условиях самопроизвольно образуется эмульсия. Она является тер­модинамически устойчивой, так как избыток свободной поверхностной энергии, возникающей при образовании ка­пель, компенсируется энтропийным фактором стрем­лением вещества к равномерному распределению в объеме системы. Каждая фаза этой эмульсии является насыщен­ным раствором одной жидкости в другой.

В этой возможности самопроизвольного образования термодинамически устойчивых равновесных систем при условии очень низких значений поверхностного натя­жения заключается одна из характерных особенностей эмульсий, отсутствующая у всех других дисперсных си­стем.

По Ребиндеру, критическое значение min, необходимое для образования любой самопроизвольной эмульсии, вклю­чая критические эмульсии, определяется выражением:

где k постоянная Больцмана.

При r 10 6 см и Т = 298 К величина minдолжнабыть меньше 0,1 эрг/см 2 .

Жидкий жир при поглощении организмом эмульги­руется в кишечнике солями желчных кислот до состоя­ния высокодисперсной жировой эмульсии и затем всасы­вается через стенки кишечника. Интересно, что система таурохолат (желчная соль) моноглицеридолеиновая кислота при 6,0 < рН <8,5 действительно обладает очень низким поверхностным натяжением (ниже 1 эрг/см 2 ), при котором может происходить самопроизвольное эмульги­рование.

Эмульсии, которые образуются самопроизвольно и,

следовательно, являются термодинамически устойчивы­ми, иногда называют лиофильньми эмульсиями.

Следует отметить, что после открытия Гэдом в 1878 г. самопроизвольного эмульгирования, были найдены мно­гочисленные системы жидкостей, которым свойственно это явление. Однако его механизм до сих пор остается дискуссионным.

Источник

Суспензия, типы и виды, свойства, ее приготовление и разрушение

Суспензия, типы и виды, свойства, ее приготовление и разрушение.

Суспензия – это дисперсная система, в которой дисперсная среда представляет собой жидкость, а дисперсная фаза – твердое вещество, что относит ее к разряду грубодисперсных.

Суспензия:

Суспензия – дисперсная система, в которой дисперсная среда представляет собой жидкость, а дисперсная фаза – твердое вещество, что относит ее к разряду грубодисперсных. При этом фаз может быть несколько и представлены они чаще всего в порошкообразном виде.

Ярким примером суспензии считается цементный раствор, сюда же можно отнести краски на основе эмали, буровые промывочные жидкости. Однако наиболее востребованы суспензии в фармацевтической промышленности, т.к. представляют собой одну из самых популярных лекарственных форм.

Свое название система получила от латинского слова suspensio, означающего «подвешивание». По своей сути суспензия – это взвесь, в которой после соединения жидкой среды и твердой фазы, представленной в виде мельчайших частиц, процессы оседания последней (седиментации) происходят очень медленно. Объясняется это тем, что, в отличие от прочих систем, размер частиц фазы все же велик (более 10 микрометров), а также малой разницей в плотности ее составляющих (фазы и среды). При условии, что концентрация порошкообразной составляющей велика, дисперсная среда образуется очень быстро.

Так, растворенная в воде мука – типичный представитель суспензии. При большой концентрации крупицы муки находятся в жидкости во взвешенном состоянии, практически не оседая на дно. С течением времени седиментация все же произойдет, появится плотный осадок, молекулы которого подвержены силе тяжести. При последующем же перемешивании суспензия вновь приобретет свое первоначальное состояние, причем достаточно быстро.

Классификация, типы и виды суспензий:

Разделение суспензий как дисперсной системы на классы, типы и виды проводится с учетом нескольких ключевых характеристик:

1. Природа дисперсной среды. Это может быть вода либо органическая жидкость.

2. Размер частиц дисперсной фазы. Делятся на 3 вида в зависимости от диаметра:

– грубые – не менее 1 микрометра;

– тонкие – от 0,1 до 1 микрометра;

– мути – менее 0,1 микрометра.

3. Концентрация. Объем дисперсной фазы может сделать систему разбавленной (взвесью) либо концентрированной, похожей на пасту.

Разбавленные суспензии менее устойчивы: частицы дисперсной фазы легко перемещаются в среде, непосредственно структура у системы отсутствует, как и кинетическая энергия, связывающая составляющие фазы.

В пастообразных же суспензиях действие соответствующих физических сил присутствует, что делает их связнодисперсными структурированными (имеющими пространственную сетку) системами.

Концентрация или концентрационный интервал напрямую влияет на создание структуры во взвеси, при этом для всех составляющих суспензии эти показатели индивидуальны. Они включают:

– природу дисперсной фазы;

– форму частиц, из которых фаза состоит;

– температуру соединяемых компонентов;

– наличие и формы механического воздействия на суспензию.

Наличие или отсутствие подобной структуры напрямую влияет на свойства получаемых дисперсных систем.

Свойства суспензий:

Различают такие основные свойства:

Механические свойства суспензий:

Механические свойства паст и взвесей существенно отличаются. Так, в разбавленных суспензиях они напрямую зависят от выбранной дисперсной среды, а в концентрированных от дисперсной фазы и от числа контактов между ее частицами.

Механические свойства проявляются в том, что в разбавленных суспензиях частицы свободно перемещаются в жидкости, сцепление между частицами отсутствует и каждая частица кинетически независима. Разбавленные суспензии – это свободнодисперсные бесструктурные системы.

В концентрированных же суспензиях (пастах), наоборот, между частицами действуют силы, приводящие к образованию определенной структуры (пространственной сетки). Таким образом, концентрированные суспензии – это связнодисперсные структурированные системы.

Оптические свойства суспензий:

Проходя через состав, световые лучи способны поглощаться, рассеиваться или отражаться. Самым изучаемым и важным оптическим параметром считается способность суспензии рассеивать свет. При рассеивании свет преобразуется частицами системы, в результате чего его направление меняется, а интенсивность падающего света меняется. Такое свойство характерно для высокодисперсных суспензий. В окрашенных суспензиях световые волны имеют свойство поглощаться, в остальных – отражаться, что придают им мутный вид.

В основе этих свойств лежит взаимодействие между энергией, получаемой в результате электромагнитного излучения дисперсной системы, и частицами, из которых состоит среда состава. К основным параметрам последних относят их:

– соотношение между длиной волны электромагнитного излучения и размером молекулы.

Электрокинетические свойства суспензий:

Электрокинетические свойства суспензий возникают вследствие контакта между твердыми частицами суспензии, представляющими собой дисперсную фазу, и раствором электролита, с которым состав контактирует. В результате взаимодействия образуется разность потенциалов: на поверхности суспензии они имеют одну полярность, а в слое, расположенном у самой поверхности – противоположную, что приводит к появлению двойного электрического слоя. Если концентрация электролита мала, ионы с противоположным зарядом имеют смешанный, рассеянный характер, и его выраженность напрямую зависит от этой концентрации: чем она меньше, тем ярче проявляется диффузия.

Разделение зарядов в пространстве также обуславливает основные электрокинетические свойства суспензии. Это:

– электрофорез (движение частиц в среде) – процесс, при котором фазы взаимно смещаются, ощущая воздействие электрического поля;

– электроосмос – перемещение среды, являющейся основой состава, сквозь пористую перегородку;

– образование разности потенциалов в случае, когда возникает смещение обоих фаз.

Все эти явления часто возникают в грубодисперсных системах, но самый часто используемый – электрофорез.

Молекулярно-кинетические свойства суспензий:

Эти свойства возникают в результате хаотического теплового движения молекул дисперсной среды, которые могут быть:

Если среда представлена жидкостью или газом, ее частицы не прекращают движение даже на секунду, в результате чего происходят их столкновения. Каждая молекула перед столкновением с другой проходит определенное расстояние, и ее средний показатель называют средней длиной свободного пробега. Т.к. кинетическая энергия у каждой молекулы индивидуальна, показатели тоже отличаются, и отклонение от среднего параметра приводит к появлению молекулярно-кинетических свойств. Однако эти свойства проявляются довольно слабо из-за того, что размеры частиц в дисперсной среде велики и не могут привести к появлению диффузии (смешиванию), броуновскому движению или осмосу. Слабая кинетическая устойчивость приводит к тому, что разделение фаз в суспензии происходит достаточно быстро и приводит к выделению плотного осадка.

Методы приготовления суспензий:

Суспензия представляет собой классическую дисперсную среду, поэтому получить ее можно двумя основными способами:

– диспергационным (дисперсным) – дроблением более крупных частиц фазы на мелкие;

– конденсационным (кристаллизационный) – увеличением исходного размера частиц до нужных параметров.

Диспергационный метод приготовления суспензии:

К диспергационному методу прибегают в том случае, когда требуется изготовить суспензию, дисперсной фазой которой выступает вещество нерастворимое или малорастворимое в выбранной среде. Если молекулы фазы не обладают способность впитывать воду или растворяться в ней, набухать при контакте с жидкость, применяется такая техника изготовления тонкой суспензии, как взмучивание.

Процесс достаточно прост: твердую фазу слегка смачивают жидкостью, которой представлена дисперсная среда, и тщательно растирают. После добавляют чуть большее количество среды и дают образовавшейся суспензии отстояться. Под действием силы тяжести недостаточно измельченные частицы осядут на дно, образуя осадок, а более мелкие и легкие останутся во взвешенном состоянии. Верхний, мелкодисперсный слой, аккуратно отделяют, а грубодисперсный снова подвергают измельчению. Процедура может проводится несколько раз – столько, сколько потребуется для получения устойчивой суспензии.

Более быстрым этот метод становится, если при измельчении частиц используется правило Дерягина: определение правильного соотношения между твердой фазой и жидкой средой в момент растирания. Оптимальными параметрами считается 0,4-0,6 миллилитров воды или органической жидкости на 1 грамм порошкообразного вещества. В такой концентрации трение частиц друг о друга считается наилучшим, и крупные гранулы быстро и легко разрушаются до нужных размеров. Еще один важный нюанс – появление расклинивающей способности дисперсной среды, что возможно лишь при правильно выбранном соотношении.

Для получения слабо концентрированных суспензий применяют такие методы, как взбалтывание, смешивание вручную или при помощи простых механизмов (миксер). Для концентрированных составов (паст) оптимальным станет классическое растирание.

Конденсационный метод приготовления суспензии:

Конденсационный метод приготовления суспензии подразумевает соединение двух веществ, каждое из которых растворимо в отдельности, но при обоюдном смешивании образующее нерастворимую взвесь. Чаще всего необходимо приготовить два отдельных состава, где фаза и среда хорошо реагируют между собой, а после соединить их.

Ярким примером данного метода считается получение фармацевтического состава из разведенных в воде концентрированных спиртового экстракта или настойки. Как результат – уменьшение концентрации спиртов, что приводит к выпадению в осадок составляющих экстракта или настойки, появлению грубого осадка, ранее легко растворимого в крепком спирте, но не способного сохранить свою структуру в жидкости, где концентрация спирта мала или вовсе отсутствует.

Читайте также:  Что ест осетр в дикой природе

Таким способом получают эфирные масла, смолы, липиды, воск, стеарин и прочие вещества. Контактируя со спиртами, они представляют собой истинные растворы, но выпадая в осадок превращаются в гетерогенные системы, обычно легко извлекаемые из жидкости. Последний параметр зависит от выбранного в качестве замены растворителя и водорастворимости самих составляющих.

После получения нерастворимой фазы можно готовить требуемую суспензию путем смешивания ее с выбранной дисперсной средой. Однако следует учитывать, что каждая подобная фаза имеет собственные химические и физические свойства и при неумелом или неправильном обращении способна образовать твердый осадок, для растворения которого потребуется приложить множество усилий. Поэтому вещества для ее повторного растворения следует выбирать очень тщательно и учитывать все ключевые параметры.

Агрегация суспензий:

Для больше устойчивости дисперсной системы в ее состав вводят стабилизаторы – вещества, препятствующие слипанию более мелких частиц в крупные с последующим оседанием их на дно под действием силы тяжести. Чаще всего используют:

– высокомолекулярные соединения (ВМС).

Методы разрушения суспензий:

В некоторых случаях суспензию требуется не только создать, но и провести обратный процесс – разрушить ее. Для этого используются различные способы.

Механические методы разрушения суспензий:

В основе механических методов разрушения суспензий лежит разделение дисперсной фазы от дисперсной среды при помощи механических приспособлений или устройств. Основные из них – применение отстойника, где состав хранится требуемое для выпадения осадка время, либо центрифуга, разделяющая твердые и жидкие компоненты в считанные минуты. Эти способы подходят для суспензий с малой агрегативной устойчивостью (способностью частиц к объединению) либо как завершающий этап разрушения.

Термические методы разрушения суспензий:

Термические методы разрушения суспензий представляют собой два классических способа воздействия:

– снижение температуры до критической – заморозка и оттаивание в естественных условиях;

– высушивание – увеличение концентрации дисперсной фазы за счет извлечения из состава жидкой среды.

Эти методы требуют наличия специального оборудования, часто с высоким энергетическим потреблением, и не рассчитаны на большие объемы, поэтому применяются исключительно в бытовых условиях.

Химические методы разрушения суспензий:

Химические методы разрушения суспензий требуют использования определенных химических веществ – реагентов, соединение с которыми составляющих суспензии и приводит к изменению и разрушению ее агрегативных свойств. Разрушая способность частиц объединяться между собой (агрегацию), такие вещества снижают параметры слипания мелких частиц в крупные (коагуляцию), а их выбор зависит от исходных составляющих суспензия и стабилизатора (его наличия и вида либо отсутствия).

Электрические методы разрушения суспензий:

Электрические методы разрушения суспензий подходят для дисперсных систем, частицы которых обладают зарядом, т.е. их стабилизация обусловлена ионогенными компонентами. Под действием электрического поля в разрушаемом составе возникает разность потенциалов, что, в свою очередь, провоцирует направленное движение заряженных частиц с последующим оседанием тех на требуемом электроде.

Как и термические методики, подразумевает наличие дорогостоящего оборудования и серьезных затрат энергии, поэтому не нашли отражение в тех отраслях промышленности, где требуется разрушение больших объемов суспензий.

Применение суспензий:

Образование суспензий возможно двумя способами – искусственным, посредством рук человека, и естественным, т.е. силами природы. К последним относят образование осадочных пород и многих полезных ископаемые, появление рек посредством намыва грунта сильными и неутомимыми ручьями и родниками. Однако более широкое применение находят дисперсные системы, созданные человеком. Сегодня суспензия – это неотъемлемая часть таких областей промышленности:

Источник

Дисперсные системы — классификация, виды и свойства

Дисперсные системы представляют собой гетерогенные структуры, внутри которых одно или более веществ распределяются в другом. Они никак не контактируют друг с другом, химические или иные реакции полностью отсутствуют. Нет и смешения. Фактически каждый элемент является самостоятельным, и если его извлечь, он сохраняет свое изначальное состояние.

То вещество, которого больше всего в соединении, называется дисперсной средой, второстепенное — фазой. Частицы между собой не взаимодействуют, даже имеется некая прослойка, которая разделяет их. Поэтому системы являются гетерогенными или неоднородными.

Примеры дисперсных систем встречаются в природе постоянно — морская вода, почва, большинство продуктов питания и т. д. Они могут иметь любое агрегатное состояние. Иногда в среде находится сразу несколько фаз. Тогда их выделяют с помощью центрифуги или методом сепарирования.

Классификация по агрегатному состоянию

Классификация дисперсных систем осуществляется в соответствии с агрегатными состояниями вещества. Их имеется три вида: жидкое, твердое и газообразное. Поэтому разделение происходит на 9 основных категорий, примеры и описание которых можно посмотреть в таблице ниже.

Вид Среда Фаза Пример
Газ х 2 Газ Газ Отсутствуют
Жидкость+газ Газ Жидкость Туман, облако
Твердое тело (далее ТТ)+газ Газ ТТ Дым, пыль
Газ+жидкость Жидкость Газ Любая пена
Жидкость х 2 Жидкость Жидкость Молоко
ТТ+жидкость Жидкость ТТ Известь, ил
Газ+ТТ ТТ Газ Пемза
Жидкость+твердое тело ТТ Жидкость Грунт
ТТ+ТТ ТТ ТТ Любые композиционные материалы, такие как бетон или цемент

Каждый тип классификации, в свою очередь, имеет свое название. К примеру, газообразные соединения называются преимущественно аэрозолями, за редким исключением. Жидкие вещества — газовые эмульсии или суспензии. Взаимодействия, когда средой является твердое тело, определяются, как сплавы, капиллярные системы или пористые субстанции.

Существующие виды

Фазные частицы могут взаимодействовать между собой. При этом среда остается стабильной, химические реакции с ней отсутствуют. В зависимости от типа интерактивности, формируются виды дисперсных систем:

  • Свободнодисперсные. Основное и главное свойство такой системы — текучесть. Поэтому сюда относят любые аэрозоли и растворы.
  • Связнодисперсные. Это твердые или полутвердые системы. К ним относятся все концентрированные пасы или аморфные вещества.

Некоторые субстанции могут быть одновременно двумя видами. Отдельные золи при нормальной температуре являются достаточно текучими, чтобы определить их, как свободнодисперсные. Однако, если градус уменьшается, молекулы соединяются друг с другом сильнее, приобретая характеристики твердого тела. Поэтому переходят в связнодисперсную форму.

Взвеси и их особенности

Те дисперсные системы, фазы в которых можно легко определить невооруженным глазом, называются взвесями. Их характерная черта — непрозрачность. Если необходимо отделить среду и второстепенное вещество, можно воспользоваться рядовыми фильтрами, или процедурой отстаивания. Категорию разделяют на несколько видов:

  • Эмульсии. В жидком агрегатном состоянии находится фаза и среда, они не взаимодействуют друг с другом и не растворяются. Многие получаются посредством гомогенизации. К ним относят большинство лекарственных препаратов или молоко.
  • Суспензии. Здесь средой является жидкость, а фазой — твердая структура. Получают посредством пересыпания в жидкость порошка. Структура получается текучая, т. к. фаза крайне мелкая. Если оставлять структуру в неподвижном состоянии, выпадает осадок. Почти все строительные растворы относятся к категории.
  • Аэрозоли. Взвесь в этом случае располагается в газе. Примеров множество, встречаются как в природе, так и в быту. Например, грозовые или обычные облака, туманы и некоторые виды осадков. Большинство химикатов, производимых для обработки сельскохозяйственных структур, тоже являются аэрозолями.

Взвеси важны в деятельности человека, равно как природных процессах. Почти все производство построено на применении растворов (удобрения, металлы, бумага и пр.). В окружающем мире естественные соединения с водой тоже встречаются постоянно, например, почвообразование или насыщение грунта полезными веществами. В жизнедеятельности всех живых существ они тоже принимают непосредственное участие.

Коллоидные системы

В отличие от взвесей, коллоидные системы невозможно разделить без использования современной техники или специальных препаратов. Без нужного инструмента и невооруженным глазом они выглядят, как однородная субстанция. Из-за этого определить дисперсность становится сложно. Подразделяются на два типа:

  • Растворы или золи. Главное свойство — прозрачность. Чтобы определить наличие дисперсности, можно пропустить сквозь жидкость направленный пучок света. Тогда появляется «дорожка». Фазные частицы отражают лучи, образуя таковую. В качестве примера можно рассмотреть крахмал, белки, клей, в человеческом организме — лимфа или кровь. Чтобы отделить среду и второстепенное вещество, задействуется техника. Даже при продолжительном отстаивании осадка не образуется.
  • Гели или студни. Это различные медицинские препараты, кондитерские кремы, желатин и многое другое. Многие изначально являются золями, затем переходят в новое состояние при понижении температуры. Отдельные преобразуются в эластичные твердые вещества, как пластилин или глина для лепки.

Если взвеси играют большую роль в природных процессах, то коллоидные системы являются неотъемлемой частью химии. Чаще всего они добываются посредством смешивания в специальном оборудовании. Без подобной структуры не удалось бы создать множество лекарственных препаратов, удобрений и других полезных материалов.

Высокомолекулярные вещества

Растворы высокомолекулярных веществ бывают двух видов: истинные и коллоидные. Все зависит от разных качеств, таких как тип фазы, среды, температуры и иных условий. У них есть ряд свойств:

  • Процессы смешения происходят естественно и крайне медленно.
  • Сначала происходит набухание, а затем смешивание.
  • Полимерные и истинные растворы отличаются существенно. Те законы, которые характерны для одних (Рауля, Вант-Гоффа), несвойственны другим.
  • По всей полученной субстанции свойства могут различаться из-за разного направления и/или размеров молекул.
  • Повышенная вязкость.

Отдельные полимерные растворы образуются самопроизвольно. Когда процесс набухания образуется неорганическим способом, дисперсная система перестает существовать, поскольку фаза полностью растворяется в среде, образуется химическая реакция. Если же он органический, то появляется студень.

Ключевые свойства

Свойства дисперсных систем определяются по одному основному фактору — при их возникновении образуется четкая межфазная граница. Также появляется некоторое значение поверхностной энергии, которая не комбинируется, рассматривается в отдельном порядке по отношению к среде и фазе.

В природе и продуктах жизнедеятельности человека встречаются грубодисперсные системы. Здесь фазу и среду легко можно отличить под стандартным микроскопом, а то и вовсе невооруженным глазом. Но если рассматривать ее в целом, то она представляет собой сложную совокупность коллоидных веществ.

В свою очередь, тонкодисперсные системы являются настолько мелкими, что рассмотреть их можно только в специальный ультразвуковой микроскоп. В некоторых случаях даже при направленном в жидкость луче не появляется характерной «дорожки». Несмотря на существенные различия, свойства везде одинаковы. Они зависят от таких показателей, как:

  • Степень (количество фаз).
  • Молекулярный вес.
  • Размеры частиц.
  • Агрегатное состояние.
  • Лиофобная/лиофильная группа.

В жизни человека рассматриваемые системы встречаются постоянно. Такое явление может быть как природным и естественным, так и выводимым в искусственном виде. Многочисленные лекарственные смеси, различные минеральные или химические удобрения, а также производственные процессы построены на дисперсности.

Источник