hogar » Educación » Definición de medio disperso. Clasificación de sistemas dispersos.

Definición de medio disperso. Clasificación de sistemas dispersos.

Sistemas dispersos.

Los sistemas dispersos están muy extendidos en la naturaleza y han sido utilizados por el hombre en sus actividades vitales durante mucho tiempo. Casi cualquier organismo vivo representa un sistema disperso o los contiene en diversas formas.

Ejemplo: sistemas libremente dispersos(no existen estructuras sólidas rígidas - soles): sangre, linfa, jugos gástricos e intestinales, líquido cefalorraquídeo, etc.

sistemas dispersos cohesivos(hay estructuras espaciales rígidas - geles): protoplasma, membranas celulares, fibras musculares, cristalino, etc.

Los sistemas dispersos se utilizan activamente en medicina, principalmente soluciones coloidales, aerosoles, cremas y ungüentos. Los procesos bioquímicos en el cuerpo ocurren en sistemas dispersos. La absorción de alimentos está asociada con la transición de nutrientes a un estado disuelto. Los biofluidos (sistemas dispersos) participan en el transporte de nutrientes (grasas, aminoácidos, oxígeno), fármacos a órganos y tejidos, así como en la excreción de metabolitos (urea, bilirrubina, dióxido de carbono) del organismo.

El conocimiento de los patrones de los procesos físicos y químicos en sistemas dispersos es importante para los futuros médicos tanto para estudiar disciplinas biomédicas y clínicas como para una comprensión más profunda de los procesos que ocurren en el cuerpo y cambiarlos conscientemente en la dirección deseada.

Sistemas dispersos- Se trata de sistemas multicomponente en los que algunas sustancias en forma de pequeñas partículas se distribuyen en otra sustancia. La sustancia que se distribuye se llama fase dispersa. La sustancia en la que se distribuye la fase dispersa se llama medio de dispersión.

Ejemplo: solución acuosa de glucosa

moléculas de glucosa – fase dispersa

agua – medio de dispersión

La dispersidad es un valor que caracteriza el tamaño de las partículas suspendidas en sistemas dispersos. Es la inversa del diámetro de partícula de la fase dispersa. Cuanto menor sea el tamaño de las partículas, mayor será la dispersión.

Clasificación de sistemas dispersos.

Los sistemas dispersos se clasifican según cinco criterios.

1. Por grado de dispersión:

· grueso

D = 10 4 – 10 6 metro –1 , se caracterizan por la inestabilidad y la opacidad.

Ejemplo: suspensiones, emulsiones, espumas, suspensiones.

· coloidal dispersa

D = 10 7 – 10 9 metro –1 , puede ser transparente y turbio, estable e inestable.

Ejemplo: soluciones coloidales, soluciones de compuestos de alto peso molecular.

molecular-disperso y ion-disperso

D = 10 10 – 10 11 metro –1 , se caracterizan por la transparencia y la estabilidad.

Ejemplo: soluciones de compuestos de bajo peso molecular.

2. Por la presencia de una interfaz física entre la fase dispersa y el medio de dispersión:

· homogéneos (sistemas monofásicos, sin interfaz).

Ejemplo: soluciones de compuestos de bajo peso molecular y de alto peso molecular.

· heterogéneo

existe una interfaz entre la fase dispersa y el medio de dispersión.

Ejemplo: soluciones coloidales y sistemas gruesos.

3. Según la naturaleza de la interacción entre la fase dispersa y el medio de dispersión:

· liofílico

Existe una afinidad entre la fase dispersa y el medio de dispersión.

Ejemplo: todos los sistemas homogéneos.

· liófobo

Hay poca o ninguna interacción entre la fase dispersa y el medio de dispersión.

Ejemplo: todos los sistemas heterogéneos.

4. Según el estado de agregación de la fase dispersa y del medio de dispersión:

medio de control de fase de control	gaseoso	duro	líquido
gaseoso	mezcla de gases (aire)	polvo de harina de humo de tabaco, aerosoles cósmicos	nubes de vapor niebla
líquido	disuelto en sangre CO 2 , O 2 , N 2 , espuma agua mineral bebidas carbonatadas de frutas	soluciones coloidales suspensiones soluciones para DIU soluciones NMS	emulsiones: leche mantequilla margarina cremas ungüentos aceite
duro	espumas sólidas (espuma plástica, carbón activado) resinas de intercambio iónico tamices moleculares	aleaciones metálicas vidrio coloreado, cristal piedras preciosas (rubí, amatista) supositorios (supositorios medicinales)	El cristal hidrata minerales con inclusiones líquidas (perlas, ópalo) suelos húmedos.

5. Por la naturaleza del medio de dispersión:

Soluciones verdaderas.

La verdadera solución es un sistema disperso liofílico homogéneo con tamaños de partículas de 10 –10 – 10 –11 metro.

Las verdaderas soluciones son sistemas dispersos monofásicos; se caracterizan por una alta fuerza de unión entre la fase dispersa y el medio de dispersión. Una verdadera solución permanece homogénea indefinidamente. Las verdaderas soluciones son siempre transparentes. Las partículas de la verdadera solución no son visibles ni siquiera con un microscopio electrónico. Las verdaderas soluciones se difunden bien.

Un componente cuyo estado de agregación no cambia durante la formación de una solución se llama disolvente (medio de dispersión) y el otro componente se llama soluto (fase dispersa).

Si los componentes tienen el mismo estado de agregación, el disolvente es el componente cuya cantidad en la solución predomina.

En las soluciones de electrolitos, independientemente de la proporción de componentes, los electrolitos se consideran sustancias disueltas.

Las verdaderas soluciones están divididas:

· por tipo de disolvente: acuoso y no acuoso

· por tipo de sustancia disuelta: soluciones de sales, ácidos, álcalis, gases, etc.

· en relación a la corriente eléctrica: electrolitos y no electrolitos

por concentración: concentrado y diluido

· según el grado de alcanzar el límite de solubilidad: saturados e insaturados

· desde un punto de vista termodinámico: ideal y real

· por estado de agregación: gaseoso, líquido, sólido

Las verdaderas soluciones son:

· ion disperso (fase dispersa – iones hidratados): solución acuosa de NaCl

· molecularmente dispersado (fase dispersa – moléculas): solución acuosa de glucosa

Cada ion, individualmente o en conjunto, realiza determinadas funciones en el organismo. El papel decisivo en el transporte de agua en el cuerpo lo desempeñan los iones Na + y Cl –, es decir, participan en el metabolismo agua-sal. Los iones de electrolitos participan en los procesos de mantenimiento de una presión osmótica constante, estableciendo el equilibrio ácido-base, en los procesos de transmisión de impulsos nerviosos y en los procesos de activación enzimática.

Desde la perspectiva de los sistemas vivos, las soluciones en las que el agua es el disolvente son de mayor interés.

En él se disuelven una gran cantidad de sustancias. No es solo un disolvente que asegura la dispersión molecular de sustancias por todo el organismo. También participa en muchos procesos químicos y bioquímicos del cuerpo. Por ejemplo, hidrólisis, hidratación, hinchazón, transporte de nutrientes y fármacos, gases, anticuerpos, etc.

Hay un intercambio continuo de agua y sustancias disueltas en ella en el cuerpo. El agua constituye la mayor parte de cualquier criatura viviente. Su contenido en el cuerpo humano cambia con la edad: en un embrión humano - 97%, en un recién nacido - 77%, en hombres adultos - 61%, en mujeres adultas - 54%, en personas mayores de 81 años - 49,8%. La mayor parte del agua del cuerpo se encuentra dentro de las células (70%), aproximadamente el 23% es agua intercelular y el resto (7%) se encuentra dentro de los vasos sanguíneos y como parte del plasma sanguíneo.

En total hay 42 litros de agua en el cuerpo. Al día entran y salen del cuerpo entre 1,5 y 3 litros de agua. Este es el equilibrio hídrico normal del cuerpo.

La principal vía para eliminar el agua del cuerpo son los riñones. Una pérdida del 10 al 15% de agua es peligrosa y del 20 al 25% es fatal para el cuerpo.

La característica más importante de una solución es su concentración.

Formas de expresar la concentración de soluciones:

1. Fracción de masa w(x)– un valor igual a la relación entre la masa de la sustancia disuelta m(x) y la masa de la solución m(p-p)

w(x) = × 100%

2. Concentración molar de solución con(X)– un valor igual a la relación entre la cantidad de sustancia n(x) contenida en una solución y el volumen de esta solución V(solución).

Con(x) = [mol/l], donde n(x) = [mol]

Solución milimolar: una solución con una concentración molar igual a 0,001 mol/l

Solución centimolar: una solución con una concentración molar igual a 0,01 mol/l

Solución decimolar: una solución con una concentración molar igual a 0,1 mol/l

3. Equivalente de concentración molar Con ( x) – un valor igual a la relación de la cantidad de sustancia equivalente n ( x ) en solución al volumen de esta solución.

C (x) = [mol/l], donde n (x) = [mol], y M(x) = × M(x)

Equivalente – es una partícula de materia real o condicional X, que en una reacción ácido-base determinada es equivalente a un ion de hidrógeno o en una ORR determinada, un electrón.

Número de equivalencia z Y factor de equivalencia F= . El factor de equivalencia muestra qué fracción de una partícula real de materia X equivalente a un ion hidrógeno o un electrón. Número de equivalencia z es igual a:

a) ácidos - basicidad ácida H 2 SO 4 z = 2.

b) bases – acidez de la base Aℓ(OH) 3 z = 3.

c) sales: el producto del estado de oxidación (s.o.) de un metal por el número de sus átomos en la molécula de Fe 2 (SO 4) 3 z= 2 × 3 = 6.

d) agentes oxidantes: el número de electrones unidos

Mn +7 + 5ē → Mn +2 z = 5

e) agentes reductores: el número de electrones cedidos

Fe +2 – 1ē → Fe +3 z = 1

4. Concentración molar b(x)– un valor igual a la relación entre la cantidad de sustancia y la masa de disolvente (kg)

b(x) = = [mol/kg]

5. Fracción molar C (x yo) igual a la relación entre la cantidad de sustancia de un componente dado y la cantidad total de todos los componentes de la solución

Fórmulas para la relación entre concentraciones:

Con(x)= C(x)×z

Las soluciones tienen una serie de propiedades que no dependen de la naturaleza del soluto, sino que dependen únicamente de su concentración. El más importante es la ósmosis.

Gracias a la ósmosis, el complejo proceso de metabolismo del cuerpo con el entorno externo se produce a través de las membranas de las células de órganos y tejidos.

La difusión es el proceso de igualación espontánea de la concentración por unidad de volumen.

La ósmosis es la difusión unidireccional de moléculas de disolvente a través de una membrana semipermeable desde un disolvente a una solución o desde una solución con una concentración más baja a una solución con una concentración más alta.

solución solvente

La transferencia de disolvente a través de la membrana se debe a presión osmótica . Es igual al exceso de presión externa que se debe aplicar desde la solución para detener el proceso, es decir, crear condiciones de equilibrio osmótico. Exceder el exceso de presión sobre la presión osmótica puede provocar la inversión de la ósmosis (difusión inversa del disolvente). La ósmosis inversa se produce cuando el plasma sanguíneo se filtra en la parte arterial del capilar y en los glomérulos renales.

La presión osmótica es la presión que se debe aplicar a una solución para que se detenga la ósmosis.

Ecuación de Van't Hoff: P osm = C TR×10 3

Presión osmótica sanguínea: 780 – 820 kPa

Todas las soluciones, desde el punto de vista de los fenómenos osmóticos, se pueden dividir en 3 grupos:

· Las soluciones isotónicas son soluciones que tienen la misma presión osmótica y concentración osmolar. Ejemplos: bilis, solución de NaCl (w=0,9%, c=0,15 mol/l), solución de glucosa (w=7%, c=0,3 mol/l)

La concentración osmolar (osmolaridad) es la cantidad total de sustancia de todas las partículas cinéticamente activas contenidas en 1 litro de solución. con osm, osmol/l

La concentración de osmolalidad (osmolalidad) es la cantidad total de sustancia de todas las partículas cinéticamente activas contenidas en 1 kg de disolvente. b osm, osmol/kg

Para soluciones diluidas, la concentración osmolar es la misma que la concentración osmolar. c osm ≈ b osm

· Solución hipertónica - una solución con una mayor concentración de sustancias disueltas, por lo tanto, con una presión osmótica más alta en comparación con otra solución y, en presencia de membranas permeables, capaz de extraer agua de ella. Ejemplos: jugo intestinal, orina.

· Solución hipotónica: solución con menor concentración de sustancias disueltas, por lo tanto, con menor presión osmótica en comparación con otra solución y capaz de perder agua en presencia de membranas permeables. Ejemplos: saliva, sudor.

Las células animales y vegetales están separadas del medio ambiente por una membrana. Cuando se coloca una célula en soluciones de diferentes concentraciones o presiones osmolares, se observarán los siguientes fenómenos:

Plasmólisis – reducción del volumen celular. En este caso, la célula se coloca en una solución hipertónica. La diferencia de presión osmótica hace que el disolvente pase de la célula a la solución hipertónica.

· lisis – aumento del volumen celular. En este caso, la célula se coloca en una solución hipotónica. La diferencia de presión osmótica hace que el disolvente entre en la célula. En el caso de rotura de las membranas de los eritrocitos y transferencia de hemoglobina al plasma, el fenómeno se denomina hemólisis.

Isoosmia: el volumen celular no cambia. En este caso, la célula se coloca en una solución isotónica.

Con la ayuda de fenómenos osmóticos, el cuerpo humano mantiene el metabolismo del agua y la sal. La ósmosis es la base del mecanismo de la función renal. La solución isotónica (fisiológica) de NaCl (0,9%) se utiliza para grandes pérdidas de sangre. La solución hipertónica de NaCl (10%) se utiliza para aplicar vendajes de gasa en heridas purulentas.

Presión oncótica- Esto es parte de la presión osmótica creada por las proteínas.

En el plasma sanguíneo humano constituye sólo alrededor del 0,5% de la presión osmótica (0,03-0,04 atm o 2,5-4,0 kPa). Sin embargo, la presión oncótica juega un papel crucial en la formación de líquido intercelular, orina primaria, etc. La pared capilar es libremente permeable al agua y a sustancias de bajo peso molecular, pero no a las proteínas. La tasa de filtración de líquido a través de la pared capilar está determinada por la diferencia entre la presión oncótica de las proteínas plasmáticas y la presión hidrostática de la sangre creada por el trabajo del corazón. En el extremo arterial del capilar, la solución salina junto con los nutrientes pasan al espacio intercelular. En el extremo venoso del capilar, el proceso avanza en la dirección opuesta, ya que la presión venosa es menor que la presión oncótica. Como resultado, las sustancias liberadas por las células pasan a la sangre. En enfermedades acompañadas de una disminución en la concentración de proteínas (especialmente albúmina) en la sangre, la presión oncótica disminuye, y esta puede ser una de las razones de la acumulación de líquido en el espacio intercelular, como resultado del desarrollo de edema.

Sistemas dispersos

Las sustancias puras son muy raras en la naturaleza. Las mezclas de diferentes sustancias en diferentes estados de agregación pueden formar sistemas heterogéneos y homogéneos: sistemas y soluciones dispersos.
Disperso Se denominan sistemas heterogéneos en los que una sustancia en forma de partículas muy pequeñas se distribuye uniformemente en el volumen de otra.
La sustancia que está presente en menor cantidad y distribuida en el volumen de otra se llama fase dispersa . Puede estar formado por varias sustancias.
La sustancia presente en mayor cantidad, en cuyo volumen se distribuye la fase dispersa, se llama medio de dispersión . Existe una interfaz entre este y las partículas de la fase dispersa, por lo que los sistemas dispersos se denominan heterogéneos (no homogéneos).
Tanto el medio de dispersión como la fase dispersa pueden estar representados por sustancias en diferentes estados de agregación: sólido, líquido y gaseoso.
Dependiendo de la combinación del estado agregado del medio de dispersión y la fase dispersa, se pueden distinguir 9 tipos de tales sistemas.

Según el tamaño de las partículas de las sustancias que componen la fase dispersa, los sistemas dispersos se dividen en dispersos gruesos (suspensiones) con tamaños de partículas superiores a 100 nm y finamente dispersos (soluciones coloidales o sistemas coloidales) con tamaños de partículas de 100 a 1 Nuevo Méjico. Si una sustancia se fragmenta en moléculas o iones de tamaño inferior a 1 nm, se forma un sistema homogéneo: una solución. Es uniforme (homogéneo), no existe interfaz entre las partículas y el medio.

Un rápido conocimiento de los sistemas y soluciones dispersos demuestra su importancia en la vida cotidiana y en la naturaleza.

Juzgue usted mismo: sin el limo del Nilo no habría tenido lugar la gran civilización del Antiguo Egipto; sin agua, aire, rocas y minerales, el planeta vivo no existiría en absoluto: nuestro hogar común, la Tierra; sin células no habría organismos vivos, etc.

Clasificación de sistemas y soluciones dispersos.

Suspender

Suspender - Se trata de sistemas dispersos en los que el tamaño de partícula de la fase es superior a 100 nm. Se trata de sistemas opacos cuyas partículas individuales se pueden ver a simple vista. La fase dispersa y el medio de dispersión se separan fácilmente mediante decantación. Dichos sistemas se dividen en:
1) emulsiones (tanto el medio como la fase son líquidos insolubles entre sí). Se trata de las conocidas pinturas a base de leche, linfa, agua, etc.;
2) suspensiones (el medio es un líquido y la fase es un sólido insoluble en él). Se trata de soluciones de construcción (por ejemplo, "leche de cal" para blanquear), limo de río y mar suspendido en el agua, una suspensión viva de organismos vivos microscópicos en el agua de mar: plancton, del que se alimentan las ballenas gigantes, etc.;
3) aerosoles - suspensiones en gas (por ejemplo, en aire) de pequeñas partículas de líquidos o sólidos. Distinga entre polvo, humo y niebla. Los dos primeros tipos de aerosoles son suspensiones de partículas sólidas en gas (partículas más grandes en polvo), el último es una suspensión de pequeñas gotas de líquido en gas. Por ejemplo, aerosoles naturales: niebla, nubes de tormenta, una suspensión de gotas de agua en el aire, humo, pequeñas partículas sólidas. Y el smog que se cierne sobre las ciudades más grandes del mundo es también un aerosol con una fase dispersa sólida y líquida. Los residentes de los asentamientos cercanos a las fábricas de cemento sufren del polvo de cemento más fino que siempre flota en el aire, que se forma durante la molienda de las materias primas del cemento y el producto de su cocción: el clinker. Aerosoles nocivos similares (polvo) también están presentes en las ciudades con producción metalúrgica. Humo de las chimeneas de las fábricas, smog, pequeñas gotas de saliva que salen volando de la boca de un paciente con gripe y también aerosoles nocivos.
Los aerosoles desempeñan un papel importante en la naturaleza, la vida cotidiana y las actividades productivas humanas. Las acumulaciones de nubes, el tratamiento químico de los campos, la aplicación de pintura en aerosol, la atomización de combustible, la producción de leche en polvo y el tratamiento de las vías respiratorias (inhalación) son ejemplos de fenómenos y procesos en los que los aerosoles aportan beneficios. Los aerosoles son nieblas sobre las olas del mar, cerca de cascadas y fuentes; el arco iris que aparece en ellos da alegría y placer estético a la persona.
Para la química, los sistemas dispersos en los que el medio es agua y soluciones líquidas son de gran importancia.
El agua natural siempre contiene sustancias disueltas. Las soluciones acuosas naturales participan en los procesos de formación del suelo y aportan nutrientes a las plantas. Los procesos vitales complejos que ocurren en los cuerpos humanos y animales también ocurren en soluciones. Muchos procesos tecnológicos en la industria química y otras industrias, por ejemplo, la producción de ácidos, metales, papel, refrescos y fertilizantes, se llevan a cabo en soluciones.

Sistemas coloidales

Sistemas coloidales - Se trata de sistemas dispersos en los que el tamaño de las partículas de fase es de 100 a 1 nm. Estas partículas no son visibles a simple vista y la fase dispersa y el medio de dispersión en tales sistemas son difíciles de separar mediante sedimentación.
Se dividen en soles (soluciones coloidales) y geles (gelatina).
1. Soluciones coloidales o soles. Se trata de la mayoría de los fluidos de una célula viva (citoplasma, jugo nuclear - carioplasma, contenido de orgánulos y vacuolas) y del organismo vivo en su conjunto (sangre, linfa, líquido tisular, jugos digestivos, fluidos humorales, etc.). Estos sistemas forman adhesivos, almidón, proteínas y algunos polímeros.
Se pueden obtener soluciones coloidales como resultado de reacciones químicas; por ejemplo, cuando soluciones de silicatos de potasio o sodio (“vidrio soluble”) reaccionan con soluciones ácidas, se forma una solución coloidal de ácido silícico. También se forma un sol durante la hidrólisis del cloruro de hierro (III) en agua caliente. Las soluciones coloidales son similares en apariencia a las soluciones verdaderas. Se distinguen de estos últimos por el "camino luminoso" que se forma: un cono cuando un rayo de luz los atraviesa.

Este fenómeno se llama Efecto Tyndall . Las partículas de la fase dispersa del sol, más grandes que en la solución verdadera, reflejan la luz desde su superficie y el observador ve un cono luminoso en el recipiente con la solución coloidal. No se forma en una verdadera solución. Se puede observar un efecto similar, pero sólo para un aerosol y no para un coloide líquido, en los cines cuando un haz de luz de una cámara de cine atraviesa el aire de la sala de cine.

Las partículas de la fase dispersa de soluciones coloidales a menudo no se sedimentan incluso durante el almacenamiento a largo plazo debido a las continuas colisiones con las moléculas de disolvente debido al movimiento térmico. No se pegan al acercarse entre sí debido a la presencia de cargas eléctricas del mismo nombre en su superficie. Pero bajo ciertas condiciones, puede ocurrir un proceso de coagulación.

Coagulación - el fenómeno de las partículas coloidales que se pegan entre sí y precipitan - se observa cuando las cargas de estas partículas se neutralizan cuando se agrega un electrolito a la solución coloidal. En este caso, la solución se convierte en suspensión o gel. Algunos coloides orgánicos se coagulan cuando se calientan (pegamento, clara de huevo) o cuando cambia el ambiente ácido-base de la solución.

2. geles , o jaleas, que son sedimentos gelatinosos formados durante la coagulación de los soles. Estos incluyen una gran cantidad de geles poliméricos, tan conocidos por los geles de confitería, cosméticos y médicos (gelatina, carne en gelatina, gelatina, mermelada, pastel de leche de ave) y, por supuesto, una infinita variedad de geles naturales: minerales (ópalo), medusas. cuerpos, cartílagos, tendones, cabello, tejido muscular y nervioso, etc. La historia del desarrollo de la vida en la Tierra puede considerarse simultáneamente la historia de la evolución del estado coloidal de la materia. Con el tiempo, la estructura de los geles se altera y se libera agua. Este fenómeno se llama sinéresis .

Soluciones

Una solución se llama Sistema homogéneo formado por dos o más sustancias.
Las soluciones son siempre monofásicas, es decir, son un gas, líquido o sólido homogéneo. Esto se debe al hecho de que una de las sustancias se distribuye en la masa de la otra en forma de moléculas, átomos o iones (tamaño de partícula inferior a 1 nm).
Las soluciones se llaman verdadero , si desea resaltar su diferencia con las soluciones coloidales.
Se considera disolvente a una sustancia cuyo estado de agregación no cambia durante la formación de una solución. Por ejemplo, agua en soluciones acuosas de sal de mesa, azúcar, dióxido de carbono. Si una solución se formó mezclando gas con gas, líquido con líquido y sólido con sólido, se considera que el solvente es el componente más abundante en la solución. Entonces, el aire es una solución de oxígeno, gases nobles, dióxido de carbono en nitrógeno (disolvente). El vinagre de mesa, que contiene del 5 al 9% de ácido acético, es una solución de este ácido en agua (el disolvente es agua). Pero en esencia acética, el ácido acético desempeña el papel de disolvente, ya que su fracción de masa es del 70-80%, por lo tanto, es una solución de agua en ácido acético.

Al cristalizar una aleación líquida de plata y oro, se pueden obtener soluciones sólidas de diferentes composiciones.
Las soluciones se dividen en:
molecular: son soluciones acuosas de sustancias orgánicas no electrolíticas (alcohol, glucosa, sacarosa, etc.);
ion molecular- se trata de soluciones de electrolitos débiles (ácidos nitrosos, hidrosulfuros, etc.);
iónico: son soluciones de electrolitos fuertes (álcalis, sales, ácidos: NaOH, K 2 S0 4, HN0 3, HC1O 4).
Anteriormente, existían dos puntos de vista sobre la naturaleza de la disolución y las soluciones: físico y químico. Según el primero, las soluciones se consideraban mezclas mecánicas, según el segundo, como compuestos químicos inestables de partículas de una sustancia disuelta en agua u otro disolvente. La última teoría fue expresada en 1887 por D.I. Mendeleev, quien dedicó más de 40 años al estudio de soluciones. La química moderna considera la disolución como un proceso fisicoquímico y las soluciones como sistemas fisicoquímicos.
Una definición más precisa de solución es:
Solución - un sistema homogéneo (homogéneo) que consta de partículas de una sustancia disuelta, un disolvente y los productos de su interacción.

El comportamiento y las propiedades de las soluciones de electrolitos, como bien saben, se explican por otra teoría importante de la química: la teoría de la disociación electrolítica, desarrollada por S. Arrhenius, desarrollada y complementada por los estudiantes de D. I. Mendeleev y, principalmente, por I. A. Kablukov.

Preguntas para consolidar:
1. ¿Qué son los sistemas dispersos?
2. Cuando la piel está dañada (herida), se observa coagulación de la sangre: coagulación del sol. ¿Cuál es la esencia de este proceso? ¿Por qué este fenómeno cumple una función protectora para el organismo? ¿Cómo se llama una enfermedad en la que la coagulación de la sangre es difícil o no se observa?
3. Cuéntanos sobre la importancia de varios sistemas dispersos en la vida cotidiana.
4. Trazar la evolución de los sistemas coloidales durante el desarrollo de la vida en la Tierra.

Sistema disperso- formaciones de dos o más fases (cuerpos) que prácticamente no se mezclan y no reaccionan químicamente entre sí. En un caso típico de un sistema de dos fases, la primera de las sustancias ( fase dispersa) finamente distribuido en el segundo ( medio de dispersión). Si son varias fases, se pueden separar físicamente entre sí (centrifugar, separar, etc.).

Los sistemas típicamente dispersos son soluciones coloidales y soles. Los sistemas dispersos también incluyen el caso de un medio sólido disperso en el que se ubica la fase dispersa.

YouTube enciclopédico

1 / 5

La clasificación más general de los sistemas dispersos se basa en la diferencia en el estado de agregación del medio de dispersión y la fase (fases) dispersa. Las combinaciones de tres tipos de estados de agregación permiten distinguir nueve tipos de sistemas dispersos de dos fases. Para abreviar, generalmente se denotan mediante una fracción, cuyo numerador indica la fase dispersa y el denominador indica el medio de dispersión; por ejemplo, para el sistema de gas en líquido se acepta la designación G/L.

Designación	Fase dispersa	Medio dispersivo	Título y ejemplo
Y/Y	Gaseoso	Gaseoso	No forman sistemas dispersos.
F/G	Líquido	Gaseoso	Aerosoles: nieblas, nubes.
T/G	Duro	Gaseoso	Aerosoles (polvo, humos), sustancias en polvo
Novia/F	Gaseoso	Líquido	Emulsiones y espumas gaseosas.
F/F	Líquido	Líquido	Emulsiones: aceite, nata, leche.
V/F	Duro	Líquido	Suspensiones y soles: pulpa, lodo, suspensión, pasta.
H/T	Gaseoso	Duro	Cuerpos porosos: polímeros espumados, piedra pómez.
PESO/T	Líquido	Duro	Sistemas capilares (cuerpos porosos llenos de líquido): suelo, suelo
T/T	Duro	Duro	Sistemas sólidos heterogéneos: aleaciones, hormigón, vitrocerámicas, materiales compuestos.

Según las propiedades cinéticas de la fase dispersa, los sistemas dispersos de dos fases se pueden dividir en dos clases:

Sistemas libremente dispersos, en el que la fase dispersa es móvil;
Sistemas cohesivamente dispersos., en el que el medio de dispersión es sólido y las partículas de su fase dispersa están interconectadas y no pueden moverse libremente.

A su vez, estos sistemas se clasifican según el grado de dispersión.

Los sistemas con partículas en fase dispersa de igual tamaño se denominan monodispersos y los sistemas con partículas de diferente tamaño se denominan polidispersos. Por regla general, los sistemas reales que nos rodean son polidispersos.

También existen sistemas dispersos con un mayor número de fases: sistemas dispersos complejos. Por ejemplo, cuando un medio de dispersión líquido hierve con una fase sólida dispersa, se obtiene un sistema trifásico "vapor - gotas - partículas sólidas".

Otro ejemplo de un sistema disperso complejo es la leche, cuyos componentes principales (sin contar el agua) son la grasa, la caseína y el azúcar de la leche. La grasa está en forma de emulsión y cuando la leche reposa, va subiendo poco a poco a la superficie (nata). La caseína está contenida en forma de solución coloidal y no se libera espontáneamente, pero puede precipitarse fácilmente (en forma de requesón) cuando la leche se acidifica, por ejemplo, con vinagre. En condiciones naturales, la caseína se libera cuando la leche se agria. Finalmente, el azúcar de la leche se encuentra en forma de solución molecular y se libera sólo cuando el agua se evapora.

Sistemas libremente dispersos

Según el tamaño de las partículas, los sistemas libremente dispersos se dividen en:

Los sistemas ultramicroheterogéneos también se denominan coloidales o soles. Dependiendo de la naturaleza del medio de dispersión, los soles se dividen en soles sólidos, aerosoles (soles con un medio de dispersión gaseoso) y liosoles (soles con un medio de dispersión líquido). Los sistemas microheterogéneos incluyen suspensiones, emulsiones, espumas y polvos. Los sistemas gruesos más comunes son los sistemas sólido-gas (por ejemplo, arena).

Los sistemas coloidales juegan un papel muy importante en la biología y la vida humana. En los fluidos biológicos del cuerpo, varias sustancias se encuentran en estado coloidal. Los objetos biológicos (células musculares y nerviosas, sangre y otros fluidos biológicos) pueden considerarse soluciones coloidales. El medio de dispersión de la sangre es el plasma, una solución acuosa de sales y proteínas inorgánicas.

Sistemas cohesivamente dispersos.

Materiales porosos

Los materiales porosos se dividen según el tamaño de los poros, según la clasificación de M. M. Dubinin, en:

Según las características geométricas, las estructuras porosas se dividen en regular(en el que en el volumen corporal hay una alternancia correcta de poros o cavidades individuales y canales que los conectan) y estocástico(en el que la orientación, forma, tamaño, posición relativa y relaciones de los poros son aleatorias). La mayoría de los materiales porosos se caracterizan por una estructura estocástica. La naturaleza de los poros también importa: abierto los poros se comunican con la superficie del cuerpo para que a través de ellos se pueda filtrar líquido o gas; callejón sin salida los poros también se comunican con la superficie del cuerpo, pero su presencia no afecta la permeabilidad del material; poros cerrados .

Sistemas sólidos heterogéneos

Un ejemplo típico de sistemas sólidos heterogéneos son los materiales compuestos recientemente utilizados: materiales sólidos, pero heterogéneos, creados artificialmente que constan de dos o más componentes con interfaces claras entre ellos. En la mayoría de estos materiales (a excepción de los estratificados), los componentes se pueden dividir en matriz e incluido en él elementos de refuerzo; en este caso, los elementos de refuerzo suelen ser los responsables de las características mecánicas del material, y la matriz asegura el funcionamiento conjunto de los elementos de refuerzo. Algunos de los materiales compuestos más antiguos incluyen

La mayoría de las sustancias que nos rodean son mezclas de diversas sustancias, por lo que el estudio de sus propiedades juega un papel importante en el desarrollo de la química, la medicina, la industria alimentaria y otros sectores de la economía nacional. El artículo analiza la cuestión de cuál es el grado de dispersión y cómo afecta las características del sistema.

¿Qué son los sistemas dispersos?

Antes de pasar a discutir la cuestión del grado de dispersión, es necesario aclarar a qué sistemas se puede aplicar este concepto.

Imaginemos que tenemos dos sustancias diferentes que pueden diferir entre sí en composición química, por ejemplo, sal de mesa y agua pura, o en su estado de agregación, por ejemplo, la misma agua en estado líquido y sólido (hielo). Ahora necesitas tomar y mezclar estas dos sustancias y mezclarlas intensamente. ¿Cuál será el resultado? Depende de si se produjo una reacción química durante la mezcla o no. Cuando hablamos de sistemas dispersos, se cree que durante su formación no ocurre ninguna reacción, es decir, las sustancias originales conservan su estructura a nivel micro y sus propiedades físicas inherentes, por ejemplo, densidad, color, conductividad eléctrica y otras.

Por tanto, un sistema disperso es una mezcla mecánica, como resultado de la cual se mezclan dos o más sustancias entre sí. A la hora de su formación se utilizan los conceptos de “medio de dispersión” y “fase”. El primero tiene la propiedad de continuidad dentro del sistema y, por regla general, se encuentra en él en grandes cantidades relativas. La segunda (fase dispersa) se caracteriza por la propiedad de discontinuidad, es decir, en el sistema se encuentra en forma de pequeñas partículas que están limitadas por la superficie que las separa del medio.

Sistemas homogéneos y heterogéneos.

Está claro que los dos componentes nombrados del sistema disperso diferirán en sus propiedades físicas. Por ejemplo, si se arroja arena al agua y se revuelve, está claro que los granos de arena existentes en el agua, cuya fórmula química es SiO 2, no diferirán en nada del estado en que se encontraban cuando no estaban en el agua. agua. En tales casos hablamos de heterogeneidad. En otras palabras, un sistema heterogéneo es una mezcla de varias (dos o más) fases. Bajo este último se entiende un determinado volumen finito de un sistema, que se caracteriza por determinadas propiedades. En el ejemplo anterior tenemos dos fases: arena y agua.

Sin embargo, los tamaños de las partículas en fase dispersa, cuando se disuelven en cualquier medio, pueden llegar a ser tan pequeños que dejan de exhibir sus propiedades individuales. En este caso se habla de sustancias homogéneas u homogéneas. Aunque contienen varios componentes, todos forman una fase en todo el volumen del sistema. Un ejemplo de sistema homogéneo es una solución de NaCl en agua. Cuando se disuelve, debido a la interacción con moléculas polares de H 2 O, el cristal de NaCl se descompone en cationes individuales (Na +) y aniones (Cl -). Se mezclan homogéneamente con agua y en un sistema de este tipo ya no es posible encontrar la interfaz entre la sustancia soluble y el disolvente.

Tamaño de partícula

¿Cuál es el grado de dispersión? Este valor debe considerarse con más detalle. ¿Que es ella? Es inversamente proporcional al tamaño de partícula de la fase dispersa. Es esta característica la que subyace a la clasificación de todas las sustancias consideradas.

Al estudiar sistemas dispersos, los estudiantes a menudo se confunden acerca de sus nombres, porque creen que su clasificación también se basa en su estado de agregación. Esto no es verdad. Las mezclas de diferentes estados de agregación en realidad tienen diferentes nombres; por ejemplo, las emulsiones son sustancias acuosas y los aerosoles ya presuponen la existencia de una fase gaseosa. Sin embargo, las propiedades de los sistemas dispersos dependen principalmente del tamaño de partícula de la fase disuelta en ellos.

Clasificación generalmente aceptada

La clasificación de los sistemas dispersos por grado de dispersión se da a continuación:

Si el tamaño nominal de partícula es inferior a 1 nm, estos sistemas se denominan soluciones reales o verdaderas.
Si el tamaño de partícula convencional se encuentra entre 1 nm y 100 nm, entonces la sustancia en cuestión se denomina solución coloidal.
Si las partículas tienen un tamaño superior a 100 nm, entonces estamos hablando de suspensiones o suspensiones.

Respecto a la clasificación anterior, aclaremos dos puntos: en primer lugar, las cifras dadas son orientativas, es decir, un sistema en el que el tamaño de partícula es de 3 nm no es necesariamente un coloide, también puede ser una verdadera solución. Esto se puede establecer estudiando sus propiedades físicas. En segundo lugar, notará que la lista utiliza la frase "tamaño convencional". Esto se debe al hecho de que la forma de las partículas en un sistema puede ser completamente arbitraria y, en general, tiene una geometría compleja. Por tanto, hablan de un tamaño medio (condicional).

Soluciones verdaderas

Como se mencionó anteriormente, el grado de dispersión de las partículas en soluciones reales es muy grande (su tamaño es muy pequeño,< 1 нм), что не существует поверхности раздела между ними и растворителем (средой), то есть имеет место однофазная гомогенная система. Для полноты информации напомним, что размер атома составляет порядка одного ангстрема (0,1 нм). Последняя цифра говорит о том, что частицы в настоящих растворах имеют атомные размеры.

Las principales propiedades de las verdaderas soluciones, que las distinguen de los coloides y suspensiones, son las siguientes:

El estado de la solución existe indefinidamente sin cambios, es decir, no se forma ningún precipitado de la fase dispersa.
La sustancia disuelta no se puede separar del disolvente mediante filtración a través de papel normal.
La sustancia tampoco se separa como resultado del proceso de paso a través de una membrana porosa, lo que en química se llama diálisis.
Puede separarse del disolvente sólo cambiando el estado de agregación de este último, por ejemplo, mediante evaporación.
Se puede realizar electrólisis, es decir, pasar una corriente eléctrica si se aplica una diferencia de potencial al sistema (dos electrodos).
No dispersan la luz.

Un ejemplo de verdaderas soluciones es mezclar varias sales con agua, por ejemplo, NaCl (sal de mesa), NaHCO 3 (bicarbonato de sodio), KNO 3 (nitrato de potasio) y otras.

Soluciones coloidales

Se trata de sistemas intermedios entre soluciones reales y suspensiones. Sin embargo, tienen una serie de características únicas. Enumeremoslos:

Son mecánicamente estables durante el tiempo deseado si las condiciones ambientales no cambian. Basta calentar el sistema o cambiar su acidez (indicador de pH), y el coloide se coagula (precipita).
No se separan mediante papel de filtro, sin embargo, el proceso de diálisis conduce a la separación de la fase dispersa y el medio.
Al igual que con las verdaderas soluciones, se puede realizar una electrólisis.
Los sistemas coloidales transparentes se caracterizan por el llamado efecto Tyndall: al pasar un haz de luz a través de este sistema, se puede ver. Esto se debe a la dispersión de las ondas electromagnéticas de la parte visible del espectro en todas direcciones.
La capacidad de adsorber otras sustancias.

Los sistemas coloidales, debido a las propiedades enumeradas, son ampliamente utilizados por el hombre en diversos campos de actividad (industria alimentaria, química) y también se encuentran a menudo en la naturaleza. Un ejemplo de coloide es la mantequilla y la mayonesa. En la naturaleza se trata de nieblas y nubes.

Antes de pasar a la descripción de la última (tercera) clase de sistemas dispersos, expliquemos con más detalle algunas de las propiedades nombradas de los coloides.

¿Qué tipos de soluciones coloidales existen?

Para este tipo de sistemas dispersos la clasificación se puede dar teniendo en cuenta los diferentes estados agregativos del medio y la fase disuelta en el mismo. A continuación se muestra la tabla correspondiente/

La tabla muestra que las sustancias coloidales están presentes en todas partes, tanto en la vida cotidiana como en la naturaleza. Tenga en cuenta que también se puede dar una tabla similar para las suspensiones, recordando que la diferencia con los coloides radica únicamente en el tamaño de la fase dispersa. Sin embargo, las suspensiones son mecánicamente inestables y, por tanto, tienen menos interés práctico que los sistemas coloidales.

La razón de la estabilidad mecánica de los coloides.

¿Por qué la mayonesa puede permanecer mucho tiempo en el frigorífico sin que precipiten las partículas en suspensión? ¿Por qué las partículas de pintura disueltas en agua no “caen” al fondo del recipiente con el tiempo? La respuesta a estas preguntas es el movimiento browniano.

Este tipo de movimiento fue descubierto en la primera mitad del siglo XIX por el botánico inglés Robert Brown, quien observó bajo el microscopio cómo se mueven pequeñas partículas de polen en el agua. Desde un punto de vista físico, el movimiento browniano es una manifestación del movimiento caótico de moléculas líquidas. Su intensidad aumenta si se aumenta la temperatura del líquido. Es este tipo de movimiento el que hace que pequeñas partículas de soluciones coloidales queden suspendidas.

Propiedad de adsorción

La dispersidad es el recíproco del tamaño medio de partícula. Dado que este tamaño en los coloides oscila entre 1 nm y 100 nm, tienen una superficie muy desarrollada, es decir, la relación S/m es un valor grande, aquí S es el área de interfaz total entre dos fases (medio de dispersión y partículas), m - masa total de partículas en solución.

Los átomos que se encuentran en la superficie de las partículas en fase dispersa tienen enlaces químicos insaturados. Esto significa que pueden formar compuestos con otras moléculas. Estos compuestos suelen surgir mediante fuerzas de Van der Waals o mediante enlaces de hidrógeno. Son capaces de retener varias capas de moléculas en la superficie de partículas coloidales.

Un ejemplo clásico de adsorbente es el carbón activado. Es un coloide, donde el medio de dispersión es un sólido y la fase es un gas. La superficie específica para ello puede alcanzar los 2500 m 2 /g.

Grado de dispersión y superficie específica

Calcular el valor de S/m no es una tarea fácil. El hecho es que las partículas en una solución coloidal tienen diferentes tamaños y formas, y la superficie de cada partícula tiene un relieve único. Por lo tanto, los métodos teóricos para resolver este problema conducen a resultados cualitativos más que cuantitativos. Sin embargo, es útil derivar la fórmula del área superficial específica a partir del grado de dispersión.

Si asumimos que todas las partículas del sistema tienen forma esférica y las mismas dimensiones, entonces, como resultado de cálculos simples, obtenemos la siguiente expresión: S ud = 6/(d*ρ), donde S ud es el área de la superficie ( específico), d es el diámetro de la partícula, ρ - la densidad de la sustancia que la compone. De la fórmula se desprende claramente que las partículas más pequeñas y pesadas harán la mayor contribución al valor considerado.

Un método experimental para determinar S ud es calcular el volumen de gas que es adsorbido por la sustancia en estudio, así como medir el tamaño de los poros (fase dispersa) en ella.

Sistemas liofílicos y liófobos.

La liofilicidad y la liofobicidad son las características que, de hecho, determinan la existencia de la clasificación de sistemas dispersos en la forma en que se da anteriormente. Ambos conceptos caracterizan la fuerza de enlace entre las moléculas del disolvente y el soluto. Si esta conexión es grande, entonces se habla de liofilicidad. Por lo tanto, todas las sales en el agua son liófilas, ya que sus partículas (iones) están conectadas eléctricamente a moléculas polares de H 2 O. Si consideramos sistemas como la mantequilla o la mayonesa, entonces estos son representantes de los coloides hidrofóbicos típicos, ya que contienen grasa (lípidos). ) moléculas ) son repelidas por moléculas polares de H 2 O.

Es importante señalar que los sistemas liófobos (hidrófobos si el disolvente es agua) son termodinámicamente inestables, lo que los distingue de los sistemas liófilos.

Propiedades de las suspensiones

Ahora veamos la última clase de sistemas dispersos: las suspensiones. Recordemos que se caracterizan por el hecho de que la partícula más pequeña que contienen es mayor o del orden de 100 nm. ¿Qué propiedades tienen? A continuación se muestra la lista relevante:

Son mecánicamente inestables, por lo que en poco tiempo se forman sedimentos en ellos.
Están turbios y opacos a la luz del sol.
La fase se puede separar del medio utilizando papel de filtro.

Ejemplos de suspensiones en la naturaleza incluyen agua turbia en ríos o ceniza volcánica. El uso humano de suspensiones suele estar asociado con medicamentos (soluciones de fármacos).

Coagulación

¿Qué se puede decir de las mezclas de sustancias con distintos grados de dispersión? Esta cuestión ya se ha tratado parcialmente en el artículo, ya que en cualquier sistema disperso las partículas tienen un tamaño que se encuentra dentro de ciertos límites. Aquí consideraremos sólo un caso interesante. ¿Qué sucede si mezclas un coloide y una solución de electrolito verdadero? El sistema suspendido se alterará y se producirá la coagulación. La razón de esto reside en la influencia de los campos eléctricos de los iones de la verdadera solución sobre la carga superficial de las partículas coloidales.

Los sistemas típicamente dispersos son soluciones coloidales, soles. Los sistemas dispersos también incluyen el caso de un medio sólido disperso en el que se ubica la fase dispersa. Soluciones de compuestos de alto peso molecular por ti.

Clasificación de sistemas dispersos.

Designación	Fase dispersa	Medio dispersivo	Título y ejemplo
Y/Y	Gaseoso	Gaseoso	Mezcla siempre homogénea (aire, gas natural)
F/G	Líquido	Gaseoso	Aerosoles: nieblas, nubes.
T/G	Duro	Gaseoso	Aerosoles (polvo, humos), sustancias en polvo
Novia/F	Gaseoso	Líquido	Emulsiones y espumas gaseosas.
F/F	Líquido	Líquido	Emulsiones: aceite, nata, leche.
V/F	Duro	Líquido	Suspensiones y soles: pulpa, lodo, suspensión, pasta.
H/T	Gaseoso	Duro	Cuerpos porosos: polímeros espumados, piedra pómez.
PESO/T	Líquido	Duro	Sistemas capilares (cuerpos porosos llenos de líquido): suelo, suelo
T/T	Duro	Duro	Sistemas sólidos heterogéneos: aleaciones, hormigón, vitrocerámica, materiales compuestos.

Según las propiedades cinéticas de la fase dispersa, los sistemas dispersos de dos fases se pueden dividir en dos clases:

Sistemas libremente dispersos, en el que la fase dispersa es móvil;
Sistemas cohesivamente dispersos., en el que el medio de dispersión es sólido y las partículas de su fase dispersa están interconectadas y no pueden moverse libremente.

A su vez, estos sistemas se clasifican según el grado de dispersión.

Otro ejemplo de un sistema disperso complejo es la leche, cuyos componentes principales (sin contar el agua) son la grasa, la caseína y el azúcar de la leche. La grasa está en forma de emulsión y cuando la leche reposa, va subiendo poco a poco a la superficie (nata). La caseína está contenida en forma de solución coloidal y no se libera espontáneamente, sino que puede precipitarse fácilmente (en forma de requesón) cuando se acidifica la leche, por ejemplo, con vinagre. En condiciones naturales, la caseína se libera cuando la leche se agria. Finalmente, el azúcar de la leche se encuentra en forma de solución molecular y se libera sólo cuando el agua se evapora.

Sistemas libremente dispersos

Según el tamaño de las partículas, los sistemas libremente dispersos se dividen en:

Sistemas cohesivamente dispersos.

Materiales porosos

Los materiales porosos se dividen según el tamaño de los poros, según la clasificación de M. M. Dubinin, en:

Sistemas sólidos heterogéneos

Un ejemplo típico de sistemas sólidos heterogéneos son los materiales compuestos (composites) de uso generalizado recientemente: materiales sólidos, pero heterogéneos, creados artificialmente que constan de dos o más componentes con límites de interfaz claros entre ellos. En la mayoría de estos materiales (a excepción de los estratificados), los componentes se pueden dividir en matriz e incluido en él elementos de refuerzo; en este caso, los elementos de refuerzo suelen ser los responsables de las características mecánicas del material, y la matriz asegura el funcionamiento conjunto de los elementos de refuerzo. Los materiales compuestos más antiguos incluyen el adobe, el hormigón armado, el acero de damasco y el papel maché. Hoy en día, los plásticos reforzados con fibra, la fibra de vidrio y la metalocerámica se utilizan ampliamente y han encontrado aplicación en una amplia variedad de campos tecnológicos.

Movimiento de sistemas dispersos.

La mecánica de medios multifásicos se ocupa del estudio del movimiento de sistemas dispersos. En particular, los problemas de optimización de diversos dispositivos de calor y energía (turbinas de vapor, intercambiadores de calor, etc.), así como el desarrollo de tecnologías para aplicar diversos recubrimientos, hacen que el problema del modelado matemático de los flujos de gas cercanos a la pared -mezcla de gotas líquidas relevantes. A su vez, la importante diversidad de la estructura de los flujos cercanos a la pared de medios multifásicos, la necesidad de tener en cuenta varios factores (inercia de las gotas, formación de una película líquida, transiciones de fase, etc.) requieren la construcción de modelos matemáticos especiales. de medios multifásicos, que actualmente se están desarrollando activamente