Свойства и применение коллоидных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное бюджетное образовательное учреждение города

Москвы

Гимназия №1518

Свойства и применение коллоидных систем

Выполнила: Назарова Д.В.

ученица 9-1 класса

Научный руководитель:

учитель Белоусова М.Н.

Москва - 2014

Содержание

Введение

1. Виды коллоидных растворов

1.1 Способы получения

1.2 Основные свойства коллоидов

1.3 Способы очистки: а) диализ б) ультрафильтрация

1.4 Применение

2. Практическая часть

Заключение

Литература

Приложения

Введение

Чистые вещества в природе встречаются очень редко. Коллоидные системы занимают промежуточное положение между грубодисперсными системами и истинными растворами. Они широко распространены в природе.

Глобальная роль коллоидов в естествознании заключается в том, что они являются основными компонентами таких биологических образований как живые организмы. Весь наш организм состоит из коллоидных систем. Существует целая наука - коллоидная химия. Передо мной сразу встал вопрос, почему природа отдает предпочтение именно коллоидному состоянию?

В связи с этим вытекают следующие цель и задачи:

Цель работы: выяснить, что такое коллоидные системы, какими свойствами они обладают.

Задачи: 1. Провести экспериментальные опыты по изучению свойств коллоидных растворов.

2. Ответить на вопрос: почему природа отдает предпочтение именно коллоидному состоянию.

1. Виды коллоидных растворов

Термин «коллоид» был введен в 1861 году английским химиком Томасом Грэмом. В его экспериментах он заметил, что растворы желатина, крахмала и других клееподобных веществ очень отличаются по ряду свойств от растворов неорганических солей и кислот. Название произошло от греческой приставки «коло» - клей. Правильно говорить не о коллоидных веществах, а о коллоидных системах. Этот термин ввел русский ученый П.П. Веймарн в 1908 году. Разнообразие коллоидных систем можно увидеть на картинках.

Частицы коллоидных размеров могут иметь различную внутреннюю структуру. Выделяют несколько основных видов коллоидных систем:

1) дым -- устойчивая дисперсная система, состоящая из мелких твёрдых частиц, находящихся во взвешенном состоянии в газах. Дым -- аэрозоль с размерами твёрдых частиц от 10?7 до 10?5 м. В отличие от пыли -- более грубодисперсной системы, частицы дыма практически не оседают под действием силы тяжести

2) аэрозоль -- дисперсная система, состоящая из взвешенных в газовой среде, обычно в воздухе, мелких частиц. Аэрозоли, дисперсная фаза которых состоит из капелек жидкости, называются туманами, а в случае твёрдых частиц, если они не выпадают в осадок, говорят о дымах (свободнодисперсных аэрозолях), либо о пыли (грубодисперсной аэрозоли).

3) эмульсия -- дисперсная система, состоящая из микроскопических капель жидкости (дисперсной фазы), распределенных в другой жидкости. Самым распространенным представителем этого вида коллоидной системы является молоко.

4) пена -- дисперсные системы с газовой дисперсной фазой и жидкой или твердой дисперсионной средой.

5) гель -- системы, состоящие из высокомолекулярных и низкомолекулярных веществ. Из-за наличия трёхмерного полимерного каркаса (сетки) гели обладают некоторыми механические свойства твёрдых тел (отсутствие текучести, способность сохранять форму, прочность и способность к деформации (пластичность и упругость).

6) суспензия -- это грубодисперсная система с твёрдой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой.

Вот некоторые примеры коллоидных систем (рис.1-8).

1.1 Получение коллоидов

Коллоидные системы по степени дисперсности занимают промежуточное положение между молекулярными и грубодисперсными системами. Это определяет два возможных пути их получения:

1) Дисперсионные методы

2) Конденсационные методы.

Дисперсионные методы:

Дисперсионные методы основаны на раздроблении твердых тел до частиц коллоидного размера и образовании таким образом коллоидных растворов. Процесс диспергирования осуществляется различными методами: механическим размалыванием вещества в т.н. коллоидных мельницах, электродуговым распылением металлов, дроблением вещества при помощи ультразвука.

Методы конденсации:

Вещество, находящееся в молекулярно-дисперсном состоянии, можно перевести в коллоидное состояние при замене одного растворителя другим - т.н. методом замены растворителя. В качестве примера можно привести получение золя канифоли, которая не растворяется в воде, но хорошо растворима в этаноле. При постепенном добавлении спиртового раствора канифоли к воде происходит резкое понижение растворимости канифоли, в результате чего образуется коллоидный раствор канифоли в воде. Аналогичным образом может быть получен гидрозоль серы.

1.2 Основные свойства коллоидов

- Главная особенность коллоидных частиц - их малый размер от 1 до 100 нм.

- Коллоидные частицы не препятствуют прохождению света.

- Частицы коллоидных систем не выпадают в осадок за счет Броуновского движения.

- В прозрачных коллоидах наблюдается рассеивание светового луча (эффект Тиндаля).

- Дисперсные частицы не выпадают в осадок

1.3 Способы очистки коллоидов

Существуют три основных способа очистки коллоидов.

1) Диализ. Простейшим прибором для диализа - диализатором - является мешочек с полунепроницаемой мембраной (коллодий), в который помещается диализируемая жидкость. Мешочек опускается в сосуд с растворителем (водой). Меняя растворитель, можно добиться практически полной очистки от нежелательных примесей. Скорость диализа обычно крайне низка. Ускоряют процесс диализа, увеличивая площадь мембраны и температуру, непрерывно меняя растворитель. Материал, прошедший через мембрану называется диализат.

2) Ультрафильтрация - фильтрование коллоидных растворов через полупроницаемую мембрану, пропускающую дисперсионную среду с примесями и задерживающую частицы дисперсной фазы или макромолекулы. Для ускорения процесса ультрафильтрации ее проводят при перепаде давления по обе стороны мембраны: под вакуумом или повышенным давлением.

Ультрафильтрация есть не что иное, как диализ, проводимый под давлением.

1.4 Применение

Коллоидные системы широко распространены в природе: почва, глина, природные воды, многие минералы, драгоценные камни. Биологические жидкости: кровь, плазма, лимфа, спинномозговая жидкость, ядерный сок, цитоплазма. С химической точки зрения организм в целом - это совокупность многих коллоидных систем. В состав любого живого организма входят твердые, жидкие и газообразные вещества, находящиеся в сложном взаимоотношении с окружающей средой. Цитоплазма клеток обладает свойствами, характерными, как для жидких, так и студнеобразных веществ.

Большое значение имеют коллоидные системы не только для биологии, но и для медицины, косметологии, пищевой промышленности.

Свойства коллоидов необходимо учитывать при их использовании, например явление синерезиса (самопроизвольного уменьшения объема геля, сопровождающееся отделением жидкости) определяет сроки годности пищевых, медицинских и косметических веществ: гелей, мазей, мармелада, холодца, киселя. Для теплокровных животных очень важен биологический синерезис, который сопровождает свертывание крови. Под действием факторов растворимый белок крови фибриноген превращается в нерастворимый фибрин, сгусток которого и закупоривает рану. Если этот процесс затруднен, то говорят о возможности заболевания человека гемофилией.

Используются человеком и способы очистки коллоидов, так например, принцип компенсационного диализа (принцип метода в том, что в диализаторе вместо чистого растворителя используют растворы определяемых низкомолекулярных веществ различной концентрации.) был использован при создании аппарата, названного «искусственной почкой». С помощью него можно очищать кровь больного от различных продуктов обмена, замещая временно функцию больной почки при таких показаниях, как острая почечная недостаточность, например в результате отравлений.

Коллоидная химия играет большую роль в разработке эффективных методов охраны окружающей среды. Одна из главных проблем в этой области - очистка воды от различных загрязнений. Характерный пример - загрязнение водоёмов и рек белковыми веществами, содержащимися в сточных водах предприятий пищевой промышленности.

Особенно эффективная очистка достигается с помощью пен, обладающих определёнными коллоидно-химическими характеристиками. Другой пример - загрязнение поверхности воды нефтью при авариях танкеров. Нефтяное пятно может распространяться на очень большие расстояния от места аварии. Законы коллоидной химии и поверхностных явлений позволяют рекомендовать возможные приёмы блокирования растекания нефти и её сбора.

коллоидный биологический медицина косметология

2. Практическая часть

В ходе работы мною были проведены следующие опыты:

1. Получение коллоидных систем.

А) KMnO2+Na2S2O3=

Б) AgNO3 + KI = AgI + KNO3

2. Описание работы

3. Эффект Тиндаля

В наших опытах использовались прозрачные емкости - стеклянные цилиндры, химические стаканы, и лампа, дающая направленный пучок света (карманный фонарик).

Заключение

В результате изучения литературы и проведения практических опытов я могу предположить, природа отдает предпочтение именно коллоидному состоянию потому, что:

Вещество в коллоидном состоянии имеет большую поверхность раздела между фазами. А это способствует лучшему протеканию обмена веществ.

- Биологический синерезис (самопроизвольное уменьшение объема геля, сопровождающееся отделением жидкости) играет важную роль в процессе свертывания крови.

- Явление коагуляции (слипания коллоидных частиц) при изменении кислотно-щелочной среды лежит в основе пищеварения.

Вся природа - организмы животных и растений, гидросфера и атмосфера, земная кора и недра - представляет собой сложную совокупность множества разнообразных и разнотипных грубодисперсных и коллоидно-дисперсных систем. Дисперсное состояние вполне универсально и при соответствующих условиях в него может перейти любое тело.

В практической части проделали опыты, позволяющие познакомиться с эффектом Тиндаля

Из коллоидов, богатых белками соединительной ткани (аминокислоты пролин и глицин), состоят кожа, мышцы, ногти, волосы, кровеносные сосуды, легкие, весь желудочно-кишечный тракт и многое другое, без чего немыслима сама жизнь.

Применение коллоидов находит все большее применение в медицинской практике.

От использования простых коллоидных золей для местной заживляющей терапии и применения солей алюминия и магния для понижения кислотности желудка, до использования гидроокиси алюминия в качестве стабилизатора и носителя лекарственных веществ.

Знания коллоидной химии необходимы и востребованы в наше время, что находит подтверждение в моих словах.

Литература

1. Шаде Г., Физическая химия во внутренней медицине, Л.,1930

2. Пасынский А.Г., Коллоидная химия, 3 изд., М., 1968

3. Г.Е. Рудзитис. Химия 11 класс. М., Просвещение, 2009 г.

4. Л.М. Пустовалова, И.Е. Никанорова. Химия, Кнорус.

5. Физколлоидная химия. Учебник для высшей школы. М., Просвещение, 1988 г.

6. Сайт с формулами коллоидов

Приложение

Примеры коллоидных систем

Рис. 1. Продукты питания

Рис. 2. Нефть

Рис. 3. Коллоидное серебро

Рис. 4. Гели для бритья

Рис. 5. Туман

Рис. 6. Обработанный алмаз

Рис. 7. Кровь

Кровь является типичными примером ткани организма, где одни коллоиды находятся внутри других. В.А. Исаев дает определение крови как дисперсной системе, в которой форменные элементы - эритроциты, тромбоциты, лейкоциты являются фазой, а плазма - дисперсной средой.

Размещено на Allbest.ru