Дисперсные системы - ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ. РАСТВОРЫ. ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ В РАСТВОРАХ - ПОУРОЧНЫЕ РАЗРАБОТКИ ПО ХИМИИ 11 класс - поурочные разработки - разработки уроков - авторские уроки - план-конспект урока - химия

Цели урока: дать представление о дисперсных системах и их классификации; показать значение дисперсных систем в природе и жизни человека, относительность деления растворов на истинные и коллоидные.

Основные понятия: дисперсная система, грубодисперсная система, тонкодисперсная система; взвеси, эмульсия, суспензия, аэрозоль, коллоидная система; золь, гель, истинные растворы, эффект Тиндаля, дисперсионная среда, дисперсная фаза, чистое вещество, смесь, синерезис, мицелла.

Оборудование: препараты бытовой химии, аэрозоли; гели косметические, медицинские, пищевые; мази, пасты; чугун, сталь и изделия из них; образцы горных пород, минералы; вода, растительное масло (для демонстрации эмульсий); желатин, вода (для демонстрации желе); NaCl, бензол, одеколон, минеральная вода (для демонстрации относительности деления растворов на истинные и коллоидные: Na₂SiO₃, HCl, FeCl₃, NH₃ (р-ры); АlСl₃(тв.); HCl, спирт.

Ход урока

I. Организационный момент

Урок изучения нового материала. Если в школе ведется научная работа, то на уроке возможна предварительная зашита реферата, темой которого являются вопросы, связанные с применением дисперсных систем в жизни человека, например по теме «Составляющие ингредиенты косметики и их влияние на живой организм». В другом случае возможна лекция с элементами беседы и демонстрацией опытов.

II. Изучение нового материала

План изложения

1. Понятие о дисперсной системе. Дисперсионная среда, дисперсная фаза.

2. Классификация дисперсных систем по признакам:

а) агрегатное состояние;

б) величина частиц дисперсной фазы и дисперсионной среды:

— грубодисперсные системы: эмульсии, суспензии (взвеси), аэрозоли (сообщения учащихся);

— тонкодисперсные: коллоидные растворы (золи, гели); истинные растворы (сообщения учащихся) — молекулярные, молекулярно-ионные, ионные;

в) степень взаимодействия между дисперсной фазой и дисперсионной средой.

3. Значение различных дисперсных систем в жизни человека и природы.

Состояние чистого вещества описывается так: твердое, жидкое, газообразное. Однако абсолютно чистых веществ в природе не существует. Даже незначительное количество примесей может существенно влиять на свойства вещества — температуру плавления, кипения, электро- и теплопроводимость, реакционную способность. Получение чистых веществ — важнейшая задача современной химии: только чистое вещество проявляет свои индивидуальные свойства качественно.

Существует следующая маркировка веществ:

Маркировка	Степень чистоты	Содержание примесей	Области применения
«Ч»	Чистое	2 · 10-5—1,0 · 10-5 %	В промышленности
«ЧДА»	Чистое для анализа	1,0 · 10-5—0,4 · 10-5	Для анализа технических продуктов
«ХЧ»	Химически чистое вещество	5,0 · 10-6—0,0 · 10-6	В научно-исследовательских и лабораторных работах
«ОСЧ»	Особенно чистое вещество	1,0 · 10-10—1,0 · 10-14	В электронике, полупроводниках

Однако в природе, и в жизни человека встречаются не отдельные вещества, а их системы. Важнейшими из них являются дисперсные, т.е. гетерогенные системы — состоящие из двух или более фаз с сильно развитой поверхностью раздела между ними. Фаза— часть системы, отделенная от других ее частей поверхностью раздела.

Одна из фаз раздроблена на мелкие частицы и равномерно распределена в объеме другого вещества — это дисперсная фаза, а другая — сплошная фаза — дисперсионная среда.

В зависимости от сочетания агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды можно выделить 9 видов таких систем. Следует обратить внимание учащихся на таблицу № 9 с. 66 учебника.

В тетрадях учащиеся составляют таблицу:

Классификация дисперсных систем

Дисперсионная среда	Дисперсная фаза
	газ	жидкость	твердое вещество
Газ	Воздух, природный газ	Аэрозоль, туман, попутный нефтяной газ	Аэрозоль (смог), дым, пыль
Жидкость	Шипучие напитки, пены, газовые эмульсии	Эмульсии (плазма крови, лимфа, пищеварительный сок, цитоплазма)	Строительные растворы, суспензии, золи (кисель, сель, клей, ил)
Твердые в-ва	Порошки, пористое тело, почва, текстильные ткани, наст снежный	Медицинские и косметические средства (мазь, тушь, помада), влажная почва	Минералы, сплавы, горные породы, цветное стекло

Классификация дисперсных систем по величине частиц

Дисперсная система	Размер частиц, м
1) Тонкодисперсная система а) Истинные растворы б) Коллоидные системы (золь, гель)	≤ 10-9 ≥ 10-9 ≤ 10-7
2) Грубодисперсная система (эмульсии, суспензии)	≥ 10-7

Дисперсные системы классифицируются по степени взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой:

а) взаимодействие слабое: если среда водная — система гидрофобная — галогениды серебра; система лиофобнан, если среда не водная.

б) взаимодействие сильное: если среда водная — гидрофильные системы, они самопроизвольно образуются, имеют высокую дисперсность. Если среда не водная — то лиофильные системы, они термодинамически устойчивы и не разрушаются со временем.

Учитель показывает пример системы: белки, каучуки. Во время рассказа учителя учащиеся рассматривают образцы чугуна и стали.

Для дисперсных систем важен признак гетерогенности. Например, сплавы железа: чугун и стали — отличаются именно по этому признаку. Процентное содержание углерода в них разное. В чугуне более 0,02 %, а в стали менее 0,02 %.

Избыток углерода в чугуне становится твердым раствором, выделяется в виде пластинок графита. Вследствие этого чугун хрупок, в отличие от стали: сталь — это твердый гомогенный раствор углерода в железе. Сталь можно прокатывать, ковать, штамповать, волочить. На изломе чугуна можно заметить серый цвет графита. При затвердевании чугун не сжимается, как большинство металлов, а расширяется, как вода и лед. Используется чугун только для литья. Таким образом, чугун — дисперсная гетерогенная система.

Сталь — дисперсная гомогенная система. Это твердый, истинный раствор.

Учитель демонстрирует некоторые дисперсные системы:

грубодисперсные: размер частиц ≥ 100 нм. Это непрозрачные системы, частицы видны невооруженным глазом, отстаиваются, у жидкостей видна граница раздела;

а) эмульсии: синтомициновая эмульсия — лекарство; молоко; лимфа (природная), водоэмульсионная краска, битумный материал, строительные эмульсии.

На основе эмульсий получают полимеры: каучук, полистирол, поливинил, ацетат.

б) суспензии: дисперсная фаза твердая, нерастворимая в дисперсионной среде она жидкая.

Пример: «известковое молоко» — Са(ОН)₂ и Н₂О — строительный раствор; ил речной и морской; мел и Н₂О (показать).

Суспензии чаше называют взвесями.

Грубодисперсные системы очень высокой дисперсной фазы называются пастами: зубные пасты (демонстрация — пасты, помады, тушь).

Коллоидные системы относятся к тонкодисперсным и имеют размер частиц от 100 до 1 нм. Коллоидная частица называется мицеллой. Она имеет довольно сложное строение, состоящее из частицы гранулы и диффузного слоя. Гранулы могут иметь и положительный, и отрицательный заряд. Это зависит от избытка одного из реагентов. В случае образования коллоидного раствора из AgNO₃ и NaCl, при избытке AgNО₃ гранула имеет положительный заряд, при избытке NaCl гранула отрицательно заряжена.

Далее идет сообщение учащихся (или рассказ учителя).

Коллоидные системы хорошо распространены в природе. Почва, глина, природные воды, воздух, облака, пыль, дым, многие минералы и даже драгоценные камни — это все коллоидные системы. Коллоидные системы имеют большое значение в биологии, медицине. Все пищевые продукты — хлеб, молоко, масло — коллоидные системы.

С химической точки зрения организм в целом — это сложнейшая совокупность многих коллоидных систем, включая жидкие коллоиды и гели. Кровь, плазма, лимфа, спинномозговая жидкость — системы, в которых белки, холестерин, гликоген и другие вещества находятся в коллоидном состоянии. А почему коллоидным состояниям природа отдает предпочтение? В коллоидном состоянии вещество имеет большую поверхность раздела между фазами, а это способствует лучшему протеканию важнейшего жизненного процесса — обмену веществ.

К примеру: если взять кубик вещества с ребром 10^-2 м, его поверхность составляет 6 · 10^-4 м². Если раздробить вещество до размера коллоидной частицы 10^-7—10^-9 м, то суммарная площадь 1 м³ вещества уже составит сотни и тысячи квадратных метров. А скорость реакций, как известно, зависит от поверхности соприкосновения.

Коллоидные системы подразделяются на золи и гели.

Золи — коллоидные растворы с изолированными друг от друга частицами фазы и дисперсионной средой.

Пример: кремниевая кислота, растворимое стекло Na₂SiО₃

Демонстрация эксперимента:

а)

б) гидролиз АlСl₃ в горячей воде дает золь.

Гели — коллоидная система с соприкасающимися частицами фазы и дисперсионной среды. Это студенистые тела. Частицы дисперсной фазы соединяются между собой в рыхлую пространственную сетку, в ячейках которой содержится дисперсионная фаза (среда). Эта система лишена текучести.

Далее на кодотранспоранте рассматриваются примеры гелей.

Демонстрация: желатин + Н₂O, крахмальный клейстер.

Для гелей характерна реакция синерезиса — самопроизвольного выделения жидкости. Уплотняется структура геля, уменьшается объем. Явление синерезиса определяет срок годности продукта: пищевого, косметического, медицинского. Свертывание крови — это тоже сииерезис. Идет превращение растворимого белка крови — фибриногена — в нерастворимый — фибрин. Это защитная реакция организма.

Золи могут подвергаться коагуляции. Это объединение коллоидных частиц в более крупные агрегаты и выпадение их в осадок под влиянием температуры, изменения концентрации, механического воздействия, облучения, добавления электролита, образование геля.

Внешне коллоидные растворы бывают полупрозрачными и прозрачными растворами. Их можно не отличить от тонкодисперсных систем — истинных растворов, где размеры частиц фазы ≤ 1 нм. Для коллоидных растворов характерен эффект Тиндаля.

При пропускании луча света через коллоидный раствор крупные частицы отражают свет от своей поверхности, в сосуде виден светящийся конус. Такого конуса не наблюдается при пропускании луча света через истинный раствор, тонкодисперсную систему.

Как правило, коллоидные растворы — гомогенные системы, состоящие из двух и более веществ одной фазы. Одно вещество распределено в другом в виде атомов, молекул, ионов. Растворитель, дисперсионная среда, агрегатное состояние не изменяется при образовании дисперсной системы.

Пример: растворитель — дисперсионная среда вода; в водных растворах солей, кислот, щелочей, сахара, углекислого газа.

Воздух — это раствор кислорода, азота, благородных газов, углекислого газа.

Столовый уксус 9 % — вода растворитель.

Уксусная эссенция 80 % — растворитель уксусная кислота.

Растворы подразделяются на:

— молекулярные — водные растворы неэлектролитов (спиртовой раствор йода, растворы сахарозы, глюкозы);

— молекулярно-ионные — растворы слабых электролитов (азотистая кислота, угольная кислота, аммиачная вода);

— ионные растворы — растворы электролитов.

Следует считать, что растворение — физико-химический процесс, т.к. наряду с образованием обычной механической смеси веществ идет и процесс взаимодействия частиц растворенного вещества с растворителями. К таким заключениям в 1887 году пришел Д. И. Менделеев. Точное определение раствора: раствор — гомогенная (однородная) система, состоящая из частиц растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия.

Эксперимент.

Идет гидратация катиона меди (II) молекулами воды. Гидратированные ионы придают раствору голубой цвет, выделяется тепло — признак химической реакции.

II. Обобщение и выводы

Итак, на данном уроке мы изучили более углубленно классификацию дисперсных систем, важность их в природе, жизни человека.

Однако следует отметить, что резкой границы между видами дисперсных систем нет. Классификацию считать относительной.

В зависимости от условий одна система может перейти в другую.

Пример: кровь — коллоидный раствор и может стать грубодисперсной системой. FeCl₃ — тонкодисперсная система, но при нагревании образуется коллоидный раствор.

III. Домашнее задание:

§ 8. Записи в тетради. Определение. Вопросы § 8 устно.