§ 5. Істинні тa колоїдні розчини

Після опрацювання параграфа ви зможете:

наводити приклади істинних і колоїдних розчинів; розрізняти їх;
обґрунтовувати значення істинних і колоїдних розчинів у природі та житті людини.

З курсів хімії 7 і 8 класів ви вже маєте уявлення про розчини як однорідні суміші. І, звісно, пам’ятаєте, що розчин - однорідна система, яка складається з двох або більше компонентів. Узагальнімо, що вже відомо вам про компоненти розчинів.

Розчин утворений не менш ніж двома компонентами, один з яких - розчинник, а інші - розчинені в ньому. Наприклад, у столовому оцті вода - розчинник, а етанова кислота - розчинена речовина. Зазвичай, розчинником уважають той компонент, який у чистому вигляді існує в тому самому агрегатному стані, що й розчин. Якщо компоненти розчину перебувають в одному агрегатному стані, то розчинник - компонент, маса якого в розчині найбільша. Запам’ятайте, воду традиційно вважають розчинником навіть тоді, коли її маса значно менша за масу розчиненої речовини.

Існують розчини в різних агрегатних станах - рідкі, тверді, газуваті. Столовий оцет, мінеральна вода, цукровий сироп, сплав золота зі сріблом, азото-киснева суміш - розчини, які називають істинними (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Приклади істинних розчинів. 1. Мінеральна вода - істинний розчин солей і вуглекислого газу. 2. Брошка з електруму - срібно-золотого сплаву. Давня Греція, 625-600 рр. до н. е. Електрум - твердий розчин. 3. Тримікс - киснево-азотно-гелієва суміш - розчин, компоненти якого є газами

Колоїдні розчини (давньогрец. κόλλα - клей + είδος - вигляд; клеєподібні) за розміром частинок посідають проміжне місце між істинними розчинами та неоднорідними сумішами. Розміри твердих частинок у цих дисперсних системах - від 1 до 100 нм.

Колоїдні розчини поширеніші за істинні. Цитоплазма живих клітин, кров, соки рослин - багатокомпонентні колоїдні системи. Чинбарство, фарбування, виробництво штучних волокон, виготовлення клеїв, лаків, плівок, чорнила пов’язані з використанням колоїдних розчинів. Колоїдні системи ґрунтів забезпечують їхню родючість. Добування й застосування рідких колоїдних розчинів золота описано в китайських книжках з медицини (І ст. до н. е.), наукових працях Парацельса. Препарати-колоїди на основі срібла, золота, платини використовують у медицині як дезінфікувальні засоби та маркери (визначники) небезпечних хвороб.

Порівняно з емульсіями, суспензіями, пінами колоїдні розчини є відносно стійкими. Причини цього - броунівський рух твердих частинок, розпорошених у рідині, та електричні явища на їхній поверхні. Адже ці частинки заряджені однаково, тому й відштовхуються одна від одної. Тож колоїдні розчини не можна розділити на складники ані фільтруванням, ані центрифугуванням. Однак під впливом різних чинників - потужних механічних вібрацій, зміни температури, взаємодії з деякими йонами - тверді частинки колоїдних розчинів можуть сполучатися в більші за розміром (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Колоїдний розчин ферум(ІІІ) гідроксиду (1), його зсідання під дією водного розчину натрій хлориду (2) й осадження (3)

Цікаво і пізнавально

Ультрацентрифугування - метод розділення й дослідження частинок розміром менше за 100 нм (колоїдні системи, молекули білків тощо) під дією відцентрових сил. Ідею ультрацентрифугування запропонував вітчизняний учений А. В. Думанський (рис. 5.3) у 1913 р., однак розроблення сучасної теорії седиментаційного аналізу стало можливим лише після створення в 1926 р. високошвидкісної ультрацентрифуги.

Рис. 5.3. 1. Думанський Антон Володимирович (1880-1967). Один із засновників колоїдної хімії. Походив із закарпатських українців. Засновник і редактор (з 1935 р.) «Колоїдного журналу». Розкрив значення водорозчинних колоїдів у хлібопеченні, цукроварінні, виноробстві, у кондитерському, пивоварному, дріжджовому і крохмально-патоковому виробництвах, створив науковий напрям прикладної колоїдної хімії в харчовій технології. 2. З нагоди відзначення 100-річчя від дня народження А. В. Думанського його ім’я присвоєно Інституту колоїдної хімії і хімії води АН УРСР (1980)

Як розрізнити істинні й колоїдні розчини? Колоїдним розчинам, на відміну від істинних, властивий ефект Тіндаля (рис. 5.4.1). Його вияви ви неодноразово спостерігали в повсякденному житті (рис. 5.4.2). Ефект Тіндаля виникає під час проходження крізь колоїдний розчин пучка світла (наприклад, від звичайної лазерної указки). Промінь світла розсіюється під час проходження крізь колоїдний розчин, тож його шлях стає видимим (рис. 5.4.3).

Рис. 5.4. 1. Тіндаль Джон (1820-1893) - англійський фізик, член Лондонського королівського товариства, професор Королівського інституту в Лондоні. Основні його праці присвячені магнетизму, акустиці, поглинанню теплового випромінювання газами й парами, розсіюванню світла в мутних середовищах. Вивчав будову й рух льодовиків у Альпах. Автор науково-популярних книжок, перекладених багатьма мовами. 2. Ефект Тіндаля зумовлений наявністю в повітрі зависі дрібних порошинок, які здатні розсіювати світло. 3. Проходження пучка світла крізь істинний (а) і колоїдний (б) розчини

Цікаво і пізнавально

Дифракційне розсіювання світла вперше помітив М. В. Ломоносов. Пізніше, у 1857 р., це явище спостерігав М. Фарадей у колоїдних розчинах золота. Найбільш детально це явище для рідких і газових середовищ вивчив Д. Тіндаль (1868).

На ефекті Тіндаля ґрунтуються широко застосовані в наукових дослідженнях і на виробництві методи виявлення, визначення розміру й концентрації колоїдних частинок. Наприклад, ультрамікроскопію використовують для дослідження дисперсних систем, контролю чистоти атмосферного повітря, води, ступеня забруднення оптично прозорих середовищ сторонніми включеннями. Оптичний димовий сигналізатор визначає на ранній стадії як приховані, так і відкриті пожежі з виділенням диму. Принцип дії цього приладу також ґрунтується на ефекті Тіндаля.

Цікаво і пізнавально

Молоко - складна дисперсна система. Головні її компоненти - вода, жир, білок казеїн, молочний цукор, мінеральні солі. Жир перебуває у вигляді емульсії, казеїн - у вигляді колоїдного розчину, молочний цукор і мінеральні солі - у вигляді істинних розчинів.

ПРО ГОЛОВНЕ

• Розчини - однорідні суміші, гомогенні системи.

• Розчинником уважають той компонент, який у чистому вигляді існує в тому самому агрегатному стані, що й розчин.

• Якщо компоненти розчину перебувають в одному агрегатному стані, то розчинник - компонент, маса якого в розчині найбільша.

• Воду традиційно вважають розчинником навіть тоді, коли її маса значно менша за масу розчиненої речовини.

• Існують рідкі, тверді, газуваті розчини.

• Колоїдні розчини за розміром частинок посідають проміжне місце між істинними розчинами та суспензіями, емульсіями тощо.

• Колоїдним розчинам, на відміну від істинних, властивий ефект Тіндаля.

Перевірте себе

1. Якими сумішами є розчини? 2. Наведіть приклади рідких, твердих, газуватих розчинів. 3. Наведіть приклади колоїдних розчинів. 4. Чим відрізняються колоїдні розчини від істинних розчинів і неоднорідних сумішей? 5. Як можна досягти сполучення твердих частинок колоїдних розчинів у більші за розміром? 6. Як відрізнити колоїдний розчин від істинного? 7. Де в повсякденному житті вам траплявся ефект Тіндаля? 8. Яке значення колоїдних розчинів у житті людини? 9. Де використовують ефект Тіндаля?

Застосуйте свої знання й уміння

10. Розташуйте за зростанням розміру твердих частинок суспензії, істинні розчини, колоїдні розчини.

11. Розташуйте за стійкістю до осадження суспензії, істинні розчини, колоїдні розчини.

12. Назвіть фізичний ефект, описаний Михайлом Коцюбинським у творі «Коні не винні»: «В венеціанське вікно лилося сонце широким потоком, в сизій муті його крутились пилинки...».

13. Який розчин зображено на рисунку 5.5? Істинний чи колоїдний? Обґрунтуйте свою думку.

Рис. 5.5

*14. Заповніть таблицю¹, використавши такі визначення: 1. «Стійкі системи»; 2. «Нестійкі системи»; 3. «Відносно стійкі системи, із часом руйнуються»; 4. «Частинки розчиненої речовини можна побачити за допомогою ультрамікроскопа»; 5. «Частинки твердої речовини можна побачити не лише за допомогою мікроскопа, а навіть простим оком»; 6. «Частинки розчиненої речовини не можна побачити навіть за допомогою ультрамікроскопа»; 7. «Частинки проходять крізь ультрафільтр»; 8. «Тверді частинки затримуються фільтрувальним папером»; 9. «Тверді частинки затримуються ультрафільтром і не затримуються звичайним фільтрувальним папером».

Суспензії	Колоїдні розчини	Істинні розчини

¹ Запишіть до її комірок цифри, якими позначено речення, або, за бажання, речення повністю.

Творча майстерня

15. Використайте лазерну указку, щоб дослідити, істинними розчинами чи колоїдними системами є: рідкий кисіль, мінеральна вода, столовий оцет, газована вода, фруктовий сік, гарячі та холодні чай і кава, солодкі газовані напої тощо. За результатами дослідження підготуйте презентацію.

16. Дізнайтеся: а) який препарат називають «шумерським сріблом» та для чого його використовують; б) що таке нанодисперсії, де їх застосовують. За результатами дослідження підготуйте презентацію.

Дізнайтеся більше