Sebagian besar zat di sekitar kita adalah campuran dari berbagai zat, sehingga mempelajari sifat-sifatnya memainkan peran penting dalam pengembangan kimia, kedokteran, industri makanan, dan sektor ekonomi lainnya. Artikel ini membahas tentang apa itu derajat dispersi, dan bagaimana pengaruhnya terhadap karakteristik sistem.
Apa itu sistem bubar?
Sebelum membahas tingkat dispersi, perlu dijelaskan sistem mana yang dapat menerapkan konsep ini.
Mari kita bayangkan bahwa kita memiliki dua zat berbeda yang mungkin berbeda satu sama lain dalam komposisi kimia, misalnya, garam meja dan air murni, atau dalam keadaan agregasi, misalnya, air yang sama dalam cair dan padat (es) menyatakan. Sekarang Anda perlu mengambil dan mencampur kedua zat ini dan mencampurnya secara intensif. Apa yang akan menjadi hasilnya? Itu tergantung pada apakah reaksi kimia berlangsung selama pencampuran atau tidak. Ketika berbicara tentang sistem yang tersebar, diyakini bahwa ketika merekatidak terjadi reaksi dalam pembentukan, yaitu zat awal mempertahankan strukturnya pada tingkat mikro dan sifat fisik yang melekat, seperti kepadatan, warna, daya hantar listrik, dan lain-lain.
Jadi, sistem terdispersi adalah campuran mekanis, sebagai akibatnya dua atau lebih zat dicampur satu sama lain. Ketika terbentuk, konsep "media dispersi" dan "fase" digunakan. Yang pertama memiliki sifat kontinuitas dalam sistem dan, sebagai aturan, ditemukan di dalamnya dalam jumlah relatif besar. Fase kedua (fase terdispersi) dicirikan oleh sifat diskontinuitas, yaitu dalam sistem berupa partikel-partikel kecil yang dibatasi oleh permukaan yang memisahkannya dari medium.
Sistem homogen dan heterogen
Jelas bahwa kedua komponen sistem terdispersi ini akan berbeda dalam sifat fisiknya. Misalnya, jika Anda membuang pasir ke dalam air dan mengaduknya, jelas bahwa butiran pasir yang ada di dalam air, yang rumus kimianya adalah SiO2, tidak akan berbeda dengan cara apapun dari keadaan ketika mereka tidak berada di dalam air. Dalam kasus seperti itu, seseorang berbicara tentang heterogenitas. Dengan kata lain, sistem heterogen adalah campuran beberapa (dua atau lebih) fase. Yang terakhir ini dipahami sebagai beberapa volume sistem yang terbatas, yang dicirikan oleh sifat-sifat tertentu. Pada contoh di atas, kita memiliki dua fase: pasir dan air.
Namun, ukuran partikel fase terdispersi ketika dilarutkan dalam media apa pun dapat menjadi sangat kecil sehingga tidak lagi menunjukkan sifat individualnya. Dalam hal ini, seseorang berbicara tentangzat homogen atau homogen. Meskipun mereka mengandung beberapa komponen, mereka semua membentuk satu fase di seluruh volume sistem. Contoh sistem homogen adalah larutan NaCl dalam air. Ketika larut, karena interaksi dengan molekul polar H2O, kristal NaCl terurai menjadi kation terpisah (Na+) dan anion (Cl-). Mereka dicampur secara homogen dengan air, dan tidak mungkin lagi menemukan antarmuka antara zat terlarut dan pelarut dalam sistem seperti itu.
Ukuran partikel
Berapa derajat dispersinya? Nilai ini perlu dipertimbangkan secara lebih rinci. Apa yang dia wakili? berbanding terbalik dengan ukuran partikel fase terdispersi. Karakteristik inilah yang mendasari klasifikasi semua zat yang dipertimbangkan.
Saat mempelajari sistem bubar, siswa sering bingung dengan nama mereka, karena mereka percaya bahwa klasifikasi mereka juga didasarkan pada keadaan agregasi. Ini tidak benar. Campuran dari keadaan agregasi yang berbeda benar-benar memiliki nama yang berbeda, misalnya, emulsi adalah zat air, dan aerosol sudah menunjukkan adanya fase gas. Namun, sifat sistem dispersi terutama bergantung pada ukuran partikel fase terlarut di dalamnya.
Klasifikasi yang diterima secara umum
Klasifikasi sistem dispersi menurut derajat dispersi diberikan di bawah ini:
- Jika ukuran partikel bersyarat kurang dari 1 nm, maka sistem tersebut disebut solusi nyata, atau solusi sejati.
- Jika ukuran partikel bersyarat terletak antara 1 nm dan100 nm, maka zat yang dimaksud akan disebut larutan koloid.
- Jika partikel lebih besar dari 100 nm, maka kita berbicara tentang suspensi atau suspensi.
Berkenaan dengan klasifikasi di atas, mari kita perjelas dua poin: pertama, angka-angka yang diberikan adalah indikasi, yaitu, sistem di mana ukuran partikel 3 nm belum tentu koloid, bisa juga benar larutan. Ini dapat ditentukan dengan mempelajari sifat fisiknya. Kedua, Anda mungkin memperhatikan bahwa daftar tersebut menggunakan frasa "ukuran bersyarat". Ini disebabkan oleh fakta bahwa bentuk partikel dalam sistem dapat sepenuhnya berubah-ubah, dan dalam kasus umum memiliki geometri yang kompleks. Oleh karena itu, mereka berbicara tentang ukuran rata-rata (bersyarat).
Nanti dalam artikel ini kami akan memberikan gambaran singkat tentang jenis-jenis sistem dispersi yang dicatat.
Solusi yang benar
Seperti disebutkan di atas, tingkat dispersi partikel dalam larutan nyata sangat tinggi (ukurannya sangat kecil, < 1 nm) sehingga tidak ada antarmuka antara mereka dan pelarut (medium), yaitu, ada adalah sistem homogen fase tunggal. Untuk kelengkapan informasi, kita ingat bahwa ukuran atom berada pada orde satu angstrom (0,1 nm). Angka terakhir menunjukkan bahwa partikel dalam larutan nyata berukuran atom.
Sifat utama larutan sejati yang membedakannya dari koloid dan suspensi adalah sebagai berikut:
- Keadaan larutan ada untuk waktu yang lama tidak berubah, yaitu, tidak ada endapan fase terdispersi yang terbentuk.
- Larutzat tidak dapat dipisahkan dari pelarutnya dengan penyaringan melalui kertas biasa.
- Substansi juga tidak terpisah sebagai hasil dari proses melewati membran berpori, yang disebut dialisis dalam kimia.
- Dimungkinkan untuk memisahkan zat terlarut dari pelarut hanya dengan mengubah keadaan agregasi yang terakhir, misalnya, dengan penguapan.
- Untuk larutan ideal, elektrolisis dapat dilakukan, yaitu arus listrik dapat dilewatkan jika perbedaan potensial (dua elektroda) diterapkan pada sistem.
- Mereka tidak menyebarkan cahaya.
Contoh larutan sejati adalah pencampuran berbagai garam dengan air, misalnya NaCl (garam meja), NaHCO3 (soda kue), KNO 3(kalium nitrat) dan lain-lain.
Solusi koloid
Ini adalah sistem perantara antara larutan nyata dan suspensi. Namun, mereka memiliki sejumlah karakteristik unik. Mari kita daftar mereka:
- Mereka secara mekanis stabil untuk waktu yang lama jika kondisi lingkungan tidak berubah. Cukup untuk memanaskan sistem atau mengubah keasamannya (nilai pH), karena koloid menggumpal (endapan).
- Mereka tidak dipisahkan menggunakan kertas saring, namun proses dialisis menyebabkan pemisahan fase terdispersi dan medium.
- Seperti halnya larutan sejati, mereka dapat dielektrolisis.
- Untuk sistem koloid transparan, yang disebut efek Tyndall adalah karakteristik: melewati seberkas cahaya melalui sistem ini, Anda dapat melihatnya. Ini terhubung denganhamburan gelombang elektromagnetik di bagian spektrum yang terlihat ke segala arah.
- Kemampuan menyerap zat lain.
Sistem koloid, karena sifat-sifat yang tercantum, banyak digunakan oleh manusia di berbagai bidang kegiatan (industri makanan, kimia), dan juga sering ditemukan di alam. Contoh koloid adalah mentega, mayonaise. Di alam, ini adalah kabut, awan.
Sebelum melanjutkan ke deskripsi kelas terakhir (ketiga) sistem dispersi, mari kita jelaskan lebih detail beberapa nama sifat koloid.
Apa itu larutan koloid?
Untuk jenis sistem dispersi ini, klasifikasi dapat diberikan, dengan mempertimbangkan keadaan agregat yang berbeda dari media dan fase terlarut di dalamnya. Di bawah ini adalah tabel yang sesuai/
| Rabu/Fase | Gas | Cair | Tubuh kaku |
| gas | semua gas larut tak terhingga satu sama lain, jadi mereka selalu membentuk solusi sejati | aerosol (kabut, awan) | aerosol (asap) |
| cair | busa (mencukur, krim kocok) | emulsi (susu, mayones, saus) | sol (cat air) |
| tubuh padat | busa (batu apung, coklat aerasi) | gel (gelatin, keju) | sol (kristal ruby, granit) |
Tabel menunjukkan bahwa zat koloid ada di mana-mana, baik dalam kehidupan sehari-hari maupun di alam. Perhatikan bahwa tabel serupa juga dapat diberikan untuk suspensi, mengingat perbedaannya dengankoloid di dalamnya hanya seukuran fase terdispersi. Namun, suspensi secara mekanis tidak stabil dan oleh karena itu kurang praktis dibandingkan sistem koloid.
Alasan stabilitas mekanik koloid
Mengapa mayones dapat disimpan di lemari es untuk waktu yang lama, dan partikel tersuspensi di dalamnya tidak mengendap? Mengapa partikel cat yang dilarutkan dalam air akhirnya "jatuh" ke dasar wadah? Jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini adalah gerak Brown.
Jenis gerakan ini ditemukan pada paruh pertama abad ke-19 oleh ahli botani Inggris Robert Brown, yang mengamati di bawah mikroskop bagaimana partikel serbuk sari kecil bergerak di dalam air. Dari sudut pandang fisik, gerak Brown adalah manifestasi dari gerakan kacau molekul cair. Intensitasnya meningkat jika suhu cairan dinaikkan. Jenis gerakan inilah yang menyebabkan partikel-partikel kecil larutan koloid berada dalam suspensi.
Properti adsorpsi
Dispersitas adalah kebalikan dari ukuran partikel rata-rata. Karena ukuran ini dalam koloid terletak pada kisaran dari 1 nm hingga 100 nm, mereka memiliki permukaan yang sangat berkembang, yaitu rasio S / m adalah nilai yang besar, di sini S adalah luas antarmuka total antara dua fase (media dispersi dan partikel), m - massa total partikel dalam larutan.
Atom yang berada di permukaan partikel fase terdispersi memiliki ikatan kimia tak jenuh. Ini berarti bahwa mereka dapat membentuk senyawa dengan lainnyamolekul. Biasanya, senyawa ini muncul karena gaya van der Waals atau ikatan hidrogen. Mereka mampu menahan beberapa lapisan molekul pada permukaan partikel koloid.
Contoh klasik adsorben adalah karbon aktif. Ini adalah koloid, di mana media pendispersinya adalah padatan, dan fasenya adalah gas. Luas permukaan spesifiknya bisa mencapai 2500 m2/g.
Derajat kehalusan dan luas permukaan spesifik
Menghitung S/m bukanlah tugas yang mudah. Faktanya adalah partikel dalam larutan koloid memiliki ukuran, bentuk, dan permukaan yang berbeda dari setiap partikel memiliki relief yang unik. Oleh karena itu, metode teoritis untuk memecahkan masalah ini mengarah pada hasil kualitatif, dan bukan kuantitatif. Namun demikian, berguna untuk memberikan rumus untuk luas permukaan spesifik dari tingkat dispersi.
Jika kita berasumsi bahwa semua partikel dari sistem memiliki bentuk bola dan ukuran yang sama, maka sebagai hasil dari perhitungan langsung, diperoleh ekspresi berikut: Sud=6/(dρ), di mana Sud - luas permukaan (spesifik), d - diameter partikel, - kerapatan zat yang menyusunnya. Dapat dilihat dari rumus bahwa partikel terkecil dan terberat akan memberikan kontribusi paling besar terhadap besaran yang ditinjau.
Cara eksperimental untuk menentukan Sud adalah dengan menghitung volume gas yang diserap oleh zat yang diteliti, serta mengukur ukuran pori (fase terdispersi) di dalamnya.
Pengeringan beku danliofobik
Liofilisitas dan liofobisitas - ini adalah karakteristik yang, pada kenyataannya, menentukan keberadaan klasifikasi sistem dispersi dalam bentuk yang diberikan di atas. Kedua konsep tersebut mencirikan ikatan gaya antara molekul pelarut dan zat terlarut. Jika hubungan ini besar, maka mereka berbicara tentang lyophilicity. Jadi, semua larutan sejati garam dalam air adalah liofilik, karena partikelnya (ion) secara elektrik terhubung dengan molekul polar H2O. Jika kita mempertimbangkan sistem seperti mentega atau mayones, maka ini adalah perwakilan dari koloid hidrofobik yang khas, karena molekul lemak (lipid) di dalamnya menolak molekul polar H2O.
Penting untuk dicatat bahwa sistem liofobik (hidrofobik jika pelarutnya adalah air) secara termodinamika tidak stabil, yang membedakannya dari sistem liofilik.
Sifat suspensi
Sekarang perhatikan kelas terakhir dari sistem dispersi - suspensi. Ingatlah bahwa mereka dicirikan oleh fakta bahwa partikel terkecil di dalamnya lebih besar dari atau orde 100 nm. Properti apa yang mereka miliki? Daftar yang sesuai diberikan di bawah ini:
- Mereka secara mekanis tidak stabil, sehingga membentuk sedimen dalam waktu singkat.
- Berawan dan tidak tembus sinar matahari.
- Fase dapat dipisahkan dari medium dengan kertas saring.
Contoh suspensi di alam termasuk air berlumpur di sungai atau abu vulkanik. Penggunaan suspensi oleh manusia dikaitkan sebagai:biasanya dengan obat (larutan obat).
Koagulasi
Apa yang dapat dikatakan tentang campuran zat dengan derajat dispersi yang berbeda? Sebagian, masalah ini telah dibahas dalam artikel, karena dalam sistem dispersi apa pun, partikel memiliki ukuran yang terletak dalam batas-batas tertentu. Di sini kita hanya mempertimbangkan satu kasus yang aneh. Apa yang terjadi jika Anda mencampurkan koloid dan larutan elektrolit sejati? Sistem pembobotan akan rusak, dan koagulasinya akan terjadi. Alasannya terletak pada pengaruh medan listrik ion larutan sejati pada muatan permukaan partikel koloid.
