• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Тема 9. Колоїдні системи

Колоїдні системи – це системи в яких одна або декілька речовин знаходяться в високодисперсному стані. Основною колоїдно–хімічною характеристикою є дисперсність. Залежно від розмірів часточок дисперсної фази розрізняють: істинні розчини; колоїдні розчини; грубодисперсні системи.

Колоїдні системи характеризуються розміром часточок дисперсної фази в межах від 1 до 100 нм. З погляду термодинаміки більшість колоїдних систем не рівноважні (термодинамічно нестійкі), але з точки зору хімічної кінетики багато таких систем кінетично стійкі. Особливістю колоїдних розчинів є їх стійкість у часі, яка зумовлена двома основними причинами: наявністю електричного заряду у колоїдних частинок і сольватної оболонки з молекул розчинника.

Утворення колоїдної системи може відбуватися двома шляхами: сполученням (агрегацією) окремих молекул, атомів або іонів; диспергуванням часточок розчиненої речовини до досягнення ними розміру колоїдних.

Колоїдні системи мають велике практичне значення в пожежній охороні. Так, широке застосування мають такі типові колоїдні засоби пожежогасіння як піни, аерозолі, суспензії та емульсії.

Аерозолями називають системи, в яких дисперсійним середовищем є газ. Аерозолі поділяють на такі класи: тумани ( системи рідина/газ); пил – диспергаційні аерозолі (тверда речовина/газ); дим – конденсаційні аерозолі (тверда речовина/газ). Пили можуть знаходитися в осаджуваному і завислому станах. Осаджений пил називається аерогелем, завислий аерозавіссю. Аерозолі речовин, що спроможні горіти, – вибухо- та пожежонебезпечні. Аерозолі широко використовуються в пожежній справі. Так, для гасіння пожеж широко застосовуються порошкові вогнегасні суміші (ПВС). ПВС – це дрібнодисперсні порошки деяких речовин, що гальмують процес горіння (карбонати та гідрокарбонати лужних металів, фосфати амонію, сульфат калію та інші). Дисперсність таких порошків досягає 10⁵ м^-1. Основний вогнегасний ефект ПВС – гетерогенна рекомбінація радикалів, що утворюються під час горіння. В деяких випадках можливо інгібірування реакцій горіння парою, що утворюється під час сублімації часток вогнегасного порошку. Встановлено, що охолоджуючий і розбавляючий ефект для ПВС не мають суттєвого впливу на припинення горіння. Для деяких вогнегасних порошків (фосфатів амонію) одним з суттєвих ефектів вогнегасіння є утворення на поверхні матеріалу, що горить, плівки, яка припиняє надходження повітря до поверхні матеріалу та вихід продуктів термодеструкції з матеріалу.

В останні роки для гасіння пожеж почали використовувати аерозольутворюючі суміші – АУС. АУС – це суміші окисника, пального та вогнегасного порошку. Після запалення цієї суміші відбувається інтенсивна реакція горіння, при якій утворюється велика кількість газів (СО₂, N₂, Н₂О), котрі, виходячи крізь сопло, розпилюють вогнегасний порошок. При цьому утворюється хмара аерозольного порошку, який гальмує процес горіння.

Піною називається комірково–плівочна система, окремі бульбочки (комірки) якої пов'язані одна з одною у загальному каркасі розділяючими плівками. Бульбочки піни можуть мати великі розміри (декілька сантиметрів), але їх відносять до колоїдних систем. Для утворення стійкої піни необхідна наявність в системі стабілізатора (піноутворювача). В якості піноутворювачів застосовують поверхневоактивні речовини. За способом утворення піни поділяють на хімічні та повітряно– механічні. Хімічна піна утворюється під час утворення газу за допомогою якоїсь хімічної реакції (газоутворюючий процес). Вперше піну для гасіння пожеж запропоновано російським вченим Лораном (в 1904 році). В якості газоутворюючої реакції була запропонована така:

6NaHCO₃ + Al₂(SO₄)₃ = 3Na₂SO₄ + 2Al(OH)₃ + 6CO₂­

В якості першого піноутворювача був запропонований екстракт солодкового кореня. Спочатку використовували окремі піноутворюючі порошки (кислотний – Al₂(SO₄)₃, лужний – NaHCO₃ + ПАР). Пізніше були зопропоновані об'єднані піногенеруючі порошки (суха суміш NaHCO₃ + ПАР + Al₂(SO₄)₃). В якості піноутворювачів використовуються речовини білкового походження (продукти переробки крові тварин та речовин рослинного походження), штучні ПАР (аніонактивні, катіонактивні, неіонні), фторовані піноутворювачі.

Однією з важливіших характеристик піни є її кратність – відношення об'єму піни до об'єму рідини, з якої вона утворилась. Сьогодні одержано піни з кратністю до декількох тисяч. Важливою характеристикою піни є її стійкість, яка визначається часом існування піни. Найбільш стійкі піни існують від десятків хвилин до годин. Для підвищення стійкості пін до них додають водорозчинні полімери.

Емульсією називається дисперсна система, що складається з двох або більше рідких дисперсних фаз. Умови утворення емульсії – взаємна нерозчинність двох рідин, що утворюють емульсію. Прикладами емульсій є молоко (емульсія жиру у воді), вершкове масло (емульсія води в жирі), креми, мазі. Для утворення стійкої емульсії обов'язковою умовою є наявність емульгаторів. В якості емульгаторів в більшості випадків застосовують ПАР. Ефективними емульгаторами є мила. В пожежній справі емульсії поки що не знайшли широкого застосування. Але запропоновано вживання деяких інгібіторів горіння (фреонів) у вигляді емульсії у воді. Такий засіб пожежогасіння об'єднує переваги води й ефективних інгібіторів горіння.

Суспензії – це грубодисперсні системи, в яких дисперсна фаза – тверда речовина, а дисперсійне середовище рідина. Суспензії використовуються в пожежній справі. Одним з обов'язкових компонентів таких суспензій є активна сіль. Це сіль, яка має вогнегасні властивості (карбонати, гідрокарбонати, фосфати лужних металів або амонію). Суспензії мають підвищену в’язкість порівняно із звичайною водою, тому деякі суспензії використовують при гасінні твердих поверхонь. Такі засоби пожежогасіння повільніше стікають з вертикальних поверхонь, тим самим підвищується ефективність застосування води.

Приклад 30.

Що таке пил? Які фактори впливають на пожежонебезпечність пилу? Чому дорівнює ступінь дисперсності пилу, якщо він складається з часток розміром 0,0002 см?

Розв'язання.

Пил - це дисперсна система, яка утворена з газоподібного середовища та твердої дисперсної фази. Пили відносять до аерозолів, в котрих дисперсійним середовищем є повітря. Пили можуть утворюватися при механічному здрібненні твердих речовин, а також методами кристалізації та сублімації. Пили можуть знаходитиcь в осаджуваному і завислому станах. Осаджений пил називається аерогелем, завислий - аерозависсю. Горіння аерозависей проходить подібно до горіння газоповітряних сумішей, тобто звичайно у вигляді вибуху.

Суттєвий вплив на властивості пилу чинить ступінь дисперсності – це величина зворотня до середнього розміру частки пилу (n=1/a). Чим більша ступінь дисперсності, тим пил є пожежо– та вибухонебезпечнішим. На горіння пилів також впливає хімічна активність речовини, з якої утворений пил, його адсорбційна здатність, схильність до електризації.

n = 1/a = 1/0.0002 = 5000 (см^–1)

Приклад 31.

Записати схему гідрозоля, що утворюється при змішуванні розчину AgNO₃ з надлишком розчину KCl.

Розв'язання.

При змішуванні розчинів утворюється осад AgCl в умовах надлишку іонів Cl–AgNO3 + KCl = AgCl¯ + КNO3.

Схему міцели, що утвориться, зображують так:

{ m [AgCl] n Cl^– 9 (n-x) K⁺ }^x- x K⁺.

де m – кількість молекул AgCl в ядрі частки, n – кількість надлишкових іонів Cl ^–, що адсорбовані на поверхні ядра, (n-x) – кількість протиіонів в колоїдній частці, x – кількість іонів в дифузійному шарі.

Приклад 32.

Що таке піни, як вони утворюються і де використовуються в пожежній справі?

Розв'язання.

Піною називається комірково–плівочна система, окремі бульбочки (комірки) якої зв'язані одна з одною у загальному каркасі розділяючими плівками. Для утворення стійкої піни необхідна наявність в системі стабілізатора (піноутворювача). В якості піноутворювачів застосовують поверхневоактивні речовини. Поверхнево активні речовини знижують поверхневий натяг і зміцнюють розділяючі плівки. Низькомолекулярні ПАР (спирти, кислоти, мила, феноли) утворюють піни з низькою структурно–механічною міцністю. Високомолекулярні ПАР здатні утворювати піни з високою структурно–механічною міцністю.

За способом утворення піни поділяють на хімічні та повітряно– механічні. Хімічна піна утворюється під час утворення газу за допомогою якоїсь хімічної реакції (газоутворюючий процес).

Піни широко застосовуються в якості засобу пожежогасіння. Вони мають більш високу ізолюючу дію порівняно з іншими засобами пожежогасіння. Особливо ефективні піни при гасінні нафтопродуктів.

Запитання для самоконтролю

1. Чим відрізняються поняття розчин і колоїдний розчин?

2. Що таке адсорбція?

3. Що таке кінетична і термодинамічна стійкість колоїдних систем?

4. Які речовини називаються поверхневоактивними?

5. Яка причина кінетичної стійкості колоїдних систем?

6. В яких випадках аерозолі та пили складають пожежну небезпеку?

7. В яких вогнегасних засобах використовуються дрібні порошки?

8. Чому піни набули великого значення у пожежогасінні? В яких випадках з цією метою застосовують піни?

Розділ 4. Основи електрохімії

Читайте також:

1. I. Органи і системи, що забезпечують функцію виділення
2. I. Особливості аферентних і еферентних шляхів вегетативного і соматичного відділів нервової системи
3. II. Анатомічний склад лімфатичної системи
4. IV. Розподіл нервової системи
5. IV. Система зв’язків всередині центральної нервової системи
6. IV. Філогенез кровоносної системи
7. POS-системи
8. T. Сутність, етіологія та патогенез порушень опорно-рухової системи
9. VI. Філогенез нервової системи
10. А) Заробітна плата її форми та системи.
11. А) Заробітна плата, її форми та системи.
12. А) Поліпшення системи зворотного зв'язку.

Переглядів: 2261