Що належить до твердих пін

Презентація “Піни” (колоїдна хімія)

Піни – це грубодисперсні висококонцентровані системи, в яких дисперсною фазою є бульбашки газу, а дисперсійним середовищем – рідина у вигляді тонких плівок. Піни, на відміну від інших дисперсних систем, склад яких визначається концентрацією дисперсної фази, характеризуються змістом дисперсійного середовища.

План: Піни. Класифікація пін. Основні характеристики пін. Властивості пін. Використання пін

Піни. Піни – це грубодисперсні висококонцентровані системи, в яких дисперсною фазою є бульбашки газу, а дисперсійним середовищем – рідина у вигляді тонких плівок. Піни, на відміну від інших дисперсних систем, склад яких визначається концентрацією дисперсної фази, характеризуються змістом дисперсійного середовища. Піни є вкрай нестійкими дисперсними системами, так як щільність рідини в сотні і навіть тисячі разів перевищує щільність газу, з якого формуються бульбашки піни. Піни вважаються грубодисперсними системами: в момент піноутворення неозброєним оком видні пухирці піни. Маса і об’єм газової дисперсної фази непостійні і швидко змінюються, розміри бульбашок сильно різняться, тому піни можна вважати полідисперсними системами. Піни є типовими ліофобними дисперсними системами

Структура пін визначається співвідношенням об’ємів газової і рідкої фаз і в залежності від цього співвідношення комірки піни можуть мати сферичну або багатогранну (поліедричну) форму. Перехідна форма комірок від сферичної до багатогранної названа Манегольдом комірковою завдяки схожості зі структурою бджолиних сотів. Комірки піни приймають сферичну форму в тому випадку, якщо об’єм газової фази перевищує об’єм рідини не більше ніж в 10-20 разів. У таких пінах плівки бульбашок мають відносно велику товщину. Чим більше відношення об’ємів газової і рідкої фаз, тим товщина плівки більша. Комірки пін, у яких це відношення складає декілька десятків і навіть сотень, розділені дуже тонкими рідкими плівками; їх комірки являють собою багатогранники. В процесі старіння куляста форма бульбашок піни перетворюється в багатогранну внаслідок стоншення плівок. Зміна форми бульбашок піни від кулястої до багатогранної легко спостерігати у бюретці, яка містить спінену рідину. Стан піни з багатогранними комірками близький до рівноважного, тому такі піни володіють більшою стійкістю, ніж піни з кулястими комірками.

За даними Плато багатогранна структура пін описується двома геометричними правилами.1. В кожному ребрі багатогранника сходяться три плівки, кути між якими рівні і складають 120°. Місця стиків плівок (ребра багатогранників) характеризуються частуваннями, які утворюють у поперечному перерізі трикутник. Ці частування названі каналами Плато або Гіббса. Вони являють собою взаємопов’язану систему і пронизують всю структуру піни. Аналогічною є система каналів, які утворені плоскими (або викривленими) плівками, площа перерізу яких менша, ніж каналів Плато. Ці канали складаються з двох адсорбційних шарів молекул ПАР і прошарків розчину між ними.

2. В одній точці сходяться чотири канали Плато, утворюючи однакові кути. Багатогранну структуру бульбашок піни вивчали шляхом отримання одиночних бульбашок при вдуванні в розчин ПАР визначеного об’єму повітря. Число граней у бульбашках змінювалось від 12 до 15 граней. Форма граней в основному була п’ятикутною, хоча зустрічались квадратні, шести- і семикутні грані. Якісне вивчення перегрупування багогранних бульбашок у піні показало, що у процесі руйнування піни внаслідок газової дифузії бульбашки послідовно приймають форму паралелепіпеда, трикутної призми і тетраедра незалежно від першочергової структури. На останній стадії (тетраедр) відбувається перевтілення об’ємної фігури у «вузол» (місце стиків каналів Плато). Поверхня граней комірок піни може бути плоскою тільки у випадку п’ятикутних багатогранників.

Класифікація пін Піни зазвичай є порівняно грубодисперсними висококонцентрованими системами. Об’ємний вміст дисперсійного середовища зазвичай характеризують кратністю піни в, тобто відношенням об’єму піни до об’єму дисперсійного середовища. Розрізняють:

Основні характеристики пін

Кратність піни. Кратність піни в, представляє собою відношення об’єму піни Vп до об’єму розчину Vр, який пішов на її утворення:в = Vп / Vр = (Vг + Vр) / Vр,де Vг – об’єм газу в піні. Кратність піни збільшується із зростанням розмірів комірок і збільшенням їх числа, а отже, зі зменшенням утворює стінки осередкутовщини стінок. Зменшення товщини стінок комірок піни можливо тільки до певної межі, яка визначається рівновагою між тиском газу всередині комірки і міцністю плівки.

Дисперсність піни. Для оцінки дисперсності піни використовують:

Стійкість у часіСтабільність (стійкість) піни – її здатність зберігати загальний об’єм, дисперсність і перешкоджати витіканню рідини (синерезису). Така характеристика піни, як її стійкість дуже відносна, так як час життя окремої бульбашки газу може значно відрізнятися від часу життя його в піні.

Структурно-механічні (реологічні) властивостіУ залежності від рідин піни мають особливості, які дозволяють розглядати їх як структуровані системи, які володіють властивостями твердих тіл. Зовні це проявляється в здатності піни зберігати певний час свою початкову форму. В’язкість – це реологічна характеристика, знання якої дозволяють визначати умови перекачування піни по трубах, розтікаємість пінної маси по поверхні (наприклад, при гасінні пожежі), здатність до вільного стікання з отворів. Значення структурної (ефективної) в’язкості, які одержані різними дослідниками, змінюються в широкому інтервалі залежно від кратності і дисперсності пін і від напруги зсуву (швидкостей течії).

Електрична провідність піни. Електропровідність комірчастих пін пропорційна кількості рідини, яка в ній міститься. Експериментально доведено, що відношення електропровідності рідини до електропровідності піни лінійно зв’язано з відношенням їх щільностей. Дана залежність була встановлена для пін, які були приготовлені на основі п’яти різних ПАР. Оптичні властивості пін. При проходженні світлового променю через шари піни інтенсивність його зменшується внаслідок багатократного відображення, заломлення і поглинання стінками бульбашок. Однією із причин розсіювання світла пінами є повне внутрішнє відображення. Експериментально встановлено, що співвідношення між питомою поверхнею пін і ступенем ослаблення світла, вираженого у вигляді відношення падаючого світла і того що пройшов, для деяких пін являє лінійну залежність. Цей факт використовують для швидкого визначення питомої поверхні розділу у пінах, наприклад, у процесах їх старіння. Окрім того, метод світлового послаблення пінами виявляється корисним при дослідженні пін, які швидко руйнуються, для виготовлення яких в розчин попередньо уводять піноруйнівні речовини.

Використання піни. Вогнезахисна піна застосовується для гасіння пожеж. Тверда піна може використовуватися для створення міцних, але легких матеріалів. Тверді пінопласти – відмінні теплоізолятори. Тверді піни використовуються для виготовлення флотаційних пристроїв. Оскільки тверді піни легкі та стисливі, вони створюють чудовий набивний та пакувальний матеріал. Закритоклітинна піна, яка називається синтаксичною піною, складається з порожнистих частинок у матриці. Цей тип пінопласту використовується для виготовлення смол, що запам’ятовують форму. Синтаксичні піни також використовуються при дослідженні космосу та глибоководних просторів. Самошкіра або цілісна піна для шкіри складається з щільної шкіри з серцевиною меншої щільності. Цей тип пінопласту використовується для виготовлення підошви для взуття, матраців та дитячих крісел.

§ 4. Поняття про дисперсні системи

Більша частина речовини Всесвіту перебуває у вигляді пилу. Космічний простір, гідросфера й атмосфера, земна кора та надра, ґрунти, живі організми, харчові продукти, лікарські засоби тощо містять речовини в роздрібненому, тобто дисперсному, стані. Отже, дисперсний стан є основним станом матерії.

Дисперсна система — фізично неоднорідна система, яка складається з кількох речовин. Ці речовини не розчиняються одна в одній і не реагують між собою. У дисперсних системах одні речовини розподілені в інших.

Перелік дисперсних систем безмежний: мінерали та деякі сплави, піно- і газобетон, нафта, косметичне молочко та гель для волосся, крем для взуття й мармелад, папір і квасна піна, хліб і вершкове масло, смог, тверде ракетне паливо й лакофарбові матеріали (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Приклади дисперсних систем. 1. Пористі бетони, які широко використовують як будівельні матеріали, – тверді піни. 2. Мармелад – гель. 3. Косметичне молочко – емульсія.

Завдання. Використовуючи повсякденний досвід і знання з інших природничих предметів, наведіть кілька прикладів дисперсних систем

Суспензії є різновидом неоднорідних сумішей. Це зависі твердих частинок у рідкому середовищі. Наприклад, щоб виготовити водну суспензію глини, її подрібнюють на тонкий порошок, висипають у воду та ретельно перемішують. З повсякденного досвіду ви, напевно, знаєте, що поступово частинки глини під дією сили земного тяжіння осядуть на дно посудини (рис. 4.2). Це зумовлено тим, що частинки суспензій не виявляють броунівського руху. Процес осідання триватиме тим довше, чим дрібніші частинки дисперсної фази.

Рис. 4.2. Суспензія глини у воді (1) та її осідання (2)

Цікаво і пізнавально

Броунівський рух – безладний рух малих частинок, завислих у рідині або газі. Він відбувається під дією ударів молекул навколишнього середовища. Досліджений у 1827 р. Р. Броуном (рис. 4.3), який спостерігав у мікроскоп рух квіткового пилку, завислого у воді.

Рис. 4.3. Роберт Броун (1773-1858) – шотландський ботанік, відкрив безладний рух дрібних частинок у рідині або газі під впливом ударів молекул навколишнього середовища, що дістав назву «броунівський рух». У 1828 р. опублікував «Короткий звіт про спостереження у мікроскоп. », у якому описав відкритий ним рух частинок. Також описав ядро рослинної клітини

Частинки твердої речовини, густина яких більша за густину рідини, утворюють осад. Якщо ж їхня густина менша – вони спливають на поверхню. Частинки твердих речовин, які не змочуються водою, також спливають угору. Прикладом такої речовини є сірка, густина якої більша за густину води.

У природних умовах суспензії утворюються внаслідок розмивання ґрунтів водою, забруднення водойм атмосферним пилом. Суспензією є й пульпа – суміш тонкоподрібненої корисної копалини з водою. Пульпа утворюється під час здрібнювання руд перед збагаченням. Бурові промивні рідини, фарби, будівельні розчини – також суспензії. У формі суспензій застосовують деякі добрива й отрутохімікати, суспензіями є чимало лікарських препаратів.

Емульсії – дисперсні системи, які складаються з рідин, що не змішуються. Тобто так само, як і суспензії, є неоднорідними сумішами. Виготовити емульсію можна, наприклад, тривалим збовтуванням суміші води та олії (рис. 4.4.1). Однак згодом емульсія розшарується (рис. 4.4.2).

Рис. 4.4. 1. Олійно-водна емульсія. 2. Розшарування емульсії

Емульсіями є чимало косметичних засобів, лікарських препаратів. Емульсії використовують на виробництві під час шліфування, свердління та різання металів, пластмас, кераміки тощо. У формі емульсій застосовують засоби боротьби з бур’янами та шкідниками сільськогосподарських культур.

Завдання. Поясніть, чому в інструкціях до лікарських засобів у формі суспензій та емульсій завжди зазначено: «Перед уживанням збовтати!».

Піни – дисперсні системи, у яких бульбашки газу розподілені в рідкому або твердому середовищі (рис. 4.5). Піни широко застосовують у багатьох галузях промисловості та в побуті. Пінні мийні та косметичні засоби, хімікати для чищення меблів, килимів, кондитерські піни, муси, бісквіти, дитячі розваги і вечірки для дорослих з використанням пін – ось аж ніяк не повний перелік застосування цих дисперсних систем у побуті. Також вони потрібні для гасіння пожеж, гідро- та звукоізолювання, утеплення в будівництві, збагачення корисних копалин тощо.

Рис. 4.5. Рідка (1) і тверда (2) піни. Яке добро умитися з милом, витертися чистим полотняним рушником, узяти до рук пахучий окраєць ніздрюватого чорного хліба. Михайло Стельмах. «Велика рідня».

Завдання. Наведіть кілька прикладів пін, відомих вам з повсякденного життя

Аерозолі – дисперсні системи, у яких частинки твердої або рідкої речовини розпорошені в газі, зазвичай – повітрі. Дим, смог, пил – твердотілі аерозолі, у яких тверді частинки розпорошені в газі. Туман, мряка – також аерозолі. Йдеться про газ, у якому розподілені краплинки рідини.

Суспензії, емульсії, рідкі піни – неоднорідні суміші. Вони нестійкі й згодом руйнуються: суспензії та піни осідають, емульсії розшаровуються. Щоб зберегти споживчі властивості товарів, які містять ці грубодисперсні системи, до їхнього складу вводять різноманітні емульгатори та стабілізатори піни. Природні емульгатори, наприклад яєчний білок і жовток, традиційно використовують у харчових продуктах. Нині до складу маргарину, морозива, збитих вершків, майонезу тощо також входять інші емульгатори та стабілізатори піни.

Показово, що малі розміри розпорошених частинок твердої речовини або рідини зумовлюють невелику швидкість їхнього осідання. Тож аерозолі порівняно стабільні в полі земного тяжіння.

Завдання. Дізнайтеся, що таке Е-числа, якими Е-числами позначають емульгатори.

Про такі різновиди дисперсних систем, як істинні та колоїдні розчини, ви дізнаєтеся з наступного параграфа.

ПРО ГОЛОВНЕ

• Основний стан, у якому перебуває матерія, – дисперсний.

• Суспензії, емульсії, рідкі піни – неоднорідні суміші, грубодисперсні системи. Вони нестійкі й згодом руйнуються.

• Аерозолі – дисперсні системи, у яких частинки твердої або рідкої речовини розпорошені в газі, зазвичай – повітрі.

Перевірте себе

1. Наведіть приклади дисперсних систем, які трапляються в повсякденному житті. 2. Що таке суспензія? Емульсія? Піна? Аерозоль? 3. Яку природних умовах утворюються суспензії? 4. Де використовують емульсії? 5. Для чого використовують рідкі й тверді піни? 6. Для чого використовують емульгатори та стабілізатори піни? 7. Які природні емульгатори вам відомі? 8. Чому аерозолі порівняно стійкі в полі земного тяжіння?

Застосуйте свої знання й уміння

9. Установіть відповідність між дисперсними системами та об’єктами.

  • 1 Піна
  • 2 Гель
  • 3 Емульсія
  • 4 Суспензія
  • 5 Аерозоль
  1. А Сік кульбаби
  2. Б Косметичний лак із блискітками
  3. В Малинове желе
  4. Г Оцет
  5. Д Пемза
  6. Е Дим багаття

10. Визначте, про які дисперсні системи йдеться:

а) «Ніч. Весна. Гримить повінь. І тікають мутні води в невідому даль» (Микола Хвильовий. «Арабески»); б) «Потім дівчинка кинула проса курям, зварила кисіль з бузини та яблук. » (Олесь Донченко «Лісничиха»); в) «Після того було молоко, білий пахучий напій пінивсь у склянці. » (Михайло Коцюбинський. «Intermezzo»); г) «У неділю вранці-рано поле вкрилося туманом. » (Тарас Шевченко. «Наймичка»).

11. Визначте, які явища описано в уривках літературних творів:

а) «. коли наповнену пляшку уже замінили іншою, відставивши її вбік, відвар розділявся на дві різні рідини: внизу відстоювалась квіткова чи трав’яна вода, а зверху плавав товстий шар олії» (Патрік Зюскінд. «Парфуми»); б) «. у піні утворилися дрібні дірочки: це впали сльози пані Палівцової, коли вона несла пиво Швейкові» (Ярослав Гашек. «Пригоди бравого вояка Швейка»); в) «. навкруги в повітрі здіймається сяюча курява розбитої в пилюку, в проміння води!» (Олесь Гончар. «Людина і зброя»); г) «Осіла курява доріг на грані веж і на руїни. » (Герась Соколенко. «Дивлюсь на кучері твої. »).

Творча майстерня

12. Складіть узагальнювальну ілюстровану схему «Однорідні й неоднорідні суміші та способи їхнього розділення».

13. Підготуйте презентацію «Дисперсні системи в мистецьких творах – літературних і образотворчих».

14. Дізнайтеся назву дисперсної системи, яка щонайменше 15 разів потрапляла до «Книги рекордів Гіннеса» через низку унікальних властивостей. Підготуйте стислі повідомлення про неї.

Дізнайтеся більше

  • https://www.youtube.com/watch?v=1pRdKf1DQB4
  • https://www.youtube.com/watch?v=Spq34lsvA2U
  • https://www.youtube.com/watch?v=bhABPDvhnpQ
  • https://www.youtube.com/watch?v=UZsvNWjVRao
  • https://www.youtube.com/watch?v=0Dfg7T7CYik

Related Post

Скільки коштує відвідування World ClassСкільки коштує відвідування World Class

Зміст:1 Як проходить реєстрація на курс?2 Вартість2.1 Розмовний курс2.2 Інтенсивний курс2.3 Повний курс2.3.1 Ще ціни.2.4 10 занять2.5 5 занять2.6 1 заняття2.6.1 Оплата готівкою2.6.2 Кредитною карткою2.6.3 Оплата частинами2.6.4 Оплата 50 на