Химические системы

Стабильность химических систем достигается присутствием химических связей и взаимодействий, которые  различаются по энергии и природе. В дисперсных системах имеют место  наиболее разнообразные системы  связей и взаимодействий.

Дисперсионная среда – вещество, которое присутствует протяженной фазой в дисперсной системе.

Дисперсная  фаза – вещество, распределенное в среде.

В зависимости от линейных размеров дисперсионной фазы образуются гомогенные и гетерогенные дисперсные системы. Гомогенные дисперсные системы  обычно называются растворами. Они  могут быть твердыми, жидкими или  газовыми. В растворах линейные размеры  дисперсной фазы не превышают 1 нм. Гетерогенные дисперсные системы разделяются  на коллоидные системы (линейный размер частиц более 100 нм). В зависимости  от агрегатного состояния дисперсной среды различают твердые (сплавы); жидкие (пены, эмульсии, суспензии); газовые (туманы, дымы, аэрозоли, газовые смеси) дисперсные системы. В этих системах возможны два или более видов  фазовых границ, а также два  или более видов химических связей. В сплавах между фазами образуются граничные слои с переменной электронной  плотностью. При образовании сплавов  в основном принимают участие  металлические связи, вместе с тем  образование ионных и ковалентных связей также возможно.

Когда возникают пены, во взаимодействии участвуют газы и  жидкие компоненты. В граничном слое обычно присутствует растворенный газ  в соответствующей жидкости. Здесь  главные химические связи ковалентные. Эмульсии содержат две или более жидких фаз, а суспензии имеют твердые и жидкие фазы (в суспензиях твердая фаза распределяется в жидкой среде).

Дымы являются дисперсными  системами, в которых твердые  частицы распределяются в газовой  среде. В то же время в туманах  частицы жидкой фазы распределяются в газовых смесях.

Во всех этих случаях присутствуют различные  химические связи и  взаимодействия, а также  для соответствующих  дисперсных систем наблюдается особенное  распределение электронной плотности.

Известно, что молекулы химических веществ могут быть представлены в виде карт электронной плотности. При сложении такого описания целесообразно  представлять химические системы в  виде карт изменений плотности (или  других свойств) для реальных фаз  с учетом данных для межфазных  слоев. Например, для суспензии, в  которой распределены частицы практически одного размера и одной формы, имеющие на поверхности активные центры, взаимодействующие с дисперсионной средой, можно представить изменения плотности в одном направлении в виде диаграммы.

Поверхностный слой, образующийся на границе «суспензия – воздушная  среда», обычно имеет большую, чем  дисперсионная среда, плотность, поскольку  химические частицы поверхностного слоя находятся под влиянием поля частиц во внутренних слоях дисперсионной  среды и дисперсионной фазы. При  этом не учитываются флуктуации плотности  в дисперсионной среде и дисперсионной  фазе. Для представления образования  и свойств дисперсных систем являются важными такие понятия, как адсорбция, хемосорбция, адгезия, когезия, коагуляция, золь, гель, лиофобность, лиофильность.

Адсорбция – процесс увеличения концентрации химического соединения на межфазной поверхности по отношению к концентрации этого вещества в объеме.

Хемосорбция – адсорбция, сопровождающаяся химическими реакциями.

Процессы хемосорбции  зачастую связываются (сопровождаются) процессами адгезии.

Адгезия – связывание различных жидких и твердых фаз на их границе.

Когезия – связывание (образование связей) между химическими частицами в гомогенной фазе.

Т.о., адгезия и когезия  – противоположные процессы. Благодаря  адгезии твердые тела могут быть изотропными и не разрушаться  на отдельные фазы. Однако при определенных условиях возможны фазовые распределения  или взаимодействия частиц дисперсной  фазы между собой. Для коллоидных систем возможна коагуляция.

Коагуляция – слипание вместе частиц дисперсной фазы в коллоидных системах.

При коагуляции в жидкой дисперсной среде образуются гели.

Гели – желеподобные коллоидные системы с жидкой дисперсной средой.

Золи – обычно коллоидные растворы или коллоидные системы, включающие взаимодействующие между собой дисперсную фазу и дисперсную среду.

Для характеристики способности  веществ к взаимодействию с жидкой средой применяют термины «лиофобность»  и «лиофильность».

 

                    

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Было бы, однако, неправильно  не учитывать той громадной исследовательской  работы, которая привела к утверждению  системного взгляда на химические знания. Уже с первых шагов химики на интуитивном  и эмпирическом уровне поняли, что  свойства простых веществ и химических соединений зависят от тех неизменных начал или носителей, которые  впоследствии стали называть элементами. Выявление и анализ этих элементов, раскрытие связи между ними и  свойствами веществ охватывает значительный период в истории химии, начиная  от гипотезы Роберта Бойля (1627-1691) и  кончая современными представлениями  о химических элементах как разновидностях изотопов, т.е. атомов, обладающих одинаковым зарядом ядра и отличающихся по массе. Этот первый концептуальный уровень  можно назвать исследованием  различных свойств веществ в  зависимости от их химического состава, определяемого их элементами. Химики, как и физики, искали ту первоначальную основу или элемент, с помощью  которых пытались объяснить свойства всех простых и сложных веществ.

Второй концептуальный уровень познания свойств связан с исследованием структуры, т. е способа взаимодействия элементов веществ. Эксперимент и производственная практика убедительно доказывали, что свойства полученных в результате химических реакций веществ зависят не только от элементов, но и от взаимосвязи и взаимодействия элементов в процессе реакции. Именно поэтому в процессе познания и использования химических явлений необходимо было учитывать их структуру, т. е. характер взаимодействия составных элементов вещества.

Третий уровень познания представляет собой исследование внутренних механизмов и условий протекания химических процессов, таких, как температура, давление, скорость протекания реакций  и некоторые другие. Все эти  факторы оказывают громадное  влияние на характер процессов и  объем получаемых веществ, что имеет  первостепенное значение для массового  производства.

Наконец, четвертый концептуальный уровень является дальнейшим развитием  предыдущего уровня, связанным с  более глубоким изучением природы  реагентов, участвующих в химических реакциях, а также применением  катализаторов, значительно ускоряющих скорость их протекания. На этом уровне мы встречаемся уже с простейшими  явлениями самоорганизации, изучаемыми синергетикой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кодолов В.И.,  Грозина Л.А., В.Д. Кибенко Основы общей химии. – Ижевск: Издательство ИжГТУ, 2010.

2. Кузнецов В.И., Идлис Г.М., Гутина В.Н. Естествознание. - М., 2006.

3. Кузнецов В.И. Общая химия. Тенденция развития. М.: Высшая школа. - 2007.

4. Никольский А.Б. Химия:  учебник для ВУЗов. СПб: Химиздат.- 2001.

3. Полине Л. Общая химия. - М.: Мир, 2004.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                           ПРИЛОЖЕНИЕ

Рисунок 1 – Химическая система  может быть стенками сосуда, в котором  она находится: раствор в стакане, газ в баллоне

Рисунок 2 – Пламя горящей  в воздухе свечи образует химическую систему, которая может быть ограничена только мысленно

Рисунок 3 – Система «раствор серной кислоты – водяной пар». Открытая (а), закрытая (б) и изолированная (в) системы