«Коллоидная химия. Дисперсные системы, способы получения и очистки, свойства коллоидов»

Конспект урока по дисциплине «Физическая и коллоидная химия»

по теме: «Коллоидная химия. Дисперсные системы, способы получения и очистки, свойства коллоидов»

Тема: Коллоидная химия. Дисперсные системы, способы получения и очистки, свойства коллоидов.

Цель: Сформировать системные знания у учащихся по теме; владеть основополагающими понятиями и представлениями о коллоидных системах, знать способы получения и очистки, свойства коллоидов, а также находить и анализировать информацию о коллоидных системах, знать применение коллоидов в повседневной жизни.

Задачи:

Образовательные: освоение первоначальных знаний о коллоидных системах, их структуре, получении ,свойствах.

Развивающие: развитие речевых способностей, образного и логического мышления, внимания, памяти и воображения учащихся, способствовать развитию монологической речи;развитие умений общаться и работать в команде.

Воспитательные: - способствовать развитию умения отстаивать свою точку зрения; воспитывать у учащихся интерес к предмету; способствовать развитию убежденности в том, что полученные знания можно применять в повседневной жизни и использовать на благо развития цивилизации.

Время проведения: 2 академических часа.

Формы организации учебно-познавательной деятельности: индивидуальная работа; самостоятельная работа с заданиями; групповая работа с заданиями; контроль знаний - фронтальный опрос.

Методы обучения: Объяснительно- иллюстративны, частично-поисковый метод (решение поставленной задачи)

Оснащение занятия: дидактический материал, Проектор; презентация, таблица с заданием, схема стиха Синквейн, контролирующий материал: таблица классификации коллоидов

Формирование УУД, ТОУУ (технология оценивания учебных успехов)

Познавательные УУД. Развиваем умение:

1. Поиска, обработки и использования информации.

2. Анализировать с целью выделения признаков (существенных, несущественных)

3. Выявлять сущность, особенности объектов.

4. На основе анализа объектов делать выводы.

5 Обобщать информацию.

Регулятивные УУД.Развиваем умение высказывать своё предположение на основе работы с материалом

Коммуникативные УУД

1. Развиваем умение слушать и понимать других.

2. Строить речевое высказывание в соответствии с поставленными задачами.

3. Оформлять свои мысли в устной и письменной форме.

Личностные результаты

1. Развиваем умения выказывать своё отношение, выражать свои эмоции.

Ход урока.

Ι.Постановка проблемы. Актуализация знаний.

1. Перед Вами кусок пемзы и кусок хлеба. Как вы считаете, что общего между ними? (слайд 1)

Верно – и в одном и в другом материале присутствуют пузырьки.

Сначала немного повторим:

1. Что такое пузырьки?

2. Как образуются пузырьки?

Согласно толковому словарю – Пузырь - наполненный воздухом прозрачный шарик, возникающий в какой-либо жидкости, жидкой массе.

Пузыри в жидкости могут возникать по двум основным причинам:

В результате процесса кипения. При этом в объёме жидкости возникают границы разделения фаз, то есть на стенках сосуда образуются пузырьки, которые содержат воздух и насыщенный пар.

При увеличении температуры растворимость газов в воде уменьшается (пример, если налить в стакан холодной воды и поставить его в теплом помещении, то со временем на его стенках образуются пузырьки. Итак, в любой жидкости присутствует растворенные газы, которые и образуют пузырьки. А как они там образовались? На этот вопрос ответят учащиеся Вашей группы.

Выступают двое учащихся с докладами на темы:

Производство хлеба

Образование пемзы

II. Формулирование темы, планирование деятельности.

Итак, исходя из вышесказанного, следует, что оба материала представляют собой твердую среду и равномерно распределенные в ней пузырьки газа. Система однородная или неоднородная? Правильно – неоднородная. А как в химии называется такая система? Верно – гетерогенная. Сколько в данном случае фаз? Действительно две: твердая и газообразная.

А мы с вами знаем, что на границе раздела фаз наблюдаются особенные свойства из-за чего?

Правильно – в результате нескомпенсированности энергии на поверхности и образованием большого запаса свободной энергии. Под действием каких свойств возникли пузырьки? Верно – под действием физико-химических свойств.

2. Итак, попробуйте сформулировать, что мы сегодня будем изучать? Правильно, изучать мы будем гетерогенные системы, состоящие из двух и более компонентов, один из которых равномерно распределен в другом и имеющие поверхность раздела фаз, обладающую определенным запасом свободной поверхностной энергии. Такие системы называются дисперсными или коллоидными. А наука, изучающая их – коллоидная химия. Что нам нужно выяснить?

А) Что такое дисперсные системы?

Б) Как классифицируют дисперсные системы?

В) Как получают и очищают дисперсные системы?

Г) Какими основными свойствами обладают коллоиды?

Исходя из вышесказанного, сформулируйте тему занятия. Правильно. Запишите тему сегодняшнего занятия «Коллоидная химия. Дисперсные системы, способы получения и очистки, свойства коллоидов.» (слайд 2)

Слово преподавателя. Коллоидная химия - это физическая химия гетерогенных дисперсных систем и поверхностных явлений, наблюдаемых на границе раздела фаз в таких системах.

Предлагаю первым делом найти и выписать основные понятия: дисперсная система, дисперсная фаза и дисперсионная среда для чего воспользоваться учебником Гамеева, О.С. Физическая и коллоидная химия [Текст]: учебник для техникумов химико-технологических специальностей. - М.: Высшая школа, 1977 – 321 с. параграф 102. Дисперсная система – это такая двух- или многокомпонентная система ,в которой одно вещество (или несколько) находятся в состоянии более или менее высокого раздробления и равномерно распределено в окружающей среде.

Дисперсная фаза - совокупность раздробленных частиц одного вещества; окружающее дисперсную фазу вещество – дисперсионная среда.

Дисперсные системы гетерогенны, т.к. между частицами дисперсной фазы и дисперсионной среды имеется поверхность раздела, обладающая определенным запасом свободной поверхностной энергии. (слайд 3). Как же классифицируются подобные системы? Существует много классификаций мы разберем 4.

I Основная классификация по агрегатному состоянию. В ней дисперсную систему обозначают в виде дроби: в числителе указывается дисперсная фаза, в знаменателе – дисперсионная среда (например т/ж- читается, как твердое в жидком) Перед вами таблица (слайд 4), нужно заполнить последнюю колонку. Для чего разделиться на 3 равные группы и работать в команде. Каждая команда заполняет блоки, обозначенные разными цветами. Нужно попробовать привести примеры указных систем. В конце, вы поделитесь друг с другом результатами.

Итак, проверим, что получилось. Таблица заполнена верно. Сейчас вы прослушаете, какие еще могут быть классификации, а ваша задача попробовать составить опорную схему (записать типы классификаций и примеры)

II Классификация по размерам частиц:

1) Грубодисперсные системы (размер частиц r≥10-3 см): например, сахарный песок, манная крупа и т.д.

2) Среднедисперсные системы (размер частиц r от 10-5 до 10-3 см): например, растворимый кофе, эритроциты крови и т.д.

3) Высокодисперсные системы или ультромикрогетерогенные системы ( размер частиц r от 10-7 до 10-5 см): например, космическая пыль.

Все высокодисперсные системы называют коллоидными растворами или золями.

Все грубодисперсные системы типа т/ж – суспензиями, а типа ж/ж – эмульсиями.

III Следующая классификация – по структуре:

Свободнодисперсные – это такие системы , в которых частички дисперсной фазы могут свободно перемещаться по всему объему (молоко, сок растений и т.д) Связаннодисперсные - это такие системы, в которых частички связаны между собой и образуют твердый каркас (гели ,ксерогели: хлеб, тесто, уголь и т.д.)

IV Классификация по межфазным взаимодействиям:

Лиофильные -характеризуются сильным межмолекулярным взаимодействием между частицами дисперсной фазы и дисперсионной среды. Термодинамически устойчивая, характеризуется самопроизвольным диспергированием. Например, растворы белков, крахмала, пектинов

Лиофобные -характеризуются слабым межмолекулярным взаимодействием между частицами дисперсной фазы и дисперсионной среды. Термодинамически неустойчивая , самопроизвольно не могут образовывать. Например, золи драгоценных металлов, золи металлоидов (серы, селена,)

Классификации дисперсных систем по размерам частиц по межфазным взаимодействиям

Грубодисперсные Среднедисперсные Лиофильные Лиофобные(сахар , (эритроциты крови, (растворы белков, (золи манная крупа ) растворимый кофе) пектинов ) драгоценных металлов)

Высокодисперсные (космическая пыль)

по структуре Свободнодисперсные Связаннодисперсные (молоко, сок растений) (хлеб, тесто, уголь)

Как вы считаете, как могут образовываться дисперсные системы? Отчасти верно.Методы получения дисперсных систем : Диспергационные; Конденсационные; Механические электрические физические химические, ультразвуковые конденсация заменаиз паров растворителя

Рассмотрим несколько подробнее эти методы.

I Диспергирование заключается в дроблении крупных частиц до агрегатов размеров не менее 10-5 см.1) Механическое диспергирование. Как вы считаете, как его производят? Правильно, производят в специальных приборах – мельницах (шаровых, коллоидных и т.д.)

2) Ультразвуковое диспергирование Основано на резкой смене давлений до нескольких сотен и тысяч атмосфер за короткое время (10-4 - 10-5 сек.) в результате чего происходит сжатие и растяжение межмолекулярных связей.

3) Электрическое диспергирование . Используется для получения золей (это высоко дисперсные системы с размером частиц 10-7 - 10-5 см).

Применяют электрогидравлический эффект (резкая смена напряжений за короткое время) или дробление в вольтовой дуге (электроды металлов помещают в воду и подают разность напряжений в результате чего один из электродов распыляется и образуется гидрозоль металла.).

II Конденсационные методы. Заключаются в укрупнении молекул и ионов в агрегаты коллоидных размеров:

1.Физические :

- конденсация из пара (заключается в изменении внешних параметров: температуры и давления). Например, образование кучевых облаков происходит в результате адиабатического расширения газа.

- метод замены растворителя (т.е. добавление растворителя, который не растворяется в истинный растворитель).

2. Химические – химическое взаимодействие при условиях:

- в результате химической реакции образуется малорастворимое ил нерастворимое вещество

- одно из взятых веществ должно быть в избытке – стабилизатор

- скорость роста зародышей выше скорости роста кристалла.

Каковы же методы очистки, как выдумаете?

Верно, один из методов – фильтрация, только для коллоидов используется диализ и ультрафильтрация. Суть диализа в том, что в одну часть сосуда разделенного полупроницаемой мембраной наливают коллоидный раствор, в другую – чистый растворитель. Не все ионы могут проходить в чистый растворитель через мембрану. Ультрафильтрация – это диализ под давлением в камере с коллоидным раствором (Если размер мембран составляет 10-7 см, то задерживаться будут не только частицы дисперсной фазы, но и ионы, т.к. будет происходит концентрирование раствора). Интересное сочетание диализа и ультрафильтрации – аппарат искусственная почка: кровь проходит под давлением через узкий зазор между 2-мя мембранами, которые постоянно омываются физ. раствором, кровь очищается.

Электродиализ – очистка за счет приложенной разности потенциалов.

Разберем последний вопрос – свойства коллоидных систем. К ним относят многие свойства, многие из которых вам известны: броуновское движение частиц, диффузия, осмотическое давление, мы остановимся на оптических свойствах.

Как вы думаете, почему небо голубое, а закат розовый?

Не знаете? К этому вопросу мы вернемся несколько позже.

Какие три случая возможны при попадании светового луча на систему?

Правильно, отражение , рассеяние и поглощение. Только в коллоидных системах происходят они несколько иначе. (слайд 9 )

Отражение – возможно только в грубодисперсных системах (размер частиц должен быть больше длины волны). Рассеяние – характерно для коллоидных растворов. Часто светорассеяние называют опалесценцией (т.к. коллоидные растворы при наблюдении сбоку имеют молочно-голубой или молочно-желтый цвет).

Впервые рассеяние света в дисперсных системах наблюдал М. Фарадей (1857), изучая золи золота. Позже это явление было описано Дж. Тиндалем, который установил, что светорассеяние удобно наблюдать на темном фоне при пропускании пучка лучей через золь сбоку. Особенно четко оно заметно при фокусировании световых лучей внутри дисперсной системы, когда наблюдается светящийся конус (конус Тиндаля). Это явление часто называют эффектом Тиндаля.

Поглощение. Многие коллоидные системы имеют определенную окраску, что указывает на поглощение ими света в соответствующей области спектра. Это значит, что золь кажется окрашенным в цвет, дополнительный к поглощенному. Например, поглощая синюю часть (435 — 480 нм) видимого спектра (400 — 760 нм), золь оказывается желтым; при поглощении синевато-зеленой части (490 — 500 нм) золь принимает красную окраску. При совместном действии на глаз человека всего видимого спектра возникает восприятие белого цвета. Поэтому если лучи всего видимого спектра проходят через прозрачное тело или отражаются от непрозрачного, то прозрачное тело кажется бесцветным, а непрозрачное — белым. Если тело поглощает излучение всего видимого спектра, то оно кажется черным.

Окраска дисперсных систем связана как с избирательной адсорбцией света, зависящей от природы вещества и его дисперсности, так и с рассеянием света, зависящим от дисперсности вещества.Окраска многих минералов и драгоценных камней обусловлена наличием в них высокодисперсных частиц металлов и их оксидов. Например, прозрачным рубиновым стеклам окраску придают коллоидные частицы оксидов золота и железа. Рубин – высокодисперсный золь хрома или золота в Al2O3. Аметист и сапфир - твердые коллоидные растворы Mn или Fe в SiO2. Голубоватая окраска каменной соли определяется дефектами кристаллической решетки. Практически всем краскам и эмалям цвета сообщаются дисперсными пигментами из оксидов или солей различных металлов

1 Проверка знаний. Вернемся к предыдущему вопросу: так почему небо голубое, а закат розовый?

Правильно, это можно объяснить с помощью закона Рэлея (интенсивнее рассеиваются световые волны с более высокими частотами - цвет становится голубым) и эффектом Тиндаля. Небо – это коллоидная система (центрами, рассеивающими свет, являются флуктуации плотности воздуха,) и при прохождении через него световых лучей происходит рассеяние света и небо голубое, но при изменении положения солнца, меняется угол наклона и мы можем видеть прошедший свет красный спектр. Давайте подведем итог урока. Для этого каждому предлагается сочинить Синквейн (темы коллоиды, среда, фаза, эффект Тиндаля ). Заслушивание нескольких стихов.

ΙV. Итог урока.

Рефлексия:

- Что нового узнали на сегодняшнем занятии?

– Что у вас получалось сегодня лучше всего?

– В чём испытали затруднения?

– Кто сегодня получил отметку?

– За что?

V. Домашнее задание.

Домашнее задание

1.Уметь распознавать коллоидные системы

2. Ознакомится с материалами источника 1, 235-239 с, 249-253с.

Список использованной литературы:

1. Белик В.В. Физическая и коллоидная химия [Текст]: учебник для студ.учреждений проф.образования/ В.В. Белик, К.И. Киенская. – М.: «Издательский центр Академия», 2013.- 288с.

Дополнительные источники:

Гамеева, О.С. Физическая и коллоидная химия [Текст]: учебник для техникумов химико-технологических специальностей. - М.: Высшая школа, 1977 – 321 с.

Болтромеюк В.В. Физическая и коллоидная химия. Общая химия [Электронный ресурс]: пособие для студентов лечебного ,педиатрического , медико-психологического и медико-диагностического факультетов / В.В. Болтромеюк. – Гродно: ГрГМУ, 2010. – 532 с.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/383016-kolloidnaja-himija-dispersnye-sistemy-sposoby