Каким свойством гелей определяется срок их годности

Методические указания по проведению

Дисциплина: Химия

Тема:Приготовление суспензии карбоната кальция в воде. Получение эмульсии

моторного масла. Ознакомление со свойствами дисперсных систем.

Продолжительность:2 часа

Для специальностей:технического профиля

Автор: Чудинова Л.Е.

Тема:Приготовление суспензии карбоната кальция в воде. Получение эмульсии

моторного масла. Ознакомление со свойствами дисперсных систем.

Цели работы: 1.Закрепляем и углубляем знания о приготовлении суспензии карбоната кальция в

воде, получении эмульсии моторного масла. Знакомимся со свойствами дисперсных

систем.

2. Вырабатываем умение логически последовательного изложе­ния материала.

3. Формируем навык оформления лабораторной работы по стандарту.

Теоретические основы:

Среди всего многообразия смесей особое место занимают гетерогенные, т. е. такие, частицы компонентов которых заметны не вооруженным глазом или с помощью оптических приборов (лупы, увеличительного стекла, микроскопа).

Гетерогенные смеси могут состоять как из равномерно, так и из неравномерно распределенных компонентов. В первом случае гетерогенные смеси называют дисперсными системами.

Дисперсными системами называют гетерогенные смеси, в которых одно вещество в виде очень мелких частиц равномерно распределено в другом.

То вещество, которое распределено в другом, называют дисперсной фазой. Вещество, в котором распределена дисперсная фаза, носит название дисперсионной среды.

В зависимости от агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды различают восемь типов дисперсных систем .

Классификация дисперсных систем

По размеру частиц дисперсной фазы различают:

• грубодисперсные системы (нанеси) — размер частиц более 100 пм;

• тонкодисперсные (коллоидные) системы (или коллоиды) — размер частиц от 1 до 100 пм.

Взаимодействием раствора гидроксида кальция с углекислым газом можно получить грубодисперсную систему:

Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3 ↓+ Н20

Малорастворимый карбонат кальция в виде мельчайших крупинок находится в воде во взвешенном состоянии. Полученная мутная жидкость — это дисперсная система, называемая суспензией.

Однако пройдет немного времени, и частицы карбоната кальция под действием силы тяжести осядут на дно стакана, жидкость станет прозрачной. Это доказательство того, что наша система получилась грубодисперсной.

Грубодисперсные системы с твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой называют суспензиями.

Суспензиями являются многие краски, побелка, строительные растворы (цементный раствор, бетон), пасты (в том числе зубная), кремы, мази.

Грубодисперсную систему можно получить из двух не смешивающихся друг с другом жидкостей, например взбалтывая растительное масло с водой. Такая смесь называется эмульсией. Со временем она расслаивается, так как тоже представляет собой грубодисперсную систему. Примерами эмульсий могут служить молоко (капельки жира в водной основе), майонез, млечный сок каучуконосных деревьев (латекс), пестицидные препараты для обработки посевов.

Аэрозоли — это грубодисперсные системы, в которых дисперсионной средой является воздух, а дисперсной фазой могут быть капельки жидкости (облака, радуга, выпущенный из баллончика лак для волос или дезодорант) или частицы твердого вещества (пылевое облако, смог).

Если частицы дисперсной фазы достаточно малы, коллоидная система называется тонкодисперсной и напоминает истинный раствор, отсюда и происходит название — коллоидный раствор. Такая система образуется, например, при растворении небольшого количества яичного белка в воде.

По внешнему виду коллоидный раствор трудно отличить от истинного для этого можно воспользоваться специфическим оптическим свойством коллоидных растворов. Оно заключается в появлении в коллоидном растворе светящейся дорожки при пропускании через него луча света. Это явление называют эффектом Тиндаля. Такой эффект можно наблюдать, пропуская луч лазерной указки через раствор белка.

Эффект Тиндаля. Пропускание ла света через растворы:

1 — истинный раствор; 2 — коллоидный раствор

Объясняется эффект Тиндаля тем, что размер частиц дисперсной фазы (от 1 до 100 нм) в коллоидной системе составляет примерно 1/10 длины волны видимого излучения. Частицы такого размера вызывают рассеивание света, приводящее к характерному визуальному эффекту.

Существует несколько основных способов получения коллоидных систем. Один из них — дробление вещества на мелкие частицы, которое можно осуществлять механически с помощью специальных машин — коллоидных мельниц. Так получают, например, тушь, жидкие акварельные, водоэмульсионные и вододисперсионные краски.

Классификация дисперсных систем может быть представлена следующим образом:

Важнейшими типами коллоидных систем являются золи и гели (студни).

Золи — это коллоидные системы, в которых дисперсионной средой является жидкость, а дисперсной фазой — твердое вещество.

С течением времени при нагревании или под действием электролитов частицы золя могут укрупняться и оседать. Такой процесс называют коагуляцией.

Гели — особое студнеобразное коллоидное состояние. При этом отдельные частицы золя связываются друг с другом, образуя сплошную пространственную сетку. Внутрь ячеек сетки попадают частицы растворителя. Дисперсная система теряет свою текучесть, превращаясь в желеобразное состояние. При нагревании гель может превратиться в золь.

Получить гель можно химическим путем, если, например, к раствору сульфата меди(II) добавить несколько капель раствора гидроксида натрия, образуется гель осадка гидроксида меди(II):

СuSО4 + 2NаОН = Cu(ОН)2↓ + Nа2SО4

Осадки гидроксидов металлов, кремниевой кислоты принято называть студневидными.

Гели широко распространены в нашей повседневной жизни. Любому известны пищевые гели (зефир, мармелад, холодец), косметические (гель для душа), медицинские.

Для гелей с жидкой дисперсионной средой характерно явление синерезиса (или расслоения) — самопроизвольного выделения жидкости. При этом частицы дисперсной фазы уплотняются, слипа ются и образуют твердый коллоид а к дисперсионной среде возвращается текучесть.

Чаще всего с явлением синерезиса приходится бороться, поскольку именно оно ограничивает сроки годности пищевых косметических, медицинских гелей.

Например, при длительном хранении мармелада и торта «Птичье молоко» выделяется жидкость, они становятся непригодными к употреблению.

Из твердого коллоида желатина (продукта белкового происхождения) при набухании в теплой воде образуется студнеобразный гель — желе. Но в кулинарных рецептах всегда предупреждают: нельзя доводить желе до кипения, иначе гель превратится в золь и не примет студневидной формы.

Окружающий нас мир представляет собой красочное многообразие различных дисперсных систем. Посмотрим вокруг.

Например, косметика и средства гигиены: зубная паста, мыло, шампунь, лак для ногтей, губная помада, тушь, крем, облачко дезодоранта, выпущенное из баллончика, — все

это дисперсные системы. Теперь заглянем на кухню. Молоко, мясной бульон, пирожное, зефир, майонез, кетчуп — тоже дисперсные системы. Выйдем на улицу, и снова дисперсные системы: облака, дым, смог, туман. Заглянем в аптеку — и опять дисперсные системы: мази, гели, пасты, спреи, суспензии. Наш собственный организм представляет сочетание бесчисленного множества коллоидных систем: содержимое клеток, кровь, лимфа, пищеварительный сок, тканевые жидкости. Недаром биологи сходятся во мнении, что возникновение жизни на нашей планете — это эволюция коллоидных систем.

Входной контроль:

Отвечаем на вопросы:

1. Охарактеризуйте понятие «дисперсная система».

Чем дисперсная система отличается от остальных смесей?

2. Какие типы дисперсных систем в зависимости от агрегатного состояния среды и фазы вы знаете? Приведите примеры. Охарактеризуйте их значение в природе и жизни человека.

Ход выполнения работы:

Опыт №1 Приготовление суспензии карбоната кальция в воде

Оборудование и реактивы: лабораторный штатив с лапкой, штатив с пробирками, гидроксид кальция Са(ОН)2 (известковая вода).

В пробирку налейте 4-5 мл свежеприготовленного раствора гидроксида кальция (известковой воды) и осторожно через трубочку продувайте через него выдыхаемый воздух.

Известковая вода мутнеет в результате протекания реакции:

Са(ОН)2 + СО2 = …

Опыт № 2 Получение эмульсии моторного масла

Оборудование и реактивы: лабораторный штатив с лапкой, штатив с пробирками, моторное масло.

В коническую колбу с водой добавьте немного моторного масла и взболтайте.

Отвечаем на вопрос: Что наблюдаем?

Опыт №3 Ознакомление с дисперсными системами

Приготовьте небольшую коллекцию образцов дисперсных систем из имеющихся дома суспензий, эмульсий, паст и гелей. Каждый образец снабдите фабричной этикеткой. Поменяйтесь с соседом коллекциями и затем распределите образцы коллекции в соответствии с классификацией дисперсных систем.

Ознакомьтесь со сроками годности пищевых, медицинских и косметических гелей.

Отвечаем на вопрос: Каким свойством гелей определяется срок годности?

Выходной контроль:

Отвечаем на вопросы:

1. Какие процессы, происходящие в дисперсных системах, ограничивают срок годности продуктов, лекарственных и косметических препаратов?

Выполняем задание:

Приведите примеры эмульсий, суспензий, золей, аэрозолей, гелей и внесите их в таблицу.

Содержание отчёта:

Сделайте общий вывод в соответствии с целями, поставленными перед вами в этой работе.

Список литературы:

1. О.С. Габриелян, И.Г. Остроумова «Химия» [текст]:- учебник для профессий и специальностей Технического профиля. Москва, Издательский дом «Академия», 2012 г.

2. Габриелян О.С. Химия в тестах, задачах, упражнениях: учеб. пособие для студ. сред. проф. учебных заведений / О.С. Габриелян, Г.Г. Лысова – М., 2006.

3. Габриелян О.С. Практикум по общей, неорганической и органической химии: учеб. пособие для студ. сред. проф. учеб. заведений / Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Дорофеева Н.М. – М., 2007.

4. Ерохин Ю.М. Химия: учебник для средне профессиональных учебных заведений, 4-е изд. М.: Издательский Центр Академия, 2004-384 с.

5. Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия: органическая химия: учебник для 10 кл. ОУ, 8-е изд. М. Просвещение, 2001, 160 с.

6. www.twirpx.com — Учебные материалы.

7. www.amgpgu.ru — Лекционный курс.

8. www.uchportal.ru – Учительский портал.

9. https://o5-5.ru – 5 и 5 Учебный материал.

В русском языке встречается три термина, схожих между собой – гели, студни и желе. По структуре большой разницы между ними нет, а вот применяются эти понятия в разных сферах деятельности. Термин «гель» чаще используется в химии или применительно к лекарственным и косметическим средствам, «студень» — в кулинарии, реже в химии, «желе» — в кулинарии и косметологии. Давайте выясним, что такое гели и как они могут использоваться.

Понятие «гель»

Слово «гель» латинского происхождения. Gelo в переводе означает «застываю», gelatus – означает «неподвижный, замороженный».

Определение понятию дает коллоидная химия – наука, изучающая дисперсные системы и поверхностные явления.

Что такое гель с точки зрения химии? Гель – это такая дисперсная система с дисперсионной средой, в которой частицы фазы формируют пространственную структурную сетку. В состав геля входят как минимум два компонента.

Гель – коллоидная система

Дисперсными называют такие системы, в которых частицы одного вещества равномерно распределены среди частиц другого вещества. В таких системах различают:

• дисперсионную среду – вещество, в котором происходит распределение,
• дисперсную фазу – вещество, частицы которого распределены.

  

Дисперсной системой, например, является туман. Здесь дисперсионная среда – газообразная, в ее роли выступает воздух, а дисперсная фаза – жидкая, ею являются частички воды, распределенные в воздухе. Примеров дисперсных систем много. Все эти системы отличаются по агрегатному состоянию фазы и среды, а также по степени измельченности частичек фазы. Наибольшая степень измельчения фазы — до отдельных молекул – в истинных растворах. Здесь нет поверхности раздела между частицами – молекулами фазы и среды. Такие системы называют гомогенными, они устойчивы. Примеры истинных растворов: раствор серной кислоты, воздух, морская вода, чугун.

В грубодисперсных системах размер частиц — более 100 нм, это крупные частички, которые можно увидеть невооруженным глазом. Между частицами фазы и среды можно выделить поверхность раздела, поэтому такие системы называют гетерогенными, они неустойчивы и со временем расслаиваются. Примеры грубодисперсных систем: измельченный мел в воде, побелка, строительные растворы, зубная паста, растительное масло в воде, молоко.

Частички фазы размером от 1 до 100 нм образуют коллоидные растворы. Эти системы характеризуются особыми свойствами, не характерными для истинных растворов и грубодисперсных систем. Коллоидные растворы – микрогетерогенные довольно устойчивые системы, их частицы не оседают со временем под действием силы тяжести. Примеры: водные коллоиды сульфидов металлов, серы.

Гели определяют по степени дисперсности фазы к коллоидным системам.

Агрегатное состояние фазы и среды в гелях

В зависимости от агрегатного состояния дисперсионной среды и дисперсной фазы различают 8 типов дисперсных систем. Если среда – газ, то фаза может быть жидкостью (мы уже рассматривали туман) или твердым веществом. Например, дым или смог – в газообразной среде распределены частички твердой фазы. Оба варианта систем называют аэрозолем.

Если средой является жидкость, а в ней распределены твердые частички фазы, то такая система называется золем или суспензией, в зависимости от размера частиц. Из золей при определенных условиях получаются гели.

По определению химии гели – дисперсные системы, в которых дисперсионная среда – твердое вещество, дисперсная фаза – жидкость. То есть гель – название типа дисперсионной системы наряду с эмульсией, аэрозолем, суспензией и др.

Гели – растворы, потерявшие текучесть

Некоторые растворы высокомолекулярных веществ и золей при длительном хранении могут превращаться в гели. Частицы ВМС или золя связываются между собой, образуя сплошную сетку. Внутрь такой сетки проникают частицы растворителя. Таким образом, дисперсионная среда и дисперсная фаза меняются своими ролями. Фаза становится непрерывной, а частицы среды – изолированными. Так, система теряет текучесть и приобретает новые механические свойства. Что такое гель? Это коллоидные системы, потерявшие текучесть вследствие формирования в них внутренних структур.

Некоторые гели со временем расслаиваются, при этом происходит самопроизвольное выделение жидкости. Это явление называют синерезисом. Наблюдается уплотнение пространственной сетки, уменьшение объема геля, образование так называемого твердого коллоида.

Образование твердого коллоида из геля – обычное природное явление. Например, суть свертывания крови заключается в превращении фибриногена, растворимого белка, в фибрин — нерастворимый белок. В обычных условиях свертывание крови – жизненно необходимый процесс. Синерезис важен при приготовлении творога, сыра. В этих случаях явление синерезиса – полезное. Однако часто это явление нужно предотвращать, так как оно определяет сроки хранения и годности различных гелей – медицинских, косметических, пищевых. К примеру, мармелад и суфле при длительном хранении начинают выделять жидкость и становятся непригодными к употреблению.

Процессы превращения золя в гель и геля в твердый коллоид обратимы. Например, белок желатин, представляющий собой твердый коллоид, при набухании в воде превращается в желе – гель. Важно соблюдать температурный режим, доводить желатин до кипения, но не кипятить, иначе структура разрушается, и гель превращается в золь, приобретая текучесть.

При высыхании гели необратимо разрушаются.

Классификация гелей

В зависимости от химического характера дисперсионной среды различают гели: гидрогели, алкогели, бензогели и др. Гели, бедные жидкостью или совершенно безводные, называют ксерогелями. Ксерогелем является столярный клей в плитках, крахмал, сухой листовой желатин. Сложными по составу ксерогелями являются печенье, мука, сухари.

Некоторые гели содержат мало сухого вещества, но все равно обладают пространственной структурой. Это кисель, студень, простокваша, растворы мыл. Их называют лиогелями.

Выделяют группу коагелей. Это студенистые осадки, которые получаются при коагуляции золей (кремниевой кислоты, гидроксида железа (III) и пр.) и высаливании растворов полимеров. В коагелях дисперсионная среда образует отдельную фазу, только небольшая часть среды связана.

Использование и значение гелей в медицинской практике

В медицине гели используют:

• при проведении ультразвуковых и электрографических исследований;
• для создания искусственных суставов, связок;
• для остановки кровотечения закупоркой (эмболией) сосудов;
• для восстановления роговицы;
• антибактериальные, противовирусные гели;
• разогревающие гели для обезболивания различных частей опорно-двигательного аппарата;
• охлаждающие гели при травмах.

Разогревающие гели

Разогревающие гели повышают проницаемость капилляров за счет компонентов, входящих в их состав – это пчелиный и змеиный яд, экстракт перца; менее выраженным действием обладает метилсалицилат. Эти компоненты вызывают увеличение кровенаполнения сосудов – гиперемию, таким образом повышая местный теплообмен. Разогревающие гели применяют местно при различных поражениях опорно-двигательного аппарата – суставов, мышц, связок, сухожилий. Их используют для снятия отечности, снижения болезненности, активизации циркуляции крови в области поражения. Разогревающие гели используют спортсмены перед тренировками для подготовки мышц. Мышечная ткань под действием компонентов геля разогревается и поэтому меньше повреждается во время занятия, что предотвращает растяжения и травмы. Использование таких гелей после тренировки помогает снимать напряжение мышц и усталость.

Популярные разогревающие гели изготавливают на основе:

• капсаицина перца или его синтетического аналога – «Финалгон», «Капсикам»;
• яда пчел и змей – «Випросал»;
• диклофенака, ибупрофена, индометацина — нестероидных противовоспалительных веществ – «Диклофенак», «Ортофен», «Индометацин».

При использовании разогревающих средств необходимо ознакомиться с инструкцией по применению гелей, учесть противопоказания и соблюдать частоту применения.

Охлаждающие гели

Разогревающие гели нельзя применять сразу после травм. В это время необходимо использовать наоборот охлаждающие средства. Лучше всего ненадолго приложить лед и использовать холодный компресс. Спортсмены применяют специальные охлаждающие спреи. Затем можно нанести охлаждающий гель, например с ментолом. Охлаждение предотвращает развитие отека и воспаления, обезболивает. Холод нужно применять в первые сутки после травмы. Через 2-3 дня начинают использовать разогревающие средства, усиливающие местный кровоток, что способствует рассасыванию гематом.

Определение прочности геля

Производителям медицинских, фармацевтичеких, косметических гелей необходимо знать их твердость. Эластичность и сила разрыва гелей важна для изготовления коронарных стентов, материал которых должен быть сходен по механическим свойствам с живой тканью; контактных линз, свечей, гелеобразных смазочных веществ, питательных средств для культивирования микроорганизмов. Прочность гелей важна при изготовлении зубных паст, кремов, пастилок.

Для определения прочности геля по Блуму используют прибор Блума. На нем определяют нагрузку, необходимую для продавливания поверхности геля цилиндрической насадкой определенным диаметром (12,7 мм) на глубину 4 мм.

Что такое гель? Это дисперсные системы, которые характеризуются определенной структурой, придающей им свойства твердых тел. Гели состоят как минимум из двух компонентов, один из них непрерывно распределен в другом. Их можно получить коагуляцией золей. Для гелей характерно явление набухания. Надеемся, что если на экзамене вас попросят: «Охарактеризуйте понятие «гели»!», вы с легкостью сможете это сделать!