Дисперсні системи: істинні й колоїдні розчини, суспензії, емульсії

Ти щодня маєш справу з дисперсними системами, навіть не замислюючись про це. Коли розмішуєш крейду у воді, бачиш туман уранці або п'єш молоко — ти спостерігаєш різні типи дисперсних систем. Розберімося, що це таке.

Що таке дисперсна система?

Дисперсна система — це система, у якій одна речовина у вигляді дрібних частинок (дисперсна фаза) рівномірно розподілена в іншій речовині (дисперсійне середовище). Уяви: ти кидаєш дрібку крейди у склянку з водою. Крейда — це дисперсна фаза, вода — дисперсійне середовище. Або туман: крапельки води (дисперсна фаза) зависають у повітрі (дисперсійне середовище).

Дисперсна фаза — це те, «що» розподілене. Дисперсійне середовище — це те, «у чому» розподілене. Запам'ятай цю пару: фаза + середовище = дисперсна система.

Класифікація за розміром частинок

Найважливіша ознака, за якою дисперсні системи поділяють на три групи, — це розмір частинок дисперсної фази:

• Істинні розчини — частинки менші за 1 нм (нанометр). Це молекули або йони. Наприклад, розчин кухонної солі у воді: йони Na⁺ та Cl⁻ мають розмір близько 0,1–0,3 нм.

• Колоїдні розчини — частинки розміром від 1 до 100 нм. Вони вже більші за окремі молекули, але ще надто малі, щоб осісти під дією сили тяжіння.

• Грубодисперсні системи — частинки понад 100 нм. Їх видно неозброєним оком або в мікроскоп, вони швидко осідають.

З розміром частинок змінюються властивості системи. Що більші частинки, то каламутніша система і то швидше вона розшаровується. Істинний розчин залишається прозорим і стійким роками, а грубодисперсна суміш (наприклад, крейда у воді) осідає за кілька хвилин.

Істинні розчини

Істинний розчин — це однорідна система, у якій частинки дисперсної фази мають молекулярний або йонний розмір (менше ніж 1 нм). Такі частинки не видно навіть у найпотужніший оптичний мікроскоп. Ти вже знаєш їхні приклади з теми про суміші: розчин кухонної солі (NaCl) у воді, розчин цукру (C₁₂H₂₂O₁₁) у воді, розчин мідного купоросу (CuSO₄·5H₂O) у воді.

Властивості істинного розчину:

• Прозорий — крізь нього можна читати текст. Він може бути безбарвним або забарвленим (наприклад, синій розчин мідного купоросу).

• Стійкий — не розшаровується з часом, частинки не осідають.

• Частинки проходять крізь паперовий фільтр — фільтруванням істинний розчин не розділити.

Колоїдні розчини

Колоїдний розчин (або золь) — це система з частинками дисперсної фази розміром від 1 до 100 нм. Зовні він може бути прозорим або ледь опалесцентним (злегка мутнуватим, якщо дивитися збоку). Приклади: розчин желатину в гарячій воді, розчин яєчного білка, крохмальний клейстер, кисіль.

Властивості колоїдного розчину:

• Прозорий або злегка опалесцентний.

• Стійкий — частинки тривалий час не осідають (броунівський рух утримує їх у завислому стані).

• Частинки проходять крізь паперовий фільтр, але затримуються спеціальними ультрафільтрами.

Ефект Тіндаля — як розрізнити істинний і колоїдний розчин

Обидва розчини можуть бути прозорими, тож як їх розрізнити? На допомогу приходить ефект Тіндаля. Якщо пропустити промінь світла (наприклад, лазерної указки) крізь колоїдний розчин, частинки розсіюють світло, і ти побачиш яскраву світну доріжку — «конус Тіндаля». В істинному розчині промінь світла непомітний, бо молекули й йони надто малі, щоб розсіювати світло.

Це простий спосіб перевірки вдома: візьми лазерну указку і посвіти крізь склянку з рідким крохмальним клейстером (крохмаль, заварений гарячою водою). Побачиш світлу доріжку — це колоїдний розчин. Посвіти крізь склянку з розчином солі — променя не видно.

Грубодисперсні системи (частинки понад 100 нм) поділяють на чотири основні типи залежно від агрегатного стану дисперсної фази й дисперсійного середовища. Розгляньмо кожен.

Суспензія — тверде в рідині

Суспензія — це система, у якій тверді частинки дисперсної фази розподілені в рідкому дисперсійному середовищі. Приклади: крейда або глина у воді, вапняне молоко (суспензія Ca(OH)₂ у воді), мул у річковій воді. Суспензія завжди каламутна, з часом тверді частинки осідають на дно. Її легко розділити фільтруванням — частинки затримуються на паперовому фільтрі.

Емульсія — рідина в рідині

Емульсія — це система, у якій краплі однієї рідини (дисперсна фаза) розподілені в іншій рідині (дисперсійне середовище), з якою перша не змішується. Найвідоміший приклад — молоко: краплі жиру розподілені у воді. Інші приклади: майонез (олія у воді, стабілізована яєчним жовтком), олія, збовтана з водою. Емульсії з часом розшаровуються — краплі зливаються, і рідини розділяються на два шари.

Аерозоль — частинки в газі

Аерозоль — це система, у якій дисперсна фаза (рідкі або тверді частинки) розподілена в газоподібному середовищі (зазвичай у повітрі). Якщо фаза рідка — це туман, хмари (краплі води в повітрі). Якщо фаза тверда — це дим (тверді частинки сажі в повітрі) або пил. Аерозолі можуть триматися в повітрі від кількох секунд до багатьох днів залежно від розміру частинок.

Піна — газ у рідині (або в твердому тілі)

Піна — це система, у якій бульбашки газу (дисперсна фаза) розподілені в рідині (дисперсійне середовище). Приклади: мильна піна, збиті вершки, піна на поверхні газованої води. Існують також тверді піни, де газ розподілений у твердому тілі: пінопласт (бульбашки повітря в полімері), пемза (бульбашки газу в застиглій лаві).

Коли перед тобою невідома суміш, скористайся простими ознаками, щоб визначити її тип. Нижче — таблиця, яка зводить воєдино всі ключові властивості.

Спосіб розділення підказує тип

Метод, яким ти можеш розділити суміш, також указує на її тип:

• Суспензію розділяють відстоюванням (частинки осідають) і фільтруванням (частинки затримуються фільтром).

• Емульсію розділяють відстоюванням (рідини розшаровуються) і розділювальною лійкою (зливають нижній шар).

• Колоїдні частинки й розчинені речовини проходять крізь паперовий фільтр — їх не відфільтрувати звичайним способом.

Назву визначає пара «що в чому»

Найпростіший спосіб визначити тип дисперсної системи — подивитися на агрегатний стан дисперсної фази й дисперсійного середовища:

• Тверде в рідині → суспензія

• Рідина в рідині (не змішується) → емульсія

• Рідина або тверде в газі → аерозоль

• Газ у рідині → піна

Запам'ятай послідовність: спочатку визнач, що є дисперсною фазою, а що — середовищем. Потім подивись на їхні агрегатні стани. Назва системи випливає з цієї пари автоматично.

Розгляньмо типові завдання НМТ на тему дисперсних систем. Кожне розв'яжемо крок за кроком.

Приклад 1. Логічні пари: приклад — тип дисперсної системи

Установіть відповідність між прикладом дисперсної системи (1–3) і її типом (А–Д).

1 майонез; 2 глина у воді; 3 дим від багаття.

А суспензія, Б емульсія, В аерозоль, Г істинний розчин, Д піна.

Розв'язання:

• Майонез — це краплі олії (рідина) у воді (рідина), стабілізовані яєчним жовтком. Отже, це емульсія. Відповідь: 1 → Б.

• Глина у воді — тверді частинки глини (тверде) у воді (рідина). Це суспензія. Відповідь: 2 → А.

• Дим від багаття — тверді частинки сажі (тверде) у повітрі (газ). Це аерозоль. Відповідь: 3 → В.

Ключ: 1Б, 2А, 3В.

Приклад 2. Вибір істинного розчину

Яка із систем є істинним розчином?

• А молоко

• Б розчин желатину у воді

• В розчин цукру у воді

• Г вапняне молоко

Розв'язання: Істинний розчин має частинки менші за 1 нм. Розчин цукру у воді — це молекули сахарози (C₁₂H₂₂O₁₁), які мають розмір близько 0,5 нм. Він прозорий, стійкий, не розшаровується.

Чому інші варіанти неправильні?

• Молоко — емульсія (краплі жиру у воді), а не істинний розчин.

• Розчин желатину — колоїдний розчин (частинки білка мають розмір 1–100 нм).

• Вапняне молоко — суспензія Ca(OH)₂ у воді (частинки понад 100 нм).

Ключ: В.

Приклад 3. Ефект Тіндаля

Крізь дві прозорі рідини пропустили промінь лазерної указки. В одній рідині промінь видно як світну доріжку, в іншій — ні. Що можна стверджувати?

• А обидві рідини — істинні розчини

• Б перша рідина — колоїдний розчин, друга — істинний

• В перша рідина — суспензія

• Г перша рідина — істинний розчин, друга — колоїдний

Розв'язання: Ефект Тіндаля (світна доріжка) виникає, коли частинки дисперсної фази мають розмір, співмірний із довжиною хвилі світла, — тобто в колоїдних розчинах (1–100 нм). В істинних розчинах частинки надто малі, щоб розсіювати світло. Отже, перша рідина — колоїдний розчин, друга — істинний.

Чому інші варіанти неправильні?

• А — якби обидві були істинними, промінь не було б видно в жодній.

• В — суспензія каламутна, а не прозора, і в ній світло теж розсіюється, але система не прозора.

• Г — навпаки: в істинному розчині промінь не видно.

Ключ: Б.

Приклад 4. Пари аерозолів

Укажіть пару, у якій обидві системи — аерозолі.

• А туман і мильна піна

• Б дим і вапняне молоко

• В туман і дим

• Г хмара і майонез

Розв'язання: Аерозоль — це рідкі або тверді частинки в газі. Туман — краплі води (рідина) у повітрі (газ). Дим — тверді частинки сажі (тверде) у повітрі (газ). Отже, обидві системи — аерозолі.

Чому інші варіанти неправильні?

• А — туман (аерозоль), але мильна піна — це піна (газ у рідині).

• Б — дим (аерозоль), але вапняне молоко — суспензія (тверде в рідині).

• Г — хмара (аерозоль), але майонез — емульсія (рідина в рідині).

Ключ: В.

• Вважають молоко істинним розчином, бо воно однорідне на вигляд. Насправді молоко — емульсія: краплі жиру (рідина) розподілені у воді (рідина). Молоко не є істинним розчином, бо жир не розчиняється у воді, а утворює дрібні крапельки.

• Називають туман суспензією. Помилка виникає, коли думають, що «суспензія» — це будь-що каламутне. Насправді туман — аерозоль, бо дисперсна фаза (краплі води) — рідина, а дисперсійне середовище — газ (повітря).

• Плутають суспензію (тверде в рідині) з емульсією (рідина в рідині). Запам'ятай: якщо обидві речовини рідкі й не змішуються — це емульсія. Якщо тверді частинки плавають у рідині — це суспензія.

• Вважають колоїдний розчин каламутною суспензією. Колоїдний розчин прозорий (або ледь опалесцентний) і не осідає, на відміну від суспензії, яка каламутна й швидко розшаровується.

• Вважають, що будь-яку дисперсну систему можна розділити фільтруванням. Насправді крізь паперовий фільтр проходять істинні розчини й колоїдні розчини. Фільтр затримує лише тверді частинки грубодисперсних систем (суспензій); емульсії розділяють відстоюванням або розділювальною лійкою.

Тема «Дисперсні системи» входить до розділу 1.6 програми НМТ з хімії. Від тебе вимагають знати поняття про дисперсні системи, колоїдні та істинні розчини, суспензії, емульсії, аерозолі, наводити їх приклади й розрізняти типи сумішей і розчинів.

Формати завдань

• Вибір однієї відповіді з чотирьох (завдання № 1–18, 0 або 1 бал). Тобі пропонують приклад системи й питають, до якого типу вона належить, або навпаки.

• Логічні пари 1–3 → А–Д (завдання № 19–20, по 1 балу за кожну правильно встановлену пару). Можливе формулювання: «Установіть відповідність між прикладом дисперсної системи та її типом».

Що було в демоваріанті 2026

У демоваріанті НМТ 2026 року в завданнях № 4 і № 5 треба було читати рисунки: у № 4 — побутовий глечик-роздільник, яким відокремлюють рідкий жир від бульйону, у № 5 — колби з розчинами NH₃, HCl і H₂S для порівняння pH. Отже, суміші й розчини варто впізнавати не лише за назвою, а й за рисунком: що з чим змішано, чи розшаровується система, як її можна розділити.

Стратегія виконання

• Визнач агрегатний стан дисперсної фази й дисперсійного середовища. Назва системи випливає з пари «що в чому».

• Пам'ятай: назв дисперсних систем у довідці НМТ немає — їх треба знати.

• Якщо сумніваєшся, перевір за розміром частинок: істинний розчин — прозорий і стійкий, колоїдний — прозорий з ефектом Тіндаля, суспензія/емульсія — каламутна й нестійка.

• Дисперсна система = дисперсна фаза (те, що розподілене) + дисперсійне середовище (те, у чому розподілене).

• Розмір частинок: істинний розчин — менше 1 нм, колоїдний — 1–100 нм, грубодисперсні системи — понад 100 нм.

• Колоїдний розчин розсіює світло — це ефект Тіндаля. В істинному розчині промінь світла не видно.

• Суспензія — тверде в рідині (крейда у воді).

• Емульсія — рідина в рідині (молоко, майонез).

• Аерозоль — частинки (рідкі або тверді) у газі (туман, дим).

• Піна — газ у рідині (мильна піна) або газ у твердому тілі (пінопласт).

• Молоко й майонез — емульсії, туман і дим — аерозолі, крейда й глина у воді — суспензії.