Kolloïedstelsels is uiters belangrik in die lewe van enige persoon. Dit is nie net te wyte aan die feit dat byna alle biologiese vloeistowwe in 'n lewende organisme kolloïede vorm nie. Maar baie natuurlike verskynsels (mis, rookmis), grond, minerale, kos, medisyne is ook kolloïdale stelsels.
Die eenheid van sulke formasies, wat hul samestelling en spesifieke eienskappe weerspieël, word beskou as 'n makromolekule, of misel. Die struktuur van laasgenoemde hang van 'n aantal faktore af, maar dit is altyd 'n meerlaagdeeltjie. Moderne molekulêre kinetiese teorie beskou kolloïdale oplossings as 'n spesiale geval van ware oplossings, met groter deeltjies van die opgeloste stof.
Metodes vir die verkryging van kolloïdale oplossings
Die struktuur van 'n misel wat gevorm word wanneer 'n kolloïdale stelsel verskyn, hang deels af van die meganisme van hierdie proses. Metodes vir die verkryging van kolloïede word in twee fundamenteel verskillende groepe verdeel.
Verspreidingsmetodes word geassosieer met die maal van taamlik groot deeltjies. Afhangende van die meganisme van hierdie proses, word die volgende metodes onderskei.
- Verfyning. Kan droog gedoen word ofnat manier. In die eerste geval word die vaste stof eers gebreek, en eers dan word die vloeistof bygevoeg. In die tweede geval word die stof met 'n vloeistof gemeng, en eers daarna word dit in 'n homogene mengsel verander. Maalwerk word in spesiale meule uitgevoer.
- Swelling. Maalwerk word bereik as gevolg van die feit dat die oplosmiddeldeeltjies in die gedispergeerde fase binnedring, wat gepaard gaan met die uitsetting van sy deeltjies tot skeiding.
- Verspreiding deur ultraklank. Die materiaal wat gemaal moet word, word in 'n vloeistof geplaas en gesoniceer.
- Elektriese skokverspreiding. Gevra in die vervaardiging van metaalsols. Dit word uitgevoer deur elektrodes gemaak van 'n dispergeerbare metaal in 'n vloeistof te plaas, gevolg deur die toepassing van hoë spanning daarop. Gevolglik word 'n voltaïese boog gevorm waarin die metaal gespuit word en dan kondenseer tot 'n oplossing.
Hierdie metodes is geskik vir beide lyofiele en lyofobiese kolloïdale deeltjies. Die miselstruktuur word gelyktydig uitgevoer met die vernietiging van die oorspronklike struktuur van die vaste stof.
Kondensasiemetodes
Die tweede groep metodes wat op partikelvergroting gebaseer is, word kondensasie genoem. Hierdie proses kan gebaseer wees op fisiese of chemiese verskynsels. Fisiese kondensasiemetodes sluit die volgende in.
- Vervanging van die oplosmiddel. Dit kom neer op die oordrag van 'n stof van een oplosmiddel, waarin dit baie goed oplos, na 'n ander, waarin die oplosbaarheid baie laer is. As gevolg hiervan, klein deeltjiessal in groter aggregate kombineer en 'n kolloïdale oplossing sal verskyn.
- Dampkondensasie. 'n Voorbeeld is mis, waarvan die deeltjies op koue oppervlaktes kan neersit en geleidelik groter word.
Chemiese kondensasiemetodes sluit sekere chemiese reaksies in wat gepaard gaan met neerslag van 'n komplekse struktuur:
- Ioonuitruiling: NaCl + AgNO3=AgCl↓ + NaNO3.
- Redox-prosesse: 2H2S + O2=2S↓ + 2H2O.
- hidrolise: Al2S3 + 6H2O=2Al(OH) 3↓ + 3H2S.
Voorwaardes vir chemiese kondensasie
Die struktuur van miselle wat tydens hierdie chemiese reaksies gevorm word, hang af van die oormaat of tekort aan die stowwe wat daarby betrokke is. Ook, vir die voorkoms van kolloïdale oplossings, is dit nodig om 'n aantal toestande waar te neem wat die neerslag van 'n moeilik oplosbare verbinding voorkom:
- inhoud van stowwe in gemengde oplossings moet laag wees;
- hul mengspoed moet laag wees;
- een van die oplossings moet in oormaat geneem word.
Micelle-struktuur
Die hoofdeel van 'n misel is die kern. Dit word gevorm deur 'n groot aantal atome, ione en molekules van 'n onoplosbare verbinding. Gewoonlik word die kern gekenmerk deur 'n kristallyne struktuur. Die oppervlak van die kern het 'n reserwe van vrye energie, wat dit moontlik maak om ione uit die omgewing selektief te adsorbeer. Hierdie prosesgehoorsaam die Peskov-reël, wat sê: op die oppervlak van 'n vaste stof word daardie ione hoofsaaklik geadsorbeer wat in staat is om sy eie kristalrooster te voltooi. Dit is moontlik as hierdie ione verwant is of soortgelyk in aard en vorm (grootte) is.
Tydens adsorpsie word 'n laag positief of negatief gelaaide ione, genoem potensiaalbepalende ione, op die miselkern gevorm. As gevolg van elektrostatiese kragte, lok die resulterende gelaaide aggregaat teenione (ione met die teenoorgestelde lading) uit die oplossing. Dus, 'n kolloïdale deeltjie het 'n meerlaagstruktuur. Die misel verkry 'n diëlektriese laag wat uit twee tipes teenoorgestelde gelaaide ione gebou is.
Hydrosol BaSO4
As 'n voorbeeld is dit gerieflik om die struktuur van 'n bariumsulfaatmisel in 'n kolloïdale oplossing wat in 'n oormaat bariumchloried voorberei is, te oorweeg. Hierdie proses stem ooreen met die reaksievergelyking:
BaCl2(p) + Na2SO4(p)=BaSO 4(t) + 2NaCl(p).
Bariumsulfaat, effens oplosbaar in water, vorm 'n mikrokristallyne aggregaat wat gebou is uit die m-de aantal BaSO-molekules4. Die oppervlak van hierdie aggregaat adsorbeer die n-de hoeveelheid Ba2+ ione. 2(n - x) Cl- ione word aan die laag potensiaalbepalende ione verbind. En die res van die teenione (2x) is in die diffuse laag geleë. Dit wil sê, die korrel van hierdie misel sal positief gelaai wees.
As natriumsulfaat in oormaat geneem word, dandie potensiaal-bepalende ione sal SO42- ione wees, en die teenione sal Na+ wees. In hierdie geval sal die lading van die korrel negatief wees.
Hierdie voorbeeld demonstreer duidelik dat die teken van die lading van 'n miselkorrel direk afhang van die voorwaardes vir die voorbereiding daarvan.
Opname-miselle
Die vorige voorbeeld het getoon dat die chemiese struktuur van miselle en die formule wat dit weerspieël, bepaal word deur die stof wat in oormaat geneem word. Kom ons kyk na maniere om die name van individuele dele van 'n kolloïdale deeltjie te skryf deur die voorbeeld van kopersulfiedhidrosol te gebruik. Om dit voor te berei, word natriumsulfiedoplossing stadig in 'n oormaat koperchloriedoplossing gegooi:
CuCl2 + Na2S=CuS↓ + 2NaCl.
Die struktuur van 'n CuS-misel wat meer as CuCl verkry is2 word soos volg geskryf:
{[mCuS]·nCu2+·xCl-}+(2n-x)·(2n-x)Cl-.
Struktuurdele van 'n kolloïdale deeltjie
Tussen vierkantige hakies skryf die formule van 'n moeilik oplosbare verbinding, wat die basis van die hele deeltjie is. Dit word algemeen 'n aggregaat genoem. Gewoonlik word die aantal molekules waaruit die aggregaat bestaan, geskryf met die Latynse letter m.
Potensieel-bepalende ione is in oormaat in oplossing vervat. Hulle is op die oppervlak van die aggregaat geleë, en in die formule word hulle onmiddellik na vierkantige hakies geskryf. Die aantal ione word deur die simbool n aangedui. Die naam van hierdie ione dui aan dat hul lading die lading van die miselkorrel bepaal.
'n Korrel word gevorm deur 'n kern en 'n deelteenione in die adsorpsielaag. Die waarde van die korrellading is gelyk aan die som van die ladings van die potensiaalbepalende en geadsorbeerde teenione: +(2n – x). Die oorblywende deel van die teenione is in die diffuse laag en kompenseer vir die lading van die korrel.
As Na2S in oormaat geneem is, sal die struktuurskema vir die gevormde kolloïdale misel soos volg lyk:
{[m(CuS)]∙nS2–∙xNa+}–(2n – x) ∙(2n – x)Na+.
Miselle oppervlakaktiewe stowwe
In die geval dat die konsentrasie van oppervlakaktiewe stowwe (oppervlakaktiewe stowwe) in water te hoog is, kan aggregate van hul molekules (of ione) begin vorm. Hierdie vergrote deeltjies het die vorm van 'n sfeer en word Gartley-Rebinder-miselle genoem. Daar moet kennis geneem word dat nie alle oppervlakaktiewe middels hierdie vermoë het nie, maar slegs dié waarin die verhouding van hidrofobiese en hidrofiele dele optimaal is. Hierdie verhouding word die hidrofiel-lipofiele balans genoem. Die vermoë van hul poolgroepe om die koolwaterstofkern teen water te beskerm, speel ook 'n beduidende rol.
Aggregate van oppervlakaktiewe molekules word volgens sekere wette gevorm:
- in teenstelling met lae-molekulêre stowwe, waarvan die aggregate 'n ander aantal molekules m kan insluit, is die bestaan van benattingsmiddel-miselle moontlik met 'n streng gedefinieerde aantal molekules;
- as vir anorganiese stowwe die begin van misellisering deur die oplosbaarheidsgrens bepaal word, dan word dit vir organiese oppervlakaktiewe middels bepaal deur die bereiking van kritieke konsentrasies van misellisasie;
- eers neem die aantal miselle in die oplossing toe, en dan neem hul grootte toe.
Effekt van konsentrasie op miselvorm
Die struktuur van benatter-miselle word beïnvloed deur hul konsentrasie in oplossing. Wanneer sommige van sy waardes bereik word, begin kolloïdale deeltjies met mekaar in wisselwerking tree. Dit veroorsaak dat hul vorm soos volg verander:
- sfeer verander in 'n ellipsoïed en dan in 'n silinder;
- hoë konsentrasie silinders lei tot die vorming van 'n seskantige fase;
- in sommige gevalle verskyn 'n lamellêre fase en 'n soliede kristal (seepdeeltjies).
Tipe micelle
Drie tipes kolloïdale stelsels word onderskei volgens die eienaardighede van die organisasie van die interne struktuur: suspensoïede, micellêre kolloïede, molekulêre kolloïede.
Suspensoïede kan onomkeerbare kolloïede wees, sowel as lyofobiese kolloïede. Hierdie struktuur is tipies vir oplossings van metale, sowel as hul verbindings (verskeie oksiede en soute). Die struktuur van die verspreide fase wat deur suspensoïede gevorm word, verskil nie van die struktuur van 'n kompakte stof nie. Dit het 'n molekulêre of ioniese kristalrooster. Die verskil van suspensies is 'n hoër verspreiding. Onomkeerbaarheid word gemanifesteer in die vermoë van hul oplossings na verdamping om 'n droë neerslag te vorm, wat nie deur eenvoudige oplossing in 'n sol omgeskakel kan word nie. Hulle word lyofobies genoem vanweë die swak interaksie tussen die verspreide fase en die dispersiemedium.
Micellêre kolloïede is oplossings waarvan die kolloïdale deeltjies gevorm wordwanneer difiliese molekules vassteek wat polêre groepe atome en nie-polêre radikale bevat. Voorbeelde is seep en oppervlakaktiewe stowwe. Molekules in sulke miselle word deur dispersiekragte vasgehou. Die vorm van hierdie kolloïede kan nie net sferies wees nie, maar ook lamellêr.
Molekulêre kolloïede is redelik stabiel sonder stabiliseerders. Hulle strukturele eenhede is individuele makromolekules. Die vorm van 'n kolloïeddeeltjie kan wissel na gelang van die eienskappe van die molekule en intramolekulêre interaksies. Dus kan 'n lineêre molekule 'n staaf of 'n spoel vorm.
