Το κύριο θέμα αυτού του άρθρου θα είναι ένα κολλοειδές σωματίδιο. Εδώ θα εξετάσουμε την έννοια του κολλοειδούς διαλύματος και των μικκυλίων. Και επίσης εξοικειωθείτε με την κύρια ποικιλία ειδών των σωματιδίων που σχετίζονται με τα κολλοειδή. Ας σταθούμε χωριστά στα διάφορα χαρακτηριστικά του υπό μελέτη όρου, σε ορισμένες επιμέρους έννοιες και πολλά άλλα.
Εισαγωγή
Η έννοια ενός κολλοειδούς σωματιδίου σχετίζεται στενά με διάφορες λύσεις. Μαζί, μπορούν να σχηματίσουν μια ποικιλία μικροετερογενών και διασκορπισμένων συστημάτων. Τα σωματίδια που σχηματίζουν τέτοια συστήματα κυμαίνονται συνήθως σε μέγεθος από ένα έως εκατό μικρά. Εκτός από την παρουσία μιας επιφάνειας με σαφώς διαχωρισμένα όρια μεταξύ του διασκορπισμένου μέσου και της φάσης, τα κολλοειδή σωματίδια χαρακτηρίζονται από την ιδιότητα της χαμηλής σταθερότητας και τα ίδια τα διαλύματα δεν μπορούν να σχηματιστούν αυθόρμητα. Η παρουσία μεγάλης ποικιλίας στη δομή της εσωτερικής δομής και των μεγεθών προκαλεί τη δημιουργία μεγάλου αριθμού μεθόδων για τη λήψη σωματιδίων.
Η έννοια ενός κολλοειδούς συστήματος
Σε κολλοειδή διαλύματα, τα σωματίδια σε όλα τουςΤα αδρανή σχηματίζουν συστήματα διασκορπισμένου τύπου, τα οποία είναι ενδιάμεσα μεταξύ των διαλυμάτων, τα οποία ορίζονται ως αληθή και χονδροειδή. Σε αυτά τα διαλύματα, οι σταγόνες, τα σωματίδια, ακόμη και οι φυσαλίδες που σχηματίζουν τη διεσπαρμένη φάση έχουν μεγέθη από ένα έως χίλια nm. Κατανέμονται στο πάχος του διασκορπισμένου μέσου, κατά κανόνα, συνεχόμενα και διαφέρουν από το αρχικό σύστημα ως προς τη σύνθεση ή/και την κατάσταση συσσωμάτωσης. Για να κατανοήσουμε καλύτερα την έννοια μιας τέτοιας ορολογικής ενότητας, είναι καλύτερα να την εξετάσουμε στο πλαίσιο των συστημάτων που σχηματίζει.
Ορισμός ιδιοτήτων
Μεταξύ των ιδιοτήτων των κολλοειδών διαλυμάτων, μπορούν να προσδιοριστούν οι κυριότερες:
- Τα σωματίδια που σχηματίζονται δεν παρεμβαίνουν στη διέλευση του φωτός.
- Τα διαφανή κολλοειδή έχουν την ικανότητα να διασκορπίζουν τις ακτίνες φωτός. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται φαινόμενο Tyndall.
- Το φορτίο ενός κολλοειδούς σωματιδίου είναι το ίδιο για τα διεσπαρμένα συστήματα, με αποτέλεσμα να μην μπορούν να εμφανιστούν σε διάλυμα. Στην κίνηση Brown, τα διασκορπισμένα σωματίδια δεν μπορούν να καθιζάνουν, γεγονός που οφείλεται στη διατήρησή τους σε κατάσταση πτήσης.
Κύριοι τύποι
Βασικές μονάδες ταξινόμησης κολλοειδών διαλυμάτων:
- Ένα εναιώρημα στερεών σωματιδίων σε αέρια ονομάζεται καπνός.
- Ένα εναιώρημα υγρών σωματιδίων σε αέρια ονομάζεται ομίχλη.
- Από μικρά σωματίδια στερεού ή υγρού τύπου, αιωρούμενα σε αέριο μέσο, σχηματίζεται ένα αεροζόλ.
- Ένα εναιώρημα αερίου σε υγρά ή στερεά ονομάζεται αφρός.
- Το γαλάκτωμα είναι ένα υγρό εναιώρημα σε υγρό.
- Το Sol είναι ένα διασκορπισμένο σύστημαυπερμικρογενής τύπος.
- Το Gel είναι ένα εναιώρημα 2 συστατικών. Το πρώτο δημιουργεί ένα τρισδιάστατο πλαίσιο, τα κενά του οποίου θα γεμίσουν με διάφορους διαλύτες χαμηλού μοριακού βάρους.
- Ένα εναιώρημα στερεών σωματιδίων σε υγρά ονομάζεται εναιώρημα.
Σε όλα αυτά τα κολλοειδή συστήματα, τα μεγέθη των σωματιδίων μπορεί να ποικίλλουν πολύ ανάλογα με τη φύση προέλευσής τους και την κατάσταση συσσωμάτωσης. Αλλά ακόμα και παρά τον τόσο πολύ διαφορετικό αριθμό συστημάτων με διαφορετικές δομές, είναι όλα κολλοειδή.
Ποικιλότητα ειδών σωματιδίων
Τα πρωτεύοντα σωματίδια με κολλοειδείς διαστάσεις χωρίζονται στους ακόλουθους τύπους ανάλογα με τον τύπο της εσωτερικής δομής:
- Suspensoids. Ονομάζονται επίσης μη αναστρέψιμα κολλοειδή, τα οποία δεν μπορούν να υπάρχουν μόνα τους για μεγάλες χρονικές περιόδους.
- Κολοειδή μικκυλιακού τύπου ή, όπως ονομάζονται επίσης, ημικολλοειδή.
- Κολοειδή αναστρέψιμου τύπου (μοριακά).
Οι διαδικασίες σχηματισμού αυτών των δομών είναι πολύ διαφορετικές, γεγονός που περιπλέκει τη διαδικασία κατανόησής τους σε λεπτομερές επίπεδο, στο επίπεδο της χημείας και της φυσικής. Τα κολλοειδή σωματίδια, από τα οποία σχηματίζονται αυτού του είδους τα διαλύματα, έχουν εξαιρετικά διαφορετικά σχήματα και συνθήκες για τη διαδικασία σχηματισμού ενός ολοκληρωμένου συστήματος.
Προσδιορισμός αιωρημάτων
Τα αιωρήματα είναι διαλύματα με μεταλλικά στοιχεία και τις παραλλαγές τους με τη μορφή οξειδίου, υδροξειδίου, σουλφιδίου και άλλων αλάτων.
Όλατα συστατικά σωματίδια των προαναφερθέντων ουσιών έχουν μοριακό ή ιοντικό κρυσταλλικό πλέγμα. Σχηματίζουν μια φάση ενός διασκορπισμένου τύπου ουσίας - ενός αιωρήματος.
Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό που καθιστά δυνατή τη διάκρισή τους από τις αναρτήσεις είναι η παρουσία υψηλότερου δείκτη διασποράς. Αλλά συνδέονται μεταξύ τους από την έλλειψη μηχανισμού σταθεροποίησης για τη διασπορά.
Η μη αναστρεψιμότητα των αιωρημάτων εξηγείται από το γεγονός ότι το ίζημα της διαδικασίας ατμοποίησής τους δεν επιτρέπει σε ένα άτομο να ξαναπάρει sol δημιουργώντας επαφή μεταξύ του ίδιου του ιζήματος και του διασκορπισμένου μέσου. Όλα τα αιωρήματα είναι λυοφοβικά. Σε τέτοια διαλύματα ονομάζονται κολλοειδή σωματίδια που σχετίζονται με μέταλλα και παράγωγα αλάτων που έχουν συνθλιβεί ή συμπυκνωθεί.
Η μέθοδος παραγωγής δεν διαφέρει από τους δύο τρόπους με τους οποίους δημιουργούνται πάντα τα συστήματα διασποράς:
- Λήψη με διασπορά (άλεση μεγάλων σωμάτων).
- Η μέθοδος συμπύκνωσης ιοντικών και μοριακά διαλυμένων ουσιών.
Προσδιορισμός μικκυλιακών κολλοειδών
Τα μικκυλιακά κολλοειδή αναφέρονται επίσης ως ημι-κολλοειδή. Τα σωματίδια από τα οποία δημιουργούνται μπορούν να προκύψουν εάν υπάρχει επαρκές επίπεδο συγκέντρωσης μορίων αμφιφιλικού τύπου. Τέτοια μόρια μπορούν να σχηματίσουν μόνο ουσίες χαμηλού μοριακού βάρους συνδέοντάς τες σε ένα άθροισμα ενός μορίου - ένα μικκύλιο.
Μόρια αμφίφιλης φύσης είναι δομές που αποτελούνται από μια ρίζα υδρογονάνθρακα με παραμέτρους και ιδιότητες παρόμοιες με έναν μη πολικό διαλύτη και μια υδρόφιλη ομάδα, η οποίαονομάζεται επίσης πολικό.
Τα μικκύλια είναι συγκεκριμένες συσσωματώσεις μορίων σε τακτά χρονικά διαστήματα που συγκρατούνται μεταξύ τους κυρίως μέσω της χρήσης δυνάμεων διασποράς. Τα μικκύλια σχηματίζονται, για παράδειγμα, σε υδατικά διαλύματα απορρυπαντικών.
Προσδιορισμός μοριακών κολλοειδών
Τα μοριακά κολλοειδή είναι ενώσεις υψηλής μοριακής απόδοσης τόσο φυσικής όσο και συνθετικής προέλευσης. Το μοριακό βάρος μπορεί να κυμαίνεται από 10.000 έως αρκετά εκατομμύρια. Τα μοριακά θραύσματα τέτοιων ουσιών έχουν το μέγεθος ενός κολλοειδούς σωματιδίου. Τα ίδια τα μόρια ονομάζονται μακρομόρια.
Οι ενώσεις μακρομοριακού τύπου που υπόκεινται σε αραίωση ονομάζονται αληθείς, ομοιογενείς. Σε περίπτωση ακραίας αραίωσης, αρχίζουν να υπακούουν στη γενική σειρά νόμων για τα αραιωμένα σκευάσματα.
Η λήψη κολλοειδών διαλυμάτων μοριακού τύπου είναι μια αρκετά απλή εργασία. Αρκεί να έρθουν σε επαφή η ξηρή ουσία και ο αντίστοιχος διαλύτης.
Η μη πολική μορφή των μακρομορίων μπορεί να διαλυθεί σε υδρογονάνθρακες, ενώ η πολική μορφή μπορεί να διαλυθεί σε πολικούς διαλύτες. Ένα παράδειγμα της τελευταίας είναι η διάλυση διαφόρων πρωτεϊνών σε διάλυμα νερού και αλατιού.
Αναστρέψιμες ονομάζονται αυτές οι ουσίες λόγω του γεγονότος ότι η υποβολή τους σε εξάτμιση με την προσθήκη νέων μερών ξηρών υπολειμμάτων προκαλεί τα μοριακά κολλοειδή σωματίδια να λάβουν τη μορφή διαλύματος. Η διαδικασία της διάλυσής τους πρέπει να περάσει από ένα στάδιο στο οποίο διογκώνεται. Είναι ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα που διακρίνει τα μοριακά κολλοειδή, επάνωστο πλαίσιο άλλων συστημάτων που συζητήθηκαν παραπάνω.
Στη διαδικασία διόγκωσης, τα μόρια που σχηματίζουν τον διαλύτη διεισδύουν στο στερεό πάχος του πολυμερούς και έτσι απομακρύνουν τα μακρομόρια. Τα τελευταία, λόγω του μεγάλου μεγέθους τους, αρχίζουν να διαχέονται σιγά σιγά σε διαλύματα. Εξωτερικά, αυτό μπορεί να παρατηρηθεί με αύξηση της ογκομετρικής αξίας των πολυμερών.
Συσκευή Micelle
Τα μικκύλια του κολλοειδούς συστήματος και η δομή τους θα είναι ευκολότερο να μελετηθούν αν λάβουμε υπόψη τη διαδικασία σχηματισμού. Ας πάρουμε ένα σωματίδιο AgI ως παράδειγμα. Σε αυτή την περίπτωση, σωματίδια κολλοειδούς τύπου θα σχηματιστούν κατά την ακόλουθη αντίδραση:
AgNO3+KI à AgI↓+KNO3
Μόρια ιωδιούχου αργύρου (AgI) σχηματίζουν πρακτικά αδιάλυτα σωματίδια, μέσα στα οποία το κρυσταλλικό πλέγμα θα σχηματιστεί από κατιόντα αργύρου και ανιόντα ιωδίου.
Τα σωματίδια που προκύπτουν έχουν αρχικά μια άμορφη δομή, αλλά στη συνέχεια, καθώς κρυσταλλώνονται σταδιακά, αποκτούν μια μόνιμη δομή εμφάνισης.
Εάν λάβετε AgNO3 και KI στα αντίστοιχα ισοδύναμά τους, τότε τα κρυσταλλικά σωματίδια θα αυξηθούν και θα φτάσουν σημαντικά μεγέθη, ξεπερνώντας ακόμη και το μέγεθος του ίδιου του κολλοειδούς σωματιδίου και στη συνέχεια γρήγορα ίζημα.
Εάν πάρετε μια από τις ουσίες σε περίσσεια, μπορείτε να φτιάξετε τεχνητά έναν σταθεροποιητή από αυτήν, ο οποίος θα αναφέρει τη σταθερότητα των κολλοειδών σωματιδίων του ιωδιούχου αργύρου. Σε περίπτωση υπερβολικού AgNO3το διάλυμα θα περιέχει περισσότερα θετικά ιόντα αργύρου και ΟΧΙ3-. Είναι σημαντικό να γνωρίζουμε ότι η διαδικασία σχηματισμού κρυσταλλικών πλεγμάτων AgI υπακούει στον κανόνα Panet-Fajans. Επομένως, μπορεί να προχωρήσει μόνο με την παρουσία ιόντων που συνθέτουν αυτήν την ουσία, τα οποία σε αυτό το διάλυμα αντιπροσωπεύονται από κατιόντα αργύρου (Ag+).
Τα θετικά ιόντα Argentum θα συνεχίσουν να ολοκληρώνονται στο επίπεδο σχηματισμού του κρυσταλλικού πλέγματος του πυρήνα, το οποίο περιλαμβάνεται σταθερά στη δομή των μικκυλίων και επικοινωνεί το ηλεκτρικό δυναμικό. Γι' αυτό το λόγο τα ιόντα που χρησιμοποιούνται για την ολοκλήρωση της κατασκευής του πυρηνικού πλέγματος ονομάζονται ιόντα προσδιορισμού δυναμικού. Κατά τον σχηματισμό ενός κολλοειδούς σωματιδίου - μικκυλίων - υπάρχουν άλλα χαρακτηριστικά που καθορίζουν τη μία ή την άλλη πορεία της διαδικασίας. Ωστόσο, όλα εξετάστηκαν εδώ χρησιμοποιώντας ένα παράδειγμα με την αναφορά των πιο σημαντικών στοιχείων.
Μερικές έννοιες
Ο όρος κολλοειδές σωματίδιο σχετίζεται στενά με το στρώμα προσρόφησης, το οποίο σχηματίζεται ταυτόχρονα με ιόντα ενός τύπου που καθορίζει το δυναμικό, κατά την προσρόφηση της συνολικής ποσότητας των αντίθετων ιόντων.
Ένας κόκκος είναι μια δομή που σχηματίζεται από έναν πυρήνα και ένα στρώμα προσρόφησης. Έχει ηλεκτρικό δυναμικό του ίδιου πρόσημου με το E-δυναμικό, αλλά η τιμή του θα είναι μικρότερη και εξαρτάται από την αρχική τιμή των αντίθετων ιόντων στο στρώμα προσρόφησης.
Η πήξη των κολλοειδών σωματιδίων είναι μια διαδικασία που ονομάζεται πήξη. Σε διασκορπισμένα συστήματα, οδηγεί στο σχηματισμό μικρών σωματιδίωνμεγαλύτερες. Η διαδικασία χαρακτηρίζεται από συνοχή μεταξύ μικρών δομικών συστατικών για το σχηματισμό πηκτικών δομών.
