Δεν υπάρχουν στοιχεία στη φύση που να είναι αγνά. Βασικά, είναι όλα μείγματα. Αυτοί, με τη σειρά τους, μπορεί να είναι ετερογενείς ή ομοιογενείς. Σχηματίζονται από ουσίες σε κατάσταση συσσωμάτωσης, δημιουργώντας έτσι ένα ορισμένο σύστημα διασποράς στο οποίο υπάρχουν διάφορες φάσεις. Επιπλέον, τα μείγματα περιέχουν συνήθως ένα μέσο διασποράς. Η ουσία του έγκειται στο γεγονός ότι θεωρείται ένα στοιχείο με μεγάλο όγκο στο οποίο κατανέμεται κάποια ουσία. Σε ένα διασκορπισμένο σύστημα, η φάση και το μέσο βρίσκονται με τέτοιο τρόπο ώστε να υπάρχουν σωματίδια της διεπαφής μεταξύ τους. Ως εκ τούτου, ονομάζεται ετερογενής ή ετερογενής. Λαμβάνοντας υπόψη αυτό, η δράση της επιφάνειας, και όχι των σωματιδίων στο σύνολό τους, έχει μεγάλη σημασία.
Ταξινόμηση συστήματος διασποράς
Η
Φάση, όπως γνωρίζετε, αντιπροσωπεύεται από ουσίες που έχουν διαφορετική κατάσταση. Και αυτά τα στοιχεία χωρίζονται σε διάφορους τύπους. Η κατάσταση συσσωμάτωσης της διεσπαρμένης φάσης εξαρτάται από τον συνδυασμό τωνπεριβάλλον, με αποτέλεσμα 9 τύπους συστημάτων:
- Αέριο. Υγρό, στερεό και το εν λόγω στοιχείο. Ομοιογενές μείγμα, ομίχλη, σκόνη, αερολύματα.
- Φάση διασποράς υγρού. Αέριο, στερεό, νερό. Αφροί, γαλακτώματα, διαλύματα.
- Στερεά διασπαρμένη φάση. Υγρό, αέριο και η ουσία που εξετάζεται σε αυτήν την περίπτωση. Χώμα, μέσα στην ιατρική ή τα καλλυντικά, πετρώματα.
Κατά κανόνα, το μέγεθος ενός διασκορπισμένου συστήματος καθορίζεται από το μέγεθος των σωματιδίων φάσης. Υπάρχει η ακόλουθη ταξινόμηση:
- χονδροειδείς (αναρτήσεις);
- λεπτό (κολλοειδή και αληθινά διαλύματα).
Σωματίδια του συστήματος διασποράς
Κατά την εξέταση χονδροειδών μιγμάτων, μπορεί κανείς να παρατηρήσει ότι τα σωματίδια αυτών των ενώσεων στη δομή μπορούν να φανούν με γυμνό μάτι, λόγω του γεγονότος ότι το μέγεθός τους είναι μεγαλύτερο από 100 nm. Οι αναρτήσεις, κατά κανόνα, αναφέρονται σε ένα σύστημα στο οποίο η διεσπαρμένη φάση μπορεί να διαχωριστεί από το μέσο. Αυτό συμβαίνει γιατί θεωρούνται αδιαφανή. Τα εναιωρήματα χωρίζονται σε γαλακτώματα (αδιάλυτα υγρά), αερολύματα (λεπτά σωματίδια και στερεά), εναιωρήματα (στερεά σε νερό).
Μια κολλοειδής ουσία είναι οτιδήποτε έχει την ιδιότητα να έχει ένα άλλο στοιχείο ομοιόμορφα διασκορπισμένο πάνω της. Δηλαδή είναι παρόν ή μάλλον είναι μέρος της διασκορπισμένης φάσης. Αυτή είναι μια κατάσταση όταν ένα υλικό κατανέμεται πλήρως σε ένα άλλο, ή μάλλον στον όγκο του. Στο παράδειγμα γάλακτος, το υγρό λίπος διασπείρεται σε ένα υδατικό διάλυμα. Σε αυτή την περίπτωση, το μικρότερο μόριο βρίσκεται εντός 1νανόμετρο και 1 μικρόμετρο, καθιστώντας το αόρατο σε ένα οπτικό μικροσκόπιο όταν το μείγμα γίνει ομοιογενές.
Δηλαδή, κανένα μέρος του διαλύματος δεν έχει μεγαλύτερη ή μικρότερη συγκέντρωση της διεσπαρμένης φάσης από οποιοδήποτε άλλο. Μπορούμε να πούμε ότι είναι κολλοειδούς φύσης. Το μεγαλύτερο ονομάζεται συνεχής φάση ή μέσο διασποράς. Δεδομένου ότι το μέγεθος και η κατανομή του δεν αλλάζουν, και το εν λόγω στοιχείο κατανέμεται πάνω του. Οι τύποι κολλοειδών περιλαμβάνουν αερολύματα, γαλακτώματα, αφρούς, διασπορές και μείγματα που ονομάζονται υδρολύματα. Κάθε τέτοιο σύστημα έχει δύο φάσεις: μια διασκορπισμένη και μια συνεχή φάση.
Κολλοειδή κατά ιστορικό
Έντονο ενδιαφέρον για τέτοιες ουσίες υπήρχε σε όλες τις επιστήμες στις αρχές του 20ού αιώνα. Ο Αϊνστάιν και άλλοι επιστήμονες μελέτησαν προσεκτικά τα χαρακτηριστικά και τις εφαρμογές τους. Εκείνη την εποχή, αυτό το νέο πεδίο της επιστήμης ήταν ο κορυφαίος ερευνητικός τομέας για θεωρητικούς, ερευνητές και κατασκευαστές. Μετά την κορύφωση του ενδιαφέροντος μέχρι το 1950, η έρευνα για τα κολλοειδή μειώθηκε σημαντικά. Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι από την πρόσφατη εμφάνιση των μικροσκοπίων υψηλότερης ισχύος και των «νανοτεχνολογιών» (η μελέτη αντικειμένων μιας ορισμένης μικροσκοπικής κλίμακας), έχει ανανεωθεί το επιστημονικό ενδιαφέρον για τη μελέτη νέων υλικών.
Περισσότερα για αυτές τις ουσίες
Υπάρχουν στοιχεία που παρατηρούνται τόσο στη φύση όσο και σε τεχνητά διαλύματα που έχουν κολλοειδείς ιδιότητες. Για παράδειγμα, η μαγιονέζα, η καλλυντική λοσιόν και τα λιπαντικά είναι τύποι τεχνητών γαλακτωμάτων και το γάλα είναι παρόμοιοένα μείγμα που βρίσκεται στη φύση. Οι κολλοειδείς αφροί περιλαμβάνουν σαντιγί και αφρό ξυρίσματος, ενώ τα βρώσιμα είδη περιλαμβάνουν βούτυρο, marshmallows και ζελέ. Εκτός από τα τρόφιμα, αυτές οι ουσίες υπάρχουν με τη μορφή ορισμένων κραμάτων, χρωμάτων, μελανιών, απορρυπαντικών, εντομοκτόνων, αερολυμάτων, φελιζόλ και καουτσούκ. Ακόμη και όμορφα φυσικά αντικείμενα όπως τα σύννεφα, τα μαργαριτάρια και τα οπάλια έχουν κολλοειδείς ιδιότητες επειδή έχουν μια άλλη ουσία ομοιόμορφα κατανεμημένη μέσα από αυτά.
Λήψη κολλοειδών μειγμάτων
Αυξάνοντας τα μικρά μόρια στην περιοχή από 1 έως 1 μικρόμετρο ή μειώνοντας τα μεγάλα σωματίδια στο ίδιο μέγεθος. Μπορούν να ληφθούν κολλοειδείς ουσίες. Η περαιτέρω παραγωγή εξαρτάται από τον τύπο των στοιχείων που χρησιμοποιούνται στις διασκορπισμένες και συνεχείς φάσεις. Τα κολλοειδή συμπεριφέρονται διαφορετικά από τα κανονικά υγρά. Και αυτό παρατηρείται στις μεταφορικές και φυσικοχημικές ιδιότητες. Για παράδειγμα, μια μεμβράνη μπορεί να επιτρέψει σε ένα αληθινό διάλυμα με στερεά μόρια συνδεδεμένα με μόρια υγρού να περάσει μέσα από αυτήν. Ενώ μια κολλοειδής ουσία που έχει ένα στερεό διασκορπισμένο μέσω ενός υγρού θα τεντωθεί από τη μεμβράνη. Η ισοτιμία της κατανομής είναι ομοιόμορφη μέχρι το σημείο της μικροσκοπικής ισότητας στο χάσμα σε ολόκληρο το δεύτερο στοιχείο.
Αληθινές λύσεις
Η
Η κολλοειδής διασπορά αντιπροσωπεύεται ως ομοιογενές μίγμα. Το στοιχείο αποτελείται από δύο συστήματα: συνεχή και διασκορπισμένη φάση. Αυτό δείχνει ότι αυτή η υπόθεση σχετίζεται μεαληθινά διαλύματα, γιατί σχετίζονται άμεσα με το παραπάνω μείγμα, που αποτελείται από πολλές ουσίες. Σε ένα κολλοειδές, το δεύτερο έχει τη δομή μικροσκοπικών σωματιδίων ή σταγόνων, τα οποία είναι ομοιόμορφα κατανεμημένα στο πρώτο. Από 1 nm έως 100 nm είναι το μέγεθος που αποτελεί τη διεσπαρμένη φάση, ή μάλλον τα σωματίδια, σε τουλάχιστον μία διάσταση. Σε αυτό το εύρος, η διεσπαρμένη φάση είναι ομοιογενή μείγματα με τα υποδεικνυόμενα μεγέθη, μπορούμε να ονομάσουμε κατά προσέγγιση στοιχεία που ταιριάζουν στην περιγραφή: κολλοειδή αερολύματα, γαλακτώματα, αφροί, υδρολύματα. Τα σωματίδια ή τα σταγονίδια που υπάρχουν στα εν λόγω σκευάσματα επηρεάζονται σημαντικά από τη χημική σύνθεση της επιφάνειας.
Κολλοειδή διαλύματα και συστήματα
Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη το γεγονός ότι το μέγεθος της διεσπαρμένης φάσης είναι μια μεταβλητή που είναι δύσκολο να μετρηθεί στο σύστημα. Οι λύσεις μερικές φορές χαρακτηρίζονται από τις δικές τους ιδιότητες. Για να γίνει πιο εύκολη η αντίληψη των δεικτών των συνθέσεων, τα κολλοειδή μοιάζουν με αυτά και φαίνονται σχεδόν ίδια. Για παράδειγμα, εάν έχει στερεή μορφή διασπαρμένη σε υγρό. Ως αποτέλεσμα, τα σωματίδια δεν θα περάσουν από τη μεμβράνη. Ενώ άλλα συστατικά όπως διαλυμένα ιόντα ή μόρια μπορούν να περάσουν μέσα από αυτό. Αν είναι απλούστερη η ανάλυση, αποδεικνύεται ότι τα διαλυμένα συστατικά περνούν μέσα από τη μεμβράνη και με την εξεταζόμενη φάση, τα κολλοειδή σωματίδια δεν μπορούν.
Η εμφάνιση και η εξαφάνιση των χρωματικών χαρακτηριστικών
Λόγω του φαινομένου Tyndall, ορισμένες από αυτές τις ουσίες είναι ημιδιαφανείς. Στη δομή του στοιχείου, είναι η σκέδαση του φωτός. Έρχονται και άλλα συστήματα και σκευάσματακάποια απόχρωση ή ακόμα και να είναι αδιαφανές, με συγκεκριμένο χρώμα, ακόμα κι αν μερικά δεν είναι φωτεινά. Πολλές γνωστές ουσίες, όπως το βούτυρο, το γάλα, η κρέμα γάλακτος, τα αερολύματα (ομίχλη, αιθαλομίχλη, καπνός), η άσφαλτος, τα χρώματα, τα χρώματα, η κόλλα και ο αφρός της θάλασσας, είναι κολλοειδή. Αυτό το πεδίο μελέτης εισήχθη το 1861 από τον Σκωτσέζο επιστήμονα Thomas Graham. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ένα κολλοειδές μπορεί να θεωρηθεί ως ομοιογενές (όχι ετερογενές) μείγμα. Αυτό συμβαίνει επειδή η διάκριση μεταξύ "διαλυμένης" και "κοκκώδους" ύλης μπορεί μερικές φορές να είναι θέμα προσέγγισης.
Υδροκολλοειδείς τύποι ουσιών
Αυτό το συστατικό ορίζεται ως ένα κολλοειδές σύστημα στο οποίο τα σωματίδια διασπείρονται στο νερό. Τα υδροκολλοειδή στοιχεία, ανάλογα με την ποσότητα του υγρού, μπορούν να λάβουν διάφορες καταστάσεις, για παράδειγμα, ένα πήκτωμα ή ένα κολλοειδές διάλυμα. Είναι μη αναστρέψιμα (μονοσυστατικά) ή αναστρέψιμα. Για παράδειγμα, το άγαρ, ο δεύτερος τύπος υδροκολλοειδούς. Μπορεί να υπάρχει σε καταστάσεις γέλης και κολλοειδούς διαλύματος και να εναλλάσσεται μεταξύ των καταστάσεων με προσθήκη ή αφαίρεση θερμότητας.
Πολλά υδροκολλοειδή προέρχονται από φυσικές πηγές. Για παράδειγμα, η καραγενάνη εξάγεται από τα φύκια, η ζελατίνη από βόειο λίπος και η πηκτίνη από τη φλούδα εσπεριδοειδών και τον πυρήνα μήλου. Τα υδροκολλοειδή χρησιμοποιούνται στα τρόφιμα κυρίως για να επηρεάσουν την υφή ή το ιξώδες (σάλτσα). Χρησιμοποιείται επίσης για την περιποίηση του δέρματος ή ως θεραπευτικό παράγοντα μετά από τραυματισμό.
Βασικά χαρακτηριστικά κολλοειδών συστημάτων
Από αυτές τις πληροφορίες μπορεί να φανεί ότι τα κολλοειδή συστήματα είναι ένα υποτμήμα της διεσπαρμένης σφαίρας. Αυτά, με τη σειρά τους, μπορούν να είναι λύσεις (sols)ή τζελ (ζελέ). Τα πρώτα δημιουργούνται στις περισσότερες περιπτώσεις με βάση τη ζωντανή χημεία. Τα τελευταία σχηματίζονται κάτω από τα ιζήματα που εμφανίζονται κατά την πήξη των λυμάτων. Τα διαλύματα μπορεί να είναι υδατικά με οργανικές ουσίες, με ασθενείς ή ισχυρούς ηλεκτρολύτες. Τα μεγέθη σωματιδίων της διεσπαρμένης φάσης των κολλοειδών είναι από 100 έως 1 nm. Δεν φαίνονται με γυμνό μάτι. Ως αποτέλεσμα της καθίζησης, η φάση και το μέσο είναι δύσκολο να διαχωριστούν.
Ταξινόμηση κατά τύπους σωματιδίων της διεσπαρμένης φάσης
Πολυμοριακά κολλοειδή. Όταν, κατά τη διάλυση, άτομα ή μικρότερα μόρια ουσιών (με διάμετρο μικρότερη από 1 nm) συνδυάζονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν σωματίδια παρόμοιου μεγέθους. Σε αυτά τα διαλύματα, η διεσπαρμένη φάση είναι μια δομή που αποτελείται από συσσωματώματα ατόμων ή μορίων με μοριακό μέγεθος μικρότερο από 1 nm. Για παράδειγμα, χρυσός και θείο. Σε αυτά τα κολλοειδή, τα σωματίδια συγκρατούνται μεταξύ τους από τις δυνάμεις van der Waals. Συνήθως έχουν λυόφιλο χαρακτήρα. Αυτό σημαίνει σημαντική αλληλεπίδραση σωματιδίων.
Κολοειδή υψηλού μοριακού βάρους. Πρόκειται για ουσίες που έχουν μεγάλα μόρια (τα λεγόμενα μακρομόρια), τα οποία όταν διαλυθούν σχηματίζουν μια ορισμένη διάμετρο. Τέτοιες ουσίες ονομάζονται μακρομοριακά κολλοειδή. Αυτά τα στοιχεία σχηματισμού διεσπαρμένης φάσης είναι τυπικά πολυμερή που έχουν πολύ υψηλά μοριακά βάρη. Τα φυσικά μακρομόρια είναι το άμυλο, η κυτταρίνη, οι πρωτεΐνες, τα ένζυμα, η ζελατίνη κ.λπ. Στα τεχνητά περιλαμβάνονται συνθετικά πολυμερή όπως νάιλον, πολυαιθυλένιο, πλαστικά, πολυστυρένιο κ.λπ.ε. Συνήθως είναι λυοφοβικά, που σημαίνει στην περίπτωση αυτή την ασθενή αλληλεπίδραση των σωματιδίων.
Συσχετισμένα κολλοειδή. Πρόκειται για ουσίες που όταν διαλύονται σε ένα μέσο συμπεριφέρονται σαν κανονικοί ηλεκτρολύτες σε χαμηλή συγκέντρωση. Είναι όμως κολλοειδή σωματίδια με μεγαλύτερο ενζυματικό συστατικό των συστατικών λόγω του σχηματισμού συσσωματωμένων στοιχείων. Τα συσσωματώματα που σχηματίζονται με αυτόν τον τρόπο ονομάζονται μικκύλια. Τα μόριά τους περιέχουν τόσο λυόφιλες όσο και λυοφοβικές ομάδες.
Μικκύλια. Είναι ομαδοποιημένα ή συσσωματωμένα σωματίδια που σχηματίζονται από τη σύνδεση ενός κολλοειδούς σε διάλυμα. Συνηθισμένα παραδείγματα είναι τα σαπούνια και τα απορρυπαντικά. Ο σχηματισμός συμβαίνει πάνω από μια ορισμένη θερμοκρασία Kraft και πάνω από μια ορισμένη κρίσιμη συγκέντρωση μικκυλοποίησης. Είναι σε θέση να σχηματίσουν ιόντα. Τα μικκύλια μπορεί να περιέχουν έως και 100 μόρια ή περισσότερα, για παράδειγμα το στεατικό νάτριο είναι ένα τυπικό παράδειγμα. Όταν διαλύεται στο νερό, απελευθερώνει ιόντα.
