Μικκύλι: δομή, σχήμα, περιγραφή και χημικός τύπος

2024 Συγγραφέας: Angel Austin | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 05:22

Τα κολλοειδή συστήματα είναι εξαιρετικά σημαντικά στη ζωή κάθε ανθρώπου. Αυτό οφείλεται όχι μόνο στο γεγονός ότι σχεδόν όλα τα βιολογικά υγρά σε έναν ζωντανό οργανισμό σχηματίζουν κολλοειδή. Αλλά πολλά φυσικά φαινόμενα (ομίχλη, αιθαλομίχλη), έδαφος, μέταλλα, τρόφιμα, φάρμακα είναι επίσης κολλοειδή συστήματα.

Η μονάδα τέτοιων σχηματισμών, που αντικατοπτρίζει τη σύνθεση και τις ειδικές ιδιότητές τους, θεωρείται ότι είναι ένα μακρομόριο ή μικκύλιο. Η δομή του τελευταίου εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, αλλά είναι πάντα ένα πολυστρωματικό σωματίδιο. Η σύγχρονη θεωρία μοριακής κινητικής θεωρεί τα κολλοειδή διαλύματα ως ειδική περίπτωση αληθινών διαλυμάτων, με μεγαλύτερα σωματίδια της διαλυμένης ουσίας.

Μέθοδοι λήψης κολλοειδών διαλυμάτων

Η δομή ενός μικκυλίου που σχηματίζεται όταν εμφανίζεται ένα κολλοειδές σύστημα, εξαρτάται εν μέρει από τον μηχανισμό αυτής της διαδικασίας. Οι μέθοδοι για τη λήψη κολλοειδών χωρίζονται σε δύο βασικά διαφορετικές ομάδες.

Οι μέθοδοι διασποράς σχετίζονται με την άλεση μάλλον μεγάλων σωματιδίων. Ανάλογα με τον μηχανισμό αυτής της διαδικασίας, διακρίνονται οι ακόλουθες μέθοδοι.

1. Διύλιση. Μπορεί να γίνει στεγνό ήυγρό τρόπο. Στην πρώτη περίπτωση, το στερεό πρώτα συνθλίβεται και μόνο τότε προστίθεται το υγρό. Στη δεύτερη περίπτωση, η ουσία αναμιγνύεται με ένα υγρό και μόνο μετά από αυτό μετατρέπεται σε ομοιογενές μείγμα. Η άλεση πραγματοποιείται σε ειδικούς μύλους.
2. Οίδημα. Η λείανση επιτυγχάνεται λόγω του γεγονότος ότι τα σωματίδια του διαλύτη διεισδύουν στη διασπαρμένη φάση, η οποία συνοδεύεται από τη διαστολή των σωματιδίων του μέχρι τον διαχωρισμό.
3. Διασπορά με υπερήχους. Το υλικό που πρόκειται να αλεσθεί τοποθετείται σε υγρό και υποβάλλεται σε υπερήχους.
4. Διασπορά ηλεκτροπληξίας. Απαιτείται στην παραγωγή μεταλλικών λυμάτων. Πραγματοποιείται με την τοποθέτηση ηλεκτροδίων από ένα διασπειρόμενο μέταλλο σε ένα υγρό, ακολουθούμενη από την εφαρμογή υψηλής τάσης σε αυτά. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται ένα βολταϊκό τόξο στο οποίο το μέταλλο ψεκάζεται και στη συνέχεια συμπυκνώνεται σε διάλυμα.

Αυτές οι μέθοδοι είναι κατάλληλες τόσο για λυόφιλα όσο και για λυόφοβα κολλοειδή σωματίδια. Η δομή των μικκυλίων πραγματοποιείται ταυτόχρονα με την καταστροφή της αρχικής δομής του στερεού.

Μέθοδοι συμπύκνωσης

Η δεύτερη ομάδα μεθόδων που βασίζονται στη μεγέθυνση σωματιδίων ονομάζεται συμπύκνωση. Αυτή η διαδικασία μπορεί να βασίζεται σε φυσικά ή χημικά φαινόμενα. Οι μέθοδοι φυσικής συμπύκνωσης περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

1. Αντικατάσταση του διαλύτη. Οφείλεται στη μεταφορά μιας ουσίας από έναν διαλύτη, στον οποίο διαλύεται πολύ καλά, σε έναν άλλο, στον οποίο η διαλυτότητα είναι πολύ χαμηλότερη. Ως αποτέλεσμα, μικρά σωματίδιαθα ενωθούν σε μεγαλύτερα συσσωματώματα και θα εμφανιστεί ένα κολλοειδές διάλυμα.
2. Συμπύκνωση ατμών. Ένα παράδειγμα είναι οι ομίχλες, των οποίων τα σωματίδια μπορούν να καθιζάνουν σε κρύες επιφάνειες και σταδιακά μεγαλώνουν.

Οι μέθοδοι χημικής συμπύκνωσης περιλαμβάνουν ορισμένες χημικές αντιδράσεις που συνοδεύονται από καθίζηση σύνθετης δομής:

1. Εναλλαγή ιόντων: NaCl + AgNO₃=AgCl↓ + NaNO₃.
2. Διαδικασίες οξειδοαναγωγής: 2H₂S + O₂=2S↓ + 2H_2O.
3. Υδρόλυση: Al₂S₃ + 6H₂O=2Al(OH) ₃↓ + 3H₂S.

Συνθήκες για χημική συμπύκνωση

Η δομή των μικκυλίων που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια αυτών των χημικών αντιδράσεων εξαρτάται από την περίσσεια ή την ανεπάρκεια των ουσιών που εμπλέκονται σε αυτά. Επίσης, για την εμφάνιση κολλοειδών διαλυμάτων, είναι απαραίτητο να τηρούνται ορισμένες συνθήκες που εμποδίζουν την καθίζηση μιας ελάχιστα διαλυτής ένωσης:

• η περιεκτικότητα σε ουσίες σε μικτά διαλύματα πρέπει να είναι χαμηλή.
• η ταχύτητά τους πρέπει να είναι χαμηλή;
• ένα από τα διαλύματα θα πρέπει να λαμβάνεται σε υπερβολική ποσότητα.

Δομή μικκυλίου

Το κύριο μέρος ενός μικκυλίου είναι ο πυρήνας. Σχηματίζεται από μεγάλο αριθμό ατόμων, ιόντων και μορίων μιας αδιάλυτης ένωσης. Συνήθως ο πυρήνας χαρακτηρίζεται από κρυσταλλική δομή. Η επιφάνεια του πυρήνα έχει ένα απόθεμα ελεύθερης ενέργειας, το οποίο καθιστά δυνατή την επιλεκτική απορρόφηση ιόντων από το περιβάλλον. Αυτή η διαδικασίαυπακούει στον κανόνα Peskov, ο οποίος λέει: στην επιφάνεια ενός στερεού, προσροφούνται κυρίως εκείνα τα ιόντα που είναι ικανά να συμπληρώσουν το δικό του κρυσταλλικό πλέγμα. Αυτό είναι δυνατό εάν αυτά τα ιόντα είναι συγγενή ή παρόμοια στη φύση και το σχήμα (μέγεθος).

Κατά τη διάρκεια της προσρόφησης, ένα στρώμα θετικά ή αρνητικά φορτισμένων ιόντων, που ονομάζονται ιόντα προσδιορισμού του δυναμικού, σχηματίζεται στον πυρήνα του μικκυλίου. Λόγω των ηλεκτροστατικών δυνάμεων, το φορτισμένο συσσωμάτωμα που προκύπτει έλκει αντίθετα ιόντα (ιόντα με το αντίθετο φορτίο) από το διάλυμα. Έτσι, ένα κολλοειδές σωματίδιο έχει πολυστρωματική δομή. Το μικκύλλιο αποκτά ένα διηλεκτρικό στρώμα κατασκευασμένο από δύο τύπους αντίθετα φορτισμένων ιόντων.

Hydrosol BaSO4

Για παράδειγμα, είναι βολικό να εξετάσουμε τη δομή ενός μικκυλίου θειικού βαρίου σε ένα κολλοειδές διάλυμα παρασκευασμένο σε περίσσεια χλωριούχου βαρίου. Αυτή η διαδικασία αντιστοιχεί στην εξίσωση αντίδρασης:

BaCl_2(p) + Na₂SO_4(p)=BaSO _4(t) + 2NaCl_(π).

Ελαφρώς διαλυτό στο νερό, το θειικό βάριο σχηματίζει ένα μικροκρυσταλλικό συσσωμάτωμα που αποτελείται από τον m-ο αριθμό μορίων BaSO₄. Η επιφάνεια αυτού του συσσωματώματος απορροφά την ν-η ποσότητα ιόντων Ba²⁺. 2(n - x) Cl^- ιόντα συνδέονται με το στρώμα των ιόντων προσδιορισμού δυναμικού. Και τα υπόλοιπα αντίθετα ιόντα (2x) βρίσκονται στο διάχυτο στρώμα. Δηλαδή, ο κόκκος αυτού του μικκυλίου θα είναι θετικά φορτισμένος.

Εάν το θειικό νάτριο λαμβάνεται σε περίσσεια, τότετα ιόντα που καθορίζουν το δυναμικό θα είναι SO₄^2- ιόντα, και τα αντίθετα ιόντα θα είναι Na⁺. Σε αυτήν την περίπτωση, το φορτίο του κόκκου θα είναι αρνητικό.

Αυτό το παράδειγμα δείχνει ξεκάθαρα ότι το πρόσημο του φορτίου ενός κόκκου μικκυλίου εξαρτάται άμεσα από τις συνθήκες για την παρασκευή του.

Μικκύλια εγγραφή

Το προηγούμενο παράδειγμα έδειξε ότι η χημική δομή των μικκυλίων και ο τύπος που την αντανακλά καθορίζεται από την ουσία που λαμβάνεται σε περίσσεια. Ας εξετάσουμε τρόπους γραφής των ονομάτων μεμονωμένων τμημάτων ενός κολλοειδούς σωματιδίου χρησιμοποιώντας το παράδειγμα υδρολύματος θειούχου χαλκού. Για την παρασκευή του, το διάλυμα θειούχου νατρίου χύνεται αργά σε περίσσεια ποσότητα διαλύματος χλωριούχου χαλκού:

CuCl₂ + Na₂S=CuS↓ + 2NaCl.

Η δομή ενός μικκυλίου CuS που λαμβάνεται σε περίσσεια CuCl₂ γράφεται ως εξής:

{[mCuS]·nCu²⁺·xCl^-}^{+(2n-x)·(2n-x)Cl}-.

Δομικά μέρη ενός κολλοειδούς σωματιδίου

Σε αγκύλες γράψτε τον τύπο μιας ελάχιστα διαλυτής ένωσης, η οποία είναι η βάση ολόκληρου του σωματιδίου. Συνήθως ονομάζεται αδρανές. Συνήθως, ο αριθμός των μορίων που αποτελούν το άθροισμα γράφεται με το λατινικό γράμμα m.

Τα ιόντα που καθορίζουν το δυναμικό περιέχονται σε περίσσεια σε διάλυμα. Βρίσκονται στην επιφάνεια του αδρανούς και στον τύπο γράφονται αμέσως μετά τις αγκύλες. Ο αριθμός αυτών των ιόντων συμβολίζεται με το σύμβολο n. Το όνομα αυτών των ιόντων υποδηλώνει ότι το φορτίο τους καθορίζει το φορτίο του κόκκου μικκυλίου.

Ένας κόκκος σχηματίζεται από έναν πυρήνα και ένα τμήμααντίθετα ιόντα στο στρώμα προσρόφησης. Η τιμή του φορτίου των κόκκων είναι ίση με το άθροισμα των φορτίων των αντισταθμιστικών ιόντων που καθορίζουν το δυναμικό και των προσροφημένων: +(2n – x). Το υπόλοιπο μέρος των αντίθετων ιόντων βρίσκεται στο διάχυτο στρώμα και αντισταθμίζει το φορτίο του κόκκου.

Εάν το Na₂S λήφθηκε σε περίσσεια, τότε για το σχηματισμένο κολλοειδές μικκύλιο το σχήμα δομής θα μοιάζει με:

{[m(CuS)]∙nS^2–∙xNa⁺}^{–(2n – x)} ∙(2n – x)Na⁺.

Μικκύλια επιφανειοδραστικών

Σε περίπτωση που η συγκέντρωση επιφανειοδραστικών ουσιών (τασιενεργών) στο νερό είναι πολύ υψηλή, μπορεί να αρχίσουν να σχηματίζονται συσσωματώματα των μορίων (ή των ιόντων) τους. Αυτά τα διευρυμένα σωματίδια έχουν σχήμα σφαίρας και ονομάζονται μικκύλια Gartley-Rebinder. Πρέπει να σημειωθεί ότι δεν έχουν όλες οι επιφανειοδραστικές ουσίες αυτή την ικανότητα, αλλά μόνο εκείνα στα οποία η αναλογία υδρόφοβων και υδρόφιλων μερών είναι βέλτιστη. Αυτή η αναλογία ονομάζεται υδρόφιλη-λιπόφιλη ισορροπία. Σημαντικό ρόλο παίζει επίσης η ικανότητα των πολικών τους ομάδων να προστατεύουν τον πυρήνα των υδρογονανθράκων από το νερό.

Συσσωματώματα μορίων τασιενεργού σχηματίζονται σύμφωνα με ορισμένους νόμους:

• σε αντίθεση με τις ουσίες χαμηλού μοριακού βάρους, τα συσσωματώματα των οποίων μπορεί να περιλαμβάνουν διαφορετικό αριθμό μορίων m, η ύπαρξη επιφανειοδραστικών μικκυλίων είναι δυνατή με έναν αυστηρά καθορισμένο αριθμό μορίων.
• αν για τις ανόργανες ουσίες η έναρξη της μικκυλοποίησης καθορίζεται από το όριο διαλυτότητας, τότε για τις οργανικές επιφανειοδραστικές ουσίες καθορίζεται από την επίτευξη κρίσιμων συγκεντρώσεων μικκυλοποίησης·
• πρώτα, ο αριθμός των μικκυλίων στο διάλυμα αυξάνεται και μετά αυξάνεται το μέγεθός τους.

Επίδραση της συγκέντρωσης στο σχήμα των μικκυλίων

Η δομή των επιφανειοδραστικών μικκυλίων επηρεάζεται από τη συγκέντρωσή τους στο διάλυμα. Μόλις φτάσει σε κάποιες από τις τιμές του, τα κολλοειδή σωματίδια αρχίζουν να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Αυτό προκαλεί το σχήμα τους να αλλάξει ως εξής:

Η

σφαίρα μετατρέπεται σε ελλειψοειδές και μετά σε κύλινδρο;

υψηλή συγκέντρωση κυλίνδρων οδηγεί στο σχηματισμό μιας εξαγωνικής φάσης.

σε ορισμένες περιπτώσεις, εμφανίζεται μια ελασματική φάση και ένας στερεός κρύσταλλος (σωματίδια σαπουνιού).

Τύποι μικκυλίων

Τρία είδη κολλοειδών συστημάτων διακρίνονται ανάλογα με τις ιδιαιτερότητες της οργάνωσης της εσωτερικής δομής: αιωρήματα, μικκυλιακά κολλοειδή, μοριακά κολλοειδή.

Τα αιωρήματα μπορεί να είναι μη αναστρέψιμα κολλοειδή, καθώς και λυοφοβικά κολλοειδή. Αυτή η δομή είναι χαρακτηριστική για διαλύματα μετάλλων, καθώς και για τις ενώσεις τους (διάφορα οξείδια και άλατα). Η δομή της διεσπαρμένης φάσης που σχηματίζεται από αιωρήματα δεν διαφέρει από τη δομή μιας συμπαγούς ουσίας. Έχει μοριακό ή ιοντικό κρυσταλλικό πλέγμα. Η διαφορά από τις αναρτήσεις είναι μεγαλύτερη διασπορά. Η μη αναστρεψιμότητα εκδηλώνεται στην ικανότητα των διαλυμάτων τους μετά την εξάτμιση να σχηματίζουν ξηρό ίζημα, το οποίο δεν μπορεί να μετατραπεί σε κολλοειδές διάλυμα με απλή διάλυση. Ονομάζονται λυοφοβικά λόγω της ασθενούς αλληλεπίδρασης μεταξύ της διεσπαρμένης φάσης και του μέσου διασποράς.

Τα μικκυλιακά κολλοειδή είναι διαλύματα των οποίων σχηματίζονται κολλοειδή σωματίδιαόταν κολλάμε δίφιλα μόρια που περιέχουν πολικές ομάδες ατόμων και μη πολικές ρίζες. Παραδείγματα είναι τα σαπούνια και τα επιφανειοδραστικά. Τα μόρια σε τέτοια μικκύλια συγκρατούνται από δυνάμεις διασποράς. Το σχήμα αυτών των κολλοειδών μπορεί να είναι όχι μόνο σφαιρικό, αλλά και ελασματοειδές.

Τα μοριακά κολλοειδή είναι αρκετά σταθερά χωρίς σταθεροποιητές. Οι δομικές τους μονάδες είναι μεμονωμένα μακρομόρια. Το σχήμα ενός κολλοειδούς σωματιδίου μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με τις ιδιότητες του μορίου και τις ενδομοριακές αλληλεπιδράσεις. Έτσι ένα γραμμικό μόριο μπορεί να σχηματίσει μια ράβδο ή ένα πηνίο.