Tämän artikkelin pääaihe on kolloidinen hiukkanen. Tässä tarkastellaan kolloidisen liuoksen ja misellien käsitettä. Ja tutustu myös kolloidisten hiukkasten tärkeimpiin lajien monimuotoisuuteen. Pysähdytään erikseen tutkittavan termin eri piirteisiin, joihinkin yksittäisiin käsitteisiin ja paljon muuta.
Esittely
Kolloidipartikkelin käsite liittyy läheisesti erilaisiin ratkaisuihin. Yhdessä ne voivat muodostaa erilaisia mikroheterogeenisiä ja hajallaan olevia systeemejä. Tällaisia järjestelmiä muodostavien hiukkasten koko vaihtelee tavallisesti yhdestä sataan mikroniin. Sen lisäksi, että dispergoituneen väliaineen ja faasin välillä on selvästi erotetut rajat, kolloidihiukkasille on ominaista alhainen stabiilisuus, eivätkä liuokset itse voi muodostua spontaanisti. Sisäisen rakenteen ja kokojen monimuotoisuus aiheuttaa lukuisten menetelmien luomisen hiukkasten saamiseksi.
Kolloidisen järjestelmän käsite
Kolloidisissa liuoksissa hiukkaset kaikissaaggregaatit muodostavat haja-tyyppisiä systeemejä, jotka ovat todellisiksi ja karkeiksi määriteltyjen ratkaisujen välissä. Näissä liuoksissa dispergoituneen faasin muodostavien pisaroiden, hiukkasten ja jopa kuplien koko on yhdestä tuhanteen nm. Ne jakautuvat dispergoidun väliaineen paksuuteen pääsääntöisesti jatkuvina ja eroavat alkuperäisestä systeemistä koostumukseltaan ja/tai aggregaatiotil altaan. Jotta tällaisen terminologisen yksikön merkitys ymmärrettäisiin paremmin, on parempi tarkastella sitä sen muodostamien järjestelmien taustalla.
Määritä ominaisuudet
Kolloidisten liuosten ominaisuuksista voidaan määrittää tärkeimmät:
- Muodostuvat hiukkaset eivät häiritse valon kulkua.
- Läpinäkyvillä kolloideilla on kyky siroittaa valonsäteitä. Tätä ilmiötä kutsutaan Tyndall-efektiksi.
- Kolloidisen hiukkasen varaus on sama dispergoituneille systeemeille, minkä seurauksena niitä ei voi esiintyä liuoksessa. Brownin liikkeessä dispergoidut hiukkaset eivät voi saostua, mikä johtuu niiden pysymisestä lentotilassa.
Päätyypit
Kolloidisten liuosten perusluokitusyksiköt:
- Kaasuissa olevien kiinteiden hiukkasten suspensiota kutsutaan savuksi.
- Nestemäisten hiukkasten suspensiota kaasuissa kutsutaan sumuksi.
- Pienistä kiinteän tai nestemäisen tyyppisistä hiukkasista, jotka ovat suspendoituneet kaasuväliaineeseen, muodostuu aerosoli.
- Nesteissä tai kiinteissä aineissa olevaa kaasususpensiota kutsutaan vaahdoksi.
- Emulsio on nestemäinen suspensio nesteessä.
- Sol on hajautunut järjestelmäultramikroheterogeeninen tyyppi.
- Gel on 2 komponentin suspensio. Ensimmäinen luo kolmiulotteisen kehyksen, jonka tyhjät tilat täytetään erilaisilla pienimolekyylisillä liuottimilla.
- Kiinteän tyyppisten hiukkasten suspensiota nesteisiin kutsutaan suspensioksi.
Kaikissa näissä kolloidisissa järjestelmissä hiukkaskoot voivat vaihdella suuresti riippuen niiden alkuperästä ja aggregaatiotilasta. Mutta vaikka järjestelmiä on niin äärimmäisen monipuolinen, joilla on erilaiset rakenteet, ne ovat kaikki kolloidisia.
Partikkelien lajien monimuotoisuus
Primäärihiukkaset, joilla on kolloidiset mitat, jaetaan seuraaviin tyyppeihin sisäisen rakenteen tyypin mukaan:
- Suspensoidit. Niitä kutsutaan myös irreversiibeliksi kolloideiksi, jotka eivät voi olla olemassa yksinään pitkiä aikoja.
- Misellityyppiset kolloidit tai, kuten niitä myös kutsutaan, puolikolloidit.
- Kääntyvät kolloidit (molekyyliset).
Näiden rakenteiden muodostumisprosessit ovat hyvin erilaisia, mikä vaikeuttaa niiden ymmärtämistä yksityiskohtaisella tasolla, kemian ja fysiikan tasolla. Kolloidihiukkasilla, joista tämäntyyppisiä liuoksia muodostuu, on erittäin erilaisia muotoja ja olosuhteita yhtenäisen järjestelmän muodostumisprosessissa.
Suspensoidien määritys
Suspensoidit ovat liuoksia, joissa on metallialkuaineita ja niiden muunnelmia oksidien, hydroksidin, sulfidin ja muiden suolojen muodossa.
Kaikkiedellä mainittujen aineiden ainesosissa on molekyyli- tai ionikidehila. Ne muodostavat faasin dispergoituneesta aineesta - suspensiosta.
Erottuva piirre, jonka avulla ne voidaan erottaa suspensioista, on korkeampi dispersioindeksi. Mutta niitä yhdistää hajaantumisen stabilointimekanismin puute.
Suspensoidien palautumattomuus selittyy sillä, että niiden höyrystymisprosessin sedimentti ei salli ihmisen saada uudelleen sooleja luomalla kontaktin itse sedimentin ja hajallaan olevan väliaineen välille. Kaikki suspensoidit ovat lyofobisia. Tällaisissa liuoksissa niitä kutsutaan kolloidisiksi hiukkasiksi, jotka liittyvät metalleihin ja suolajohdannaisiin, jotka on murskattu tai tiivistetty.
Tuotantomenetelmä ei eroa kahdesta tavasta, joilla hajajärjestelmät luodaan aina:
- Saada dispergoimalla (hiomalla suuria kappaleita).
- Ionien ja molekyylisesti liuenneiden aineiden kondensaatiomenetelmä.
Misellikolloidien määritys
Misellikolloideja kutsutaan myös puolikolloideiksi. Hiukkaset, joista ne syntyvät, voivat syntyä, jos amfifiilisen tyyppisten molekyylien pitoisuus on riittävä. Tällaiset molekyylit voivat muodostaa vain pienimolekyylisiä aineita yhdistämällä ne molekyylin aggregaatiksi - miselliksi.
Amfifiiliset molekyylit ovat rakenteita, jotka koostuvat hiilivetyradikaalista, jonka parametrit ja ominaisuudet ovat samanlaisia kuin poolittomalla liuottimella, ja hydrofiilisestä ryhmästä, jokakutsutaan myös polaariseksi.
Misellit ovat säännöllisin väliajoin sijaitsevien molekyylien spesifisiä kasautumia, joita pidetään yhdessä pääasiassa hajotusvoimien avulla. Misellejä muodostuu esimerkiksi pesuaineiden vesiliuoksissa.
Molekulaaristen kolloidien määritys
Molekulaariset kolloidit ovat sekä luonnollista että synteettistä alkuperää olevia suurimolekyylisiä yhdisteitä. Molekyylipaino voi vaihdella 10 000:sta useisiin miljooniin. Tällaisten aineiden molekyylifragmentit ovat kolloidisen hiukkasen kokoisia. Itse molekyylejä kutsutaan makromolekyyleiksi.
Makromolekyylityyppisiä laimennettavia yhdisteitä kutsutaan todellisiksi, homogeenisiksi. Äärimmäisen laimennuksen tapauksessa ne alkavat noudattaa laimennettuja formulaatioita koskevia yleisiä lakeja.
Molekulaaristen kolloidisten liuosten saaminen on melko yksinkertainen tehtävä. Riittää, kun kuiva-aine ja vastaava liuotin joutuvat kosketuksiin.
Makromolekyylien ei-polaarinen muoto voi liueta hiilivetyihin, kun taas polaarinen muoto voi liueta polaarisiin liuottimiin. Esimerkki jälkimmäisestä on erilaisten proteiinien liukeneminen vesi- ja suolaliuokseen.
Näitä aineita kutsutaan palautuviksi, koska niiden altistaminen haihdutukselle lisäämällä uusia osia kuivia jäämiä saa molekyylikolloidisia hiukkasia liuoksen muotoon. Niiden hajoamisprosessin on käytävä läpi vaihe, jossa se turpoaa. Se on ominaisuus, joka erottaa molekyylikolloiditmuiden edellä käsiteltyjen järjestelmien taustalla.
Turpoamisprosessissa liuottimen muodostavat molekyylit tunkeutuvat polymeerin kiinteään paksuuteen ja työntävät siten makromolekyylit erilleen. Jälkimmäiset alkavat suuren kokonsa vuoksi diffundoitua hitaasti liuoksiksi. Ulkoisesti tämä voidaan havaita polymeerien tilavuusarvon kasvaessa.
Micelle-laite
Kolloidisen järjestelmän misellit ja niiden rakenne on helpompi tutkia, jos huomioidaan muodostumisprosessi. Otetaan esimerkkinä AgI-partikkeli. Tässä tapauksessa kolloidisia hiukkasia muodostuu seuraavan reaktion aikana:
AgNO3+KI à AgI↓+KNO3
Hopeajodidimolekyylit (AgI) muodostavat käytännössä liukenemattomia hiukkasia, joiden sisällä hopeakationit ja jodin anionit muodostavat kidehilan.
Saaduilla hiukkasilla on aluksi amorfinen rakenne, mutta vähitellen kiteytyessään ne saavat pysyvän ulkonäkörakenteen.
Jos otat AgNO3 ja KI niiden vastaavina, kiteiset hiukkaset kasvavat ja saavuttavat merkittäviä kokoja, ylittäen jopa itse kolloidipartikkelin koon, ja sitten nopeasti sakka.
Jos otat jotakin aineista liikaa, voit tehdä siitä keinotekoisesti stabilointiaineen, joka kertoo hopeajodidin kolloidisten hiukkasten stabiilisuudesta. Jos AgNO3liuos sisältää enemmän positiivisia hopeaioneja ja NO3-. On tärkeää tietää, että AgI-kidehilojen muodostumisprosessi noudattaa Panet-Fajansin sääntöä. Siksi se voi edetä vain tämän aineen muodostavien ionien läsnä ollessa, joita tässä liuoksessa edustavat hopeakationit (Ag+).
Positiiviset Argentum-ionit valmistuvat edelleen ytimen kidehilan muodostumistasolla, joka on kiinteästi mukana misellirakenteessa ja välittää sähköisen potentiaalin. Tästä syystä ioneja, joita käytetään ydinhilan rakentamisen loppuun saattamiseksi, kutsutaan potentiaalin määrääviksi ioneiksi. Kolloidisen hiukkasen - misellien - muodostumisen aikana on muita ominaisuuksia, jotka määräävät prosessin yhden tai toisen kulun. Tässä kuitenkin kaikki pohdittiin esimerkin avulla, jossa mainittiin tärkeimmät elementit.
Joitakin käsitteitä
Termi kolloidinen hiukkanen liittyy läheisesti adsorptiokerrokseen, joka muodostuu samanaikaisesti potentiaalin määräävän tyypin ionien kanssa vastaionien kokonaismäärän adsorption aikana.
Rakeet ovat ytimen ja adsorptiokerroksen muodostamia rakennelmia. Sen sähköpotentiaali on sama merkki kuin E-potentiaalilla, mutta sen arvo on pienempi ja riippuu adsorptiokerroksen vastaionien alkuarvosta.
Kolloidisten hiukkasten koagulaatio on prosessi, jota kutsutaan koagulaatioksi. Hajautetuissa systeemeissä se johtaa pienten hiukkasten muodostumiseenisommat. Prosessille on ominaista pienten rakenneosien välinen koheesio koagulatiivisten rakenteiden muodostamiseksi.
