Głównym tematem tego artykułu będzie cząsteczka koloidalna. Tutaj rozważymy koncepcję roztworu koloidalnego i miceli. A także zapoznać się z główną różnorodnością gatunkową cząstek związanych z koloidami. Zastanówmy się osobno nad różnymi cechami badanego terminu, niektórymi indywidualnymi pojęciami i nie tylko.
Wprowadzenie
Koncepcja cząstki koloidalnej jest ściśle związana z różnymi roztworami. Razem mogą tworzyć różnorodne układy mikroheterogeniczne i rozproszone. Cząstki tworzące takie układy zwykle mają wielkość od jednego do stu mikronów. Oprócz obecności powierzchni z wyraźnie oddzielonymi granicami pomiędzy ośrodkiem dyspersyjnym a fazą, cząstki koloidalne charakteryzują się niską stabilnością, a same roztwory nie mogą tworzyć się samoistnie. Obecność dużej różnorodności w strukturze wewnętrznej struktury i wielkości powoduje powstanie dużej liczby metod otrzymywania cząstek.
Koncepcja układu koloidalnego
W roztworach koloidalnych cząstki we wszystkich ichagregaty tworzą układy typu rozproszonego, które są pośrednimi pomiędzy roztworami, które określane są jako prawdziwe i gruboziarniste. W tych roztworach krople, cząstki, a nawet bąbelki, które tworzą fazę zdyspergowaną, mają rozmiary od jednego do tysiąca nm. Rozkładają się one w grubości rozproszonego ośrodka z reguły w sposób ciągły i różnią się od pierwotnego układu składem i/lub stanem skupienia. Aby lepiej zrozumieć znaczenie takiej jednostki terminologicznej, lepiej jest rozważyć ją na tle systemów, które tworzy.
Zdefiniuj właściwości
Wśród właściwości roztworów koloidalnych można określić główne z nich:
- Tworzące się cząsteczki nie przeszkadzają w przechodzeniu światła.
- Przezroczyste koloidy mają zdolność rozpraszania promieni świetlnych. Zjawisko to nazywa się efektem Tyndalla.
- Ładunek cząstki koloidalnej jest taki sam dla układów zdyspergowanych, w wyniku czego nie mogą one występować w roztworze. W ruchu Browna rozproszone cząstki nie mogą się wytrącać, co jest spowodowane ich utrzymywaniem w stanie lotu.
Główne typy
Podstawowe jednostki klasyfikacji roztworów koloidalnych:
- Zawiesina cząstek stałych w gazach nazywana jest dymem.
- Zawiesina cząstek cieczy w gazach nazywana jest mgłą.
- Z małych cząstek stałych lub ciekłych zawieszonych w medium gazowym powstaje aerozol.
- Zawiesina gazowa w cieczach lub ciałach stałych nazywana jest pianką.
- Emulsja to płynna zawiesina w cieczy.
- Sol jest systemem rozproszonymtyp ultramikroheterogeniczny.
- Żel to zawiesina 2 składników. Pierwsza tworzy trójwymiarową strukturę, której puste przestrzenie zostaną wypełnione różnymi rozpuszczalnikami o niskiej masie cząsteczkowej.
- Zawiesina cząstek stałych w cieczach nazywana jest zawiesiną.
We wszystkich tych układach koloidalnych rozmiary cząstek mogą się znacznie różnić w zależności od ich pochodzenia i stanu skupienia. Ale nawet pomimo tak skrajnie zróżnicowanej liczby systemów o różnej strukturze, wszystkie są koloidalne.
Różnorodność gatunkowa cząstek
Cząstki pierwotne o wymiarach koloidalnych dzielą się na następujące typy w zależności od typu struktury wewnętrznej:
- Suspensoidy. Nazywa się je również nieodwracalnymi koloidami, które nie mogą istnieć samodzielnie przez długi czas.
- Koloidy typu micelarnego lub, jak się je nazywa, półkoloidy.
- Koloidy odwracalne (molekularne).
Procesy powstawania tych struktur są bardzo różne, co komplikuje proces ich zrozumienia na poziomie szczegółowym, na poziomie chemii i fizyki. Cząsteczki koloidalne, z których powstają tego typu roztwory, mają skrajnie różne kształty i warunki dla procesu powstawania układu integralnego.
Oznaczanie suspensoidów
Suspensoidy to roztwory zawierające pierwiastki metalowe i ich odmiany w postaci tlenku, wodorotlenku, siarczku i innych soli.
Wszystkocząstki składowe wyżej wymienionych substancji mają cząsteczkową lub jonową sieć krystaliczną. Tworzą fazę rozproszonego typu substancji - suspensoid.
Charakterystyczną cechą, która pozwala odróżnić je od zawiesin, jest obecność wyższego wskaźnika dyspersji. Ale łączy je brak mechanizmu stabilizacji dyspersji.
Nieodwracalność suspensoidów tłumaczy się tym, że osad z procesu ich parowania nie pozwala na ponowne uzyskanie zoli poprzez kontakt między samym osadem a rozproszonym medium. Wszystkie suspensoidy są liofobowe. W takich roztworach nazywane są cząstki koloidalne związane z metalami i pochodnymi soli, które zostały pokruszone lub skondensowane.
Metoda produkcji nie różni się od dwóch sposobów, w jakie zawsze tworzone są systemy dyspersyjne:
- Uzyskiwanie przez dyspersję (mielenie dużych ciał).
- Metoda kondensacji jonowych i molekularnie rozpuszczonych substancji.
Oznaczanie koloidów micelarnych
Koloidy micelarne są również nazywane półkoloidami. Cząsteczki, z których są tworzone, mogą powstać, jeśli istnieje wystarczający poziom stężenia cząsteczek typu amfifilowego. Takie cząsteczki mogą tworzyć tylko substancje o niskiej masie cząsteczkowej, łącząc je w agregat cząsteczki - micelę.
Cząsteczki o charakterze amfifilowym to struktury składające się z rodnika węglowodorowego o parametrach i właściwościach zbliżonych do rozpuszczalnika niepolarnego oraz grupy hydrofilowej, którezwany także polarnym.
Micele to specyficzne skupiska regularnie rozmieszczonych molekuł, które są utrzymywane razem głównie dzięki siłom dyspersyjnym. Micele powstają np. w wodnych roztworach detergentów.
Oznaczanie koloidów molekularnych
Koloidy molekularne to wysokocząsteczkowe związki pochodzenia naturalnego i syntetycznego. Masa cząsteczkowa może wynosić od 10 000 do kilku milionów. Fragmenty molekularne takich substancji mają wielkość cząstki koloidalnej. Same cząsteczki nazywane są makrocząsteczkami.
Związki typu wielkocząsteczkowego podlegające rozcieńczeniu nazywane są prawdziwymi, jednorodnymi. W przypadku skrajnego rozcieńczenia zaczynają przestrzegać ogólnego szeregu praw dla rozcieńczonych preparatów.
Pozyskiwanie roztworów koloidalnych typu molekularnego jest dość prostym zadaniem. Wystarczy doprowadzić do kontaktu suchej substancji i odpowiedniego rozpuszczalnika.
Niepolarna postać makrocząsteczek może rozpuszczać się w węglowodorach, podczas gdy postać polarna może rozpuszczać się w rozpuszczalnikach polarnych. Przykładem tego ostatniego jest rozpuszczanie różnych białek w roztworze wody i soli.
Odwracalne substancje te są nazywane ze względu na fakt, że poddanie ich odparowaniu z dodatkiem nowych porcji suchych pozostałości powoduje, że molekularne cząstki koloidalne przyjmują postać roztworu. Proces ich rozpadu musi przejść przez etap, w którym pęcznieje. Jest to charakterystyczna cecha odróżniająca koloidy molekularne, nana tle innych systemów omówionych powyżej.
W procesie pęcznienia cząsteczki tworzące rozpuszczalnik wnikają w stałą grubość polimeru i tym samym odpychają makrocząsteczki. Te ostatnie, ze względu na duże rozmiary, zaczynają powoli dyfundować do roztworów. Zewnętrznie można to zaobserwować wraz ze wzrostem wartości objętościowej polimerów.
Urządzenie micelarne
Micele układu koloidalnego i ich struktura będą łatwiejsze do zbadania, jeśli weźmiemy pod uwagę proces formowania. Weźmy jako przykład cząstkę AgI. W takim przypadku podczas następującej reakcji powstaną cząstki typu koloidalnego:
AgNO3+KI à AgI↓+KNO3
Cząsteczki jodku srebra (AgI) tworzą praktycznie nierozpuszczalne cząstki, w których sieć krystaliczna zostanie utworzona przez kationy srebra i aniony jodu.
Powstałe cząstki początkowo mają strukturę amorficzną, ale następnie, w miarę stopniowej krystalizacji, nabierają trwałego wyglądu.
Jeśli weźmiesz AgNO3 i KI w ich odpowiednich odpowiednikach, wtedy cząsteczki krystaliczne będą rosły i osiągnęły znaczne rozmiary, przekraczając nawet rozmiar samej cząsteczki koloidalnej, a następnie szybko osad.
Jeśli weźmiesz jedną z substancji w nadmiarze, możesz sztucznie zrobić z niej stabilizator, który będzie informował o stabilności koloidalnych cząstek jodku srebra. W przypadku nadmiernego AgNO3roztwór będzie zawierał więcej dodatnich jonów srebra i NO3-. Warto wiedzieć, że proces powstawania sieci krystalicznych AgI przebiega zgodnie z regułą Paneta-Fajansa. Dlatego jest w stanie postępować tylko w obecności tworzących tę substancję jonów, które w tym roztworze są reprezentowane przez kationy srebra (Ag+).
Dodatnie jony argentu będą nadal uzupełniane na poziomie tworzenia sieci krystalicznej jądra, które jest mocno włączone w strukturę miceli i przekazuje potencjał elektryczny. Z tego powodu jony, które są używane do zakończenia budowy sieci jądrowej, nazywane są jonami determinującymi potencjał. Podczas tworzenia się cząstki koloidalnej - miceli - istnieją inne cechy, które determinują taki lub inny przebieg procesu. Jednak wszystko zostało tutaj przemyślane na przykładzie z wzmianką o najważniejszych elementach.
Niektóre koncepcje
Termin cząstka koloidalna jest ściśle związany z warstwą adsorpcyjną, która powstaje jednocześnie z jonami typu determinującego potencjał podczas adsorpcji całkowitej ilości przeciwjonów.
Granulat to struktura utworzona przez rdzeń i warstwę adsorpcyjną. Ma potencjał elektryczny tego samego znaku co potencjał E, ale jego wartość będzie mniejsza i zależy od początkowej wartości przeciwjonów w warstwie adsorpcyjnej.
Koagulacja cząstek koloidalnych to proces zwany koagulacją. W układach zdyspergowanych prowadzi do powstawania małych cząstekwiększe. Proces charakteryzuje się kohezją pomiędzy małymi składnikami strukturalnymi, tworząc struktury koagulacyjne.
