Selle artikli põhiteema on kolloidosakesed. Siin käsitleme kolloidlahuse ja mitsellide kontseptsiooni. Ja tutvuge ka kolloidsete osakeste peamise liigilise mitmekesisusega. Peatugem eraldi uuritava termini erinevatel tunnustel, mõnel üksikul mõistel ja paljul muul.
Sissejuhatus
Kolloidosakese mõiste on tihed alt seotud erinevate lahustega. Koos võivad nad moodustada mitmesuguseid mikroheterogeenseid ja hajutatud süsteeme. Selliseid süsteeme moodustavate osakeste suurus on tavaliselt ühest kuni saja mikronini. Lisaks sellele, et dispergeeritud keskkonna ja faasi vahel on selgelt eraldatud piirid, iseloomustab kolloidosakesi madal stabiilsus ja lahused ise ei saa tekkida spontaanselt. Sisestruktuuri struktuuri ja suuruste mitmekesisus põhjustab osakeste saamiseks suure hulga meetodite loomist.
Kolloidsüsteemi kontseptsioon
Kolloidsetes lahustes on osakesed kõigis nendesagregaadid moodustavad hajutatud tüüpi süsteeme, mis on vahepealsed lahenduste vahel, mis on määratletud tõeliste ja jämedatena. Nendes lahustes on hajutatud faasi moodustavate tilkade, osakeste ja isegi mullide suurus vahemikus üks kuni tuhat nm. Need on hajutatud keskkonna paksuses jaotunud reeglina pidevad ja erinevad algsest süsteemist koostise ja/või agregatsiooni oleku poolest. Sellise terminoloogilise üksuse tähenduse paremaks mõistmiseks on parem vaadelda seda moodustavate süsteemide taustal.
Defineeri omadused
Kolloidsete lahuste omaduste hulgast saab välja tuua peamised:
- Mooduvad osakesed ei sega valguse läbipääsu.
- Läbipaistvatel kolloididel on võime valguskiiri hajutada. Seda nähtust nimetatakse Tyndalli efektiks.
- Kolloidosakese laeng on hajutatud süsteemide puhul sama, mistõttu nad lahuses tekkida ei saa. Browni liikumisel ei saa hajutatud osakesed sadestuda, mis on tingitud nende püsimisest lennuseisundis.
Peamised tüübid
Kolloidsete lahuste põhilised klassifikatsiooniühikud:
- Tahkete osakeste suspensiooni gaasides nimetatakse suitsuks.
- Vedelaosakeste suspensiooni gaasides nimetatakse uduks.
- Väikestest tahket või vedelat tüüpi osakestest, mis on suspendeeritud gaasikeskkonnas, moodustub aerosool.
- Gaasisuspensiooni vedelas või tahkes aines nimetatakse vahuks.
- Emulsioon on vedel suspensioon vedelikus.
- Sol on hajutatud süsteemultramikroheterogeenne tüüp.
- Geel on kahest komponendist koosnev suspensioon. Esimene loob kolmemõõtmelise raamistiku, mille tühimikud täidetakse erinevate madala molekulmassiga lahustitega.
- Tahkete osakeste suspensiooni vedelikes nimetatakse suspensiooniks.
Kõigis neis kolloidsüsteemides võivad osakeste suurused olenev alt nende päritolu olemusest ja agregatsiooni olekust suuresti erineda. Kuid isegi vaatamata nii äärmiselt mitmekesistele erinevate struktuuridega süsteemide arvule on need kõik kolloidsed.
Osakeste liigiline mitmekesisus
Kolloidsete mõõtmetega põhiosakesed jagunevad vastav alt sisestruktuuri tüübile järgmisteks tüüpideks:
- Suspensoidid. Neid nimetatakse ka pöördumatuteks kolloidideks, mis ei suuda pikka aega iseseisv alt eksisteerida.
- Mitsellaarset tüüpi kolloidid või, nagu neid nimetatakse ka poolkolloidideks.
- Pööratavat tüüpi kolloidid (molekulaarsed).
Nende struktuuride moodustumise protsessid on väga erinevad, mis raskendab nende üksikasjalikul, keemia ja füüsika tasandil, mõistmise protsessi. Kolloidosakesed, millest seda tüüpi lahused moodustuvad, on tervikliku süsteemi moodustamiseks äärmiselt erineva kuju ja tingimustega.
Suspensoidide määramine
Suspensoidid on lahused, mis sisaldavad metallielemente ja nende variatsioone oksiidi, hüdroksiidi, sulfiidi ja muude soolade kujul.
Kõikeelnimetatud ainete koostisosakestel on molekulaarne või ioonne kristallvõre. Need moodustavad hajutatud tüüpi aine faasi – suspensiooni.
Eripäraks, mis võimaldab neid suspensioonidest eristada, on kõrgem dispersiooniindeksi olemasolu. Kuid need on omavahel seotud dispersiooni stabiliseerimismehhanismi puudumise tõttu.
Suspensoidide pöördumatus on seletatav asjaoluga, et nende aurutamise protsessi sete ei võimalda inimesel uuesti soole saada, luues kontakti sette enda ja hajutatud keskkonna vahel. Kõik suspensioonid on lüofoobsed. Sellistes lahustes nimetatakse neid kolloidseteks osakesteks, mis on seotud metallide ja soolade derivaatidega, mis on purustatud või kondenseerunud.
Tootmismeetod ei erine kahest viisist, kuidas hajutatud süsteeme alati luuakse:
- Saada dispersiooni teel (suurte kehade lihvimine).
- Ioonsete ja molekulaarselt lahustunud ainete kondensatsioonimeetod.
Mitsellaarsete kolloidide määramine
Mitsellaarseid kolloide nimetatakse ka poolkolloidideks. Osakesed, millest need tekivad, võivad tekkida siis, kui amfifiilset tüüpi molekulid on piisav alt kontsentreeritud. Sellised molekulid võivad moodustada ainult väikese molekulmassiga aineid, seostades need molekuli agregaadiks – mitselliks.
Amfifiilsed molekulid on struktuurid, mis koosnevad süsivesinikradikaalist, mille parameetrid ja omadused on sarnased mittepolaarsele lahustile ja hüdrofiilsest rühmast, misnimetatakse ka polaarseks.
Mitsellid on korrapäraselt paiknevate molekulide spetsiifilised aglomeraadid, mida hoitakse koos valdav alt hajutavate jõudude kasutamise kaudu. Mitsellid tekivad näiteks detergentide vesilahustes.
Molekulaarsete kolloidide määramine
Molekulaarsed kolloidid on nii loodusliku kui ka sünteetilise päritoluga kõrgmolekulaarsed ühendid. Molekulmass võib ulatuda 10 000 kuni mitme miljonini. Selliste ainete molekulaarsed fragmendid on kolloidosakese suurused. Molekule endid nimetatakse makromolekulideks.
Makromolekulaarset tüüpi ühendeid, mida tuleb lahjendada, nimetatakse tõelisteks, homogeenseteks. Äärmusliku lahjenduse korral hakkavad need järgima lahjendatud preparaatide üldisi seadusi.
Molekulaarset tüüpi kolloidlahuste hankimine on üsna lihtne ülesanne. Piisab, kui kuivaine ja vastav lahusti kokku puutuvad.
Makromolekulide mittepolaarne vorm võib lahustuda süsivesinikes, samas kui polaarne vorm võib lahustuda polaarsetes lahustites. Viimase näiteks on erinevate valkude lahustumine vee ja soola lahuses.
Pöörduvateks nimetatakse neid aineid seetõttu, et nende aurustamine koos uute kuivade jääkide osade lisamisega põhjustab molekulaarsete kolloidsete osakeste muutumist lahuse kujul. Nende lahustumisprotsess peab läbima etapi, milles see paisub. See on iseloomulik tunnus, mis eristab molekulaarseid kolloide, edasiteiste eespool käsitletud süsteemide taustal.
Pundumise käigus tungivad lahustit moodustavad molekulid polümeeri tahkesse paksusesse ja suruvad seeläbi makromolekulid lahku. Viimased hakkavad oma suure suuruse tõttu aeglaselt lahustesse hajuma. Väliselt võib seda täheldada polümeeride mahuväärtuse suurenemisega.
Miselle seade
Kolloidsüsteemi mitselle ja nende struktuuri on lihtsam uurida, kui arvestada moodustumise protsessi. Võtame näiteks AgI osakese. Sel juhul moodustuvad kolloidset tüüpi osakesed järgmise reaktsiooni käigus:
AgNO3+KI à AgI↓+KNO3
Hõbejodiidi (AgI) molekulid moodustavad praktiliselt lahustumatud osakesed, mille sees hõbekatioonide ja joodianioonide abil moodustub kristallvõre.
Saadud osakestel on algselt amorfne struktuur, kuid siis järk-järgult kristalliseerudes omandavad nad püsiva välimuse struktuuri.
Kui võtta AgNO3 ja KI nende vastavates ekvivalentides, siis kristalsed osakesed kasvavad ja saavutavad märkimisväärse suuruse, ületades isegi kolloidosakese enda suuruse ja seejärel kiiresti sade.
Kui võtate mõnda ainet üle, saate sellest kunstlikult valmistada stabilisaatori, mis annab teavet hõbejodiidi kolloidosakeste stabiilsuse kohta. Ülemäärase AgNO3 korrallahus sisaldab rohkem positiivseid hõbeioone ja NO3-. Oluline on teada, et AgI kristallvõre moodustumise protsess järgib Panet-Fajansi reeglit. Seetõttu on see võimeline toimima ainult selle aine moodustavate ioonide juuresolekul, mida selles lahuses esindavad hõbekatioonid (Ag+).
Positiivsed Argentumi ioonid valmivad jätkuv alt tuuma kristallvõre moodustumise tasemel, mis on kindl alt mitsellstruktuuriga kaasatud ja edastab elektripotentsiaali. Just sel põhjusel nimetatakse ioone, mida kasutatakse tuumavõre ehitamise lõpuleviimiseks, potentsiaali määravateks ioonideks. Kolloidosakese – mitsellide – moodustumisel on ka teisi tunnuseid, mis määravad protsessi ühe või teise käigu. Siiski käsitleti siin kõike näite abil koos kõige olulisemate elementide mainimisega.
Mõned mõisted
Mõiste kolloidosake on tihed alt seotud adsorptsioonikihiga, mis tekib vastasioonide koguhulga adsorptsiooni käigus samaaegselt potentsiaali määravat tüüpi ioonidega.
Graanul on struktuur, mille moodustavad südamik ja adsorptsioonikiht. Selle elektripotentsiaal on sama märgiga kui E-potentsiaal, kuid selle väärtus on väiksem ja sõltub adsorptsioonikihi vastasioonide algväärtusest.
Kolloidosakeste koagulatsioon on protsess, mida nimetatakse koagulatsiooniks. Hajutatud süsteemides põhjustab see väikeste osakeste moodustumistsuuremad. Protsessi iseloomustab ühtekuuluvus väikeste struktuurikomponentide vahel, moodustades koagulatiivseid struktuure.
