Koloidna otopina: metode pripreme i primjene

Mnogi ljudi koji se ne bave kemijom, slušajući frazu "koloidna rješenja", predstavljaju nešto poput gela, viskozne smjese. Činjenica je da je u početku ovo ime nastalo od grčke riječi, koja je prevedena kao "ljepljiva". Kada balansni sustav nije uravnotežen, solovi se talože, nalik na žele.

U pravilu, koloidne otopine su apsolutno prozirna tekućina. Ovisno o sastavu, može biti bezbojan ili obojen. Na prvi pogled, solovi se ne razlikuju od istinskih rješenja. Proučavanje ove vrste tvari bavi se cijelim dijelom - koloidnom kemijom.

Opće karakteristike

Svaka otopina je jednofazni sustav koji sadrži dvije ili više komponenti. Nasuprot tome, suspenzija ili emulzija je manje stabilna. U tekućim otopinama tijekom skladištenja može se taložiti, ako se, na primjer, stavljaju u nepropusno zatvorenu posudu i dolazi do isparavanja tekućine. U drugim slučajevima, to je inertan sustav u kojem komponente ne reagiraju jedna s drugom, te stoga može ostati nepromijenjen dugo vremena.

Svojstva koloidnih otopina

Molekule tvari ravnomjerno su raspoređene po otapalu, ali stalno stvaraju Brownovsko (oscilatorno) gibanje. Kao rezultat toga dolazi do potpunog miješanja komponenti sustava. Svojstva koloidnih otopina u ovom procesu su malo drugačija. Čestice takvog sustava nazivaju se micele. Oni sporo difundiraju iz jednog sloja tekućine u drugi (100 puta). Razlog niske brzine je veći volumen micela u usporedbi s molekulama pravih otopina.

Ovisno o veličini čestica, njihovim količinama, koloidne otopine se razlikuju po viskoznosti. Često postoje sustavi koji ulaze u stanje gela s padom temperature. Prisutnost prevelikih micela i prekoračenje granice topljivosti dovodi do zamućenja.

Koloidne čestice, za razliku od molekula, imaju veće veličine i stoga mogu raspršiti svjetlost. Dakle, moguće je razlikovati ta rješenja od istinitih. Pri prolasku kroz takav sustav vidljiv je snop svjetlosti.

Struktura Micelle

Priprema koloidnih otopina temelji se na formiranju micela, koje moraju ostati kako bi se očuvala svojstva sustava u stabilnom stanju. Čestica ima složenu strukturu, sastoji se od jezgre, koju čini blago topljiva tvar. Oko njega se raspoređuje sloj potencijalno određenih iona. Obično su isti kao u slabo topljivoj tvari koja se nalazi u središtu micele (Paneth - Faience pravilo). Takvi ioni određuju naboje jezgre.

Na primjer, u interakciji kalijevog jodida i srebrov nitrat formiraju se micele. Jezgra takvih čestica je srebrni jodid (AgI). Ako druga komponenta prevladava, tada ioni koji određuju potencijal će biti Ag ⁺ , ako je prvi I ^- . Sljedeći sloj je protuion tvari koja je uzeta u višku. Oni tvore dvije zone. Prvi se nalazi blizu površine jezgre, dio je adsorbiranog sloja. Drugi je dio difuzijskog sloja, sastoji se od iona koji se slobodno kreću u blizini površine.

Koloidna čestica je nukleus s adsorbiranim slojem koji uključuje ione koji određuju potencijal i protu-ione. Ova formacija ima naplatu. Mikele uključuju koloidnu česticu i difuzijski sloj protu-iona i neutralan je.

Kako nastaje micela

Sve metode dobivanja koloidnih otopina temelje se na interakciji slabo topljivih spojeva s elektrolitom. Na primjer, AgN03 (srebreni nitrat) s KI (kalijev jodid). Kao rezultat reakcije dobiveni su AgI i KNO3 (kalijev nitrat). Struktura micela može se shematski prikazati. Postoje dvije mogućnosti za formiranje koloidnih čestica gore navedenih spojeva:

1. Sa suviškom AgNO3 - {n (AgI) mAg ⁺ (mx) NO ₃ ¯} xNO ₃ ¯.
2. S suviškom KI- {n (AgI) ml (mx) K ⁺ } xK ⁺ .

Najprije se ukazuje na jezgru, zatim na potencijalno odredive ione i protuione adsorbiranog i difuzijskog sloja. Elektrokinetički potencijal, koji određuje naboj koloidne čestice, označen je slovom "x". Nastaje zbog razlike u površinskoj energiji jezgre čestice s ionima koji određuju potencijal.

stabilnost

Koloidne otopine mogu dugo ostati nepromijenjene. Stabilnost takvih sustava posljedica je istoimenog micelnog naboja koji dovodi do međusobnog odbijanja. Međutim, s prevelikim veličinama i visokom koncentracijom, čestice se mogu sudariti i spojiti. Stabilnost koloidnih otopina je relativni pojam. Mogu se dovoljno dugo čuvati nepromijenjeni.

Koagulacija koloidnih otopina je proces lijepljenja micela međusobno. Uz stabilno stanje sustava, ovaj fenomen se odvija polako, što mu omogućava da dugo traje (do 100 godina) u jednofaznom stanju. Ovaj fenomen naziva se agregativna nestabilnost.

Brzina zgrušavanja

Brzina agregacije čestica i, kao rezultat, razdvajanje faza ovisi o mnogim faktorima, uključujući veličinu i koncentraciju micela, temperaturu skladištenja. Ubrzanje procesa koagulacije rezultat je dodavanja elektrolita. Ovaj fenomen je uočen u hidrofilnim sustavima. Poznati su načini usporavanja procesa agregacije čestica. Na primjer, miješanje lipofilnog koloida s hidrofilnim. Na gubitak stabilnosti sola može utjecati zagrijavanje ili hlađenje, mehaničko naprezanje.

Koagulacija koloidnih otopina pomoću elektrolita

Postoje određeni obrasci utjecaja elektrolita na koloidnu otopinu. Dakle, za početak procesa potrebna vam je određena koncentracija potonjeg, a ne ispod određene razine - prag koagulacije. Elektrolit je tvar koja je sposobna za provođenje električna struja kao rezultat disocijacije u otopini ili taljenja u ione. Na stanje koloidne otopine utječe ion, čija je naboja suprotna od one u miceli. Radnja je pojačana stupnjem naboja (pravilo Schulze-Gardy).

Drugi čimbenik koji određuje stupanj utjecaja iona je njihova hidrabilnost. Čestice s istim nabojem imaju različitu razinu djelovanja na proces koagulacije. U odvajanju koloidne otopine, koagulacijski ioni su prisutni u sedimentu. Kada se dodaje mješavina elektrolita, njezine komponente mogu oslabiti međusobno djelovanje (antagonizam) ili, obrnuto, pojačati (sinergizam). Rijetko se uočava neovisno (aditivno) djelovanje.

Načini za dobivanje

Postupci za dobivanje koloidnih otopina smanjeni su na dva. Jedna mogućnost je disperzija (mljevenje) velikih čestica u veličinama koje odgovaraju koloidnom. Takav postupak može se provesti, na primjer, uporabom ultrazvučnih uređaja (mehaničko brušenje). Mnoštvo disperznih metoda je stvaranje koloidnih čestica kao rezultat dodavanja elektrolita, koji se adsorbiraju na površini koloidnih jezgri i prenose čestice u otopljeno stanje.

Suprotno disperzijskoj metodi je metoda kondenzacije koja se sastoji od agregiranja malih čestica u veće. Ova pojava se događa, na primjer, pri zamjeni otapala. Kako se taj učinak može postići? Postoji naglo smanjenje topljivosti zbog promjena u okolišu. Nadalje, tvar tvori koloidnu česticu. U njegovu formaciju sudjeluju molekule otapala s kojima se bolje miješa. Ovaj učinak, na primjer, postiže se postepenim dodavanjem kolofonija otopljenog u etanolu u vodu.

Različite reakcije kondenzacije, uključujući gore opisane, također se primjenjuju na metode agregacije. Drugi primjeri mogu biti hidroliza soli metali, posebice feri klorid (FeCl3), reakcija neutralizacije koja je rezultat interakcije barijevog hidroksida (Ba (OH) ₂ ) sa sumpornom kiselinom (H2S04).

otapanje

Vrijednost koloidnih otopina u ljudskom životu je velika zbog sposobnosti površinski aktivnih tvari da povećaju otapanje hidrofobnih spojeva u vodi. Ovaj fenomen naziva se "solubilizacija". U svojoj srži, ovaj proces predstavlja otapanje spojeva u micelama. Zbog ove pojave prašci mogu ukloniti kontaminaciju iz tkanina, što rezultira stabilnim emulzijama ugljikovodika i bojila u vodi.

Solubilizacija se može odvijati na različite načine. Dakle, nepolarni ugljikovodici prodiru u jezgru micela, dok su spojevi s hidrofilnim i hidrofobnim dijelovima (amini, alkoholi) ugrađeni tako da je prvi izvan, a drugi ide duboko u koloidnu česticu. Tu je i fenomen obrnute solubilizacije, koji se sastoji u otapanju vode u uljima. U slučaju neionskih površinski aktivnih tvari, identificirana je druga metoda povećanja topljivosti hidrofobnih spojeva - vezanje na površinu micele kroz kemijske veze (posebno vodik).

Sveprisutna distribucija

Koloidna otopina je uvijek prisutna unutar i oko osobe. To su krv, limfa, ljepila i boje koje se često koriste u raznim građevinskim i završnim radovima. Gelovi se dobivaju iz koloidnih otopina kao rezultat koagulacije i taloženja. To uključuje, na primjer, žele, marmeladu, agar-agar, želatinu, karagenane. Potonje se koristi za poboljšanje strukture proizvoda, posebice paste. Svugdje u ljudskom tijelu nalaze se koloidne otopine obogaćene proteinima.

Upotreba u medicini

U medicini se svugdje koriste koloidne otopine. Evo nekoliko primjera njihove uporabe. Koloidno srebro, koje je mala metalna čestica raspršena u vodi, koristi se u liječenju opeklina, čir na želucu i duodenum, za ispiranje sluznice nosa kako bi se spriječilo širenje virusnih infekcija.

Farmaceutska industrija nudi veliki izbor koloidnih otopina za različite namjene. Među njima su univerzalni lijekovi koji se mogu koristiti kao zacjeljivanje rana za opekotine, hemoroide; protuupalno - s prehladom, upaljenim grlom, sinusitisom; analgetici - za ublažavanje zubobolje i ne samo za to. To uključuje kolonijsku otopinu Millenium. Gel sadrži aloe, protein pšenice, ginseng, vitamin E i druge korisne dodatke. Mnogi lijekovi za vanjsku uporabu su zapravo koloidna otopina. Za zglobove, na primjer, koristi se Artro Complex, koji sadrži takvu korisnu komponentu kao što je hrskavica morskog psa.

Primjena u životu i industriji

Koloidna otopina čini osnovu za pranje i čišćenje površinski aktivnih tvari. Kontaminanti prodiru u micele i tako se uklanjaju s površine.

Drugi važan aspekt upotrebe površinski aktivnih tvari koje tvore micele je proizvodnja polimera, osobito lateksa, polivinil alkohola i ljepila biljnog podrijetla. Razne plastike, kožni nadomjesci temelje se na emulziji. Površinski aktivne tvari također se koriste za čišćenje otpadne vode i pitke vode.

Prednosti kozmetike na bazi koloidnih otopina je prodiranje aktivnih tvari kroz strukturu ljudske kože i kose. Takva sredstva se učinkovito koriste protiv starenja. To se posebno odnosi na Millennium Neo gel. Koloidna otopina pomaže komponentama koje se u njoj nalaze da dosegnu dublje slojeve kože, zaobilazeći epidermu.