Koloidni sustavi: vrste, svojstva i vrijednost

Kada je riječ o agregatnom stanju tvari, uobičajeno je razlikovati četiri glavna tipa:

• plazma;
• krutinu;
• tekućina;
• plin.

Međutim, većina bioloških medija, tekućina i prirodnih pojava je mješavina nekoliko varijanti. Značajan dio svih rješenja ima posebna svojstva. Razlikuju se i po vanjskim obilježjima i po unutarnjoj strukturi. Nazovite ih ovako: koloidni sustavi. To je kumulativna mješavina supstanci različite prirode koje se nalaze u različitim agregatnim stanjima. Da biste bolje razumjeli ovaj problem, trebali biste razmotriti sva svojstva i karakteristike takvih rješenja, što ćemo učiniti tijekom ovog članka.

Koloidno-disperzni sustav: karakterističan

Govoreći na jednostavnom svakodnevnom jeziku, ovaj sustav je nešto između prave otopine, koja je 100% homogena srednja i gruba suspenzija, u kojoj je linija razdvajanja faza jasno vidljiva.

Općenito, koloidni sustavi dio su raspršenih sustava, jedne od njihovih sorti. Stoga ne čudi da su njihova svojstva na mnogo načina slična. Da bismo bolje zamislili što je opisano stanje tvari, dajemo neke primjere iz života.

1. Gelovi i gel gelovi. Na primjer, one koje se koriste za oblikovanje kose. Također ovdje se može pripisati gel i želatinozne kreme, uključujući i slastice. Otopina agar-agar, natečeni škrob, otopina pilećih proteina su svi koloidni sustavi. Kemija, koja se bavi proučavanjem takvih struktura, naziva se fizičko-koloidna ili fizička.
2. Sola. Drugim riječima, to su uništeni gelovi. Oni su ti koji stoje na granici grubih sustava i istinskih rješenja. Primjeri ovog stanja: magla, dim ili prašina u zraku.

Također možete dati nekoliko poznatih spojeva koji se smatraju koloidima:

• prašine;
• sprej;
• emulzija;
• suspenzija;
• maglu i drugo.

Za svaki navedeni primjer možete unijeti svoja specifična svojstva. Međutim, postoje i oni koji su im zajednički.

Klasifikacija koloidnih sustava

Budući da je raznolikost razmatranih spojeva velika, prirodno je da postoji njihova klasifikacija. Temelji se na znakovima strukture - strukture, veličini raspršene faze u odnosu na okoliš i drugima. Ako su svi koloidni sustavi podijeljeni u tipove prema prirodi čestica unutar njih, tada se mogu razlikovati glavni:

• tekućina u plinu - magla, na primjer;
• krute čestice u plinskom okruženju - dim, prašina;
• tekućina u tekućini - različite emulzije;
• čvrste čestice u tekućoj suspenziji;
• tekućina u čvrstoj emulziji;
• krute čestice u krutom mediju - krute soli.

Postoji i druga značajka koja čini osnovu za razdvajanje razmatranih sustava. To je međusobno djelovanje čestica faze i medija. Klasifikacija koloidnih sustava u ovom slučaju ima sljedeći oblik.

1. Freeze. Uključite one sustave u kojima dolazi do interakcije i čak otapanja čestica faze u mediju.
2. Lyophobic. Ne postoji interakcija između medija i faze, niti njihova međusobna razgradnja.

Ako govorimo o takvoj okolini kao što je voda, tada se te iste skupine mogu nazvati hidrofilne i hidrofobne.

Druga mogućnost za podjelu razmatranih sustava je sljedeća:

1. Slobodno raspršena. To su one u kojima su čestice u stalnom pokretu, međusobno djeluju jedna s drugom i ne tvore specifičnu strukturu, tj. One su u nekoj vrsti kaosa. Primjeri: fine suspenzije, emulzije, liozoli, aerosoli.
2. Bonded-disperzirani su koloidni sustavi u kojima je unutarnja struktura dobro uređena i predstavlja neku vrstu molekularnog okvira iz medija napunjenog unutar faze. Primjeri uključuju gelove, paste, praške, guste emulzije i suspenzije.

Moguće je spontano prelaženje sola u gel, koji se naziva geliranje. Međutim, često se primjećuje obrnuti proces.

Liofobni sustavi: sol

To je takav koloidni sustav, čije su faze međusobno jasno međusobno odvojene. Međutim, teško je vidjeti, jer veličina raspršenih čestica nije veća od 100 nm. Zbog toga su solovi međuproizvod između stvarnih otopina i grubih disperziranih sastava.

Ovi sustavi imaju svoju klasifikaciju. Odvojeni su ovisno o vrsti disperzijskog medija. Postoji nekoliko glavnih opcija:

• hidrosol - vodeni medij;
• alkohol - alkohol;
• eterizoli - eterični;
• Organosoli su više generički pojam za organsku prirodu okoliša.

Upravo za liozole (medij - tekućina) karakterističan je takav koncept kao micela. Označavaju fazne čestice u sprezi s vanjskom kuglom - česticama (ionima) okoline. Za svaki sustav pepela, možete napisati svoj kemijski izraz, odražavajući njegov sastav u obliku micela.

Primjer: sol sa crvenim zlatom sa sastavom NaAuO ₂ + HCOH + Na ₂ CO ₃ → Au + HCOONa + H ₂ O ima micelu sljedećeg oblika: {[Au] _m · n AuO ₂ ^- · (nx) Na ⁺ } ^x– · xNa ⁺ .

Svojstva sola mogu se opisati s nekoliko točaka:

1. Postoji fazna granica koja ima jaku površinsku napetost.
2. Faza čestica i medij su u stalnom Brownovom gibanju.
3. Čestice su sposobne za agregaciju - spajanje i taloženje. To je zbog njihove stalne interakcije.

Ako govorimo o upotrebi sola u industriji, onda je ona prilično široka. Ako se prisjetimo da svi aerosoli, suspenzije i emulzije pripadaju njima, postaje jasno da takvi koloidni sustavi nisu potpuni bez:

• kemijska industrija;
• lijekovi;
• vojna djelatnost;
• prehrambena industrija i drugo.

Pod određenim uvjetima sol može početi strukturirati. To jest, za izgradnju unutarnjeg okvira raspršenih čestica, stanice u kojima će biti ispunjene srednje molekule. Još jedno ime za ono što se događa je koagulacija ili lepljenje. U ovom slučaju, govorimo o geliranju, jer će proizvod biti gel.

Liofilni sustavi

Ove strukture nastaju zbog bliske interakcije čestica medija i faze. To dovodi do činjenice da se one međusobno otapaju, stvaraju se nabubreni i gelirani slični spojevi. Unutra, oni predstavljaju trodimenzionalnu prostornu rešetku u kojoj su sve pore ispunjene česticama tekućeg ili krutog medija. Zbog te strukture svi zamrznuti gelovi imaju sljedeća svojstva:

• čvrstoća;
• sposobnost održavanja stalnog oblika;
• snaga;
• plastičnost;
• nonpourable.

Takvi molekularni koloidni sustavi su vrlo česti. Uostalom, po svojoj prirodi, to su i visoko-molekularne i niskomolekularne tvari koje su izložene promjenama svojstava. Evo nekih dobro poznatih opcija:

• ljepota gelovi za brijanje za kosu;
• lijekovi - za bol, modrice, rane i druge stvari;
• kućne kemikalije;
• adsorbensi u kemijskoj industriji.

Posebno svojstvo ovih tvari je sposobnost spontanog ireverzibilnog kolapsa pri sušenju. Zasigurno, mnogi su primijetili da je običan gel za kosu ostao otvoren, pa će za dva ili tri dana ostati samo mala suha masa, koja je neprikladna za uporabu.

To je zbog uništenja prostorne strukture i isparavanja vlage. Ponekad se vlaga posebno uklanja iz sastava gelova kako bi se dobio željeni proizvod. Ali to se radi kemijski, bez uništavanja cjelokupne strukture. Tako dobiti silika gelovi, alumogeli.

Posebna i opća svojstva koloida

Svojstva koloidnih sustava (ili koloida) su sljedeća:

1. Prepoznatljiv izgled, osobito kada su u pitanju gelovi, emulzije i suspenzije, aerosoli.
2. Poseban odnos prema svjetlosti koja prolazi kroz tvar: većina njih ne ometa ovo, a neki (transparentni) uglavnom raspršuju usmjerenu zraku.
3. Stalno kretanje čestica ne dopušta nastanak taloga u koloidnim sustavima.
4. Budući da se medij i faza mogu međusobno razlikovati, teško je izolirati zajedničke fizičke parametre. Moraju se odnositi na svaku određenu tvar.

Ako govorimo o posebnim svojstvima razmatranih stanja tvari, onda bismo trebali istaknuti Brownovo gibanje strukturne elemente i Tyndallov efekt, tj. disperzija svjetlosti.

Učinak Tyndalla

Ovaj fenomen uključen je u posebna optička svojstva koloidnih sustava. Njegova suština je sljedeća: snop svjetlosti koji prolazi kroz otopinu (ili aerosol) sustava je raspršen. Međutim, to nije sasvim normalno. Budući da je sposobnost reflektiranja ili apsorpcije svjetlosnih zraka svih čestica različita, indeks loma varira, ispada da možete promatrati konusno mjesto na tamnoj pozadini.

Ovaj se učinak koristi za određivanje kvalitete, količine i veličine čestica koje čine ovaj sustav. Po prvi put tehnika je razvijena i stavljena u uporabu od strane Johna Tyndalla, za što je i dobila takvo ime.

Vrlo jednostavno i povoljno iskustvo kod kuće osigurat će da je ovaj učinak dostupan. Potrebno je pripremiti otopinu piletine u vodi. Rezultat će biti tipičan liofilni koloidni sustav. Prođite lasersku zraku kroz nju i osigurajte tamnu pozadinu iza posude. Dakle, Tyndalov konus će se vidjeti vrlo jasno, a svjetlost unutar otopine će se raspršiti.

Brownovo gibanje čestica

Ovo je još jedna posebnost sustava koji se razmatraju. Sastoji se od stalnog kretanja čestica faze u mediju otopine, i plinovitog i tekućeg. Molekule, atomi, ioni su u kontinuiranoj kaotičnoj cirkulaciji. To omogućuje da koloid postoji nepromijenjen. Osim toga, zbog istovjetnih naboja, ne dolazi do lijepljenja između njih. To omogućuje da sustav bude prilično stabilan.

Ovaj fenomen je karakterističan samo za one čestice čija veličina ne prelazi 3 mikrona. Inače se otopina taloži.

Metode formiranja koloida

Metode za dobivanje koloidnih sustava vrlo su raznolike, budući da sustavi nisu isti. Postoji nekoliko najčešće korištenih tehnika.

1. Kondenzacija.
2. Raspršivanje.
3. Peptization.

Sve ove metode koloidnih sustava imaju široku industrijsku vrijednost pri radu s njima, kada se dobiju i proučavaju svojstva. Razmotrite detaljnije svaku od njih.

Kondenzacija je metoda koja se temelji na sposobnosti molekula i iona da se međusobno povezuju, da se drže zajedno, tvoreći veće čestice. Tako se stvara novi sustav, najčešće sa svojstvima koloida. To se može učiniti na dva načina:

• zamjenom otapala (tj. medija);
• kemijska kondenzacija, tj. niz uzastopnih interakcija koje dovode do povećanja čestica.

U stvari, u drugom slučaju, to su koloidi u kojima se čvrste čestice drže Brownovim gibanjem u suspenziji.

Naprotiv, disperzija se sastoji u mljevenju fazne komponente smjese u stanje kada otopina postane koloid. Učinite to na nekoliko načina:

• mehaničko drobljenje;
• Elektrolučno prskanje;
• brušenje ultrazvukom i tako dalje.

Peptizatsiya - kemijsko cijepanje spojenih koaguliranih čestica u manje strukture. Na taj način se pripremaju rješenja u industriji. Istovremeno sudjeluju i specifični agensi - peptizatori.

Uvjeti stabilnog stanja

Stabilnost koloidnih sustava zahtijeva određene uvjete. Uostalom, već smo rekli da s vremenom mogu propasti, ponekad nepovratno. To se posebno odnosi na liofobne sustave - sole. Stoga postoje metode za očuvanje i povećanje stabilnosti koloida:

1. Dodavanje posebnih antikoagulansa - stabilizatora.
2. Uvođenje trajnih i privremenih elektrolita za promjenu vrijednosti elektrodnog potencijala sudionika sustava.

Preostale metode su usko specifične za svaki pojedini koloid, kada se uzimaju u obzir sva svojstva otopine.

Raspodjela i važnost koloidnih sustava

Koloide možete susresti iu kemijskom laboratoriju iu prirodi. Poznato je da gotovo sve unutarnje biološke živa tvar su upravo takvi disperzirani sustavi. Na primjer:

• citoplazma;
• stroma;
• koštane srži i drugo.

Među građevinskim materijalima nalazi se mnogo koloidnih sustava koji imaju dobre tehničke karakteristike. To su beton, legure metala, spojevi koji sadrže gline, pjene, aerosoli i tako dalje.

Farmaceutski proizvodi su općenito nemogući bez koloida. Sve paste, masti, gelovi, suspenzije i emulzije su lijekovi koji su sustavi koje razmatramo. Stoga je teško precijeniti vrijednost i raspodjelu koloida, oni su jedan od najčešćih i najčešće korištenih vrsta agregatnog stanja tvari.