Olvass el egy ingyenes könyvet Kolloidkémiai
(Page 1 20)
1. Eredet és fontosabb fejlődési szakaszban kolloidkémia. Tárgy és tárgya kolloidkémia kutatási
A megjelenése a tudomány kolloidkémia kapcsolódó tanulmányok az angol kémikus Thomas Graham. Miután úttörő vizsgálatok Faraday M. (1857), amikor először elő stabil kolloid oldatok finom eloszlású arany 1861 g. Graham tanulmányozta a diffúziós különböző anyagok vizes oldatokban, és megállapította, hogy néhány közülük (zselatin, agar-agar, és így tovább. f.) vízben diffúz sokkal lassabban, mint, például sók és savak. Továbbá, ezek az anyagok, amikor a túltelített oldat nem kristályosodik, és képződött kocsonya, ragacsos massza. Ezek az anyagok T. Graham nevű kolloidok (a görög kola -. «Glue», Eidos - «view"). Így jött a tudomány nevében - „Kolloid Chemistry”. T. Graham előadott a hipotézist, hogy létezik a természetben két ellentétes osztályokba tartozó vegyszerek - sóoldat és kolloid. Ez a gondolat az érdekelt tudósok, és a második felében a XIX. gyors fejlődése kolloidkémia. Oroszországban idején kolloidkémia azt is kapott sok figyelmet, nagyrészt hatása alatt Mengyelejev. A hőmérséklet függése a felületi feszültség szerves folyadékok (1861) vezetett a felfedezés Mendeleev fogalmak anyagok kritikus hőmérséklet. Mengyelejev is javasolta, a kapcsolat a felületi feszültség és más tulajdonságai az anyag. Ezekben az években sok anyag már kinyitott kolloid tulajdonságai, kifejlesztett különféle tisztítási eljárások és stabilizáció kolloidok bevált módszerek felhasználásával a tanulmány. Szerint a helyére T. Graham sejtés az első felében a XX század a felfedezés új kolloidok. koncepció jött sokoldalúság kolloid (diszpergált) állam: „a kolloid állapot nem okozott összetételi jellemzők anyag. Bizonyos körülmények között, minden egyes anyag lehet egy kolloid állapotban van. " Ezt a koncepciót fogalmazott a professzor a St. Petersburg Bányászati Intézet P. Weimar 1906-1910 gg. Azt mutatta, hogy a tipikus kolloidot (például zselatin) lehet kristályos formában izoláljuk, és fordítva, krisztalloid anyagok állíthatók elő kolloid oldat (például nátrium-klorid, benzol). Volt egy elmozdulás a prioritások kolloidkémia. A fő hangsúly a tanulmány a részecske (kolloid) halmazállapot. Mintegy 1920. alapvető problémák kolloidkémia feltételesen három csoportba sorolhatók: összetétele, szerkezete és tulajdonságai kolloid részecskék; reagáltatjuk részecskék a diszperziós közegben; kapcsolatba kölcsönhatása a részecskék egymással, képződéséhez vezető kolloid szerkezetek. Ebben az időszakban, kiderült alaptörvényei kolloidkémia - a törvény Brown-mozgás és a diffúzió kolloid részecskék (Einstein). heterogén természete kolloid oldatokat (R. Zsigmondy). ülepedési-diffúziós egyensúly diszperziók a gravitációs mezőben (J. Perrin) és egy centrifugában (T. Svedberg). fényszórás (J. Rayleigh). Véralvadási szolok elektrolitok (G. ShultseiV. Hardy).
A megjelenése a második felében a XX század. nagy felbontású szerkezeti vizsgálata anyagok módszerek (NMR, elektron és atommikroszkópia, számítógépes szimuláció, foton korrelációs spektroszkópia, stb) átmehet, hogy a szisztematikus tanulmányozása szerkezete és tulajdonságai A kolloid rendszerek. A modern tudomány definíciója szerint, kolloidkémia - a tanulmány tulajdonságainak és átalakulásait ügyet egy szétszórt és ultrafinom állam és a felszíni jelenségek diszperz rendszerek. Tárgyak kolloidkémiában vizsgálatok nagy a felületi terület és képviseli a különböző szolok, szuszpenziók, emulziók, habok, felületi filmek, membránok és a porózus test, nanostrukturált rendszerek (nanocsövek, Langmuir-Blodgett filmek, hibrid szerves-szervetlen kompozit anyagok, nanokompozitok).
2. A főbb jellemzői a diszperz rendszereket. Jellemzők ultramicroheterogeneous állapot (nanostate)
Disperse Systems, amely két vagy több fázis egy nagy felületű közöttük, ahol legalább az egyik a fázisok - a nemfolytonos fázisban - oszlik, mint a kis részecskék (kristályok, cseppek, buborékok, stb ...) A másik, a folytonos fázist - diszpergáló környezetet. Ilyenek például a kövek, talaj, föld, füst, felhők, csapadék, növényi és állati szövetekben, és mások. A legfontosabb jellemzője a diszperz rendszerek heterogén. A jellemző diszperz rendszerek - jól kidolgozott felület, és ennek következtében magas szabad energia, így általában szétszórt rendszerek (kivéve a lipofil) termodinamikailag instabilak. Ezek nagy adszorpciós kapacitással, kémiai, és néha a biológiai aktivitást. Mert diszperz rendszerek növekedése jellemezte a felület növelésével diszperziós és a megnövekedett szerepét a felszíni jelenségek. Diszperziós rendszerek jellemzője igen nagy fajlagos felületű W a diszpergált fázis.
ahol K - dimenziómentes együttható (gömb alakú és a köbös részecskék K = 6); R - a sűrűsége a diszpergált fázis.
További fontos termodinamikai paraméterek jellemzik a kolloid rendszerek, ez a speciális szabad felületi energiát. (Felületi feszültség), a felület entrópia H és a specifikus adszorpciója G. egy fontos tulajdonsága a diszperz rendszerek abban a tényben rejlik, hogy jelentős aránya a teljes tömeg és a szabad energia a rendszer koncentrálódik a határfelületi rétegben. Ezzel a funkcióval kapcsolatos tulajdonságok - reprodukáihatatianságát (vagy azonos) a rendszer miatt az egyenetlen felület a diszpergált fázis részecskéinek, amelyeknek különböző felületi energiával, még azonos felületű; struktúra kialakulását. társul a tendencia, hogy a termodinamikai instabilitást. A alapvető tulajdonsága diszperz rendszerek is képesek fokozatos fejlődése, amely kapcsolatban van a természettel diszpergált állapotban az anyag, főleg a termodinamikai egyensúly. A felesleges szabad energia jelenléte által okozott magasan közötti interfész a diszpergált fázis és a diszperziós közeg, serkentik az áramlás a különböző folyamatok (fizikai, fizikai-kémiai), csökkenéséhez vezet a Helmholtz szabad energia F. Az ilyen tulajdonság például a labilitás. Ez az eredmény a termodinamikai instabilitás és a tendencia, hogy csökken a szabad energia képződése kevésbé diszperz szerkezetek. A fő jellemzője diszperz rendszerek - szemcseméret (vagy diszpergálhatóságának), amelyek az aránya a teljes terület határfelületi felületi területe a térfogathoz a diszpergált fázis. Ennek alapján izolált durva (alacsony-diszperzió) (a részecskék mérete 10 -4 cm felett), és a finom részecskék (szuperfinom) (a részecskék mérete 10 -4 és 10 -5 -10 -7 cm), vagy a kolloid rendszerek (kolloidok) . Korlátozása diszperziós fok, amelyben a kolloid rendszer megtartja fontos tulajdonság - heterogenitás tartományban 1 és 100 nm. Ultrafinom részecskék foglalnak közötti közbenső helyzetben molekulák (atomok, ionok) és makroszkopikus testek (fázisok). A részecskeméret a diszpergált fázis d közel van a lehető legnagyobb, az erősebb hatással lesz a méretarány hatása - a függőség a tulajdonságai a részecskeméret. Ha rendszerek átlagos diszperziós foka a felületi feszültsége s határozza csak a kémiai összetétel, a nanorendszerekben már figyelembe kell venni függését a felületi feszültség a szemcsés méretben.
3. Különböző típusú osztályozási rendszerek szétszórt. Liofil és liofil diszperziók
Disperse Systems heterogének, és két szakaszból áll, amelyek közül az egyik (a nemfolytonos fázis) a részecskék formájában különböző méretű diszpergált a másik fázis - szilárd diszperziós közegben. Disperse Systems sorolják elsősorban a részecskemérete a diszpergált fázis (vagy finomság). Továbbá, ezek csoportokba osztottuk, amelyek eltérő jellege és aggregációs állapotától a diszpergált fázis és a diszperziós közeg (lehet szilárd, folyékony vagy gáz halmazállapotú), a szerkezet és a természet a határfelületi kölcsönhatások. Ha a diszperziós közeg folyadék, és a diszperz fázis - szilárd részecskék szuszpenzióban rendszert nevezzük, vagy szuszpenzió; ha a diszpergált fázis folyékony cseppek, a rendszer az úgynevezett egy emulzió. Közül diszperz rendszerek is szekretálnak hab (gáz diszpergáljuk folyékony), spray-k (folyékony - gáz) és a porózus test (szilárd fázisú, amelyben a diszpergált gáz vagy folyadék). Rövidítse típusú diszperziót függően halmazállapotát van rögzítve, mint egy frakciót, ahol a diszperz fázis a számlálóban, és a diszpergáló közegben - a nevezőben (például, T / T (szilárd kolloidok - ásványi ötvözetek), a T / G (szolok - felfüggesztés ) T / T (aeroszolok - por, füst); M / T (porózus test - gélek), F / F (emulzió), az L / G (aeroszolok - ködök) T / T (porózus és kapilláris rendszer), T / F (hab - gáz emulzió)). Rendszer Y / Y általában nem jelennek meg a besorolás vagy szükséges feltétele a kialakulását a diszperzió - .. Limited az anyag oldhatóságát a környezetben.
Szerint a diszperziós fok általában megkülönböztetik a következő osztályokba diszperz rendszereket.
A szuszpendált rendszer - egy olyan rendszer a diszpergált fázis részecskemérete nagyobb, mint 10 -3 cm.
Microheterogeneous rendszer - részecskeméret-tartomány a 10 -5 10 -3 cm.
Ultramicroheterogeneous rendszer - részecskeméret-tartomány a 10 -7 10 -5 cm; ők is nevezik finoman. vagy kolloid. rendszereket. Kolloid rendszerek jellemzője heterogenitás, azaz. E. A jelenléte határfelületi felületek és egy nagyon nagy érték a fajlagos felülete a diszpergált fázis. Erősen diszperz rendszerek általában nevezik szolok. Néha izoláljuk molekuláris diszperziót (ion-diszpergált) rendszerek, amelyek szigorúan véve, a valódi oldatokat, azaz. E. homogén rendszer, mert nincsenek ilyen csatlakozó felületeik ott. Szerint a szerkezet az összes diszperziók vannak osztva svobodnodispersnye. amelyben a diszperz fázis részecskéi nincsenek összekötve (szuszpenziók, emulziók, szolok) és svyazanodispersnye. amelyben az egyik fázis szerkezetileg kapcsolódik (gélek, habok). Diszperz rendszerek vannak osztva két csoportra különböző jellegű határfelületi kölcsönhatásokat a szemcsék között a diszpergált fázis és a diszperziós közeg. Attól függően, hogy ez az, akkor lehet liofil vagy lipofil. Jellemzőjük a gyenge intermolekuláris kölcsönhatása a diszpergált fázisú anyag a közeggel, és a második - erős. Ez a kölcsönhatás kialakulásához vezet a szolvát (abban az esetben a víz - hidrát) héjak molekuláris diszperziós közeg részecskék körül, a folyamatot nevezik szolvatáció (hidratáció). A liofil kolloidok közé tartoznak olyan rendszerek, amelyekben a diszpergált fázis részecskéihez kölcsönhatásba gyengén diszperziós közegben; Ezek a rendszerek csak akkor érhető el a energiafelhasználással, és stabilak csak stabilizátorok jelenlétében. Liofil és liofil diszperz rendszerek is különböznek, szerkezetét alkotó részecskék a diszpergált fázis. A liofil kolloidok egység szerkezete egy komplex többkomponensű szerelvény változó összetételű - micella-oldatok liofil - makromolekula.
4. diszperzió. A fajlagos felülete diszpergált rendszerek, mérési módszerek
A fő jellemzője diszperziók - részecskeméret, vagy diszperzió. Diszperz rendszerek vannak osztva durva (alacsony diszperzió) és finom (erősen diszpergált) vagy kolloid rendszerek (kolloidok). Azokban a rendszerekben, a durva részecskék mérete 10 -4 cm felett, kolloid - 10 -4 és 10 -5 -. 10 -7 cm diszperzibilitás három dimenzióban meghatározott a test, vagy a jellemzi a kölcsönös a minimális méretét, és az említett diszperzió, akár az SSP fajlagos felülete (az arány a határfelületi felszín-térfogat a test). A mennyiségi jellemző diszperziót (fragmentáció) Az anyag a diszperziós fok (fokának fragmentáció D) - a reciproka a méret a diszpergált részecskék, mint: D = 1 / a. ahol a értéke az átmérője a gömb alakú vagy szálas részecskék vagy köbös élhosszúságú, vagy fóliák vastagsága. Minden részecskék diszpergált fázis azonos méretű - monodiszperz rendszert. A részecskék a diszpergált fázis szabálytalan méretű - polidiszperz rendszer. Közötti arány a felület és a térfogat jellemzi fajlagos felület:
A gömb alakú részecskék, ez egyenlő:
A részecskék kocka alakú -
ahol r - a gömb sugarának; d - átmérője; l - hossza a kocka éle.
A diszpergálhatóságot D kapcsolódik egy meghatározott felszíni Ssp:
ahol V - térfogata a diszpergált fázis, ml.
A gömb alakú részecskék Az egyenlet: