A diszpergált rendszerek osztályozása aggregált állapot szerint
a témáról: "Diszpergáló rendszerek osztályozása aggregált állapot szerint. Minden rendszer jellemzői »
Befejezve: diák gr. E - 2
Checked: Bubnova OA
1. A diszpergáló rendszerek fogalma
2. Diszpergáló rendszerek osztályozása
2.1 Durva diszpergált rendszerek
2.2 Kolloid rendszerek
A használt irodalomjegyzék
1. A diszpergáló rendszerek fogalma
Nem minden anyag oldódik egymásba, vagyis igazi megoldást jelentenek. Természetesen mesterségesen őrölhet egy anyagot, és terjesztheti azt a másik kötetében, de mindenesetre egy ilyen rendszer heterogén lesz. Például megtörheti a folyadékot a legkisebb cseppecskékre, és befújhatja őket a gáz közegbe (pl. Aeroszolos kannában). Az eredményül kapott rendszert nem lehet megoldásnak nevezni, még a legkisebb csepp folyadékot is elkülönítik a gázból a két fázis interfésze: folyadék és gáz.
Hasonló rendszer egy fogkrém: a szilárd anyag finom részecskéit folyadékban osztják el. Az ilyen anyagrendszereket diszpergáló rendszereknek nevezik.
A diszperzíveket heterogén rendszereknek nevezik, amelyekben egy nagyon kis részecskék formájában lévő anyag egyenletesen eloszlik a másik térfogatában.
Ez az anyag, amelyet a másik kötetében osztanak szét, a diszperz fázisnak nevezzük. A második anyagot diszperziós közegnek nevezik.
A diszpergált fázis és a diszperziós közeg összesített állapotától függően nyolc típusú diszperziós rendszert különböztetünk meg.
2. Diszpergáló rendszerek osztályozása
A részecskeméret a diszpergált fázis különböztethető durvára diszpergált rendszerek (zagy) egy részecskemérete nagyobb, mint 500 nm, és finoman diszpergált (kolloid oldatok vagy kolloidok), amelynek részecskemérete 1 nm és 500 nm.
A diszpergáló rendszereket a diszperziós közeg és a diszpergált fázis közötti kölcsönhatás mértékének megfelelően osztályozzuk. Ha ezt a kölcsönhatást fejezzük nagyon gyengén liquophobic rendszer hívás (abban az esetben a víz - hidrofób). Példák a hidrofób rendszer egy „kása barit” - bárium-szulfát csapadékot kapunk tartalmazó oldatokat összekeverünk bárium-kation és szulfát anion. Ha a diszpergált fázis és a diszperziós közeg „hajlamosak” egymással (például formájában hidrogénkötések) kialakított liofilnaya (hidrofil) diszpergáló rendszerrel. Az ilyen rendszerek spontán kialakulnak és nagyon stabilak. Ezek közé tartoznak a nagy molekulájú vegyületek, például a fehérjék oldatai. Sok globuláris fehérjéket diszpergált vizes oldatok, hogy egyes molekulák, hanem azért, mert a méretük a tíz nanométer, valódi oldatot nem tekinthető - ez eloszlású rendszert.
Számos diszpergált rendszer.
Sziklák, színes üveg, néhány ötvözet.
2.1 Durva diszpergált rendszerek
A kalcium-karbonát (kréta) oldhatósági együtthatója nagyon kicsi (6,2-10 "4 g / 100 g H2O).
Próbáljunk meg diszpergált rendszert készíteni az anyagból és a vízből. Amennyire csak lehetséges, alaposan öblítsük le a habarcsot a krémet, átvigyük egy pohár vizet és összekeverjük. Zavaros folyadékot kapunk - egy diszpergált rendszert, amelyet felfüggesztésnek hívnak. Azonban egy kis idő telik el, és a kréta leüleped az üveg alján, a folyadék átláthatóvá válik. A gravitáció hatására a szilárd részecskék üledékben ülnek. Ez nagyszerű bizonyíték arra, hogy rendszerünk durva. A diszpergált kalcium-víz-karbonát rendszert kémiai úton kaphatjuk mágneses víz (kalcium-hidroxid-oldat) révén történő széndioxid átadásával. Az oldat zavaros lesz. Az így kapott rendszer durvább is, rövid idő után a kalcium-karbonát kicsapódása következtében felbomlik.
A szilárd diszpergált fázissal és folyékony diszperziós közeggel rendelkező durva diszpergált rendszereket szuszpenzióknak nevezzük. A felfüggesztések sok festék, meszelés, habarcs (cement habarcs, beton). Egy speciális csoport durván szétszórt rendszerekből áll, amelyekben a diszpergált fázis koncentrációja viszonylag nagy. Ilyen rendszerek például pasztákként (beleértve a fogászatot is), krémek, kenőcsök.
Azok a szuszpenziók, amelyekben a lerakódás nagyon lassú a diszperziós közeg és a diszpergált fázis sűrűsége közötti kis különbség miatt, szuszpenzióknak nevezzük. A piszkos pocsolyából származó víz, hányan nem védi, mindig homályos marad, a felfüggesztett állapotban a legapróbb porrészecskék.
Két nem elegyedő folyadékból durva diszperziós rendszer állítható elő. Ha néhány csepp növényi olajat erőteljesen megráznak egy kémcsőben több milliliter vízzel, egy zavaros diszpergált rendszer keletkezik - egy emulzió. Idővel felbomlik, mert durva diszpergált rendszer.
Emulziókra példaként említhetők néhány kenő-hűtő folyadék, peszticid készítmény, gyógy- és kozmetikai termék. Például az orvosi gyakorlatban zsíros emulziókat alkalmaznak, hogy intravénás infúzióhoz energiát biztosítsanak a böjt vagy gyengített szervezet számára. Tipikus biológiai emulziók a zsír cseppjei a nyirokben, vérben. A gumifa (latex) tejszerű gyümölcslé szintén emulzió. A kémiai technológiában az emulziós polimerizációt széles körben alkalmazzák gumi, polisztirol, polivinil-acetát előállítására.
2.2 Kolloid rendszerek
A kolloidok közbenső pozíciót foglalnak el a durvára diszpergált rendszerek és az igazi megoldások között.
A táblázat alapján ellenőrizheti, hogy a diszpergáló rendszerek rendkívül sokszínűek-e. Azt mondhatjuk, hogy az egész élet világának alapját képezik. A mindennapi életben, a technológiában, az iparban való előfordulásuk is nagyon nagy.
A biológia és az orvostudomány kolloid rendszerei nagy jelentőséggel bírnak. Minden élő szervezet összetétele szilárd, folyékony és gáznemű anyagokat tartalmaz, amelyek a legösszetettebb kapcsolatban állnak egymással és a környezetgel. A sejtek citoplazma tulajdonságai mind a folyékony, mind a zselatinos anyagokra jellemzőek. Kémiai szempontból a test egésze sok kolloid rendszer összetett csoportja, beleértve mind a folyékony kolloidokat, mind a géleket.
Ha a diszpergált fázis részecskéi elég kicsiek, a kolloid rendszer hasonlít egy valódi oldathoz, így a név - kolloid oldat. Az ilyen rendszereket például kis mennyiségű tojásfehérje vízben oldja.
A kolloid oldatok, mint általában, opálosak, azaz. szétszórja az incidens fényt a diszpergált fázis részecskéi miatt, amelyek méretei összehasonlíthatók a sugárzás hullámhosszával. Ebben az esetben a kolloidális megoldás, amint megvilágosodott, úgy tűnik, hogy meggyújtja magát. Az opaleszcencia jellegzetes megnyilvánulása a Tyndall-hatás. Ez abban áll, hogy egy fényáramú kolloid oldat megjelenik, amikor egy fénysugár áthalad rajta. Ezt a hatást megfigyelhetjük, ha egy kis aeroszolt engedünk a lézermutató sugárnyalábon.
A kolloid megoldásoknak számos alapvető módja van. Ezek közül az első - a diszperzió, vagy egyszerűbben, zúzás az anyag finom részecskékké egy diszperziós közeg, vagy azon kívül. Az ilyen zúzás mechanikus úton, speciális gépek - kolloid malmok segítségével végezhető el. Így például szempillaspirál, folyékony akvarell, vízemulzió és víz-diszperziós festékek állíthatók elő. Zúzás végezhetjük elektromos áram (kolloid oldatok ezüst, arany, platina), vagy ultrahang (kolloid oldatok gipsz, grafit, kátrány).
A kolloidok második előállítási eljárása kémiai, különböző reakciók végrehajtásán alapul, amelyek a folyadékban oldhatatlan anyagok képződéséhez vezetnek.
Az ezüst-nitrát és nátrium-klorid nagyon híg oldatainak lecsapolása során ezüst-klorid kolloid oldatot kapunk:
A nátrium-tioszulfát és a sav oldatának reakciója során kén-kolloid oldatot kapunk:
Az arany só formaldehiddel való kinyerésével a fém kolloid oldata nyerhető:
A kolloidrendszerek legfontosabb típusai a szolák és a gélek.
A hamu olyan kolloid rendszer, amelyben a diszperziós közeg egy folyadék, és a diszpergált fázis szilárd. A szol külön részecskéket a diszperziós közeg elkülöníti egymástól. Idővel együtt növekedhetnek egymással, ütköznek egymással. Ezt a jelenséget koagulációnak nevezik. A gravitáció hatására az ilyen részecskék kicsapódnak, és elszivárgásuk következik be.
A koaguláció mellett, hosszantartó tárolással a hidrofil szolák gélekké alakíthatók - különleges zselatinos kolloid állapotban. Ebben az esetben az egyes szol részecskék egymáshoz kötődnek, és folyamatos térbeli rácsot képeznek. Az oldószer részecskéi belépnek a rács sejtjeibe. Kiderült, hogy a diszpergált fázis és a diszperziós közeg megváltoztatja a szerepeket! A szilárd fázis folyamatosvá válik, és a folyékony részecskéket elkülönítjük. A diszperziós rendszer elveszíti folyékonyságát, és új mechanikai tulajdonságokat vesz fel. Fűtött állapotban a gél ismét szolikává válhat.
A gélek mindennapi életünkben széles körben elterjedtek. Bármely ismert ehető gélek (mályvacukrot, lekvár, zselé), kozmetikumok (gél, krém), orvosi skie (kenőcsök, paszták). Azonban kevesen tudják, hogy a porc, inak, hajzselé szerves és opál, gyöngy, karneol, haltsedon - ásványi anyag.
Egyes gélek esetében a szinerézis (vagy rétegződés) jelensége jellemző - a folyadék spontán kisülése. Ugyanakkor a gél térbeli rácsja tömörödik, térfogata csökken, úgynevezett kemény kollokvium keletkezik). A szekvenciálisan leírt folyamatokat az ábrán mutatjuk be.
Leggyakrabban a szinerézis jelenségével küzdeni kell, mert meghatározza az élelmiszerek, a kozmetikai, az orvosi gélek eltarthatóságát. Például hosszabb tárolás esetén a lekvár vagy a "Madártej" torta elkülöníti a folyadékot, és fogyasztásra alkalmatlanná válik. Néhány esetben azonban a szinerézis nagy áldás.
A biológiai szinerézisnek köszönhetően megfigyelhetünk egy olyan jelenséget, mint a véralvadás, amelynek lényege az oldható fibrinogén fehérje átalakulása oldhatatlan fibrinbe.
Az ábrán látható eljárások reverzibilisek. Egy kemény zselatin kolloidból (fehérje eredetű termék), meleg vízben duzzadva gélszerű gél-gél keletkezik. De a kulináris receptekben mindig figyelmeztet: a zselés nem forrni lehet, ellenkező esetben a gél szolikává válik, és a diszpergált rendszer újra folyadékká válik.
A kolloid oldatok diszpergált fázisának részecskéi gyakran nem ülepednek, még hosszú ideig tartó tárolás esetén sem. Miért történik ez? Az első oka az, hogy az apró kolloid részecskék, a termikus mozgás következtében, folyamatosan ütköznek a diszperziós közeg molekuláival, megváltoztatva a mozgás irányát, vagyis nem csökken a süllyedés. De miért, mikor a diszperz fázis részecskéi ütköznek, megakadályozzák a koagulációjukat, a bővítést, ami elkerülhetetlenül a kolloid rétegződéséhez vezet? A kolloid részecskék felszínén lévő elektromos töltés megakadályozza az adhéziót, mindegyik ugyanolyan töltődik fel, ami kölcsönös repulzióhoz vezet. Még meg kell deríteni, hogyan alakul a díj? Ehhez vegyük figyelembe a kolloid részecskék szerkezetét.
A diszpergált fázis részecskéit micelleknek nevezzük. Ha kizárjuk az oldószer hatását, amelyben a kolloid rendszer képződik, akkor az ezüst-klorid-szol (klorid-anionok feleslegével) micellájának szerkezetének egyszerűsített sémája a következőképpen ábrázolható. Tegyük fel, hogy az ezüst-klorid-oldatot kálium-klorid és ezüst-nitrát rendkívül híg oldatainak kenésére kálium-klorid feleslegével elvezetjük.
Amikor az ezüstkationok kölcsönhatásba lépnek a klorid anionokkal, vízben oldhatatlan ezüst-klorid részecskék képződnek. Mivel az oldatok nagy hígításúak, a mikrokristályok kolloid méretűek, nagyon kicsiek. Az ilyen mikrokristály a micella magját képezi.
A kristály növekedése megszűnik, ha az ezüstionok koncentrációja gyakorlatilag nullára csökken az oldatban. De a klorid anionok bőségesen vannak jelen. Néhány közülük a mag felszínén adszorbeálódik, kiegészítve a kristályrácsát. Ebben az esetben a klorid anionokat potenciálisan meghatározó ionoknak nevezik. Ezek a sejtek aggregátumának negatív töltetének jelenlétét teszik ki C1-ion felesleggel. Ha az oldatban több ezüst-nitrát van jelen, az Ag + kationok a potenciálisan meghatározó ionok lehetnek.
Természetesen a töltés megjelenése után a képződött részecske az oldatból az ellenkező jelekkel - káliumkationokkal (ellenionokkal) vonzza az ionokat, úgynevezett kettős elektromos réteget képez. Néhány ellenion nagyon erősen vonzódik az aggregátumhoz, és adszorpciós réteget képez. A micellának egy részét, beleértve a magot, az ion meghatározó potenciát és az adszorpciós réteget, granulátumnak nevezik. K + ionok. amelyek nem lépnek be az adszorpciós rétegbe, kevésbé kötődnek a granulumhoz és disszociálódhatnak az oldatba. Ezek a diffúz ellentétek rétegei.
Általában a micella egy elektromosan semleges részecske, de a diffúz réteg egyes ionjainak átjutása az oldatba, a szemcsék felesleges negatív töltéssel rendelkeznek a felületen, ami megakadályozza a nagyobb részecskék koagulációját.
A micella szerkezete a képlet segítségével ábrázolható. A micellák formulációjának szekvenciális lépései a következők.
1) A micella magja m AgCi részecskékből áll, amelyek mikrokristályokat képeznek: m [AgCl].
2) A potenciálisan meghatározó ionok a mag felszínén adszorbeálódnak; Tegyük fel, hogy példánkban számuk n: m [AgCl] • nCl-.
3) Ezután egy ellentétes réteg következik. Összességük ugyanolyan, mint n, de egy rész (mondjuk x) egy diffúz réteget képez, a fennmaradó (n-x) a maggal együtt és a potenciálisan meghatározó ionokat alkotja. A micella granulátumra vonatkozó képlet egy része göndör zárójelben van elhelyezve. A granulátum töltete ebben a micellában x
Így az ezüst-klorid-oldat micellája a fölös klorid-anionokban a következő:
A micellák szerkezetének ismeretében szabályozhatja a koagulációs folyamatot. Hogyan tud "kényszeríteni" a kolloid részecskéket koagulálásra? Nyilvánvaló, hogy meg kell fosztani őket a felszíni töltés. Ez elektrolit megoldások segítségével érhető el. Valóban, ha például az alumínium-szulfát-oldatot hozzáadjuk az ezüst-klorid-szolhoz, az A13 + kationok semlegesítik a pellet negatív töltését, a micellák összeolvadnak és gravitációra telepednek. Nyilvánvaló, hogy egyenlő koncentrációknál a hármas töltésű alumínium ion nagyobb koaguláló képességgel rendelkezik, mint például egy külön töltött lítium-ion.
Bizonyos esetekben ellenkezőleg, meg kell őrizni a kolloid rendszer stabilitását vagy a koagulátumot szolvá alakítani. Ne feledkezzen például egy felületaktív anyag hatásáról, például szappannal, amikor zsírt távolít el egy szennyezett felületről. A hidrofób szénhidrogéncsoport a zsírrészecskékben oldódik, és a hidrofil karboxilát-anion van a felületen. Az anion-COO "pitypang" felszínén kis mennyiségű (kolloidális) cseppecskék oldódnak fel, és nem ragadnak össze ismét a negatív töltés miatt.
A használt irodalomjegyzék
1. Kalous V. Biofizikai kémia. / Kalous V. Pavlicek Z. - M. 1985
3. Marchell E. Biofizikai kémia. - M. Mir, 1981.