Der Begriff „Kolloide“ bezieht sich derzeit auf ultramikroheterogene Systeme, also Systeme, bei denen ultramikroskopische Partikel, die eine separate Phase darstellen, in einem sogenannten Dispersionsmedium suspendiert sind. Mit Kolloiden meinte Gregg Substanzen, die in einer bestimmten Flüssigkeit verteilt sind und alle äußeren Merkmale gewöhnlicher Lösungen aufweisen und sich bei genauerer Untersuchung stark von letzteren unterscheiden.

Er glaubte, dass dieser Unterschied in der Natur der Substanz selbst liegt; deshalb teilte er die gesamte materielle Welt in zwei Klassen ein: Kolloide und Kristalloide. Spätere Studien zeigten jedoch, dass es keine unüberwindbare Barriere zwischen Kristalloiden und Kolloiden gibt und dass grundsätzlich jede Substanz, die in einer bestimmten Flüssigkeit eine echte Lösung ergibt, in einer anderen Flüssigkeit ein System mit allen Eigenschaften von Kolloiden bilden kann.

Daher ist es jetzt richtiger, nicht von Kolloiden, sondern vom kolloidalen Zustand oder kolloidalen Systemen zu sprechen. Beispiel: Speisesalz (NaCl) ergibt in einem wässrigen Medium eine ausschließlich echte Lösung; im Gegenteil, wenn es in Flüssigkeiten wie Ether oder Benzol verteilt wird, die für es keine Lösungsmittel sind, kann es unter bestimmten Bedingungen Systeme ergeben, die in ihrer Gesamtheit Eigenschaften und Eigenschaften können als kolloidale Systeme bezeichnet werden.

Kolloide und ihre Eigenschaften

Merkmale kolloidaler Systeme, die sie hauptsächlich von gewöhnlichen oder echten Lösungen unterscheiden.

Brownsche Bewegung und damit verbundener osmotischer Druck und Diffusion. Während in echten Lösungen die in einer bestimmten Flüssigkeit suspendierten Partikel Moleküle (Zuckerlösung in Wasser) und manchmal Ionen (Elektrolytlösungen) sind, sind die Partikel kolloidaler Systeme unermesslich größer: Sie bestehen aus Tausenden und manchmal Hunderttausenden von Molekülen, die miteinander verbunden sind ein dichter Komplex namens Kern.

Einige Kolloidisten glauben, dass es in der Natur Substanzen mit so großen Molekülen geben könnte, dass diese die Rolle kolloidaler Teilchen spielen. Dieses Thema gilt immer noch als umstritten. Gleichzeitig dürfen wir nicht vergessen, dass das Wesentliche der Materie nicht in der Größe des Moleküls liegt, sondern dass dieses Molekül die Rolle einer unabhängigen Phase spielen kann, das heißt, dass wir Grund haben, ein solches molekulares System anzuerkennen Dispersionsgrad als mikroheterogenes System.

Moleküle einer Lösung (oder eines Gases) befinden sich bekanntlich in kontinuierlicher thermisch chaotischer Bewegung. Auch die Teilchen des kolloidalen Systems unterliegen der gleichen Bewegung, wenn auch in einem anderen, stark reduzierten Maßstab. Aus historischen Gründen trägt diese Bewegung kolloidaler Teilchen den besonderen Namen Brownsche Bewegung, wir dürfen jedoch nicht vergessen, dass ihr physikalisches Wesen völlig identisch mit der molekularen Bewegung ist.

Der Unterschied ist hier nicht qualitativ, sondern quantitativ. Das Gleiche gilt für die Eigenschaften, die ein direkter Ausdruck der Brownschen Bewegung sind, nämlich osmotischer Druck und Diffusion. Der osmotische Druck ist ebenso wie der Gasdruck eine Funktion der Anzahl der Partikel pro Volumeneinheit oder, wie man sagt, eine Funktion der Teilkonzentration. Diese Konzentration in kolloidalen Systemen ist im Vergleich zu wirklich gelösten Systemen extrem gering und daher ist der osmotische Druck in ihnen vernachlässigbar. Es ist so klein, dass es erst in jüngster Zeit möglich war, Methoden zu seiner quantitativen Bestimmung zu finden.

Das Gleiche gilt für die Diffusion. Gregham glaubte, dass es in kolloidalen Systemen keine Diffusion gibt, und betrachtete dieses Fehlen von Diffusion als ein auffälliges qualitatives Merkmal von Kolloiden. Dies erwies sich als falsch und hätte auch nicht anders sein können, denn die Tatsache der Existenz der Brownschen oder, was dasselbe ist, molekularen Bewegung von Teilchen erfordert logischerweise die Existenz und Diffusion. Dieser Diffusionsprozess erwies sich jedoch, entsprechend der Skala der Brownschen Bewegung, als so langsam, dass er erst kürzlich mit allen modernen technischen Möglichkeiten festgestellt, geschweige denn quantifiziert werden konnte.

Kolloidale Systeme sind in der Natur weit verbreitet und spielen seit der Entstehung des Menschen eine wichtige Rolle im menschlichen Leben.

Der italienische Wissenschaftler F. Selmi (1845) untersuchte die Eigenschaften von Gemischen aus Wasser – Silberchlorid, Wasser – Schwefel, Wasser – Preußischblau usw. und stellte fest, dass sie unter bestimmten Bedingungen Systeme mit homogenem Aussehen bilden, ähnlich wie Lösungen. Allerdings bilden sich diese Systeme im Gegensatz zu wässrigen Lösungen von Natriumchlorid, Kupfersulfat und anderen in Wasser leicht löslichen Stoffen nicht spontan. F. Selmi schlug vor, solche Systeme Pseudolösungen zu nennen.

T. Graham (1861) stellte bei der Untersuchung solcher Systeme fest, dass einige Substanzen (Kaliumhydroxid, Kaliumsulfat, Magnesiumsulfat, Saccharose usw.) eine hohe Diffusionsrate und die Fähigkeit haben, pflanzliche und tierische Membranen zu passieren, während andere (Proteine). , Dextrin,

Gelatine, Karamell usw.) zeichnen sich durch eine geringe Diffusionsgeschwindigkeit und mangelnde Fähigkeit aus, Membranen zu passieren.

Die erste Stoffgruppe kristallisiert recht leicht, während die zweite nach Entfernung des Lösungsmittels leimartige Massen bildet. Der erste Anruf von T. Graham Kristalloide, und der zweite - Kolloide(aus dem Griechischen „κολλά“ – Leim, „λεδεσ“ – Ansicht). Kristalloide bilden echte Lösungen, während Kolloide Sole (kolloidale Lösungen) bilden.

Im Jahr 1899 schlug der russische Wissenschaftler I.G. Borshchov vor, dass viele Substanzen, die kolloidale Lösungen bilden können, eine kristalline Struktur haben und wir daher nicht über spezielle kolloidale Substanzen, sondern über den kolloidalen Zustand sprechen sollten.

Zu Beginn des letzten Jahrhunderts war Professor des St. Petersburger Bergbauinstituts P. P. Weimarn hat experimentell bewiesen, dass die Einteilung in Kolloide und Kristalloide sehr willkürlich ist. Typische Kristalloide NaCl, KΙ usw. können in geeigneten Lösungsmitteln kolloidale Lösungen bilden, beispielsweise eine kolloidale Lösung von NaCl in Benzol.

Schließlich wurde nachgewiesen, dass sich derselbe Stoff im selben Lösungsmittel abhängig von einer Reihe von Bedingungen sowohl als Kolloid als auch als Kristalloid manifestieren kann. Es wurde vorgeschlagen, solche Stoffe zu benennen Semikolloide. Kolloidale Lösungen (kolloidale Systeme) sind ein Sonderfall disperser Systeme.

Ein disperses System ist ein System bestehend aus einer dispergierten Phase – einer Ansammlung zerkleinerter Partikel und einem kontinuierlichen Dispersionsmedium, in dem diese Partikel suspendiert sind.

Um die Fragmentierung der dispergierten Phase zu charakterisieren, verwenden Sie Grad der Streuung 8, der als Kehrwert des durchschnittlichen Partikeldurchmessers gemessen wird c1

Bei den oben diskutierten Lösungen handelt es sich um Systeme, bei denen der gelöste Stoff in einzelne Moleküle und Ionen zerfällt. Es gibt keine Grenze (Grenzfläche) zwischen dem gelösten Stoff und dem Lösungsmittel und die Lösung ist ein einphasiges System, da das Konzept der Oberfläche nicht auf einzelne Atome, Moleküle und Ionen anwendbar ist. In einem flüssigen Medium können sich Stoffaggregate befinden, die aus einer großen Anzahl von Molekülen und Ionen bestehen. Partikel mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 1 Mikrometer (10 -6 m) weisen die üblichen Eigenschaften einer bestimmten Substanz auf. Bei einem Feststoff handelt es sich dabei um Kristalle, bei einer Flüssigkeit um kleine Tröpfchen. Partikel dieser Größe enthalten Millionen von Struktureinheiten. Wenn sie durch chemische Reaktionen in Lösung entstehen, setzen sie sich schnell am Boden des Gefäßes ab.

Stoffe erhalten besondere Eigenschaften, wenn die Partikel eine Größe von 10 -9 -10 -7 m (1 - 100 nm) haben. Systeme bestehend aus Partikeln dieser Größe

Maß heißt kolloidal dispergiert. Die Gesamtoberfläche eines Systems aus Partikeln dieser Größe erreicht einen ungewöhnlich großen Wert. Beispielsweise hat 1 g einer Substanz mit einer Partikelgröße von K) -8 m eine Oberfläche in der Größenordnung von mehreren hundert Quadratmetern.

Anhand des Dispersionsgrades werden zwei Gruppen von Systemen unterschieden: grobdisperse und kolloiddisperse.

Systeme mit Partikelgrößen kleiner als 10 -9 m werden manchmal fälschlicherweise als ionisch-molekulare dispergierte Systeme bezeichnet. Diesen Systemen fehlt das Hauptmerkmal verteilter Systeme – die Heterogenität. Daher sind solche Systeme homogen und werden echte Lösungen genannt.

Abhängig vom Aggregatzustand der dispergierten Phase und des Dispersionsmediums werden acht Arten kolloidaler Systeme unterschieden (Tabelle 23.2).

Es ist zu beachten, dass durch Gase gebildete kolloidale Systeme unter normalen Bedingungen nicht existieren, da sich Gase auf unbestimmte Zeit miteinander vermischen.

Tabelle 23.2

Klassifizierung kolloidaler Systeme nach dem Aggregatzustand der Phasen

Methoden zur Gewinnung und Reinigung kolloidaler Systeme. Um kolloidale Lösungen zu erhalten, ist es notwendig: 1) einen kolloidalen Dispersionsgrad zu erreichen; 2) Wählen Sie ein Dispersionsmedium, in dem die Substanz der dispergierten Phase unlöslich ist; 3) Wählen Sie die dritte Komponente aus – einen Stabilisator, der dem kolloidalen System Stabilität verleiht.

Metalle, schwerlösliche Oxide, Hydroxide, Säuren und Salze können in Wasser kolloidale Lösungen bilden. Als Stabilisatoren werden Stoffe eingesetzt, die die Aggregation (Verbindung) kolloidaler Partikel zu größeren Partikeln und deren Ausfällung verhindern.

Je nach Methode zur Erzielung des kolloidalen Dispersionsgrades werden Methoden unterschieden (Abb. 23.22):

• - dispersiv (vom lateinischen „sPare^ge“ – mahlen) – Erhalten von Partikeln in dispergierter Phase durch Zerkleinern größerer Partikel;
• - Kondensation (von lateinisch - vergrößern) - Erhalten von Partikeln in dispergierter Phase durch Kombination von Atomen, Molekülen und Ionen.

Reis. 23.22.

Kolloidale Lösungen, die nach einer der betrachteten Methoden gewonnen werden, enthalten Verunreinigungen gelöster niedermolekularer Substanzen und grober Partikel, deren Vorhandensein die Eigenschaften der Sole negativ beeinflussen und deren Stabilität verringern kann. Um kolloidale Lösungen von Verunreinigungen zu reinigen, werden Filtration, Dialyse, Elektrodialyse und Ultrafiltration eingesetzt.

Die Filtration basiert auf der Fähigkeit kolloidaler Partikel, die Poren herkömmlicher Filter zu passieren. In diesem Fall werden größere Partikel zurückgehalten. Die Filtration wird verwendet, um kolloidale Lösungen von Verunreinigungen grober Partikel zu reinigen.

Unter Dialyse versteht man die Entfernung tatsächlich gelöster Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht aus kolloidalen Lösungen mithilfe von Membranen. Dabei wird die Eigenschaft von Membranen genutzt, Moleküle und Ionen normaler Größe passieren zu lassen. Alle Dialysatoren sind nach dem allgemeinen Prinzip aufgebaut: Die dialysierte Flüssigkeit befindet sich in einem Innengefäß, in dem sie durch eine Membran vom Lösungsmittel getrennt ist (Abb. 23.23). Die Dialysegeschwindigkeit steigt mit zunehmender Membranoberfläche, ihrer Porosität und Porengröße, mit steigender Temperatur, Mischintensität, Änderungsrate der äußeren Flüssigkeit und mit abnehmender Membrandicke.

Um die Dialysegeschwindigkeit niedermolekularer Elektrolyte zu erhöhen, wird im Dialysator ein konstantes elektrisches Feld erzeugt. Die Dialyserate kann erhöht werden, wenn die dialysierte Lösung durch eine Membran (Ultrafilter) gedrückt wird. Diese Methode zur Reinigung von Systemen, die Partikel kolloidaler Größe enthalten, aus Lösungen niedermolekularer Substanzen wird Ultrafiltration genannt.

Reis. 23.23.

• 1 - dialysierte Flüssigkeit: 2 - Lösungsmittel; 3 - Dialysemembran;
• 4 - Rührgerät

Einführung

Reine Substanzen kommen in der Natur sehr selten vor. Kolloidale Systeme nehmen eine Zwischenstellung zwischen groben Systemen und echten Lösungen ein. Sie sind in der Natur weit verbreitet.

Die globale Rolle von Kolloiden in der Naturwissenschaft liegt darin, dass sie die Hauptbestandteile biologischer Formationen wie lebender Organismen sind. Unser gesamter Körper besteht aus kolloidalen Systemen. Es gibt eine ganze Wissenschaft – die kolloidale Chemie. Sofort stellte sich mir die Frage: Warum bevorzugt die Natur den kolloidalen Zustand?

In diesem Zusammenhang ergeben sich folgende Ziele und Zielsetzungen:

Zweck der Arbeit: herauszufinden, was kolloidale Systeme sind und welche Eigenschaften sie haben.

Ziele: 1. Durchführung experimenteller Experimente zur Untersuchung der Eigenschaften kolloidaler Lösungen.

2. Beantworten Sie die Frage: Warum bevorzugt die Natur den kolloidalen Zustand?

Arten kolloidaler Lösungen

Der Begriff „Kolloid“ wurde 1861 vom englischen Chemiker Thomas Graham eingeführt. Bei seinen Experimenten stellte er fest, dass sich Lösungen aus Gelatine, Stärke und anderen leimähnlichen Substanzen in einer Reihe von Eigenschaften stark von Lösungen anorganischer Salze und Säuren unterschieden. Der Name kommt vom griechischen Präfix „kolo“ – Leim. Es ist richtig, nicht von kolloidalen Substanzen, sondern von kolloidalen Systemen zu sprechen. Dieser Begriff wurde vom russischen Wissenschaftler P.P. eingeführt. Weimarn im Jahr 1908. Auf den Bildern sind verschiedene kolloidale Systeme zu sehen.

Partikel kolloidaler Größe können unterschiedliche innere Strukturen haben. Es gibt mehrere Haupttypen kolloidaler Systeme:

• 1) Rauch ist ein stabiles verteiltes System, das aus kleinen festen Partikeln besteht, die in Gasen suspendiert sind. Rauch ist ein Aerosol mit festen Partikelgrößen im Bereich von 10?7 bis 10?5 m. Im Gegensatz zu Staub, einem gröber verteilten System, setzen sich Rauchpartikel praktisch nicht unter dem Einfluss der Schwerkraft ab
• 2) Aerosol – ein dispergiertes System, das aus kleinen Partikeln besteht, die in einer gasförmigen Umgebung, normalerweise in der Luft, schweben. Aerosole, deren dispergierte Phase aus Flüssigkeitströpfchen besteht, nennt man Nebel, bei festen Partikeln spricht man, wenn sie nicht ausfallen, von Dämpfen (frei verteilte Aerosole) oder Staub (grob verteilte Aerosole).
• 3) Emulsion – ein dispergiertes System, das aus mikroskopisch kleinen Flüssigkeitströpfchen (dispergierte Phase) besteht, die in einer anderen Flüssigkeit verteilt sind. Der häufigste Vertreter dieser Art von kolloidalem System ist Milch.
• 4) Schaum – dispergierte Systeme mit einer gasdispersen Phase und einem flüssigen oder festen Dispersionsmedium.
• 5) Gel – Systeme bestehend aus hochmolekularen und niedermolekularen Substanzen. Aufgrund des Vorhandenseins eines dreidimensionalen Polymergerüsts (Netzes) weisen Gele einige der mechanischen Eigenschaften von Feststoffen auf (mangelnde Fließfähigkeit, Formbeständigkeit, Festigkeit und Verformungsfähigkeit (Plastizität und Elastizität).
• 6) Suspension ist ein grobdisperses System mit einer festen dispergierten Phase und einem flüssigen Dispersionsmedium.

Partikel kolloidaler Größe können unterschiedliche innere Strukturen aufweisen, was sowohl die Methoden zur Herstellung kolloidaler Lösungen als auch deren Eigenschaften erheblich beeinflusst. Es gibt die folgenden drei Arten der inneren Struktur von Primärpartikeln kolloidaler Größe.

Typ I – Suspensionoide (oder irreversible Kolloide, lyophobe Kolloide). Dies ist die Bezeichnung für kolloidale Lösungen von Metallen, ihren Oxiden, Hydroxiden, Sulfiden und anderen Salzen. Die Primärpartikel der dispergierten Phase kolloidaler Lösungen dieser Stoffe unterscheiden sich in ihrer inneren Struktur nicht von der Struktur des entsprechenden kompakten Stoffes und weisen ein molekulares oder ionisches Kristallgitter auf. Suspensoide sind typische heterogene hochdisperse Systeme, deren Eigenschaften durch eine sehr hoch entwickelte Grenzflächenoberfläche bestimmt werden. Sie unterscheiden sich von Suspensionen durch ihre höhere Streuung. Sie wurden Suspensionen genannt, weil sie wie Suspensionen ohne einen Dispersionsstabilisator nicht lange existieren können. Sie werden als irreversibel bezeichnet, weil die beim Eindampfen solcher kolloidalen Lösungen verbleibenden Niederschläge beim Kontakt mit dem Dispersionsmedium kein erneutes Sol bilden. Sie wurden als lyophob (griechisch „lios“ – Flüssigkeit, „phobio“ – Hass) bezeichnet, in der Annahme, dass die besonderen Eigenschaften solcher kolloidaler Lösungen auf der sehr schwachen Wechselwirkung der dispergierten Phase und des Dispersionsmediums beruhen. Die Konzentration lyophober Sole ist gering und beträgt normalerweise weniger als 0,1 %. Die Viskosität solcher Sole unterscheidet sich geringfügig von der Viskosität des Dispersionsmediums.

Typ II – assoziative oder mizellare Kolloide. Sie werden auch Semikolloide genannt. Kolloidale Partikel dieser Art entstehen bei ausreichender Konzentration amphiphiler Moleküle niedermolekularer Stoffe durch deren Vereinigung zu Molekülaggregaten – Mizellen – kugel- oder lamellarförmig (Abb. 10.4)

Molekulare, echte Lösung – mizellare kolloidale Lösung (Sol).

Mizellen sind Ansammlungen regelmäßig angeordneter Moleküle, die hauptsächlich durch Dispersionskräfte zusammengehalten werden.

Die Bildung von Mizellen ist typisch für wässrige Lösungen von Waschmitteln (zum Beispiel Seifen – alkalische Salze höherer Fettsäuren) und einige organische Farbstoffe mit großen Molekülen. In anderen Medien, beispielsweise in Ethylalkohol, lösen sich diese Stoffe unter Bildung molekularer Lösungen.

Typ III – molekulare Kolloide. Sie werden auch reversible oder lyophile (von griechisch „filio“ – Liebe) Kolloide genannt. Hierzu zählen natürliche und synthetische hochmolekulare Stoffe mit einem Molekulargewicht von zehntausend bis mehreren Millionen. Die Moleküle dieser Stoffe haben die Größe kolloidaler Partikel, daher werden solche Moleküle Makromoleküle genannt.

Verdünnte Lösungen hochmolekularer Verbindungen sind echte, homogene Lösungen, die bei maximaler Verdünnung den allgemeinen Gesetzen verdünnter Lösungen gehorchen. Es können auch Lösungen hochmolekularer Verbindungen mit einem hohen Gewichtsanteil – bis zu zehn Prozent oder mehr – hergestellt werden. Allerdings ist die molare Konzentration solcher Lösungen aufgrund des hohen Molekulargewichts des gelösten Stoffes gering. Somit ist eine 10 %ige Lösung einer Substanz mit einem Molekulargewicht von 100.000 nur etwa 0,0011 M Lösung

Die Auflösung makromolekularer Kolloide durchläuft die Quellungsphase, die ein charakteristisches Qualitätsmerkmal für Substanzen dieser Art darstellt. Beim Quellen dringen Lösungsmittelmoleküle in das feste Polymer ein und drücken die Makromoleküle auseinander. Letztere diffundieren aufgrund ihrer Größe langsam in die Lösung, was sich äußerlich in einer Volumenzunahme des Polymers bemerkbar macht. Die Quellung kann unbegrenzt sein, wenn ihr Endergebnis der Übergang des Polymers in Lösung ist, und begrenzt, wenn die Quellung nicht bis zur Auflösung des Polymers reicht. Polymere mit einer besonderen, „dreidimensionalen“ Struktur, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Atome der gesamten Substanz durch Valenzbindungen verbunden sind, quellen meist in begrenztem Maße auf. Die chemische Modifizierung von Polymeren durch „Vernetzung“ ihrer Makromoleküle, um die Quellung des Polymers zu verringern, ist ein wichtiger Schritt bei der Herstellung vieler Materialien (Gerben von Rohleder, Vulkanisieren von Gummi bei der Umwandlung in Gummi).

Der Begriff „Kolloide“, was „klebstoffartig“ bedeutet (von griechisch „colla“ – Leim, „eidos“ – Art), entstand 1861 Γ..; als T. Graham die Dialyse zur Stofftrennung einsetzte (Abb. 10.5).

Die Dialysemethode basiert auf der ungleichen Diffusionsfähigkeit der Lösungsbestandteile durch dünne Filme – Membranen (aus Cellophan, Pergament, Nitrocellulose, Celluloseacetat). Dieses Verfahren wird häufig zur Reinigung kolloidaler Lösungen und Lösungen hochmolekularer Verbindungen verwendet. Stoffe, die bei der Dialyse keine Membranen durchdringen, nennt man Kolloide. Unter geeigneten Bedingungen kann jeder Stoff in kolloidalem Zustand erhalten werden (P.P. Weymarn, 1906).

In den 30er und 40er Jahren des 20. Jahrhunderts wurde die chemische Natur der Primärpartikel reversibler (lyophiler) Kolloide, die sich als Makromoleküle herausstellten, aufgeklärt. Damit verbunden wurde eine neue chemische Disziplin aus der Kolloidchemie herausgelöst – die physikalische Chemie hochmolekularer Verbindungen. Historisch bedingt sind jedoch die gemeinsamen molekularkinetischen Eigenschaften lyophiler und lyophober Kolloide, die häufige Bildung heterogener Strukturen in molekularen Kolloiden sowie die Existenz zahlreicher Zusammensetzungen hochmolekularer Verbindungen und hochdisperser Systeme.

Quittung

Lyophobe Sole können als dispergierte Systeme im Allgemeinen entsprechend ihrer Zwischenstellung zwischen der Welt der Moleküle und der großen Körper auf zwei Arten erhalten werden: durch Methoden der Dispersion, d. h. durch Mahlen großer Körper, und durch Methoden der Kondensation von Molekülen oder ionisch gelöste Stoffe. Beim Mahlen durch Brechen, Mahlen und Abrieb entstehen relativ grobe Pulver (< 60 мкм). Более тонкого измельчения достигают с помо-щью специальных аппаратов, получивших название коллоидных мельниц, или применяя ультразвук.

Bei der Kondensationsmethode werden unlösliche Verbindungen durch Austauschreaktionen, Hydrolyse, Reduktion und Oxidation gewonnen. Bei der Durchführung dieser Reaktionen in stark verdünnten Lösungen und in Gegenwart eines leichten Überschusses einer der Komponenten werden keine Niederschläge, sondern kolloidale Lösungen erhalten. Zu den Kondensationsverfahren gehört auch die Herstellung von Lyosolen durch Ersatz des Lösungsmittels. Beispielsweise kann eine kolloidale Kolophoniumlösung erhalten werden, indem man die Alkohollösung in Wasser gießt, in dem Kolophonium unlöslich ist.

Wie bereits früher herausgefunden wurde, gilt: Je höher die Dispersion, desto größer die Oberflächenspannung und desto größer die Tendenz zur spontanen Verringerung der Dispersität. Um daher stabile, d. h. langlebige Suspensionen zu erhalten; Bei Emulsionen und kolloidalen Lösungen ist es nicht nur notwendig, eine bestimmte Dispersion zu erreichen, sondern auch Bedingungen für deren Stabilisierung zu schaffen. Vor diesem Hintergrund bestehen stabile disperse Systeme aus mindestens drei Komponenten: einem Dispersionsmedium, einer dispergierten Phase und einer dritten Komponente – einem Stabilisator

Dispersionssystem.

Der Stabilisator kann sowohl ionischer als auch molekularer, häufig hochmolekularer Natur sein. Die ionische Stabilisierung von Solen lyophober Kolloide ist mit der Anwesenheit geringer Elektrolytkonzentrationen verbunden, wodurch ionische Grenzschichten zwischen der dispergierten Phase und dem Dispersionsmedium entstehen.

Als Schutzkolloide werden hochmolekulare Verbindungen (Proteine, Polyvinylalkohol und andere) bezeichnet, die zur Stabilisierung dispergierter Systeme zugesetzt werden. An der Phasengrenzfläche adsorbiert, bilden sie in der Oberflächenschicht netz- und gelartige Strukturen und bilden so eine strukturell-mechanische Barriere, die die Vereinigung der Partikel der dispergierten Phase verhindert. Die strukturmechanische Stabilisierung ist entscheidend für die Stabilisierung von Suspensionen, Pasten, Schäumen und konzentrierten Emulsionen.

Um Lösungen molekularer Kolloide zu erhalten, genügt es, die Trockensubstanz mit einem geeigneten Lösungsmittel in Kontakt zu bringen. Unpolare Makromoleküle lösen sich in Kohlenwasserstoffen (z. B. Gummi – in Benzol) und polare Makromoleküle – in polaren Lösungsmitteln (z. B. einige Proteine ​​– in Wasser und wässrigen Salzlösungen). Stoffe dieser Art werden reversible Kolloide genannt, da nach dem Eindampfen ihrer Lösungen und der Zugabe einer neuen Portion Lösungsmittel der trockene Rückstand wieder in Lösung geht. Der Name lyophiler Kolloide entstand aus der Annahme (wie sich herausstellte – falsch), dass eine starke Wechselwirkung mit der Umgebung ihren Unterschied zu lyophoben Kolloiden bestimmt.

Lösungen hochmolekularer Verbindungen weisen eine erhebliche Viskosität auf, die mit zunehmender Lösungskonzentration schnell ansteigt. Eine Erhöhung der Konzentration makromolekularer Lösungen, die Zugabe von Substanzen, die die Löslichkeit des Polymers verringern, und häufig eine Temperaturabsenkung führen zur Gelierung, d. h. zur Umwandlung einer hochviskosen, aber flüssigen Lösung in ein feststoffartiges Gel, das zurückhält seine Form. Lösungen von Polymeren mit stark verlängerten Makromolekülen gelieren bei niedrigen Lösungskonzentrationen. So bilden Gelatine und Agar-Agar in 0,2-0,1 %igen Lösungen Gelees und Gele. Getrocknete Gelees können wieder quellen (ein wesentlicher Unterschied zu Gelen).

Die Geleebildung ist ein wichtiger Schritt bei der Herstellung von Fasermaterialien aus Polymerlösungen. Die Eigenschaften von Lösungen hochmolekularer Verbindungen unterscheiden sich mit zunehmender Konzentration immer mehr von den Eigenschaften von Lösungen niedermolekularer Verbindungen. Dies geschieht durch die Wechselwirkung einzelner Makromoleküle untereinander und führt zur Bildung supramolekularer Strukturen, die großen Einfluss auf die Qualität von Produkten (Fasern, Seidenmassen) aus Polymeren haben.

Hochmolekulare Verbindungen können wie alle anderen Stoffe unter geeigneten Bedingungen in einem hochdispersen kolloidalen Zustand erhalten werden. Solche Dispersionen von Polymeren in Flüssigkeiten, die sie nicht lösen, meist in Wasser, werden als Latices bezeichnet. Partikel der dispergierten Phase von Latices haben eine enge κ-Kugelform

Form und Größe in der Größenordnung von 10-100 nm.

KOAGULATION

Die potentielle Wechselwirkungsenergie (E mv) zwischen kolloidalen Teilchen ist die algebraische Summe der potentiellen Energie der elektrostatischen Abstoßung (Eot) und der potentiellen Energie der dispersiven Anziehung (E pr) zwischen ihnen:

E mv = E pr + E von

Wenn E von > E pr (in absoluten Werten), dann überwiegt die Abstoßung gegenüber der Anziehung und das verteilte System ist stabil. Wenn E von< Е пр, то происхо-дит слипание сталкивающихся при броуновском движении коллоидных частиц в более крупные агрегаты и седиментация последних. Коллоидный раствор ко-агулируетп, т. е. разделяется на коагулят (осадок) и дисперсионную среду.

Dies ist die Essenz der Theorie der elektrischen Stabilisierung und Koagulation verteilter Systeme von Deryagin, Landau, Verwey und Overbeck (DLVO-Theorie).

Abb.1. Potentielle Wechselwirkungsenergie zwischen zwei gleich geladenen Teilchen: 1- elektrische Abstoßung (E von); 2 - Dispersionsanziehung (E P p); 3 – resultierende Wechselwirkungsenergie (E mv); 4 – das Gleiche, jedoch mit steilerem Abfall in Kurve 1; r – Abstand zwischen Partikeln; E max ist die potentielle Barriere für die Wechselwirkung dispergierter Partikel.

Ha, Abb. Abbildung 1 zeigt die Abhängigkeiten der Werte von E on und E pr vom Abstand zwischen kolloidalen Partikeln. Wie man sieht, führt die resultierende Wechselwirkungsenergie (Kurve 3 in Abb. 10.17) zu einer κ-Anziehung (E mv< 0) на очень малых и отталкиванию (Е мв >0) bei großen Abständen zwischen Partikeln. Von entscheidender Bedeutung für die Stabilität dispergierter Systeme ist der Wert der potentiellen Abstoßungsbarriere (E max), die wiederum vom Verlauf der E from- und E pr-Kurven abhängt. Bei großen Werten dieser Barriere Das kolloidale System ist stabil. Die Adhäsion kolloidaler Partikel ist nur möglich, wenn diese ausreichend nahe beieinander liegen. Dies erfordert die Überwindung der potenziellen Abstoßungsbarriere. Bei einigen kleinen positiven Werten von E max (Kurve 3) können nur wenige kolloidale Partikel mit ausreichend hoher kinetischer Energie diese überwinden. Dies entspricht dem Stadium der langsamen Koagulation, wenn nur ein kleiner Teil der Kollisionen kolloidaler Partikel zu deren Adhäsion führt. Bei langsamer Koagulation kommt es im Laufe der Zeit zu einer leichten Abnahme der Gesamtzahl kolloidaler Partikel durch die Bildung von Aggregaten aus 2-3 Primärpartikeln, das Koagulat fällt jedoch nicht aus. Eine solche Koagulation geht nicht mit einer sichtbaren Veränderung einher in der kolloidalen Lösung spricht man von latenter Koagulation. Mit einer weiteren Abnahme der Potentialbarriere steigt die Koagulationsrate, gekennzeichnet durch eine Änderung der Anzahl der Partikel pro Zeiteinheit. Schließlich, wenn sich die Potentialbarriere aus dem Bereich der Abstoßung bewegt zum Anziehungsbereich (Kurve 4 in Abb. 1) kommt es zu einer schnellen Koagulation; die Kollision kolloidaler Partikel führt zu deren Adhäsion; in der kolloidalen Lösung bildet sich ein Niederschlag - ein Koagulat offensichtliche Gerinnung.

Die potentielle Abstoßungsbarriere (Emax) entsteht als Ergebnis der Summe der Abstoßungs- und Anziehungskräfte, die zwischen kolloidalen Partikeln wirken. Daher führen alle Einflussfaktoren auf den Verlauf der Kurven 1 und 2 (Abb. 1) zu einer Änderung sowohl des Wertes von E max; dort und die Position des Maximums (d. h. der entsprechende Abstand). Emax).

Eine deutliche Abnahme von Emax erfolgt als Folge einer Änderung der potentiellen Energie der elektrostatischen Abstoßung (d. h. des Verlaufs von Kurve 1), die durch die Zugabe von Elektrolyten zur kolloidalen Lösung verursacht wird. Mit zunehmender Konzentration eines beliebigen Elektrolyten kommt es zu einer Umstrukturierung der die kolloidalen Partikel umgebenden elektrischen Doppelschicht: Ein zunehmender Teil der Gegenionen wird aus dem diffusen in den Adsorptionsteil der elektrischen Doppelschicht verdrängt. Die Dicke des diffusen Teils der elektrischen Doppelschicht (Schicht 4 in Abb. 10.14) und damit der gesamten elektrischen Doppelschicht (Schicht 2 in Abb. 10.14) nimmt ab. Daher nimmt die potentielle Energiekurve der elektrostatischen Abstoßung steiler ab als in Abb. 10.17 Kurve 1. Daraus ergibt sich die potentielle Abstoßungsbarriere (Emax) nimmt ab und verschiebt sich in Richtung eines kleineren Abstands zwischen kolloidalen Partikeln. Wenn die elektrische Doppelschicht auf die Dicke der Adsorptionsschicht (Schicht 3 in Abb. 10.14) komprimiert wird, erscheint die gesamte Wechselwirkungskurve dispergierter Partikel im Anziehungsbereich (Kurve 4 in Abb. 10.17) und zwar schnell Es kommt zur Koagulation. Diese Messung der Stabilität einer kolloidalen Lösung erfolgt bei Zugabe von Elektrolyt.

Die koagulierende Wirkung von Elektrolyten ist gekennzeichnet durch Gerinnungsschwelle, d. h. die niedrigste Elektrolytkonzentration, die eine Koagulation verursacht. Abhängig von der Art des Elektrolyten und der kolloidalen Lösung variiert die Koagulationsschwelle zwischen 10-5 und 0,1 Mol pro Liter Sol. Den größten Einfluss auf die Gerinnungsschwelle hat die Ladung koagulierendes Ion Elektrolyt, d. h. ein Ion, dessen Ladung das entgegengesetzte Vorzeichen zur Ladung des kolloidalen Teilchens hat.

Gele

Verteilte Systeme können sein frei verteilt(Abb. 10.2) und zusammenhängend verteilt(Abb. 10.3, A-f) abhängig von der Abwesenheit oder Anwesenheit einer Wechselwirkung zwischen Partikeln der dispergierten Phase. Zu den frei dispergierten Systemen zählen Aerosole, Lyosole, verdünnte Suspensionen und Emulsionen. Sie sind flüssig. In diesen Systemen haben Partikel der dispergierten Phase keinen Kontakt, nehmen an zufälligen thermischen Bewegungen teil und bewegen sich frei unter dem Einfluss der Schwerkraft. Kohäsiv verteilte Systeme sind fest; Sie entstehen, wenn Partikel der dispergierten Phase in Kontakt kommen und es zur Bildung einer Struktur in Form eines Gerüsts oder Netzwerks kommt. Diese Struktur begrenzt die Fließfähigkeit des dispergierten Systems und verleiht ihm die Fähigkeit, seine Form beizubehalten. Solche strukturierten kolloidalen Systeme nennt man Gele. Als Übergang eines Sols in ein Gel bezeichnet man den Übergang, der durch eine Abnahme der Stabilität des Sols auftritt Gelierung(oder Verkleisterung). Die stark verlängerte Filmblattform dispergierter Partikel erhöht die Wahrscheinlichkeit von Kontakten zwischen ihnen und begünstigt die Bildung von Gelen bei niedrigen Konzentrationen der dispergierten Phase. Pulver, konzentrierte Emulsionen und Suspensionen (Pasten) sowie Schäume sind Beispiele für kohäsive disperse Systeme. Der Boden, der durch Kontakt und Verdichtung dispergierter Partikel aus Bodenmineralien und Humus (organischen Substanzen) entsteht, ist ebenfalls ein kohärent verteiltes System.