Koloidinė chemija. Makromolekulinės sistemos ir jų sprendimai

Koloidinė chemija

Koloidinės sistemos ir koloidinės chemijos dalykas

Koloidinės sistemos

Istorinis fonas

Iš pradžių koloidinė chemija buvo tik fizikinės chemijos skyrius. Dabar tai nepriklausoma disciplina, turinti savo idėjų spektrą. Sukurti specialūs specifiniai koloidiniai-cheminiai tyrimo metodai: ultramikroskopija, elektroninė mikroskopija, ultracentrifugavimas, elektroforezė ir kt. Praktika parodė didžiulę koloidų chemijos svarbą šiuolaikinėms technologijoms. Neįmanoma nurodyti šalies ūkio šakos, kurioje nebūtų naudojamos koloidinės sistemos ir koloidiniai procesai. Žmogus su koloidinėmis sistemomis susiduria nuo neatmenamų laikų. Tačiau jų tyrimas prasidėjo palyginti neseniai.

Paprastai manoma, kad koloidinės chemijos pradininkas yra anglų mokslininkas Thomas Grahamas (*) (1805-1869), praėjusio amžiaus 50-60-aisiais į apyvartą įvedęs pagrindines koloidinės cheminės sąvokas. Tačiau neturėtume pamiršti, kad jis turėjo pirmtakų, o visų pirma Jacobą Berzelius (*) ir italų chemiką Francesco Selmi (*). 19 amžiaus 30-aisiais Berzelijus aprašė keletą nuosėdų, kurios plaunant praeina per filtrą (silicio ir vanado rūgštys, sidabro chloridas, Prūsijos mėlynasis ir kt.). Šias per filtrą praeinančias nuosėdas Berzelijus vadino „tirpalais“, tačiau kartu atkreipė dėmesį į jų glaudų giminingumą su emulsijomis ir suspensijomis, kurių savybes jis gerai žinojo. 19 amžiaus šeštajame dešimtmetyje Francesco Selmi tęsė darbą šia kryptimi, ieškodamas fizikinių ir cheminių skirtumų tarp sistemų, susidarančių per filtrą praeinančių nuosėdų (jis pavadino jas „pseudo tirpalais“) ir įprastų tikrų tirpalų.

Anglų mokslininkas Michaelas Faradėjus (*) 1857 metais susintetino aukso koloidinius tirpalus – Au suspensiją vandenyje, kurios dalelių dydis nuo 1 iki 10 nm. ir sukūrė jų stabilizavimo metodus.

Šie „pseudotirpalai“ išsklaido šviesą, juose ištirpusios medžiagos nusėda įdėjus nedidelius kiekius druskų, medžiagos perėjimas į tirpalą ir nuosėdų iš jo nelydimas sistemos temperatūros ir tūrio pasikeitimas, kuris dažniausiai pastebimas tirpinant kristalines medžiagas.

Thomas Grahamas sukūrė šias idėjas apie skirtumą tarp „pseudo-sprendimų“ ir tikrų sprendimų ir pristatė „koloidinio“ sąvoką. Grahamas atrado, kad medžiagos, galinčios sudaryti želatines amorfines nuosėdas, pavyzdžiui, aliuminio hidroksidas, albuminas, želatina, vandenyje difunduoja mažu greičiu, palyginti su kristalinėmis medžiagomis (NaCl, sacharozė). Tuo pačiu metu kristalinės medžiagos lengvai prasiskverbia pro pergamento kevalus tirpale („dializuojasi“), tačiau želatininės medžiagos per šiuos apvalkalus nepraeina. Klijus laikydamas tipišku želatininių, nedifuzuojančių ir nedialitinių medžiagų atstovu, Grahamas suteikė jiems bendrą pavadinimą „koloidas“, t.y. panašus į klijus (iš graikų kalbos žodžio kolla – klijai). Kristalines medžiagas ir medžiagas, kurios gerai išsklaido ir dializuoja, jis pavadino „kristaloidais“.

Išvardinkime kai kurių tirpalų, kuriuos dabar vadiname koloidinėmis sistemomis, anomaalias savybes.

Koloidinių sistemų savybės:

1. šviesos sklaida (opalescencija) (rodo heterogeniškumą, daugiafazę sistemą).

Opalescencija tampa ypač pastebima, jei, kaip tai padarė Tyndall (*), susiliejančių spindulių spindulys praleidžiamas per koloidinį tirpalą, įdedant lęšį tarp šviesos šaltinio ir kiuvetės su tirpalu. Šiuo atveju tirpalai, kurie yra skaidrūs skleidžiamoje šviesoje, turi visas drumstos terpės savybes šoniniame apšvietime. Koloidiniame skystyje, žiūrint iš šono, susidaro ryškus šviečiantis kūgis (Tyndall kūgis).

2. lėta difuzija

3. žemas osmosinis slėgis

(2 ir 3 punktai rodo, kad sistemoje yra didelių dalelių)

4. koloidiniai tirpalai geba dializuoti, t.y. galima atskirti nuo priemaišų naudojant membraną

5. galintis koaguliuoti (ardyti) sistemą, kai: pridedant priemaišų, keičiant T, maišant ir pan.

6. kartais jie atranda elektroforezės fenomeną, atrastą Reuso (6) Rusijoje 1808 m., t.y. dalelės sistemoje gali turėti krūvį.

Norint įsivaizduoti, apie ką yra „koloidų chemijos“ mokslas, reikia atsakyti į klausimą, kas yra koloidai ar koloidinės sistemos?

Koloidų chemijos dalykas

Koloidinė chemija – mokslas apie paviršiaus reiškinius ir išsklaidytas sistemas.

KAM paviršiniai reiškiniai Tai apima procesus, vykstančius sąsajoje, tarpfaziniame paviršiaus sluoksnyje ir atsirandančius dėl konjuguotų fazių sąveikos.

Leiskite jums tai priminti fazė yra termodinaminės sistemos dalis, turinti tam tikras fizines ir chemines savybes ir atskirta nuo kitų sistemos dalių sąsaja.

Tikruose tirpaluose medžiaga susmulkinama iki molekulinės būsenos ir nėra sąsajos tarp tirpios medžiagos ir tirpiklio.

Paviršiaus reiškinių priežastis yra nesočiųjų tarpatominių, tarpmolekulinių jėgų lauko, atsirandančio dėl skirtingos besiliečiančių fazių sudėties ir struktūros bei jų paviršiaus atomų ir molekulių ryšių skirtumų, buvimas kontaktinių fazių sąsajoje.

Skystų ir kietų kūnų paviršiniai sluoksniai, esantys greta fazių sąsajos, daugeliu fizikinių ir cheminių rodiklių smarkiai skiriasi nuo giliai jų tūryje esančių fazių savybių (savitosios energijos, tankio, klampumo, savitojo elektros laidumo ir kt.). Skirtumai taip pat siejami su tam tikra molekulių orientacija paviršiniuose sluoksniuose ir skirtinga jų energetine būsena, lyginant su tūrinėmis molekulėmis. Be to, daugiakomponentėse sistemose (sprendimuose) paviršiaus sluoksnio sudėtis nesutampa su tūrinių fazių sudėtimi.

Paviršinių sluoksnių ypatybės atsiranda dėl paviršiaus energijos pertekliaus. Sąsajos savybės turi didesnę įtaką visos sistemos elgsenai, kuo didesnis paviršiaus plotas (Ssp). Tai paaiškina dominuojantį paviršiaus reiškinių vaidmenį labai išsklaidytų sistemų, kurių Ssp pasiekia milžiniškas vertes, savybėse.

Energijos perteklius paviršiniame molekulių sluoksnyje atsiranda dėl nepilno tarpmolekulinių traukos jėgų tarp paviršinio sluoksnio molekulių kompensavimo dėl silpnos jų sąveikos su gretima faze.

Koloidinės chemijos tyrimai išsklaidytos sistemos – nevienalytės sistemos, susidedančios iš dviejų ar daugiau fazių, iš kurių viena dispersinė fazė - suskaidytas (nepertraukiamas), o kitas - dispersinė terpė - yra nuolatinė sistemos dalis.

Koloidinių tirpalų ir kitų išsklaidytų sistemų mikroheterogeniškumo koncepcija yra labai svarbi. Už atradimą austrų mokslininkas Zsigmondy (*) 1925 m. laimėjo Nobelio chemijos premiją.

Išsklaidytos dalelės atskiriamos į specialią grupę dėl to, kad jų fizinės ir cheminės savybės skiriasi nuo panašių tos pačios medžiagos didelių objektų savybių. Tokios savybės apima stiprumą, šiluminę talpą, T pl, magnetines ir elektrines charakteristikas, reaktyvumą.

Šiuos skirtumus lemia dydžio poveikis. Kuo mažesnis dalelių dydis, tuo ryškesnės ypatingos savybės, ypač tai pasakytina apie nanodaleles. Šios savybės atveria iš esmės naujus praktinius pritaikymus chemijoje, fizikoje ir biologijoje. Išsklaidytų dalelių savybių (gamybos metodų, struktūros, fizikos ir chemijos) tyrimas yra viena iš aktualiausių ir perspektyviausių užduočių daugelyje disciplinų.

Išsklaidytos dalelės gali būti labai skirtingos forma : cilindro formos, sferinės, stačiakampės, netaisyklingos. Pavyzdžiui, išsklaidytos dalelės apima:

sistemos su kubinėmis, sferinėmis dalelėmis - zoliais, emulsijomis, suspensijomis, pastomis;

gijinės – nervinių ląstelių skaidulos, 2 dimensijos raumenų skaidulos, kapiliarai, poros (mediena, audinys, plaukai, oda),

plėvelės – paviršiniai sluoksniai sąsajose emulsijose, putose, katalizatorių ir adsorbentų porose, membranose.

Taigi 1 m 3 pradinės medžiagos gali būti susmulkinta į kubelius, kurių krašto ilgis A, ištraukite į sriegį su skerspjūviu A arba išlyginti į storą plėvelę A.

Jei dalelės yra netaisyklingos formos, tada, naudojant „skersinio dydžio“ sąvoką, jų forma prilyginama sferinei su lygiaverčiu skersmeniu.

Dispersinės sistemos kiekybinės charakteristikos:

1. Dalelių dydis d vid., d min, d max

2. Dalelių koncentracija ν = n d /V, kur n d yra dispersinės fazės dalelių skaičius dispersinės terpės tūrio vienete V

3. Sistemos fragmentacijai būdinga dispersija D Ir dispersinės fazės savitasis paviršiaus plotas Ssp:

Pirmasis kiekybinio įvertinimo variantas yra pagrindinis

D = 1/d Ir S ritmas = S / V,(1.1)

Kur d– mažiausias dalelių dydis, S – V- kūno apimtis.

Pavyzdžiui, kubinei dalelei, kurios krašto dydis

d = 10 -8 m S plakimas = 6d 2 / d 3 = 6 / d = 6 *10 8 m -1

Sriegiui su skerspjūviu d 2 = 10 -8 * 10 -8 S ritmas = 4* 10 8 m -1

Dėl plokštės storio d= 10 -8 m S ritmas = 2 *10 8 m -1

Sistemoms, kuriose yra sferinių dalelių, kurių spindulys r S plakimas = 4πr 2 / 4/3πr 3 = 3/ r

Antrasis variantas (Maskvos valstybinio universiteto vadovėlyje - Shchukin):

D = S/V,(1.2)

Kur S – bendras sąsajos paviršiaus plotas, V- kūno apimtis,

S ritmas = S /∑m = D / ρ, Kur ρ= tam tikros medžiagos tankis.

Taigi, koloidinės sistemos turi du būdingi bruožai :

1. nevienalytiškumas

2 dispersija.

Žinoma, pirmasis iš jų turi vyraujančią reikšmę koloidinėms sistemoms, nes nesant fazės ribos paviršiaus reiškiniai nekyla.

Tarpmolekuliniai ryšiai

Tarpmolekulinė sąveika gali būti įvairių tipų:

1. cheminiai ryšiai – susidaro persidengiant elektroninėms orbitoms, todėl yra labai specifiniai

2. vandeniliniai ryšiai susidaro tarp molekulių, turinčių funkcinę grupę – OH: rūgščių, šarmų, vandens ir kitų medžiagų –

silikagelis - Si – OH H

3. Van der Waals jėgos (*) (molekuliniai ryšiai), veikiančios tarp bet kokių molekulių.

Skirtumai tarp molekulinių traukos jėgų ir cheminių :

a) pagal energetinę vertę: E mol = 5 - 50 kJ/mol

E cheminė = 80 – 800 kJ/mol

b) molekulinės jėgos yra nespecifinės

c) diapazono skirtumas

r cheminis ~ 10 -8

r mol> 10 -7 cm

d) molekulinės jėgos yra adityvinės, o cheminės jungtys yra įsotintos

Molekulinės sąveikos jėgos apima:

A) orientacinės jėgos (Keezoma) (*)

Jie atsiranda tarp polinių molekulių dėl dipolio momentų sąveikos. Dėl dipolio ir dipolio sąveikos molekulės viena kitos atžvilgiu įgauna tam tikrą orientaciją

Orientacinės sąveikos energija labai priklauso nuo atstumo tarp molekulių:

E μˉ1/ μˉ2 = - A 1 /r 6 (2.1)

U polinė molekulė – „+“ ir „-“ krūvių svorio centras nesutampa (dipolio momentas μˉ i ≠ 0).

Poliškumo laipsnis priklauso nuo dipolio momento μˉ i . Poliatominių molekulių poliškumą lemia atskirų ryšių poliškumas ir jų padėtis viena kitos atžvilgiu.

Nepolinėms neorganinėms medžiagoms priskiriami: elementai, simetriškos dujų molekulės, kai kurios druskos (metalų sulfidai).

Svarstant organinių molekulių poliškumą ar nepoliškumą, reikėtų atkreipti dėmesį ne tik į polinės grupės buvimą molekulėje, bet ir į jų vietą molekulės struktūrinėje formulėje.

Pavyzdžiui:

b) indukcijos jėgos (Debye pajėgos (*)). Nepolinės molekulės dipolis atsiranda elektriniame lauke arba veikiant polinės molekulės laukui.

Ryšio energija priklauso nuo molekulių poliarizuojamumo ir taip pat labai mažėja didėjant atstumui:

E ind = - A 2 /r 6 (2,2)

V) sklaidos jėgos (Londono jėgos (*)) veikia tarp visų molekulių. Jie atsiranda dėl nuolatinio elektronų judėjimo atomuose, dėl kurių susidaro momentiniai dipoliai. Savo ruožtu vieno atomo momentinio dipolio elektrinis laukas indukuoja gretimo dipolio momentą, o tai lemia patrauklių jėgų atsiradimą.

E disp = - A 3 /r 6 (2,3)

Tiksliau , (2.4)

kur α yra molekulės poliarizuotumas.

Traukos dispersijos jėgos nepriklauso nuo temperatūros.

Didėjant atstumui tarp molekulių, molekulinės jėgos greitai mažėja.

Panagrinėkime ryšius tarp atskirų molekulių traukos jėgų (2.1 lentelė):

2.1 lentelė

Paviršiaus įtempimo apibrėžimai

Paimkime tokios konfigūracijos objektą, kad jį plyšus slydimo plokštumai, susidaro dvi sudedamosios dalys, kurių paviršiaus plotas S. Kūnui plyšus, tam tikras darbas sunaudojamas tarpmolekulinėms jėgoms. Natūralu, kad šis darbas yra proporcingas tarpfazinio paviršiaus plotui:

2.2 pav. Paviršiaus įtempio apibrėžimo link kaip vienetinio paviršiaus ploto formavimo darbą

Naujame paviršiuje susidaro molekulių sluoksnis, turintis daugiau energijos nei fazės viduje esančios molekulės. Proporcingumo koeficientas tarp darbo ir sąsajos paviršiaus ploto vadinamas koeficientu paviršiaus įtempimas arba tiesiog paviršiaus įtempimas .

Remiantis aukščiau pateikta lygtimi, matoma paviršiaus įtempimo kaip darbo fizinė reikšmė:

1. Paviršiaus įtempis skaičiais lygus grįžtamojo izoterminio susidarymo darbui paviršiaus vienete

Koncepcija grįžtamasis procesas nustato tam tikrus šio apibrėžimo naudojimo apribojimus, nes ne kiekviena fazės riba gali būti gauta grįžtamai remiantis aukščiau pateiktais argumentais. Pavyzdžiui, naujos t/g sąsajos srities gavimas negali būti grįžtamas, nes Realybėje būtina atsižvelgti į negrįžtamą molekulių deformaciją. Todėl dažnai naudojamas paviršiaus įtempimo apibrėžimas kaip specifinė paviršiaus energija.

2. Fazinė sąsaja turi nekompensuotos energijos perteklių. Šis perteklius vienam paviršiaus vienetui yra specifinė laisvo paviršiaus energija .

Norint padidinti skystosios fazės plotą, būtina įveikti vidinį slėgį ir atlikti tam tikrą mechaninį darbą. Jei plotas padidinamas esant P, T = const arba V, T = const, tada kartu padidėja sistemos paviršiaus energija.

Paviršiaus įtempimo termodinaminis apibrėžimas išplaukia iš pirmojo ir antrojo termodinamikos principų jungtinės lygties.

Parašykime heterogeninei sistemai vidinės energijos U atžvilgiu: dU = TdS – PdV +σdS +∑μ i dn i +φ dq (2.8)

S, V, n i ir q = const dU = σ dS (2.9)

Iš čia gauname, , (2.10)

tie. paviršiaus įtempimas – dalinė vidinės energijos išvestinė sąsajos ploto atžvilgiu esant pastoviai entropijai, tūriui, medžiagos molių skaičiui ir paviršiaus krūviui.

Kadangi kombinuotą lygtį galima parašyti kitų termodinaminių potencialų atžvilgiu, su atitinkamais pastoviais parametrais gauname:

Kadangi dažniausiai susiduriame su procesais, vykstančiais izobarinės-izoterminės sąlygos, tada galite rasti tokį apibrėžimą:

Paviršiaus įtempis σ yra savitoji paviršiaus Gibso energija (*) .

Atskiroms medžiagoms šis apibrėžimas yra gana griežtas. Paviršiaus vienetui galime parašyti:

„Perteklumas“ reiškia, kad skysčio paviršiaus molekulių energija yra didesnė už vidiniame tūryje esančių molekulių energiją.

3) Paviršiaus įtempimas, be energetinės (termodinaminės) fizinės reikšmės, taip pat turi galia (mechaninė). Tai gali paaiškinti paprastas eksperimentas:

2.3 pav. Dupre rėmelis (*)

Judamas skersinis AD, kurio ilgis yra l, uždedamas ant vielinio rėmo ir lengvai slysta išilgai rėmo. Panardinkite rėmą į muilo ir vandens tirpalą. Ant rėmo susidaro dvipusė muilo plėvelė, priveržianti l ilgio rėmo dalį. Judamam skersiniam strypui AD pritaikykime žemyn nukreiptą jėgą F (apkrovą G). Veikiamas jėgos F, skersinis AD pasislinks be galo mažu atstumu dx ir užims padėtį A׳ D׳.

Jėga F sukurs darbą dW=Fdx. (2.13)

Jei T = const, tai šis darbas skiriamas tik plėvelės plotui padidinti: dS = 2l dx (2,14)

dW = σ dS. (2.15)

Nustatykime skersinio AD jėgos mechaninės pusiausvyros sąlygą, kai veikia jėga F:

dW = F dx = σ dS = σ 2l dx. (2.16)

Tokią pusiausvyrą užtikrina jėga, nukreipta priešinga kryptimi ir lygi: σ = F/2l. (2.17)

Temperatūra T

Priedų poveikis

Sprendimų paviršiaus įtempimas skiriasi nuo tirpiklio paviršiaus įtempimo. Priklausomybė σ l/g = f(C) kai iškviečiamas T=const paviršiaus įtempimo izoterma. Pasirašyti dσ/dс nurodo σ priklausomybės nuo koncentracijos C pobūdį. Sutikime, kad paviršiaus įtempimo izoterma būtų laikoma tik vandeniniams tirpalams, todėl esant C = 0 paviršiaus įtempis σ o lygus σ Н2о tam tikroje temperatūroje.

2.6 pav. Paviršiaus įtempimo izotermos ties l/g riba, priklausomai nuo ištirpusios medžiagos koncentracijos

Vandeniniams tirpalams yra 3 pagrindiniai izotermų tipai:

1. aktyviosios paviršiaus medžiagos, kurios nekeičia paviršiaus įtempimo (1 kreivė).

2. paviršinio aktyvumo medžiagos (elektrolitai), kurie disocijuoja vandenyje ir sudaro jonus, kurie yra gerai hidratuoti, nes E jonas/H2O >E H2O/H2O, todėl jonai intensyviai traukiami į tirpalo gylį, dσ/dс > 0(2 kreivė).

Vanduo-oras fazės ribai tai yra druskos, šarmai, mineralinės rūgštys, t.y. bet kokie junginiai, kurie tirpale sudaro tik neorganinius jonus. Jų veikimas paaiškinamas taip: vandens jonų ir dipolių traukos jėgos yra stipresnės nei dipolių vienas kito atžvilgiu, todėl, ištirpus PIV vandenyje, padidėja tarpmolekulinė sąveika paviršiniame sluoksnyje, o tai reiškia, σ .

σ padidėjimo, pridedant PIV į vandenį, poveikis paprastai yra nereikšmingas. Tai matyti iš 2.5 pav. Taigi gryno vandens paviršiaus įtempis 20°C temperatūroje yra 72,8 mJ/m2, 1 % NaOH tirpalui – 73,0 mJ/m2, o tik 10 % NaOH tirpalui siekia 77,5 mJ/m2.

3. aktyviosios paviršiaus medžiagos, kurios sumažina paviršiaus įtempimą sąsajoje (3 kreivė).

Gebėjimas sumažinti paviršiaus įtempimą vadinamas paviršiaus aktyvumas (2.20)

Paviršinio aktyvumo medžiagoms priskiriamos asimetrinės molekulinės struktūros organinės molekulės, susidedančios iš polinių ir nepolinių grupių – turinčios difilinę struktūrą (2.7 pav.) :

polinė grupė: -COOH; -NO 2; -CHO; - JIS; -NH2;

nepoliniai angliavandeniliai-

radikalus

Ryžiai. 2.7. Simbolinis paviršinio aktyvumo medžiagos molekulės vaizdas

Vandenyje esančios polinės grupės yra hidratuotos, nepolinė paviršinio aktyvumo medžiagos molekulių dalis reiškia hidrofobinę angliavandenilio grandinę arba radikalą.

Paviršinio aktyvumo medžiagos molekulė dėl savo amfifilinės struktūros skirtingai sąveikauja su vandens molekulėmis tirpale: poliarinė dalis lengvai hidratuojama (dėl to paviršinio aktyvumo medžiagos molekulės tirpsta – šis procesas energetiškai labai palankus), nepolinis angliavandenilio radikalas, silpnai. sąveikaudamas su vandeniu, užkerta kelią tarpmolekulinei vandens dipolių sąveikai tarpusavyje.

E H2O/H2O > E H2O/Paviršinio aktyvumo medžiaga (primename, kad vandens molekulių sąveika tarpusavyje gana stipri – orientacinė, indukcinė, dispersinė, plius vandeniliniai ryšiai), todėl energetiškai palankiau šalinti nepolinį ilgą angliavandenilį radikalai iš tūrio.

Dėl to paviršiuje susidaro tam tikru būdu orientuotas adsorbcinis sluoksnis, kuriame poliarinė dalis atsukta į vandenį, o nepolinis radikalas – į kontaktinę fazę (pavyzdžiui, orą). Tai sumažina paviršiaus energijos perteklių ir atitinkamai paviršiaus įtempimą.

3 kreivė pav. 2.6. charakterizuoja priklausomybę σ=f(С) poliarinių organinių medžiagų vandeniniams tirpalams, turintiems nelabai ilgas grandines ir nedisociuojančias arba silpnai disocijuojančias alifatinių alkoholių, aminų, riebalų rūgščių grupes. Jiems paviršiaus įtempis pirmiausia krenta tiesiškai, paskui logaritmiškai.

Tokį priklausomybės tipą σ=f(С) gerai apibūdina Šiškovskio empirinė lygtis: σ= σ о – В ln(1+A С). (2.21)

Koeficientų A ir B fizikinę reikšmę aptarsime kiek vėliau.

(Konstantos A reikšmė pereinant prie homologo padidėja 3-3,5 karto, o B = RTG ∞, kur Г ∞ yra ribinė adsorbcija)

Dažniausiai neduodu, kad nesusipainiočiau:

Yra didelė paviršinio aktyvumo medžiagų grupė su dideliu hidrofobiniu radikalu ir labai drėkinančia poline grupe. Tokių junginių tirpaluose, padidėjus koncentracijai iki tam tikros kritinės vertės – CMC (kritinės miceliacijos koncentracijos), susidaro micelės – orientuotų paviršinio aktyvumo medžiagų molekulių agregatai. Tokių tirpalų paviršiaus įtempimą lemia atskiros paviršinio aktyvumo medžiagos molekulės, nes micelės beveik nesumažina tirpalo paviršiaus įtempimo – 4 kreivė.

2.2.4. Eksperimentiniai paviršiaus įtempimo nustatymo metodai

Pagrindinę fazinės sąsajos savybių charakteristiką – specifinę laisvojo paviršiaus energiją ir skaitiniu būdu vienodą paviršiaus įtempimo reikšmę galima palyginti lengvai ir labai tiksliai nustatyti lengvai judančioms sąsajoms – l/g ir l 1/l 2.

Yra daugybė paviršiaus įtempimo nustatymo metodų. Apsistokime prie pagrindinių σ matavimo prie l/g ribos metodų bendrųjų principų.

Atskirų skysčių paviršiaus įtempimui matuoti tinka bet koks metodas. Sprendimai turi tuos pačius matavimo rezultatus paviršiaus įtempimas skirtingi metodai gali labai skirtis dėl lėto tirpių medžiagų pusiausvyros pasiskirstymo tarp naujai susidariusio paviršiaus ir tirpalo tūrio.

Norint teisingai pasirinkti tyrimo metodą, būtina atsižvelgti į paviršiaus įtempimo pusiausvyros verčių nustatymo kinetiką. Pavyzdžiui, paviršinio aktyvumo medžiagos molekulių difuzija į sąsają vyksta gana lėtai per trumpą matavimo laiką, nespėja nustatyti jų pusiausvyros paviršiaus koncentracijos, o molekulės nespėja tinkamai orientuotis paviršiniame sluoksnyje. Todėl, norint išmatuoti σ šiuo atveju, reikia naudoti statinius arba pusiau statinius, bet ne dinaminius metodus.

Pažvelkime į kai kuriuos dažniausiai naudojamus statinius ir pusiau statinius paviršiaus įtempimo nustatymo metodus.

1. Statinis – yra pagrįsti stabilios pusiausvyros būsenos, į kurią sistema spontaniškai ateina, tyrimu. Tai apima metodus: plokščių balansavimą, kapiliarų kilimą, sėdimą arba kabantį kritimą.

Vilhelmo metodas (*) (lėkštės balansavimo metodas).

Plona d storio plokštelė, sumontuota ant balansinės sijos, panardinama į tiriamą skystį, kuris gerai sušlapina jo paviršių. Plokštelės paviršiuje susidaro meniskiai. Jų paviršiaus forma ir didžiausias skysčio pakilimo aukštis nustatomas pagal Laplaso lygtį.

Plokštės svoris nustatomas statiškai ir nuėmus nuo paviršiaus. Bendras skysčio svoris (taigi ir jėga F, kuri turi būti taikoma norint subalansuoti plokštelę) vienam plokštės parametro vienetui nepriklauso nuo menisko formos ir, kai θ =0, yra lygus paviršiaus įtempimui:

, (2.22)

Kapiliarinio pakilimo metodas yra pagrįstas paviršiaus įtempimo skaičiavimais, naudojant Jurino formulę (*):

, (2.23)

čia H – skysčio, kylančio kapiliare, aukštis, ρ ir ρ o – skysčio ir jo sočiųjų garų tankiai, θ – drėkinimo kontaktinis kampas, g – gravitacijos pagreitis.

Slėgio skirtumas, kuris susidaro abiejose skysčio paviršiaus pusėse, kai jis lenkiasi, vadinamas kapiliariniu slėgiu. Jei kapiliaras panardinamas į skystį, tai dėl kapiliaro sienelių drėkinimo ar nesušlapimo susidaro meniskas, t.y. atsiranda skysčio paviršiaus kreivumas ir kapiliarinis slėgis.

Jo įtakoje skysčio riba juda, kol susidaro pusiausvyra tarp hidrostatinio slėgio ir kapiliarinio slėgio. Tokiu atveju drėkinantis skystis pakyla, o nešlapis nukrenta. Išmatavimai σ pagamintas įrenginyje, kuris schematiškai parodytas 2.8 pav. Tiriamas skystis pilamas į platų vamzdelį (žr. prietaiso diagramą), tada katetometru išmatuojamas kapiliarinio pakilimo aukštis h. Tai priklauso nuo skysčio paviršiaus įtempimo:

Ryžiai. 2.8. Prietaiso, skirto skysčių paviršiaus įtempimui matuoti kapiliarinio pakilimo metodu, schema: 1- kapiliarinis, 2 pločio vamzdelis.

Skystis kapiliare kyla aukštyn, kol hidrostatinis slėgis P susibalansuoja su kapiliariniu slėgiu P σ (P σ =2σ/r), r=r o /cosθ. Naudojami ploni kapiliarai, užtikrinantys menisko sferiškumą, gerai sudrėkinti skysčiu, todėl skaičiavimą galima supaprastinti (kampas θ ≈ 0 o).

Metodų grupė (sėdimas arba kabantis lašas) yra pagrįsti lašų formos gravitacijos lauke tyrimu. Tokiais atvejais atsižvelgiama į jų formos nukrypimą nuo sferinės. Šis metodas yra vertingas norint nustatyti paviršiaus įtempimą aukštoje temperatūroje. Tokiais atvejais lašai fotografuojami naudojant ilgo fokusavimo optiką arba rentgeno spindulius.

Geometrinių parametrų matavimų rezultatai, parodantys paviršiaus nuokrypio nuo sferinio laipsnį, lyginami su lentelėse pateiktomis šių parametrų reikšmėmis (jos gaunamos skaitine Laplaso lygties (*) integracija) ir reikšme σ. yra rastas.

2) Pusiau statiniai metodai yra pagrįsti sąlygų, kurioms esant sistema praranda pusiausvyrą, tyrimu.

Adsorbcija

2.4.1. Pagrindinės sąvokos ir apibrėžimai

Adsorbcija– savaiminio sistemos komponentų koncentracijos pasikeitimo (perskirstymo) tarp paviršinio sluoksnio ir tūrinės fazės procesas.

Tankesnė fazė vadinama adsorbentas (skystos arba kietos agregatinės būsenos).

Medžiaga, kuri yra adsorbuota, vadinama adsorbuoti arba adsorbcinis.

Atvirkštinis procesas vadinamas desorbcija th.

Kiekybiškai adsorbcijai apibūdinti naudojami du dydžiai:

1. Absoliuti adsorbcija A – adsorbato molių arba g skaičius adsorbento paviršiaus arba masės vienete.

A vienetai yra mol/m2, mol/g arba mol/cm3. Eksperimentiškai A nustatomas gravimetriniu metodu (pavyzdžiui, McBean svarstyklėje), tiriant adsorbciją iš dujinės fazės ant kieto adsorbento. Ant svarstyklių pakabinto adsorbento masės padidėjimas (paverčiamas moliais) yra lygiai A.

2. Perteklinė adsorbcija (Gibbs) G – adsorbato perteklius paviršiniame sluoksnyje, palyginti su jo kiekiu tame pačiame fazės tūryje adsorbento paviršiaus arba masės vienete.

Adsorbcijos perteklius taip pat matuojamas mol/m2, mol/g arba mol/cm3. Eksperimentiškai G nustatomas pagal adsorbato koncentracijų skirtumą tirpale prieš ir po adsorbcijos (kaip daroma laboratorinėje praktikoje).

Fizine prasme A visada yra teigiamas (A > 0). Γ reikšmė gali būti teigiama (medžiaga koncentruojasi ant paviršiaus) arba neigiama (medžiaga vengia paviršiaus, kaip PIV adsorbcijos atveju).

Pagal apibrėžimą A visada yra didesnis už G, bet esant mažoms adsorbato koncentracijoms (medžiagos kiekis faziniame sluoksnyje gali būti nepaisomas, palyginti su kiekiu paviršiuje) ir stipriai adsorbcijai. A » D. Paprastai tai pastebima paviršinio aktyvumo medžiagų vandeniniuose tirpaluose.

Nustatyta keletas apytikslių kriterijų, kurių visuma leidžia, remiantis eksperimentiniais duomenimis, atskirti fizinė ir cheminė adsorbcija.

1. Fizinė adsorbcija vyksta veikiant van der Waalso jėgoms ir savo prigimtimi panaši į adsorbato garų kondensacijos procesus. Štai kodėl šilumos jis artimas kondensacijos šilumai ir siekia –(5 – 40) kJ/mol. Chemisorbcijos šiluma yra panaši į cheminių reakcijų šilumą ir paprastai yra – (80–400) kJ/mol.

Tačiau chemisorbciją iš skystų tirpalų gali lydėti šilumos išsiskyrimas, artimas fizinės adsorbcijos šilumai. Taigi, jei stebimos adsorbcijos šilumos viršija -80 kJ/mol, tai galima pagrįstai teigti, kad tiriamas reiškinys yra chemisorbcija. Tačiau neįmanoma padaryti išvados apie fizinį adsorbcijos pobūdį, kai jos šilumos vertė yra nedidelė.

2. Temperatūros diapazonas fizinės adsorbcijos atsiradimas negali žymiai viršyti adsorbato virimo temperatūros esant eksperimento slėgiui. Taigi, esant atmosferos slėgiui, fizinė vandens adsorbcija yra apribota iki T≈ 100 0 C. Chemisorbcija gali vykti tiek žemoje, tiek daug aukštesnėje temperatūroje.

3. Vyksta fizinė adsorbcija ant neakytų adsorbentų beveik akimirksniu, o jo greitis silpnai priklauso nuo temperatūros. Chemisorbcija, kaip ir bet kuri cheminė reakcija, vyksta formuojant aktyvuotą kompleksą, įveikiant aktyvacijos energiją, t.y. yra aktyvuota adsorbcija. Tokios adsorbcijos greitis labai priklauso nuo temperatūros (šią priklausomybę perteikia Arenijaus lygtis (*)).

Tačiau yra atvejų, pavyzdžiui, deguonies ir vandenilio chemisorbcijos metu metalų paviršiuje, kai adsorbcija vyksta labai greitai ir praktiškai nepriklausant jos greičiui nuo temperatūros.

4. Nedviprasmiškas adsorbcijos pobūdžio nustatymo kriterijus yra reikšmingo nebuvimas desorbcijos greičio priklausomybė nuo temperatūros.

Desorbcijos aktyvavimo energija lygi adsorbcijos aktyvacijos energijos ir adsorbcijos šilumos sumai. Silpna desorbcijos greičio priklausomybė nuo temperatūros galima tik esant mažoms aktyvavimo energijos ir adsorbcijos šilumos vertėms, ir tai būdinga tik fizinei adsorbcijai.

5. Fizinė adsorbcija ne konkretus : atsiranda ant bet kokio paviršiaus (jei eksperimento temperatūra yra žemesnė už adsorbato virimo temperatūrą).

Dėl šios savybės fizinė adsorbcija gali būti naudojama bendram kietųjų medžiagų paviršiaus plotui išmatuoti. Priešingai, chemisorbcija vyksta tik ant tų adsorbentų, su kurių paviršiais galima cheminė adsorbato sąveika (tarp jų yra cheminis giminingumas).

6. Dėl fizinės adsorbcijos gali susidaryti polimolekulinės plėvelės (polimolekulinė adsorbcija), kadangi sąveikos jėgos vėlesniuose sluoksniuose praktiškai nesiskiria nuo sąveikos jėgų pirmame sluoksnyje. Chemisorbcijos metu cheminei sąveikai reikalingas tiesioginis adsorbato kontaktas su paviršiumi ir polimolekulinės adsorbcijos galimybė yra atmesta.

Tačiau adsorbuotos medžiagos kiekis chemisorbcijos metu kai kuriais atvejais gali viršyti vieno sluoksnio dangą dėl adsorbato įsiskverbimo į tam tikrą paviršinio sluoksnio gylį į adsorbento kristalinės gardelės tarpus. Chemisorbuojant deguonį ant sidabro ar platinos, adsorbuotas kiekis gali būti daugiau nei 3 kartus didesnis už deguonies atomų skaičių, atitinkantį vienasluoksnę paviršiaus dangą. Šiuo atveju nesusidaro tūrinė oksido fazė.

7. Cheminė adsorbcija yra lokalizuota, t.y. Kiekviename paviršiaus adsorbcijos centre gali būti adsorbuota tik viena adsorbato molekulė (paviršius gali būti pavaizduotas kaip šachmatų lenta, ant kurios kiekviename langelyje gali būti tik viena figūrėlė). Fizinė adsorbcija nelokalizuota tie. šiuo atveju nėra standaus ryšio tarp adsorbato molekulių ir adsorbcijos centrų.

Pirmiau minėti kriterijai, nagrinėti atskirai, ne visada leidžia vienareikšmiškai apibūdinti adsorbcijos tipą, tačiau kartu juos taikant paprastai galima patikimai atskirti fizinę adsorbciją nuo chemisorbcijos.

Tačiau reikia turėti omenyje, kad nesant aiškios ribos tarp fizinės ir cheminės sąveikos reiškinių, galima adsorbcija, kuriai būdingos tarpinės savybės tarp fizinės adsorbcijos ir chemisorbcijos.

Dažnai literatūroje galite rasti teiginį, kad fizinė adsorbcija yra grįžtama, o chemisorbcija yra negrįžtama. Tai neteisinga: chemisorbcija, kaip ir bet kuri cheminė reakcija, vyksta tol, kol nusistovi pusiausvyra, kai adsorbcijos greitis yra lygus desorbcijos greičiui. Sąvoka „negrįžtama adsorbcija“ vartotina tik tais atvejais, kai skiriasi adsorbuotų ir desorbuotų molekulių cheminė prigimtis (molekulės suyra į fragmentus, o desorbuojant iš paviršiaus išsiskiria visiškai skirtingos dalelės). Taigi benzeno, chemisorbuoto ant platinos, desorbcijos metu nuo paviršiaus pašalinamas visas angliavandenilių rinkinys - nuo metano iki cikloheksano.

Apskritai adsorbcija yra slėgio P (dujoms) arba koncentracijos C (skystiems tirpalams) ir temperatūros funkcija, t.y. plokštumoje pavaizduotas koordinatėmis A= f(P,T) arba Г = f(C,T).

Paprastai vienas iš parametrų išlaikomas pastovus, o adsorbcija grafiškai pavaizduojama šių kreivių pavidalu (2.12 pav.):

1. Izoterma yra adsorbcijos priklausomybė nuo dujų slėgio arba nuo tirpalo koncentracijos esant pastoviai temperatūrai.

2. Isobaras yra adsorbcijos priklausomybė nuo temperatūros esant pastoviam dujų slėgiui (izopikninis- esant pastoviai koncentracijai).

3. Isostera- slėgio (arba koncentracijos) priklausomybė nuo temperatūros esant pastoviai adsorbcijai.

Praktikoje adsorbcijai grafiškai pavaizduoti dažniausiai naudojamos izotermos.

S. V. Egorovas, E. S. Orobeyko, E. S. Mukhačiova

Koloidinė chemija, cheat sheet

1. Koloidinės chemijos atsiradimas ir pagrindiniai raidos etapai. Koloidinės chemijos tyrimo objektas ir objektai

Koloidinės chemijos mokslo atsiradimas siejamas su anglų chemiko tyrimais T. Greimas . Po novatoriškų tyrimų M. Faradėjus (1857), kai pirmą kartą buvo gauti stabilūs koloidiniai labai dispersinio aukso tirpalai, 1861 m. Grahamas tyrinėjo įvairių medžiagų difuziją vandeniniuose tirpaluose ir atrado, kad kai kurios iš jų (želatina, agaras ir kt.) vandenyje difunduoja daug lėčiau nei pavyzdžiui, druskos ir rūgštys. Taip pat, tirpalus persotinus, šios medžiagos nesikristalizavo, o sudarė želatininę, lipnią masę. T. Grahamas šias medžiagas pavadino koloidais (iš graikų kolla – „klijai“, eidos – „natūra“). Taip atsirado mokslo pavadinimas - "koloidinė chemija". T. Grahamas iškėlė hipotezę apie dviejų priešingų cheminių medžiagų klasių – kristaloidų ir koloidų – egzistavimą gamtoje. Ši idėja sudomino daugelį mokslininkų ir antroje pusėje XIX a. Prasidėjo sparti koloidinės chemijos raida. Tuo metu Rusijoje koloidų chemija taip pat sulaukė didelio dėmesio, daugiausia veikiama D. I. Mendelejevas . Organinių skysčių paviršiaus įtempimo priklausomybės nuo temperatūros tyrimai (1861 m.) atvedė Mendelejevą prie kritinės medžiagų temperatūros sampratos atradimo. Mendelejevas taip pat išreiškė idėją apie ryšį tarp paviršiaus įtempimo ir kitų materijos savybių. Per šiuos metus buvo atrasta daug koloidinių savybių turinčių medžiagų, sukurti įvairūs koloidų valymo ir stabilizavimo metodai, sukurti metodai jų tyrimui. Kai buvo atrasti nauji koloidai, T. Greimo hipotezė buvo pakeista XX amžiaus pirmoje pusėje. atėjo pas koloidinės (dispersinės) medžiagos būsenos universalumo samprata:„Koloidinę būseną lemia ne medžiagos sudėtis. Tam tikromis sąlygomis kiekviena medžiaga gali būti koloidinės būsenos. Šią koncepciją suformulavo Sankt Peterburgo kalnakasybos instituto profesorius P. P. Veimarnas V 1906–1910 m. Jis parodė, kad tipinius koloidus (pavyzdžiui, želatiną) galima išskirti kristaline forma ir, priešingai, iš kristaloidinių medžiagų galima paruošti koloidinį tirpalą (pavyzdžiui, valgomąją druską benzene). Pasikeitė koloidinės chemijos prioritetai. Pagrindinė kryptis buvo medžiagų išsklaidytos (koloidinės) būsenos tyrimas. Maždaug 1920 m. esminės koloidinės chemijos problemos sutartinai skirstomos į tris grupes: koloidinių dalelių sudėtis, struktūra ir savybės; dalelių sąveika su dispersine terpe; kontaktinės dalelių sąveikos tarpusavyje, dėl kurių susidaro koloidinės struktūros. Šiuo laikotarpiu buvo atrasti pagrindiniai koloidinės chemijos dėsniai – Brauno judėjimo ir koloidinių dalelių difuzijos dėsniai. (A. Einšteinas) , nevienalytis koloidinių tirpalų pobūdis (R. Zsigmondy) , dispersijų sedimentacijos-difuzijos pusiausvyra gravitacijos lauke (J. Perrinas) ir centrifugoje (T. Svedbergas) , šviesos sklaida (J. Rayleigh) , zolių koaguliacija elektrolitais (G. Schulze Ir V. Hardy) . Išvaizda XX amžiaus antroje pusėje. didelės skiriamosios gebos medžiagų sandaros tyrimo metodai (BMR, elektronų ir atominės jėgos mikroskopija, kompiuterinis modeliavimas, fotonų koreliacinė spektroskopija ir kt.) leido pereiti prie sistemingo koloidinių sistemų sandaros ir savybių tyrimo. Šiuolaikinis šio mokslo apibrėžimas yra toks: koloidų chemija yra doktrina apie medžiagų savybes ir virsmą išsklaidytose ir ultradispersinėse būsenose bei paviršiaus reiškinius išsklaidytose sistemose. Koloidinės chemijos tyrimų objektai turi labai išvystytą paviršių ir reprezentuoja įvairius zolius, suspensijas, emulsijas, putas, paviršiaus plėveles, membranas ir porėtus kūnus, nanostruktūrines sistemas (nanovamzdelius, Langmuir-Blodgett plėveles, hibridines organines-neorganines kompozitines medžiagas, nanokompozitus).

2. Pagrindinės dispersinių sistemų savybės. Ultramikroheterogeninės būsenos (nanostato) ypatybės

Išsklaidytos sistemos sudarytas iš dviejų ar daugiau fazių su labai išvystyta sąsaja tarp jų, ir bent viena iš fazių yra dispersinė fazė– pasiskirstęs smulkių dalelių (kristalų, lašų, burbuliukų ir kt.) pavidalu kitoje, ištisinėje fazėje – dispersinė terpė. Pavyzdžiai yra uolos, dirvožemis, dirvožemis, dūmai, debesys, krituliai, augalų ir gyvūnų audiniai ir kt. Svarbiausia išsklaidytų sistemų savybė yra nevienalytiškumas. Būdingas dispersinių sistemų bruožas– labai išvystytas paviršinis paviršius ir dėl to didelė laisvoji energija, todėl dažniausiai dispersinės sistemos (išskyrus liofilines) yra termodinamiškai nestabilios. Jie turi didesnį adsorbcijos pajėgumą, cheminį ir kartais biologinį aktyvumą. Išsklaidytoms sistemoms būdingas paviršiaus ploto padidėjimas didėjant sklaidai ir didėjantis paviršiaus reiškinių vaidmuo. Išsklaidytoms sistemoms būdingas labai didelis savitasis paviršiaus plotas W dispersinė fazė.

W < K/dr,

Kur K– bematis koeficientas (sferinėms ir kubinėms dalelėms K = 6); r– dispersinės fazės tankis.

Kiti svarbūs termodinaminiai parametrai, apibūdinantys koloidines sistemas, yra specifinė laisvojo paviršiaus energija σ (paviršiaus įtempis), paviršiaus entropija. h ir specifinė adsorbcija G. Svarbi funkcija Išsklaidytos sistemos yra tai, kad didelė dalis visos sistemos masės ir laisvosios energijos yra sutelkta tarpfaziniuose paviršiaus sluoksniuose. Su šia funkcija yra susijusios šios savybės: neatkuriamumas(arba individualumas) sistemos dėl nevienodo dispersinių fazių dalelių paviršiaus, turinčių skirtingą paviršiaus energiją net ir esant tokiam pat savitam paviršiaus plotui; struktūrizavimas, susijęs su tendencija į termodinaminį nestabilumą. Pagrindinė išsklaidytų sistemų savybė yra jų gebėjimas palaipsniui vystytis, kuri yra susijusi su išsklaidytos materijos būsenos prigimtimi, pirmiausia su termodinamine nepusiausvyra. Laisvosios energijos perteklius, atsirandantis dėl labai išvystytos sąsajos tarp dispersinės fazės ir dispersinės terpės, skatina įvairių procesų (fizinių, fizikinių ir cheminių) atsiradimą, dėl kurio sumažėja Helmholtzo laisvoji energija. F.Ženklas kaip labilumas, yra termodinaminio nestabilumo ir tendencijos mažinti laisvąją energiją, susidarant mažiau išsklaidytoms struktūroms, pasekmė. Pagrindinės charakteristikos dispersinės sistemos – dalelių dydžiai (arba dispersija), kuris nustatomas pagal bendro tarpfazinio paviršiaus ploto ir išsklaidytos fazės tūrio santykį. Remiantis šiuo kriterijumi, stambios (mažai dispersinės) (dalelės yra 10–4 cm ir didesnės) ir smulkiai dispersinės (labai dispersinės) (dalelės yra nuo 10–4 iki 10–5–10–7 cm), arba išskiriamos koloidinės sistemos (koloidai). Ribinis dispersijos laipsnis, kuriam esant koloidinė sistema išlaiko savo pagrindinę savybę – heterogeniškumą – yra nuo 1 iki 100 nm. Ultradispersinės dalelės užima tarpinę padėtį tarp molekulių (atomų, jonų) ir makroskopinių kūnų (fazių). Išsklaidytos fazės dalelių dydis d yra arti maksimalios galimos, tuo stipresnis bus masto efektų poveikis – savybių priklausomybė nuo dalelių dydžio. Jei sistemoms su vidutiniu dispersijos laipsniu paviršiaus įtempį s lemia tik cheminė sudėtis, tai nanosistemoms jau reikia atsižvelgti į paviršiaus įtempimo priklausomybę nuo išsklaidytų dalelių dydžio.

3. Įvairūs dispersinių sistemų klasifikavimo tipai. Liofilinės ir liofobinės dispersinės sistemos

Išsklaidytos sistemos nevienalytis ir susideda iš dviejų fazių, iš kurių viena (dispersinė fazė)įvairaus dydžio dalelių pavidalu, pasiskirsčiusių kitoje fazėje – nuolatinėje dispersinė terpė. Disperguotos sistemos pirmiausia klasifikuojamos pagal dispersinės fazės dalelių dydį (arba dispersijos laipsnį). Be to, jie skirstomi į grupes, kurios skiriasi dispersinės fazės ir dispersinės terpės agregacijos pobūdžiu ir būkle (gali būti kieta, skysta ir dujinė), struktūra ir tarpfazių sąveikos pobūdžiu. Jei dispersinė terpė yra skysta, o dispersinė fazė – kietosios dalelės, sistema vadinama suspensija arba suspensija; jei dispersinė fazė susideda iš skysčio lašelių, tai sistema vadinama emulsija. Išsklaidytoms sistemoms taip pat priskiriamos putos (skystyje disperguotos dujos), aerozoliai (skystis dujose) ir poringi kūnai (kieta fazė, kurioje pasiskirsto dujos arba skystis). Trumpai tariant, dispersinės sistemos tipas, priklausomai nuo agregacijos būsenos, rašomas trupmena, kur skaitiklyje yra dispersinė fazė, o vardiklyje – dispersinė terpė (pvz., T/T (kieti koloidiniai tirpalai - mineralai, lydiniai), T/L (aerozoliai – suspensijos), T/G (aerozoliai – dulkės, dūmai), L/G (emulsijos), L/G (aerozoliai – rūkai); G/T (akytos ir kapiliarinės sistemos), G /F (putos – dujų emulsijos)). H/G sistemos klasifikacijoje dažniausiai nerodomos, nes būtina sąlyga dispersinei sistemai susidaryti yra ribotas medžiagos tirpumas terpėje.

Koloidinė chemija

1. Koloidinės sistemos ir koloidinės chemijos dalykas

1.1. Koloidinės sistemos

Istorinis fonas

Išvardinkime kai kurių tirpalų, kuriuos dabar vadiname koloidinėmis sistemomis, anomaalias savybes.

Koloidinių sistemų savybės:

1. šviesos sklaida (opalescencija) (rodo heterogeniškumą, daugiafazę sistemą).

lėta difuzija

žemas osmosinis slėgis

(2 ir 3 punktai rodo, kad sistemoje yra didelių dalelių)

4. koloidiniai tirpalai geba dializuoti, t.y. galima atskirti nuo priemaišų naudojant membraną

5. galintis koaguliuoti (ardyti) sistemą, kai: pridedant priemaišų, keičiant T, maišant ir pan.

6. kartais jie atranda elektroforezės fenomeną, atrastą Reuso (6) Rusijoje 1808 m., t.y. dalelės sistemoje gali turėti krūvį.

Norint įsivaizduoti, apie ką yra „koloidų chemijos“ mokslas, reikia atsakyti į klausimą, kas yra koloidai ar koloidinės sistemos?

1.2. Koloidų chemijos dalykas

Koloidinė chemija – mokslas apie paviršiaus reiškinius ir išsklaidytas sistemas.

KAM paviršiniai reiškiniai Tai apima procesus, vykstančius sąsajoje, tarpfaziniame paviršiaus sluoksnyje ir atsirandančius dėl konjuguotų fazių sąveikos.

Leiskite jums tai priminti fazė yra termodinaminės sistemos dalis, turinti tam tikras fizines ir chemines savybes ir atskirta nuo kitų sistemos dalių sąsaja.

Tikruose tirpaluose medžiaga susmulkinama iki molekulinės būsenos ir nėra sąsajos tarp tirpios medžiagos ir tirpiklio.

Koloidinės chemijos tyrimai išsklaidytos sistemos– nevienalytės sistemos, susidedančios iš dviejų ar daugiau fazių, iš kurių viena dispersinė fazė- suskaidytas (nepertraukiamas), o kitas - dispersinė terpė- yra nuolatinė sistemos dalis.

Koloidinių tirpalų ir kitų išsklaidytų sistemų mikroheterogeniškumo koncepcija yra labai svarbi. Už atradimą austrų mokslininkas Zsigmondy (*) 1925 m. laimėjo Nobelio chemijos premiją.

Išsklaidytos dalelės gali būti labai skirtingos forma: cilindro formos, sferinės, stačiakampės, netaisyklingos. Pavyzdžiui, išsklaidytos dalelės apima:

sistemos su kubinėmis, sferinėmis dalelėmis - zoliais, emulsijomis, suspensijomis, pastomis;

gijinės – nervinių ląstelių skaidulos, 2 dimensijos raumenų skaidulos, kapiliarai, poros (mediena, audinys, plaukai, oda),

plėvelės – paviršiniai sluoksniai sąsajose emulsijose, putose, katalizatorių ir adsorbentų porose, membranose.

Taigi 1 m 3 pradinės medžiagos galima susmulkinti į kubelius, kurių kraštinės ilgis a, įtraukti į a skerspjūvio siūlą arba išlyginti į a storio plėvelę.

Jei dalelės yra netaisyklingos formos, tada, naudojant „skersinio dydžio“ sąvoką, jų forma prilyginama sferinei su lygiaverčiu skersmeniu.

Dispersinės sistemos kiekybinės charakteristikos:

1. Dalelių dydis d vid., d min, d max

Dalelių koncentracija ν = n d /V, kur n d yra dispersinės fazės dalelių skaičius dispersinės terpės tūrio vienete V

3. Sistemos fragmentacijai būdinga dispersija D ir dispersinės fazės Ssp savitasis paviršiaus plotas:

Pirmasis kiekybinio įvertinimo variantas yra pagrindinis

D = 1/d ir S ritmas = S /V, (1,1)

kur d yra mažiausias dalelių dydis, S yra bendras paviršinio paviršiaus plotas, V yra kūno tūris.

Pavyzdžiui, kubinei dalelei, kurios krašto dydis

d = 10 -8 m S ritmas = 6 d 2 / d 3 = 6 / d = 6 * 10 8 m -1

Sriegiui, kurio skerspjūvis d 2 = 10 -8 * 10 -8 S ritmas = 4 * 10 8 m -1

Plokštei, kurios storis d = 10 -8 m S ritmas = 2 * 10 8 m -1

Sistemoms, kuriose yra sferinių dalelių, kurių spindulys r S sp = 4 π r 2 / 4/3 π r 3 = 3/ r

Antrasis variantas (Maskvos valstybinio universiteto vadovėlyje - Shchukin):

kur S yra visas sąsajos paviršiaus plotas, V yra kūno tūris,

S ritmas = S /∑m = D / ρ, kur ρ = tam tikros medžiagos tankis.

Taigi, koloidinės sistemos turi du būdingi bruožai :

1. nevienalytiškumas

2 dispersija.

Žinoma, pirmasis iš jų turi vyraujančią reikšmę koloidinėms sistemoms, nes nesant fazės ribos paviršiaus reiškiniai nekyla.

1.3. Dispersinių sistemų klasifikacija

Išsklaidytos sistemos gali būti klasifikuojamos pagal įvairius kriterijus:

Pagal dispersinės fazės dalelių dydį:

pirmavariantas:

a) labai dispersinis d = 10 -9 - 10 -7 m (1-100 nm)

b) vidutinio dispersinio d = 10 -7 – 10 -5 m

c) grubus d > 10 -5 m

Aš norėčiau pateikti antrąjį variantą (Maskvos valstybinio universiteto vadovėlis):

a) nanosistemos (ultradispersinės) d = 1 - 10 nm

b) labai išsklaidyta d = 10 nm - 1 µm

c) grubus d = 1 - 100 µm

Pagal frakcijų sudėtį:

a) monodispersinis

b) polidispersinis

Remiantis dispersinių fazių dalelių koncentracija(Maskvos valstybinio universiteto vadovėlis):

b) didelis

Pagal fazių pasiskirstymo pobūdį(Maskvos valstybinio universiteto vadovėlis):

a) nuolatinis pasiskirstymas – nenutrūkstamas

b) plonų sluoksnių tinklas – abipusis ištisinis

Pagal dispersinės fazės dalelių sąveiką(pagal kinetines savybes)

a) laisvai disperguoti (esant mažai dispersinės fazės koncentracijai skystoje ir dujinėje dispersinėje terpėje)

b) rišliai išsklaidytas (esant didelei dispersinės fazės koncentracijai – abipus ištisinis pasiskirstymas – arba kietoje dispersinėje terpėje)

Pagal dispersinės fazės dalelių ir dispersinės terpės sąveiką:

a) liofilinės – gerai ištirpusios liofilinės dispersinės sistemos susidaro spontaniškai dispersijos būdu ir yra termodinamiškai stabilios.

Pavyzdys: koloidinių aktyviųjų paviršiaus medžiagų tirpalai (sudarančių miceles, kurių koncentracija didesnė už CMC) ir polimerų tirpalai.

Nepaisant to, kad šios sistemos yra vienalytės, vis dėlto jos priklauso koloidinės chemijos tyrimo objektams, nes koloidinių aktyviųjų paviršiaus medžiagų ir polimerų makromolekulių agregatų dydžiai yra proporcingi koloidinių sistemų dispersinės fazės dalelių dydžiams. pasireiškė kai kuriomis šių tikrų sprendimų savybėmis.

b) Visos kitos koloidinės sistemos – liofobinės – yra nestabilios, turi paviršiaus energijos perteklių, gaunamos priverstinės dispersijos būdu, jose savaime vyksta dalelių didėjimo (krešėjimo, destrukcijos) procesai. Kai tokios dalelės sulimpa, paviršiaus energija mažėja. Dėl šios priežasties į koloidines sistemas reikia pridėti stabilizatorių.

Šiuolaikinė koloidinė chemija yra mokslas, esantis chemijos, fizikos ir biologijos sankirtoje. Ypatingą tarpdisciplininę koloidinės chemijos padėtį pabrėžia tai, kad anglų kalba literatūroje dažnai vartojamas pavadinimas „koloidinis mokslas“. koloidų mokslas).

Koloidinės chemijos istorija

Koloidinė chemija kaip mokslas turi trumpą istoriją, tačiau žmonės koloidinių sistemų savybėmis ir koloidiniais-cheminiais procesais naudojosi nuo seno. Tai, pavyzdžiui, tokie amatai kaip dažų, keramikos, glazūrų gamyba, linų, medvilnės, vilnos verpimas, odos rauginimas.

Nuo XVIII amžiaus atsirado atskirų studijų aprašymai, kurie vėliau buvo įtraukti į atitinkamas koloidų chemijos skyrius. Tai apima M. V. Lomonosovo darbus, susijusius su kristalizacija ir spalvotų stiklų gamyba naudojant metalo dispersijas (1745–1755). K. Scheele ir F. Fontana, nepriklausomai vienas nuo kito, jie atrado dujų adsorbcijos reiškinį anglimi. T. E. Lovitzas atrado adsorbcijos iš tirpalų fenomeną. P. Laplasas gavo pirmuosius kiekybinius kapiliarinio slėgio ryšius. 1808 metais F. F. Reissas, atlikdamas eksperimentus su Voltos elementu, atrado elektroforezės ir elektroosmoso reiškinius.

Vieni iš seniausių koloidinių sistemų tyrimų buvo atlikti italo F. Selmio 1845 m. Jis tyrinėjo sistemas, sudarytas iš sidabro chlorido, sieros ir Prūsijos mėlynojo, paskirstyto vandens tūryje. Šios Selmio gautos sistemos yra labai panašios į tikrus tirpalus, tačiau Selmis manė, kad nei jo tyrinėjamos medžiagos, nei kitos panašios medžiagos negali būti vandenyje tų pačių mažų dalelių pavidalu, kaip ir susidarančios tikruose tirpaluose, t. atskirų molekulių arba jonų forma.

Selmiui artimas nuomones išsakė K. Nägeli, manantis, kad tokiose sistemose sieros, sidabro chlorido ir kitų medžiagų dalelės yra didesni sankaupos nei atskiros molekulės. Polimolekuliniams agregatams jis pristatė „micelės“ sąvoką. Norėdamas atskirti sistemas, kuriose yra micelių, nuo tirpalų, kur ištirpusi medžiaga yra atskirų molekulių pavidalu, Nägeli micelių turinčias sistemas pavadino „solėmis“. Sąvokos „micelle“ ir „sol“ tapo visuotinai priimtos.

Dabartinė būsena

Pagrindinės šiuolaikinės koloidinės chemijos kryptys:

Paviršiaus reiškinių termodinamika.
Paviršinio aktyvumo medžiagų adsorbcijos tyrimas.
Dispersinių sistemų susidarymo ir stabilumo, jų molekulinių-kinetinių, optinių ir elektrinių savybių tyrimas.
Išsklaidytų struktūrų fizikinė-cheminė mechanika.
Procesų, vykstančių dispersinėse sistemose, veikiant paviršinio aktyvumo medžiagoms, elektros krūviams, mechaniniam poveikiui ir kt., teorijos ir molekulinių mechanizmų kūrimas.

Kadangi medžiagos išsklaidyta būsena yra universali, o koloidinės chemijos tyrimo objektai labai įvairūs, koloidinė chemija glaudžiai susijusi su fizika, biologija, geologija, dirvožemio mokslu, medicina ir kt.

Yra pavadintas Koloidų chemijos ir vandens chemijos institutas. A. V. Dumanskis NASU (Kijevas).

Išleistas mokslinis „Coloid Journal“.

Literatūra

Paviršiaus ir koloidinės chemijos vadovas / Red. K.S. Birdi. - 2 leidimas. - N.Y.: CRC Press, 2003. - 765 p.
Ablesimovas N. E. Chemijos santrauka: Bendrosios chemijos žinynas ir vadovėlis - Chabarovskas: leidykla FEGUPS, 2005. - 84 p.
Ablesimovas N. E. Kiek chemijos yra pasaulyje? 1 dalis. // Chemija ir gyvenimas - XXI amžius. - 2009. - Nr.5. - P. 49-52.
Sum B. D. Koloidinės chemijos pagrindai: vadovėlis. pagalba studentams aukštesnė vadovėlis institucijos / B. D. Sum. - 2 leidimas, ištrintas. - M.: Leidybos centras "Akademija", 2007. - 240 p.
Chemijos enciklopedija. - M.: „BRE“, 1998 m.
Friedrichsberg D. A. Koloidų chemijos kursas. L.: Chemija, 1984. - 352 p.
Zacharčenko V.N. Koloidinė chemija: vadovėlis. medicinos biologui. specialistas. universitetai – 2 leid., pataisyta. ir papildomas - M.: Aukštoji mokykla, 1989.-238 p.: iliustr.

Wikimedia fondas.

2010 m.

Pažiūrėkite, kas yra „koloidinė chemija“ kituose žodynuose: KOLOIDINĖ CHEMIJA tiria išsklaidytas sistemas, turinčias didelį suskaidymo laipsnį (dalelių dydis nuo 10 2 iki 10 7 cm) ir didžiulį paviršių (pavyzdžiui, aktyviosios anglies specifinis paviršiaus plotas yra tūkstančiai m2/g), kuris jas lemia. ... ...

Šiuolaikinė enciklopedija

koloidų chemija- - chemijos šaka, kurios dalykas yra labai išsklaidytos sistemos ir jose tekančios sistemos. Analitinės chemijos žodynas... Cheminiai terminai

KOLOJINĖ CHEMIJA– mokslas, tiriantis fiziką. chem. dispersinių sistemų ir kai kurių didelės molekulinės masės produktų savybes, taip pat paviršiaus fizikinius reiškinius. chem. sąsajoje vykstantys procesai (žr.) ... Didžioji politechnikos enciklopedija

Tradicinis dispersinių sistemų fizikinės chemijos pavadinimas (žr. Disperguotos sistemos) ir paviršiaus reiškinius (žr. Paviršiaus reiškiniai). K. x. kaip savarankiškas mokslas iškilo XIX a. 60-aisiais. Nuo tada jos tema ir metodai gerokai... Didžioji sovietinė enciklopedija

Terminas koloidų chemija Terminas anglų kalba koloidų chemija Sinonimai koloidų mokslas Santrumpos Susiję terminai adhezija, adsorbcija, elektrinis dvigubas sluoksnis, dispersija, zolis, koloidinis tirpalas, kritinė koncentracija... ... Enciklopedinis nanotechnologijų žodynas

Chemijos sritis, tirianti dispersines sistemas ir paviršiaus reiškinius, atsirandančius ties fazių ribomis. Kadangi dispersinės fazės dalelės ir jas supanti dispersinė terpė turi labai didelį tarpfazių plotą (labai dispersinėse sistemose... ... Chemijos enciklopedija

Tradicinis mokslo apie išsklaidytas sistemas ir paviršiaus reiškinius pavadinimas. Tiria procesus ir reiškinius, tokius kaip sukibimas, adsorbcija, drėkinimas, koaguliacija, elektroforezė. Plėtoja mokslinius statybinių medžiagų technologijos principus, gręžimo... Enciklopedinis žodynas

koloidų chemija- koloidų chemijos statusas T sritis chemija apibrėžtis Dispersinių sistemų ir paviršinių reiškinių chemija. atitikmenys: angl. koloidų chemija rus. koloidinė chemija... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Paviršiaus reiškinių ir išsklaidytų sistemų mokslas. Visa gamta – žemės pluta ir podirvis, atmosfera ir hidrosfera, gyvūnų ir augalų organizmai – yra sudėtingas įvairių išsklaidytų sistemų rinkinys. Išsklaidytos būsenos universalumas lemia... ... Didysis enciklopedinis politechnikos žodynas

Knygos

Koloidinė chemija. Dispersinių sistemų fizikinė chemija. Vadovėlis aukštųjų profesinių mokyklų studentams. Grifas Rusijos Federacijos gynybos ministerija, Ershovas Jurijus Aleksejevičius. Vadovėlyje išdėstyti dispersinių sistemų fizikinės chemijos (koloidinės chemijos) pagrindai pagal apytikslę disciplinos „Fizikinė ir koloidinė chemija“ programą, skirtą specialybei 060301...

Paskaita „Koloidinės sistemos“

Planas:

Išsklaidytos sistemos.
Koloidinės micelės sandara.
Liofobinių koloidų (CP) gavimo būdai.

Koloidinės chemijos dalykas ir reikšmė.

Koloidinė chemija- Tai mokslas apie išsklaidytas sistemas ir paviršiaus reiškinius, kylančius sąsajose.

Koloidinė chemija yra tikrų kūnų chemija, kadangi tikri gyvosios ir negyvosios gamtos objektai, žmonių sukurti ir naudojami gaminiai ir medžiagos beveik visada yra išsklaidytos, tai yra, juose yra smulkių dalelių, plonų plėvelių, membranų, skaidulų su aiškiai apibrėžtomis sąsajomis. Tuo pačiu metu paviršiaus reiškiniai ir išsklaidytos sistemos vyksta toli už Žemės. Pavyzdžiui, tarpžvaigždinė medžiaga yra dujų ir dulkių debesys. Meteorologiniai reiškiniai – perkūnija, lietus, sniegas, kruša, rūkas ir kiti – yra koloidiniai procesai.

Koloidinė chemija sudaro mokslinį pagrindą plastikų, gumos, sintetinių pluoštų, klijų, dažų ir lakų bei statybinių medžiagų, maisto produktų, vaistų ir kt. Praktiškai nėra pramonės srities, kuri vienu ar kitu laipsniu nesusidurtų su koloidinėmis sistemomis.

Koloidinės chemijos vaidmuo taip pat yra puikus sprendžiant įvairias aplinkos problemas., įskaitant nuotekų valymą, vandens valymą, aerozolių surinkimą, dirvožemio erozijos kontrolę ir kt.

Koloidinė chemija atveria naujus požiūrius tirti žemės plutos istoriją, nustatyti ryšius tarp koloidinių-cheminių dirvožemio savybių ir jo derlingumo, išsiaiškinti gyvybės atsiradimo sąlygas, gyvybės mechanizmus; ji yra vienas iš pirmaujančių pamatųšiuolaikinė biologija, dirvožemio mokslas, geologija, meteorologija. Kartu su polimerų biochemija ir fizikine chemija jis sudaro gyvybės atsiradimo ir vystymosi Žemėje doktrinos pagrindas. Tai, kad visos gyvos sistemos yra labai išsklaidytos, pabrėžia koloidinės chemijos svarbą viso šiuolaikinio mokslo raidai.

Koloidinių procesų reikšmė žemės ūkyje yra didžiulė (dūmų ir rūko kūrimas kovai su žemės ūkio kenkėjais, trąšų granuliavimas, dirvožemio struktūros gerinimas ir kt.). Kulinariniai procesai: želė senėjimas (duonos užstrigimas, skysčio atskyrimas nuo želė, drebučiai ir kt.), adsorbcija (sultinių skaidrinimas) yra koloidiniai procesai, kuriais grindžiamas kepimas, vyno gamyba, alaus gamyba ir kita maisto gamyba.

2. Išsklaidytos sistemos.

Išsklaidytos sistemos- tai sistemos, kuriose viena medžiaga įvairaus dydžio dalelių pavidalu pasiskirsto kitoje medžiagoje.

Disperguotose sistemose išskiriama dispersinė fazė (DP), smulkiai susmulkinta medžiaga, ir dispersinė terpė (DS), vienalytė medžiaga, kurioje pasiskirsto dispersinė fazė (drumsteliame vandenyje, kuriame yra molio, DP yra kieta. molio dalelės, o DS yra vanduo).

Svarbi dispersinių sistemų charakteristika yra dispersijos laipsnis – vidutinis dispersinės fazės dalelių dydis.

Pagal dispersijos laipsnį paprastai išskiriamos šios išsklaidytų sistemų klasės:

Šiurkščios sistemos– sistemos, kuriose dispersinės fazės dalelių dydis viršija 10-7 m (suspensijos ir emulsijos).

Koloidinės sistemos– sistemos, kuriose dispersinės fazės dalelių dydis yra 10 -7 – 10 -9 m Tai mikroheterogeninės sistemos su gerai išvystyta sąsaja tarp fazių. Jų dalelės nenusėda veikiamos gravitacijos ir praeina per popierinius filtrus, o sulaiko augalų ir gyvūnų membranas. Pavyzdžiui, baltymų tirpalai, dirvožemio koloidai ir kt.

Kartais išskiriamos molekulinės (joninės) dispersinės sistemos, kurios, griežtai tariant, yra tikri sprendimai, t.y. vienarūšės sistemos, nes jos neturi fazių sąsajų. Disperguotos fazės dalelių dydis yra mažesnis nei 10 -9 m. Ištirpusi medžiaga yra molekulių arba jonų pavidalu. Pavyzdžiui, elektrolitų, cukraus tirpalai.

Koloidinės sistemos, savo ruožtu, yra suskirstytos į dvi grupes, kurios labai skiriasi dispersinės fazės dalelių ir dispersinės terpės sąveikos pobūdžiu - liofobiniai koloidiniai tirpalai (zoliai) ir didelės molekulinės masės junginių (HMC) tirpalai, kurie anksčiau buvo vadinami liofiliniai koloidai.

KAM liofobiniai koloidai Tai apima sistemas, kuriose dispersinės fazės dalelės silpnai sąveikauja su dispersine terpe; šias sistemas galima gauti tik sunaudojant energiją ir jos yra stabilios tik esant stabilizatoriams.

IUD tirpalai susidaro spontaniškai dėl stiprios dispersinės fazės dalelių sąveikos su dispersine terpe ir gali išlikti stabilios be stabilizatorių.

Liofobiniai koloidai ir IUD tirpalai skiriasi dispersinės fazės komponentais. Liofobiniams koloidams struktūros vienetas yra sudėtingas kintamos sudėties daugiakomponentis agregatas – micelė, IUD sprendimams – makromolekulė.

Disperguotos sistemos skirstomos į grupes, kurios skiriasi dispersinės fazės ir dispersinės terpės agregacijos pobūdžiu ir būkle:

Jei dispersinė terpė yra skysta, o dispersinė fazė – kietosios dalelės, sistema vadinama suspensija arba sustabdymas;

Jei dispersinė fazė susideda iš skysčio lašelių, tada sistema vadinama emulsija. Savo ruožtu emulsijos skirstomos į du tipus: tiesiai, arba "aliejus vandenyje"(kai dispersinė fazė yra nepolinis skystis, o dispersinė terpė – polinis skystis) ir atvirkščiai, arba "vanduo aliejuje"(kai polinis skystis yra dispersinis nepoliniame).

Tarp išsklaidytų sistemų taip pat yra putos(skystyje disperguotos dujos) ir akytieji kūnai(kieta fazė, kurioje dispersinės dujos arba skystis). Pagrindiniai dispersinių sistemų tipai pateikti lentelėje.

3.Koloidinės micelės sandara.

Liofobiniuose koloiduose esančios DF dalelės turi sudėtingą struktūrą, kuri priklauso nuo DF, DS sudėties ir koloidinio tirpalo gavimo sąlygų. Būtina sąlyga norint gauti stabilius zolius yra trečiojo komponento, kuris atlieka stabilizatoriaus vaidmenį, buvimas.

Disperguotą dalelę – micelę sudaro:

branduoliai, kristalinės arba skystos būsenos;
monomolekulinis adsorbcijos sluoksnis potencialą lemiantys jonai;
skystas apvalkalas, labiau sutankintas dalelės paviršiuje ir palaipsniui virstantis įprasta dispersine terpe;
tvirtai surištas priešionų sluoksnis, t.y. jonai, turintys priešingą potencialą lemiančių jonų krūvio ženklui krūvį;
difuzinis sluoksnis priešionai, kurie laisvai juda elektroforezės ar elektroosmoso metu.

Visa ši sistema vadinama micelė.

Liofobinių koloidų struktūrinio vieneto struktūra – micelės– gali būti parodyta tik schematiškai, nes micelė neturi konkrečios sudėties. Panagrinėkime koloidinės micelės struktūrą naudodami pavyzdį sidabro jodido hidrozolis, gaunamas reaguojant praskiestiems sidabro nitrato ir kalio jodido tirpalams:

AgNO 3 + KI ––> AgI + KNO 3

Koloidinę sidabro jodido micelę sudaro mikrokristalas AgI, kuris gali selektyviai adsorbuoti Ag + arba I - katijonus iš aplinkos. Norint gauti stabilų zolį, būtina, kad vienas iš elektrolitų AgNO 3 arba KI būtų stabilizatoriaus perteklius.

Jei reakcija vykdoma kalio jodido pertekliumi, kristalas adsorbuoja I - ; esant sidabro nitrato pertekliui, mikrokristalas adsorbuoja Ag + jonus. Dėl to mikrokristalas įgauna neigiamą arba teigiamą krūvį.

1. Perteklinis KI

Netirpios molekulės AgI forma koloidinės dalelės (micelės) šerdis m[ AgI].

I - jonai adsorbuojami šerdies paviršiuje (dažniausiai adsorbuojami tie jonai, kurie yra šerdies dalis, t.y. šiuo atveju Ag + arba I -), suteikiant jai neigiamą krūvį. Jie užbaigia branduolio kristalinę gardelę, tvirtai patenka į jo struktūrą, formuojasi adsorbcijos sluoksnis m[ AgI] · nI – . Vadinami jonai, kurie adsorbuojami branduolio paviršiuje ir suteikia jam atitinkamą krūvį potencialą lemiantys jonai.

Adsorbuoti potencialą lemiantys jonai nuo tirpalo pritraukia priešingo ženklo jonus priešionai(K +), o dalis jų (n-x) adsorbuojama ant dalelės { m[ AgI] · nI – · (n- x) K + } x – . Šerdis + adsorbcijos sluoksnis = granulė.

Susidaro likę priešionai difuzinis jonų sluoksnis.

Atstoja šerdį su adsorbciniais ir difuziniais sluoksniais micelė.

Gauta sidabro jodido solo micelės schema kalio jodido perteklius (potencialą lemiantys jonai yra I – anijonai, priešionai – K+ jonai) gali būti pavaizduoti taip:

(m · nI – · (n-x)K + ) x– · xK +

2. Gavus sidabro jodido sol sidabro nitrato perteklius koloidinės dalelės turės teigiamą krūvį:

(m nAg + (n-x)NO 3 – ) x+ x NO 3 –