Žodis „koloidai“ šiuo metu reiškia ultramikroheterogenines sistemas, ty sistemas, kuriose ultramikroskopinės dalelės, atstovaujančios atskirą fazę, yra suspenduotos vadinamojoje dispersinėje terpėje. Koloidais Greggas turėjo omenyje medžiagas, kurios, pasiskirsčiusios tam tikrame skystyje ir turinčios visus išorinius įprastų tirpalų požymius, išsamiau ištyrus smarkiai skiriasi nuo pastarųjų.
Jis tikėjo, kad šis skirtumas slypi pačioje substancijos prigimtyje; todėl visą materialųjį pasaulį jis padalijo į dvi klases: koloidus ir kristaloidus. Tačiau vėlesni tyrimai parodė, kad tarp kristaloidų ir koloidų nėra neįveikiamo barjero ir kad iš esmės bet kuri medžiaga, duodanti tikrą tirpalą tam tikrame skystyje, gali sudaryti sistemą su visomis kito skysčio koloidų savybėmis.
Todėl dabar teisingiau kalbėti ne apie koloidus, o apie koloidinę būseną arba koloidines sistemas. Pavyzdys: valgomoji druska (NaCl) duoda išskirtinai tikrą tirpalą vandeninėje terpėje, priešingai, pasiskirsčiusi skysčiuose, tokiuose kaip eteris ar benzenas, kurie jai nėra tirpikliai, tam tikromis sąlygomis ji gali sudaryti sistemas, kurios visose savo vietose; savybės ir charakteristikos gali būti vadinamos koloidinėmis sistemomis.
Koloidai ir jų savybės
Koloidinių sistemų ypatybės, išskiriančios jas daugiausia nuo įprastų ar tikrų tirpalų.
Brauno judėjimas ir su juo susijęs osmosinis slėgis bei difuzija. Nors tikruose tirpaluose tam tikrame skystyje suspenduotos dalelės yra molekulės (cukraus tirpalas vandenyje) ir kartais jonai (elektrolitų tirpalai), koloidinių sistemų dalelės yra neišmatuojamai didesnės: jos susideda iš tūkstančių, o kartais ir iš šimtų tūkstančių molekulių, sujungtų vienas tankus kompleksas, vadinamas šerdimi.
Kai kurie koloidistai mano, kad gamtoje gali būti medžiagų, kurių molekulės tokios didelės, kad pastarosios atlieka koloidinių dalelių vaidmenį. Šis klausimas vis dar vertinamas prieštaringai. Kartu neturime pamiršti, kad reikalo esmė yra ne molekulės dydis, o tai, kad ši molekulė gali atlikti nepriklausomos fazės vaidmenį, tai yra, kad turime pagrindo atpažinti tokią molekulių sistemą. dispersijos laipsnis kaip mikroheterogeninė sistema.
Kaip žinoma, tirpalo (arba dujų) molekulės yra nuolatiniame šiluminiame chaotiškame judėjime. Koloidinės sistemos dalelės taip pat juda tuo pačiu, nors ir kitokiu, itin sumažintu mastu. Dėl istorinių priežasčių šis koloidinių dalelių judėjimas turi ypatingą Brauno judėjimo pavadinimą, tačiau nereikia pamiršti, kad jo fizinė esmė yra visiškai identiška molekuliniam judėjimui.
Skirtumas čia ne kokybinis, o kiekybinis. Tą patį reikia pasakyti apie tas savybes, kurios yra tiesioginė Brauno judėjimo išraiška, būtent, osmosinį slėgį ir difuziją. Osmosinis slėgis, kaip ir dujų slėgis, priklauso nuo dalelių skaičiaus tūrio vienete arba, kaip sakoma, dalinės koncentracijos funkcija. Ši koncentracija koloidinėse sistemose yra labai maža, palyginti su tikrai ištirpusiomis sistemomis, todėl osmosinis slėgis jose yra nereikšmingas. Jis toks mažas, kad visai neseniai pavyko rasti metodų kiekybiniam jo nustatymui.
Tą patį reikia pasakyti apie difuziją. Greghamas manė, kad koloidinėse sistemose difuzijos nėra, ir manė, kad šis difuzijos nebuvimas yra ryški kokybinė koloidų savybė. Tai pasirodė neteisinga ir negalėjo būti kitaip, nes Brauno arba, kas yra tas pats, molekulinio dalelių judėjimo egzistavimo faktas logiškai reikalavo egzistavimo ir difuzijos. Tačiau šis difuzijos procesas, atsižvelgiant į Brauno judėjimo mastą, pasirodė toks lėtas, kad tik neseniai, naudojant visas šiuolaikines technines galimybes, buvo galima jį nusakyti, jau nekalbant apie jo kiekį.
KOLOIDAI, KOLOJINĖ CHEMIJA. Koloidai (iš graikų ko 11a-klijai, želatina), kurį Grahamas pavadino medžiagų grupei, kurios tipiški atstovai yra želatina arba guma arabikas yra pati jauniausia cheminė medžiaga. disciplina. Jos pradžia galima laikyti 1861 m., kai buvo paskelbti Greimo tyrimai. K. ir kristaloidai. Visų medžiagų skirstymo į kristaloidus ir kristaloidus pagrindas buvo jų nevienodas elgesys ištirpusioje būsenoje. Kristaloidai (pvz., Nad) sudaro stabilius tirpalus ir turi tam tikrą tirpumą, t.y., esant kristaloidų pertekliui, tirpalo koncentracija tam tikroje temperatūroje yra pastovi, nepriklausomai nuo paruošimo būdo. Iš labiau koncentruoto, „persotinto“ tirpalo perteklinė medžiaga nusėda kristalų pavidalu, „turintys griežtai apibrėžtą, būdingą formą ir struktūrą. Priklausomai nuo nedidelių metodo skirtumų, K preparato, juose yra arba didesnė, arba mažesnė ištirpusios medžiagos koncentracija, ir ši koncentracija gali labai staigiai keistis, veikiant kartais visiškai nereikšmingiems pašalinių priemaišų kiekiams , dažnai želatinos pavidalo, kuris suriša didelius kiekius vandens. Dalijimosi į koloidus ir kristaloidų taškas buvo skirtas kruopščiai išmatuoti ištirpusių medžiagų difuzijos greitį Tačiau kai kurios medžiagos pasklido dideliu greičiu, kitų difuzijos greitis buvo nereikšmingas, beveik lygus nuliui. Pirmajai grupei priklausė daug paprastų mineralinių junginių, taip pat kitų medžiagų, kurios nusėdo iš tirpalo kristalinės būsenos ir todėl buvo vadinamos kristaloidais. Tipiškas antrosios grupės atstovas yra klijai (koPa), iš kurių atsirado visų K pavadinimas. Dar svarbesnė nei laisvoji difuzija koloidų ir kristaloidų atskyrimo ypatybė buvo osmozė per koloidines membranas, natūralias ar dirbtines. Pagrindinė Grahamo patirtis buvo ta, kad jis pergamentine membrana atskyrė tiriamus tirpalus nuo gryno vandens. Kristaloidai laisvai sklaidėsi per pergamento membraną, tuo tarpu ji buvo visiškai nepralaidi koloidams. Šis reiškinys buvo naudojamas kaip bendras metodas koloidams atskirti nuo kristaloidų (žr Dializė).Šie skirtumai atrodė tokie reikšmingi, linija tarp koloidų ir kristaloidų tokia ryški, kad Greimas juos laikė aš „du skirtingais materijos pasauliais“. Tolesni tyrimai iš esmės išlygino šią liniją. Krafft ir Paal tyrimai suvaidino svarbų vaidmenį šiuo atžvilgiu, parodydami, kad, priklausomai nuo tirpiklio pobūdžio, ta pati medžiaga gali turėti koloidinių arba kristaloidinių savybių. Kraftas išsiaiškino, kad natrio stearatas, kuris vandenyje sudaro koloidinį tirpalą, ištirpęs alkoholyje turi kristaloidų savybių. Priešingai, toks tipiškas kristaloidas kaip NaCl benzeno tirpale, pasak Paalo, pasižymi visomis koloidų savybėmis. Tai. Koloidinių medžiagų nėra, yra tik koloidinė materijos būsena. Koloido pavadinimas turi apimti ne tik koloidinį tirpiklį, bet ir jo tirpiklį; kartu jie sudaro koloidinę sistemą. Tokios koloidinės sistemos randa natūralią vietą daugelyje kitų išsklaidytos sistemos(cm.). Viena vertus, jie ribojasi su stambesnėmis sistemomis – suspensijomis ir emulsijomis, kurių dalelės yra mikroskopinio dydžio, kita vertus, laipsniškai pereina su tikrais kristaloidų tirpalais, kurie su visais šiuolaikiniais tyrimo metodais; , atrodo visiškai vienalytis. Vėlesni tyrimai dar labiau išlygino aštrią liniją, kuri skyrė K. kartu su kitomis nevienalytėmis sistemomis nuo kristaloidų. Taigi tapo žinomi įvairūs „pusiau koloidai“ (pavyzdžiui, tikrų koloidų, tokių kaip dekstrinai ir peptonai, skilimo produktai), vaizduojantys nuoseklius perėjimus nuo tipiškų koloidų prie tikrų tirpalų. Daugelis K. buvo gauti ir kristalinės formos. sąlyga. Taigi Hb kristalai, kiaušinių albuminas ir augalinis albuminas iš sėklų yra gerai žinomi. Kita vertus, dabar sukurti metodai, leidžiantys paruošti tipiškų kristaloidų koloidinius tirpalus. Pats Grahamas, kalbėjęs apie kristaloidus ir kristaloidus kaip apie „du skirtingus materijos pasaulius“, kitais atvejais pripažino, kad ta pati medžiaga gali egzistuoti ir kristaloidinėje, ir koloidinėje būsenoje ir kad koloidinė dalelė gali būti „sukurta sujungiant daug mažesnių kristaloidų molekulių. “. Klasifikacija K. – Koloidai gali būti tiek skysto, tiek kieto būvio. Pirmuoju atveju jie sudaro koloidinius tirpalus arba zolius, antruoju - želė arba gelius. Tačiau nors kristaloidai yra tarp kieto ir skysčio agregacijos būsena(žr.) K. juos galima sujungti laipsniškais ir nejautriais perėjimais (pavyzdžiui, laipsniškai kietėjant želatinai). Abiem atvejais K. sudaro dispersines sistemas, kuriose dispersinė terpė yra tam tikras skystis. Priklausomai nuo pastarųjų sudėties, jie turi skirtingus pavadinimus. Jie kalba apie hidrozolius ir hidrogelius, jei skystis yra vanduo; pavadinimai alkoholis, eterozolis ir tt rodo, kad dispersinė terpė yra alkoholis, eteris ir kt. Koloidai, kurių dispersinė terpė yra kažkoks išlydytas kūnas, vadinami pirozoliais, o koloidai, kurie egzistuoja tik žemoje temperatūroje – kriozoliais . Labai reikšminga K. ypatybė – koloidinių dalelių dydis. Jiems būdingas submikroskopinis dalelių dydis – nuo maždaug 1 iki 100 t/l. Tai. pagal dalelių dydį chloridai užima tarpinę padėtį tarp tikrų tirpalų (molekulinių arba jonų dispersinių sistemų) ir suspensijų bei emulsijų, kita vertus. Naudodami analogiją su suspensijomis ir emulsijomis, Ostwald ir Geber (Wo. Ostwald, Hober), remdamiesi dispersinės fazės agregacine būsena, suskirstė zolius į suspensiją ir emulsiją. Atitinkamai Veimaras įtraukė juos į bendrą dispersoidų sistemą kaip suspensoidus ir emulsoidus. Daug svarbesnis bruožas, turintis įtakos daugeliui koloidinių tirpalų savybių, yra giminingumas tarp koloidinių dalelių ir jas supančio skysčio. Remdamasis hidrozolio ir vandens dispersinės fazės afiniteto laipsniu, Perrinas suskirstė į hidrofobinę ir hidrofilinę K. Pirmieji yra silpnai surišti su tirpikliu ir, veikiami kartais labai nedidelių poveikių, lengvai atsiskiria nuo jo. vandens neturtingos nuosėdos. Priešingai, pastarieji išsiskiria daug didesniu atsparumu ir, pavirtę į kietą būseną, formuoja drebučius, kurie ir toliau sulaiko didelį vandens kiekį. Freundlichas išplėtė šią klasifikaciją koloidinėms sistemoms, kuriose vietoj vandens yra skirtinga dispersijos terpė. Remdamasis giminingumo tarp jų ir jų tirpiklio nebuvimu arba buvimu, jis visus K. skirsto į liofobinius ir liofilinius. Tarp jų yra įvairių perėjimų, atitinkančių skirtingą liofiliškumo laipsnį. Nusodintų liofobinių koaguliantų paprastai negalima grąžinti į tirpalą tiesiog pašalinus koaguliuojančią medžiagą arba įpilant tirpiklio. Tai, Zsigmondy terminologija, yra negrįžtami K. Jie savo ruožtu skirstomi į du pogrupius. Vienas apima, pavyzdžiui. gryno metalo solai. Koloidinė medžiaga negali pasiekti jokios reikšmingos koncentracijos juose ir, atsiskyrus nuo tirpalo (miltelinių nuosėdų pavidalu), norint grįžti į tirpalą, reikia naudoti įprastus dispersijos metodus. Antrojo pogrupio pavyzdys yra įvairių oksidų koloidiniai tirpalai, iš kurių gaunami gana koncentruoti zoliai: silicis arba alavas, geležies hidroksidas ir kt. Per trumpą laiką jų šviežiai išskirtos želatininės nuosėdos vėl gali būti grąžintos į tirpalą. Tačiau dėl ilgo džiovinimo nuosėdos greitai tampa tokios pat negrįžtamos, kaip ir ankstesniu atveju: nei koaguliatoriaus plovimas, nei tirpiklio pridėjimas negali atkurti pradinio zolio. Reversiniai kristaloidai elgiasi visiškai kitaip Net ir visiškai išdžiūvę, kontaktuodami su tirpikliu, jie jį suriša, išsipučia ir galiausiai, kaip ir tirpūs kristaloidai, savaime tirpsta. Ir čia reikia atskirti tokias medžiagas kaip agaras-agaras, želatina, krakmolas ir kt., kurių brinkimas yra ribotas. Tirpiklio surišimas yra apribotas iki tam tikrų ribų esant įprastoms temperatūroms ir tik kaitinamas tęsiasi tol, kol virsta zoliu. Priešingai, tipiški grįžtamieji kristaloidai, tokie kaip albuminas, Hb, guma arabikas ir kt., savo gebėjimu spontaniškai pereiti į ištirpusią būseną, yra dar artimesni tikriems kristaloidų tirpalams, tačiau skiriasi nuo jų tuo, kad nėra pastovaus. tirpumas. K. klasifikavimas pagal šias įvairias charakteristikas daugeliu atvejų duoda tuos pačius rezultatus Hidrofobinės ar liofobinės K. yra negrįžtamos. hidrofiliniai arba liofiliniai dažniau yra grįžtami. Dėl didelio vandens kiekio surišimo hidrofilinės dalelės tuo pačiu metu įgyja emulsinį pobūdį, o hidrofobinės gali išlaikyti kietos medžiagos savybes ir sudaryti suspensijos zolį. Tačiau K. ne visada turi visą tipiniams vienos ar kitos grupės atstovams būdingų savybių rinkinį. Visų pirma, cheminių medžiagų skirstymas pagal suminę dispersinės fazės būseną gali nesutapti su klasifikavimu pagal jiems reikšmingesnį požymį – giminingumą tirpikliui. Taigi yra žinomi emulsoidai, kurie neturi liofilinių koloidų savybių. Reikia atsižvelgti į sėkmingiausią koloidų skirstymą į liofilinius ir liofobinius (arba hidrofilinius ir hidrofobinius), remiantis svarbiausiu skirtumu tarp abiejų koloidų grupių. Koloidinių tirpalų ruošimo metodai. Naudojant specialius metodus, koloidinės būsenos galima gauti daug įvairių medžiagų, tiek organinių, tiek neorganinių. Svarbiausias uždavinys ruošiant koloidinius tirpalus – pasiekti reikiamą dispersijos laipsnį ir sukurti tinkamo dydžio daleles. Pagal jų tarpinę padėtį tarp tikrų tirpalų ir apytiksliai nevienalyčių sistemų, koloidinio dydžio daleles galima gauti tiek iš pirmųjų, kondensuojant jų jonus ir molekules į didesnius agregatus, tiek išsklaidant pastarąsias. Atitinkamai Svedbergas, ypač detaliai sukūręs ir susisteminęs zolių paruošimo būdus, suskirstė juos į kondensaciją ir dispersiją. Esant jų tirpiklio pertekliui, kristaloidai skyla į atskiras molekules. Kad susidarytų didesni agregatai, jie turi būti netirpūs dispersinėje terpėje. Todėl kondensacijos metodai yra pagrįsti chemija. reakcijos, kurios tirpius junginius paverčia netirpiais. Dažniausiai tai yra atsigavimo reakcijos. Jie naudojami, pavyzdžiui, tauriųjų metalų hidrozoliams gauti. Daugelis redukuojančių medžiagų (pvz., hidrazinas, hidrochinonas, pirogalolis) veikia šaltyje, kiti (etilo alkoholis, formaldehidas, taninas ir kt.) veikia kaitinant. Norint paruošti aukso zolį, ypač atskiestas aukso druskos tirpalas apdorojamas, pavyzdžiui, redukuojančiu agentu. AIS1 3 arba NAiS1 4 (kai koncentracija yra 0,1 G arba net mažiau 1 litrui vandens). Panašiu būdu sidabro hidrozoliai gaminami iš AgN0 3 ir iš atitinkamų kitų metalų druskų ir zolių. Taip pat buvo galima gauti koloidinį metalinį sidabrą, naudojant transmisiją kaip reduktorių. per tirpalą išplauti vandenilio dujomis. Įvairios kitos chemijos. reakcijos (oksidacija, dvigubas skilimas) gali sukelti tą patį rezultatą – netirpių medžiagų susidarymą koloidiniu pasiskirstymu. Taigi koloidinė siera gaunama skaidant natrio sulfatą (Na 2 S 2 0 3) su koncentruota sieros rūgštimi. Šį sieros zolį labai išsamiai ištyrė Svenas Odenas. Daugelio tyrimų objektas taip pat buvo koloidinis arseno trisulfidas (As 2 S 3), kuris gaunamas vandenilio sulfidui veikiant arseno rūgštį (po to vandenilio sulfido perteklius išstumiamas per tirpalą leidžiant vandenilio srovę): As 2 0 3 +3H 2 S =As 2 S 3 + 3H 2 0. Taip pat dažnai naudojama hidrolizės reakcija, kurios metu viena iš medžiagų, patenkančių į metabolinį skaidymąsi, yra vanduo. Šiuo metodu gaunamas geležies hidroksidas (FeCl 3 + +3H 2 0 = Fe(OH) 3 +3HCl) ir daugelis kitų zolių. Kad ir kokios skirtingos būtų naudojamos cheminės reakcijos, visos jos susiformuoja į tam tikroje dispersinėje terpėje netirpių medžiagų susidarymą. Pasak Weymarno, kondensacijos mechanizmas yra ypatingas kristalizacijos iš persotinto tirpalo atvejis. Tik ši kristalizacija turi prasidėti vienu metu labai daugelyje vietų, o dalelių augimas turi sustoti prieš joms pasiekiant mikroskopinį dydį. dydžiai. Kadangi koloidinių medžiagų koncentracija per didelė, jos greitai visiškai iškrenta, zoliams ruošti dažniausiai naudojamos labai silpnos reaguojančių medžiagų koncentracijos. Galiausiai nereikėtų pamiršti, kad visuose nagrinėjamuose zolių susidarymo procesuose elektrolitai dalyvauja kaip pradinės medžiagos arba reakcijos produktai. Kaip bus paaiškinta toliau, jie negali būti laikomi pašalinėmis, atsitiktinėmis priemaišomis. Priešingai, elektrolitai aktyviai dalyvauja koloidinių dalelių konstrukcijoje ir jų cheminių savybių nustatymo procese. ir elektrines savybes, palaikant K atsparumą Visiškas visų elektrolitų pašalinimas paprastai veda prie zolio sunaikinimo, jo perėjimo į stambesnę būseną. Elektrolitai atlieka dispergentų vaidmenį, palaikydami reikiamą koloidinių dalelių dispersijos laipsnį. Kitą grupę sudaro dispersijos metodai. Neseniai (1920 m.) buvo sėkmingai išspręsta mechaninio medžiagų suskaidymo problema, nors ir ne itin aukšto dispersijos laipsnio, naudojant vadinamąjį prietaisą. „koloidinis malūnas“. Tai greitai besisukantis velenas su ašmenimis skysčio viduje, kurios besisukdamos praeina šalia fiksuotai sustiprintų iškyšų (jų neliesdamos). Skystyje sujaudintas kūnas susmulkinamas iki koloidinių dydžių, kai ašmenys veikia vandenį. Dažniausiai naudojamas elektrinis metodas. Pirmą kartą Bredigas jį panaudojo tauriųjų metalų zoliams ruošti. Panardindamas išpurkšto metalo elektrodus į vandenį, jis tarp jų praleido voltinį lanką. Tuo pačiu metu iš katodo kyla tiek koloidinių, tiek didesnių dydžių purškiamų dalelių debesys. Dėl stipraus tirpalo kaitinimo jis turi būti atvėsintas. Matyt, kaip tikėjo pats Bredigas, čia pagrindinį vaidmenį atlieka šiluminiai procesai: metalo išgarinimas voltiniu lanku, po kurio jo garai kondensuojasi vandenyje. Tai. savo mechanizme šis metodas iš tikrųjų artėja prie kondensacijos. Svedbergas labai patobulino elektros kibirkštinio purškimo būdą, Ch. arr. naudojant svyruojančią iškrovą. Naudodamas jį jam pavyko paruošti daugybę skirtingų zolių, ypač šarminių metalų organozolių (pavyzdžiui, eterozolių), kurių paruošimas buvo labai sunkus. Dispersijos metodai taip pat apima peptizacijos metodą (žr. toliau). Biokoloidai. Aprašyti metodai leidžia paruošti įvairius dirbtinius ar sintetinius junginius. Didelė ir labai svarbi natūralių junginių grupė elgiasi visiškai skirtingai. koloidinės dalelės ir dėl to Tai yra koloidinės savybės. Todėl biokoloidiniai zoliai ruošiami lygiai taip pat, kaip ir įprasti kristaloidiniai tirpalai, apdorojant juos tinkamu tirpikliu. Dažniausiai šis tirpiklis yra vanduo. Dervos, krakmolas, guma arabikas, agaras, taninas, želatina, albuminas ištirpsta šaltame arba karštame vandenyje, sudarydami hidrozolius. Kitais atvejais būtina naudoti specialius tirpiklius: vario oksido amoniako tirpalą („Šveicerio reagentas“) celiuliozei, acetoną, acto rūgštį arba alkoholio ir eterio mišinį nitroceliuliozei, benzeną ar anglies disulfidą kaučiukui ir kt. Valymo metodai K Daugeliu atvejų įprasti cheminio valymo metodai K netaikomi. medžiagų. Tik keli koloidai (būtent tam tikri biokoloidai) gali būti atskirti vienas nuo kito ir išskirti dėl nevienodo tirpumo tam tikruose tirpikliuose frakcinio nusodinimo arba kristalizacijos būdu. Daug dažniau reikia naudoti specialius koloidinius metodus. Jie pagrįsti koloidinių dalelių nesugebėjimu prasiskverbti pro koloidines membranas, pralaidžias kristaloidams. Jei tokia membrana, kurios viduje yra gryninamas tirpalas, iš išorės išplaunama švariu distiliuotu vandeniu, tai koloidiniame tirpale esantys kristaloidai per membraną difunduoja į pastarąjį. Kelis kartus keisdami vandenį galite dializė(žr.) palaipsniui pašalinkite iš koloidinio tirpalo beveik visas difuzijai atsparias priemaišas. Kitas K. valymo būdas – ultrafiltravimas. Tirpalas filtruojamas pagal b. arba aukšto slėgio per koloidinę membraną, naudojamą kaip filtras. Dispersinės terpės su joje ištirpusiomis priemaišomis atskyrimas nuo koloidinių dalelių taip pat gali būti šiuo atveju gerokai paspartintas panaudojant ne mechaninį, o mechaninį filtrą skysčiui stumti per ultrafiltrą. slėgis elektroosmoso būdu; Šis metodas vadinamas elektroultrafiltracija. Optinės savybės. Praleidžiamoje šviesoje koloidiniai tirpalai dažnai atrodo visiškai skaidrūs ir vienalyčiai, kaip tikri tirpalai. Tačiau jų nevienalytiškumas aiškiai atsiskleidžia atspindėtoje šviesoje: žiūrint iš ant jų krentančios šviesos pusės, koloidiniai tirpalai atrodo drumsti ir opaliniai. Koloidinių tirpalų optinis nevienalytiškumas dar labiau išryškėja, jei nukreipiate į juos ryškų šviesos spindulį (saulės spindulį arba elektros lanko lempos spindulį, sutelktą renkančiojo lęšio) ir stebite skystį iš šono: visą pluošto kelią. koloidinis tirpalas šviečia tolygiomis opalinėmis šviesomis. Faradėjus pirmą kartą panaudojo šią techniką, kad aptiktų mažas daleles drumstoje aplinkoje. Tyndall (Tup-dall), kuris išsamiai ištyrė aprašytą reiškinį, vardu, šis šviečiantis kūgis paprastai vadinamas Tyndall kūgiu (žr. Tyndall fenomenas). Visi koloidiniai tirpalai suteikia tokį opalescenciją, kuri yra vienas iš svarbiausių jų skirtumų, jų optinio nevienalytiškumo požymį. Koloidinių tirpalų spalva daugeliu atvejų taip pat priklauso nuo jų dalelių šviesos sklaidos. Yra natūralus ryšys, kurį tyrinėjo Ch. arr. Rayleigh, tarp išsklaidytų dalelių dydžio ir jų išsklaidytos šviesos spalvos. Ši spalva gali būti uždėta ant pačios ląstelės spalvos, kuri priklauso nuo jos tam tikros spektro dalies sugerties. Tokio reiškinio pavyzdys yra koloidiniai mastikos tirpalai, geltoni arba rudi praleidžiamoje šviesoje, melsvi atspindintoje šviesoje. Toks dažymas, kai kuriais atvejais pastebimas nelaidžiuose, ryškiausiai pasireiškia ir ypač intensyviai pasiekia koloidinius metalus. Tai priklauso nuo metalo optinių savybių, nuo jo dalelių dydžio ir ch. arr. iš jų sujungimo į didesnius agregatus. Ypač didelę įtaką daro dispersijos laipsnis, kai keičiasi teisingai spalva. Koloidiniai aukso tirpalai, pvz. Keičiantis jo dalelių dydžiui, prasiskverbia daugybė skirtingų spalvų. Zsigmondy sugebėjo paruošti ypač išsamią savo sprendimų seriją, kurios dispersijos laipsnis tolygiai kinta milžiniškose ribose. Stambiai išsklaidytas auksas suteikia tirpalui mėlyną arba violetinę spalvą, o labai išsklaidytas auksas – gryną ir ryškiai raudoną spalvą (tai ta pati aukso „rubino stiklo“ spalvos kilmė). Toliau mažėjant dalelių dydžiui ir artėjant molekulinei dispersijai, gaunama ruda arba geltona spalva, būdinga tikriems aukso druskų tirpalams. Įvairūs koloidiniai sidabro tirpalai turi ne mažiau įvairias spalvas (raudona, ruda, violetinė, žalia, juoda). Norint susidaryti supratimą apie jų intensyvumą, pakanka pažymėti, kad 1 sluoksnyje aiškiai matoma ruda koloidinio sidabro spalva. cm kurių sudėtyje yra 1 dalis sidabro 5 milijonams dalių vandens. Koloidinių dalelių dydis. Ultramikroskopas yra pagrįstas mažyčių dalelių šviesos sklaida, kai stiprus koncentruotas šviesos spindulys apšviečia tiriamą tirpalą iš šono ir praeina pro jį, nepatekdamas į mikroskopo objektyvą. Mikroskopo regėjimo lauke taip ir pastebima. Tyndall kūgis. Židinio taške, kur spinduliai susilieja, dėl didžiausio apšvietimo intensyvumo matomi mažiausi submikronai. Panardinamajame ultramikroskope, naudojant šį metodą, paaiškėjo, kad galima stebėti mažiausias submikroskopo daleles, kurių dydis yra tik keli. prekybos centras Submikronai ultramikroskope pasirodo kaip šviečiantys taškai, kurie nesuteikia supratimo apie jų formą ar tikrąjį dydį. Pastarajam nustatyti skaičiuojamas atskirų dalelių, esančių tam tikrame, itin mažame skysčio tūryje, skaičius. Žinant bendrą išsklaidytos medžiagos kiekį ir jos savitąjį svorį, nesunku rasti vienos dalelės masę ir jos skersmenį (paprastumo dėlei darant prielaidą, kad ji yra maždaug sferinės formos). Be šio optinio metodo, yra mechaninių metodų, leidžiančių nustatyti koloidinių dalelių dydį. Tam naudojamas aukščiau paminėtas ultrafiltravimo metodas. Ultrafiltrai ne visada yra nepralaidūs visoms koloidinėms medžiagoms. Bechholdas pirmasis parodė, kad naudojant ultrafiltrų seriją su skirtingais, nuosekliai besikeičiančiais porų dydžiais, galima atlikti frakcinę ultrafiltraciją: atskirti kai kurias ląsteles nuo kitų. Ultrafiltras, sulaikantis tam tikrą dalelę, nepraleidžia visų tų, kuriose yra didesnės dalelės. Kalibravus ultrafiltrų seriją (pavyzdžiui, naudojant koloidinius tirpalus su žinomų dalelių dydžiais), galima nustatyti tiriamo koloidinio tirpalo dalelių dydį pagal pastarojo gebėjimą praeiti pro tam tikrus ultrafiltrus. Be to, dalelių dydį galima spręsti pagal jų kritimo greitį. Pagal Stokso formulę sferinio kūno (gana mažo dydžio) kritimo į skystį greitis yra proporcingas jo skersmens kvadratui. Todėl dalelės dydį galima nustatyti pagal jos kritimo greitį (jei taip pat žinomas krintančio kūno ir skysčio savitasis svoris bei pastarojo klampumas). Šis metodas nėra tiesiogiai taikomas koloidinių dydžių dalelėms, nes jų nusėdimo greitis yra per mažas. Tačiau vietoj jėgos naudojant cha- | alavas turi labai reikšmingą centrobaltą. jėga, galima pagreitinti K. nusėdimą ir padaryti jį prieinamą matavimui. Šis metodas vadinamas "ultracentrifugavimu". Išvardinti tiesioginio koloidinių dalelių skaičiaus skaičiavimo ir jų mechaninio atskyrimo filtravimo ar centrifugavimo metodai iš esmės nesiskiria nuo panašių metodų, taikomų stambesniems mikroskopams. sustabdymai. Tačiau kartu su tuo, metodai, naudojami kristaloidų tirpalų molekulinei masei matuoti, taip pat naudojami koloidinių dalelių dydžiui matuoti. Ultramikroskopas padarė matomas koloidinių tirpalų daleles („submikronus“), todėl atrodė, kad jų skirtumas tarp optiškai netirpių kristaloidinių tirpalų pagilėjo. Tačiau tuo pat metu jis leido išplėsti molekulines kinetikos koncepcijas iki koloidinių tirpalų ir net stambesnių suspensijų ir atskleidė visišką analogiją tarp įvairių dispersinių dalelių ir molekulių elgesio. Šis svarbiausias apibendrinimas buvo studijų rezultatas Brauno judesys (cm.). Kaip parodė Einšteino, Smoluchovskio, Perrino ir kitų tyrimai (Einšteinas, Smoluchovskis, Perinas), tai reiškia tikrą molekulinį judėjimą, kuo greičiau dalelių skersmuo artėja prie molekulinio dydžio. Koloidinių dalelių Brauno judėjimo tyrimas parodė, kad jų kinetinė energija nepriklauso nuo jų dydžio ir yra lygi molekulių kinetinei energijai tikruose tirpaluose (esant tam pačiam t°). Todėl K. osmosinis slėgis yra proporcingas koloidinių dalelių koncentracijai. Žinant bendrą ištirpusios anglies masę ir jos tankį, pagal dalelių skaičių galima nustatyti jų dydį. Tačiau K. osmosinio slėgio matavimas kelia didelių sunkumų ir ne visada gali būti atliktas pakankamai tiksliai. Priešingai nei kinetinė energija, difuzijos greitis mažėja didėjant koloidinių dalelių dydžiui ir yra tolesnis kelias pastarosioms nustatyti. Koloidinių dalelių forma ir struktūra. Skaičiuojant koloidinės dalelės skersmenį, dažniausiai jai buvo priskiriama sferinė forma. Buvo priimta, kad, priešingai nei kristaliniai kūnai, kristalinės dalelės yra amorfinės ir, veikiamos paviršiaus jėgų, įgauna sferinę formą, atitinkančią minimalų laisvą paviršių. Pirmą kartą Nageli išreiškė nuomonę, kad koloidinė dalelė arba grybiena yra mažiausia ultramikroskopinė dalelė. krištolas. Nägeli paaiškino kristalines savybes, ypač dvigubą lūžią, randamą daugelyje organinių medžiagų ir gyvybės struktūrų, tuo, kad šios medžiagos yra sudarytos iš mažyčių dalelių, nematomų po mikroskopu (šiuolaikine terminija „submikronai“), kristalinių grybų. Šios micelės atlieka tą patį vaidmenį koloidinėse sistemose, kaip molekulės tikruose tirpaluose. Priešingai nei molekuliniai tirpalai, pagal Nägeli išsireiškimą koloidinės sistemos yra „miceliniai tirpalai“. Jungdamosi viena su kita, micelės gali išlaikyti griežtą, teisingą orientaciją ir išaugti į tikrus kristalus arba į tam tikras kristalines savybes turinčius organinius pluoštus. Greitai susijungiant, jie dažnai susilieja į chaotiškus, netaisyklingus, dažnai į medžius panašius šakotus kompleksus, sudarydami, pavyzdžiui. gelio pagrindas. Nepaisant pirminės kristalinės struktūros, šiuo atveju jie yra išoriškai amorfiški. Iš pradžių pripažinimo nesulaukusias Nägeli pažiūras paskui prikėlė Veimaras, Ambronas, Šereris. Daugelio, nors ir ne visų, koloidinių submikronų kristalinė prigimtis buvo įrodyta įvairiais metodais. Amorfizmas nelaikomas būdingesniu koloidinės būsenos požymiu, o grybiena yra pagrindinė sąvoka šiuolaikiniame koloidų struktūros supratime. Čia nenagrinėjant išsamiau grybienos kristalinės struktūros, reikėtų pažymėti, kad labai daugeliu atvejų jį iš tikrųjų galima aptikti. Šiuo metu patikimiausias kristalų struktūros tyrimo metodas yra rentgeno spindulių difrakcija. Kristalams būdingas taisyklingas atomų arba jonų išsidėstymas, fiksuotas vienodais atstumais vienas nuo kito. Taisyklinga geometrinė kristalų forma yra išorinė šios erdvinės atomų kristalinės gardelės išraiška. Tai sukelia rentgeno spindulių, patenkančių į kristalą, difrakciją. spinduliai, kaip ir matomos šviesos difrakcijos spektras gaunamas naudojant grubesnius dirbtinės difrakcijos pakartotinius kadrus. Priešingai senai idėjai apie kristalų amorfinę prigimtį, naudojant šį metodą (kurį sukūrė vyriausiasis mokslininkas Scherrer), labai daug kristalų (pavyzdžiui, koloidinio aukso, sidabro ir daugelio kitų) dalelių kristalinė struktūra. buvo nustatytas užtikrintai. Be to, kai kurie K. iš tikrųjų susideda iš amorfinių dalelių. Kristalinę gardelę turi lydėti išorinė kristalinė forma. Jį galima aiškiai aptikti tais atvejais, kai jis smarkiai nukrypsta nuo sferinės: būtent kai viena iš kristalų ašių yra stipriai išvystyta arba, priešingai, labai sutrumpėjusi, palyginti su kitomis dviem. Pirmuoju atveju koloidinė dalelė yra lazdelės formos, antruoju atveju - lamelės formos. Jei, veikiami kokios nors išorinės jėgos, jie išsidėsto taip, kad jų išilginės ašys būtų lygiagrečios viena kitai, tai jų formą galima nustatyti pagal šviesos poliarizacijos reiškinius, kuriuos sukelia toks sprendimas. Pavyzdžiui, gaunama panaši lygiagreti kristalinių dalelių orientacija. tekančiame skystyje dėl judėjimo metu atsirandančios trinties Dispersijos laipsnio pokyčiai, kurie dažnai atsiranda koloidiniuose tirpaluose, lemia skirtingas koloidinių dalelių struktūros charakteristikas. Kristalui augant jo forma išlieka nepakitusi; lygiai taip pat, kai emulsijos lašeliai susilieja, jie vėl sudaro tuos pačius sferinius lašus. Atvirkščiai, mažėjant koloidinio tirpalo dispersijos laipsniui, kuris atsiranda susijungus jo dalelėms, pastarosios susiliečia tik su keliais savo taškais ir susidaro birus, flokuluojantis junginys. Todėl iš pirminių šiuolaikinių dalelių koloidų, kurių forma ir struktūra buvo aptarta aukščiau, reikėtų atskirti antrines daleles, susidariusias flokuliuojant dviejų ar daugiau pirminių. Antrinėms koloidinėms dalelėms Zsigmondy pasiūlė pavadinimą polionai, pirminėms - monomonai arba protonai (pastarojo pavadinimo pasilikti negalima, nes jis skirtas teigiamos elektros vienetui - atomo branduoliui N; žr. Vandenilio jonai). Pirminių dalelių derinys į antrines dažnai lydi staigų spalvos pasikeitimą. Gerai žinomas tokio spalvos pasikeitimo pavyzdys yra aukso hidrozolis. Koloidiniai procesai. Jei struktūros doktrinoje buvo nustatyta vis išsamesnė koloidinių sistemų ir kristaloidinių tirpalų analogija, tai išliko gilus skirtumas tarp jose veikiančių jėgų ir jose vykstančių procesų. Kaip žinoma, tarp arti gretimų molekulių atsiranda didelės patrauklios jėgos, kurios greitai mažėja didėjant atstumui. Molekulinių agregatų viduryje abipusiai išbalansuodami jie atsiranda ant jų paviršiaus paviršiaus įtempimo pavidalu. Vietoj osmosinio slėgio, kuris yra pagrindinė mechaninės energijos rūšis tikruose tirpaluose, koloidiškai pasiskirstant medžiagai, ši paviršiaus energija tampa ypač svarbi, tiesiogiai priklausoma nuo ribinių paviršių dydžio, taigi ir nuo medžiagos sklaidos laipsnio. koloidinis, atsižvelgiant į jo dalelių dydį. Ne mažiau svarbus ir ribinis potencialų skirtumas, elektros krūvis koloidinių dalelių paviršiuje. Taigi koloidinės sistemos energija (pirmiausia paviršiaus energija) priklauso nuo koloido dispersijos laipsnio. Dėl to įvairūs energijos pokyčiai koloidinėse sistemose (ypač elektros krūvio pokyčiai) iš karto sukelia greitus jų dispersijos pokyčius, mažų koloidinių dalelių susijungimą į didesnius agregatus arba, priešingai, pastarųjų suirimą (peptizaciją). ). Šiuose būdinguose koloidiniuose procesuose dispersijos laipsnio keitimo paprastumas yra pagrindinis jų skirtumas nuo stabilaus vadinamojo molekulinio pasiskirstymo. tikri sprendimai. Idėją apie vyraujančią paviršiaus, kapiliarinių (ir elektrokapiliarinių) jėgų įtaką ekstremaliausia forma sukūrė Freundlichas, kuris visą koloidinę chemiją aiškino kaip „kapiliarinę chemiją“. Idėja apie jų priklausomybę nuo kapiliarinių jėgų ir bendrųjų cheminių dėsnių netaikymą jiems buvo išplėsta iki grynai cheminių procesų, vykstančių koloidinėse sistemose. Užuot sujungę reagentus paprastais lygiaverčiais santykiais, adsorbcijos junginiai, kiekybiškai išreikšti Freundlicho adsorbcijos izoterma, buvo laikomi būdingais koloidams. Koloidų savybes ypač stipriai įtakoja įtaka, kuri keičia jų hidrofiliškumą ir giminingumą tarp koloido ir tirpiklio. Elektrolitų koloidinio cheminio veikimo ypatybių tyrimas daugiausia siejamas su Hofmeistero vardu (žr. Chamberlain rangai).-Visiškai priešingos pozicijos laikėsi kita tyrėjų grupė, tarp kurių pirmiausia reikėtų paminėti Paulį. Šių tyrinėtojų teigimu, šalinant daugybę klaidų šaltinių, kurie daugeliu atvejų užtemdo vaizdą, bendroji chemija yra gana tinkama koloidinėms sistemoms, ypač praktiškai svarbiausioms iš jų – baltymų tirpalams. įstatymai. Kalbant apie chemiją, tarp jų ir kristaloidų nėra jokios esminės priešpriešos, kaip ir kitų savybių atžvilgiu. Loebas ypač laikėsi šio požiūrio. Teorinis visiškai naujos koloidinių procesų interpretacijos pagrindas buvo Loebo Donnano principas, kuris nustato specialią jonų pusiausvyros formą abiejose vienai iš jų nepralaidžios membranos pusėse (žr. Donnano pusiausvyra). Nemažai koloidinių savybių ir koloidinių procesų (osmosinis slėgis, brinkimas, klampumas, jų priklausomybė nuo elektrolitų ir kt.) gali būti tiesiogiai išvedami iš koloidinių jonų nesugebėjimo prasiskverbti pro koloidines membranas ir gelius. Koloidinės savybės nustatomos, kai yra barjeras, kuris išlaiko tam tikrą (koloidinį) joną, bet yra pralaidus kitiems esantiems jonams. Tik tokiomis sąlygomis tirpalas elgiasi kaip koloidas. Šia prasme Loebas kalba net ne apie „koloidinę būseną“, o apie baltymų tirpalų „koloidinį elgesį“. Elektros krūvis. Elektrinių jėgų taikymas koloidiniams tirpalams rodo, kad koloidinės dalelės turi teigiamus arba neigiamus krūvius ir todėl juda elektriniame lauke (žr. Kataforezė). Elektrokinetiniai reiškiniai leidžia ištirti šio krūvio savybes ir nustatyti jo dydį. Kaltinimo priežastis negali būti laikoma galutinai išaiškinta; Matyt, ne visais atvejais vienodai. Dažnai mokestis priklauso nuo cheminės medžiagos. koloidinės dalelės prigimtis. Rūgštinės prigimties medžiagos, pvz. taninas, mastika, titnagas, įgauna neigiamą krūvį švariame vandenyje; pagrindinės medžiagos, tokios kaip metalų hidroksidai (geležis, aliuminis ir kt.), yra teigiami. Akivaizdu, kad nepaisant akivaizdžiai visiško šių medžiagų netirpumo, nedidelis vandenilio ar hidroksilo jonų kiekis patenka į tirpalą, palikdamas priešingo ženklo krūvį ant koloidinės dalelės. Daugeliu atvejų svarbiausia yra adsorbcija(žr.) elektrolitai, esantys tirpale ant koloidinės dalelės paviršiaus: stipriau adsorbuotas jonas suteikia jai savo krūvio ženklą. Didžiausią aktyvumą šiuo atžvilgiu rodo, viena vertus, daugiavalenčiai sunkiųjų metalų katijonai, kita vertus, tam tikri daugiavalenčiai anijonai. Galiausiai reikėtų paminėti Coehno taisyklę, pagal kurią, jei koloidinė sistema susideda iš dviejų nelaidininkų, tada didelę dielektrinę konstantą turinti medžiaga įgyja teigiamą krūvį (žr. Dielektrikai). Kadangi vandens dielektrinė konstanta yra labai didelė, didesnė už daugelio jų, pastaroji (nesant pirmųjų dviejų krūvio priežasčių) gryname vandenyje įgyja neigiamą krūvį. Dėl viso tirpalo elektrinio neutralumo koloidinės dalelės krūvis yra subalansuotas priešingo gretimo skysčio sluoksnio krūvio, o abu priešingi krūviai sudaro elektrinį. dvigubas sluoksnis(cm.). Koloidinės dalelės cheminė sudėtis. Elektros krūvis, kuris lemia daugelį ląstelės savybių, savo ruožtu priklauso nuo cheminės medžiagos. tiek paties koloidinio grybienos, tiek jį supančio („tarpląstelinio“) skysčio sudėtis. Tačiau įprastas K. pavadinimas dar nesuteikia pakankamai supratimo apie jo chemiją. kompozicija. Pvz. kai kalbama apie arseno sulfido pelenus arba geležies hidroksidą, šios medžiagos iš tikrųjų sudaro pagrindinę, kiekybiškai vyraujančią grybienos dalį. Tačiau pastarajame kartu su jais yra nedidelis elektrolitų mišinys, kurio sudėtis ir koncentracija priklauso nuo koloido paruošimo (arba tolesnio apdorojimo) būdo. Šie elektrolitai dažnai adsorbuojami nedideliais kiekiais koloidinė dalelė, atstovauja jos aktyviajai daliai, kuri lemia keletą svarbiausių jo savybių. Zsigmondy pasiūlė, skiriant K., kvadratiniu rėmeliu apjuosti koloidinės medžiagos masės formulę (nustatytą atliekant įprastą cheminę jos nuosėdų analizę), aktyviąją joninę grybienos dalį išdėlioti už šio rėmo. Taigi, taikant aukščiau aprašytus arseno sulfido zolio paruošimo būdus, aktyvioji dalis yra vandenilio sulfido mišinys, kurio dalinis disociavimas (į HS" ir H") suteikia K neigiamą krūvį. Nefiksuojant kiekybinio ryšio tarp As 2 S 3 ir H 2 S (kuris gali skirtis labai plačiose ribose), atitinkamam K. gaunama formulė: |As 2 S:i | HS" + H". Panašiai yra ir geležies hidroksido grybiena jFe(OH) 3 l Fe""" + ZSG. Kaip rodo aukščiau pateiktos formulės, micelė suprantama ne tik kaip didžioji koloidinės dalelės dalis kartu su jos adsorbuotais jonais, bet ir priešingo ženklo jonai, kurie sudaro išorinį dvigubo sluoksnio pamušalą Tik vienai įkrautai koloidinei dalelei be priešingų įkrautų jonų autoriai naudoja pavadinimą „granulė“, kurią Pauli pasiūlė vadinti „priešais“ (Gegenionen). Pusiausvyra su tų pačių medžiagų koncentracija aplinkiniame skystyje tie patys elektrolitai, kurie sudaro aktyviąją grybienos dalį, tai niekada nėra grynas VANDUO K. Mikroskopas. pavyzdžiui, suspensijos raudonųjų kraujo kūnelių suspensija kraujyje nusėda dideliu greičiu. Tačiau mažėjant dalelių dydžiui, jų kritimo greitis sparčiai mažėja. Koloidinio dydžio dalelėms jis yra nereikšmingas, o tirpale gali likti b. arba m vienodas pasiskirstymas. Tai taip pat palengvina Brauno judėjimas, kuris sumaišo submikroskopines daleles taip, kaip molekulinis judėjimas sumaišo tikro tirpalo molekules. Tačiau daugybė poveikių gali sukelti itin greitą, beveik akimirksnį kalcio praradimą iš tirpalo. Jų poveikis yra susijęs su tuo, kad jie sukelia koloidinių dalelių agliutinaciją, sujungdami jas į didesnius agregatus. Neišvengiamas tokio suspenduotų dalelių padidėjimo rezultatas yra greitas jų nusėdimas. Todėl visi veiksniai, trukdantys susijungti koloidinėms dalelėms, palaiko koloidinio tirpalo stabilumą. Šis stabilizavimo veiksnys pirmiausia yra elektros krūvis. Elektrostatinės atstūmimo jėgos neleidžia panašiai įkrautoms dalelėms susijungti. Daugybė tyrimų parodė, kad koloidinių dalelių ribinis potencialas turėtų nukristi žemiau žinomos ribos. n. kritinis potencialas padaryti koaguliaciją K įmanomą Kai krūvis sumažėja žemiau šios kritinės vertės, dalelės, esančios Brauno judesyje, gali susijungti viena su kita. Tačiau iš pradžių, matyt, tik nedidelė susidūrimų dalis (stipriausi arba centriniai smūgiai) sukelia ryšį. Toliau mažėjant ribiniam potencialui, šis procentas (o kartu ir krešėjimo greitis) greitai didėja ir artėja prie pastovios ribos. Pastarasis pasiekiamas, kai kiekvienas koloidinių dalelių susidūrimas baigiasi jų jungtimi. Dėl šios stabilizuojančios elektros krūvio įtakos jo ženklo ar dydžio pokyčiai turi lemiamos įtakos daugeliui koloidinių procesų. Kaip minėta aukščiau, koloidinės dalelės adsorbuotas elektrolitas yra aktyvioji micelės dalis, perduodanti jai elektros energiją. krūvis ir jį lemiantis stabilumas. Jei ilgai dializės metu K. išlaisvinamas iš stabilizuojančio elektrolito, jis tampa itin nestabilus ir dažnai spontaniškai krešėja. Dar lengviau sukelti krešėjimą pridedant elektrolito, iš kurio K. adsorbuoja priešingai įkrautą joną, neutralizuodamas savo elektros energiją. mokestis. Susidariusios nuosėdos gali būti perkeltos atgal į tirpalą, jei jas veikia elektrolitas, kurio vienas iš jonų yra stipriai adsorbuotas ir vėl įkrauna koloidines daleles. Panašų poveikį dažnai gali sukelti net tas pats elektrolitas, kuris sukėlė kritulius. Pirmosios jo dalys neutralizuoja koloidinės dalelės krūvį ir todėl turi koaguliacinį poveikį; vėlesni sukelia naujo (priešingo ženklo) krūvio atsiradimą ir dėl to ištirpsta. Toks koloidinių nuosėdų ištirpimas apdorojant jas stabilizuojančiu elektrolitu vadinamas „peptizacija“. Peptizavimas yra vienas iš svarbiausių koloidinių tirpalų dispersijos metodų. Hidrofobiniam (arba liofobiniam) K. stabilizavimui lemiamą reikšmę turi elektros krūvis, o hidrofiliniam K. pridedamas kitas, ne mažiau svarbus veiksnys. krūvio įtaka. Šis veiksnys yra pats tirpalo hidrofiliškumas, afinitetas tarp tirpalo ir tirpiklio, t.y. tas pats veiksnys, kuris lemia tikrų tirpalų stabilumą. Norint nusodinti hidrofilinius koloidus, kuriems priklauso dauguma biokoloidų, būtina pašalinti abu stabilumo veiksnius – hidrofiliškumą ir krūvį. Baltymų tirpalų hidrofiliškumas gali būti pašalintas tiek grįžtamai pašalinus vandenį (pavyzdžiui, veikiant alkoholiui), tiek dėl negrįžtamų cheminių reakcijų. pokyčiai (žr Denatūravimas). Abiem atvejais nusodinimas elektrolitais vykdomas taip pat, kaip ir hidrofobinių junginių atveju. Jonų įtaka junginių hidrofiliškumui ypač ryški vadinamajame. Chamberlain gretos(cm.). Dėl tam tikrų koloidų stabilizuojančio poveikio kitų koloidų tirpalams žr Apsauginis veiksmas. Biologinė eK reikšmė Reikia pasakyti, kad nors pagrindiniai koloidinių sistemų sandaros tyrimo principai dabar yra tvirtai nusistovėję, svarbiausių koloidinių procesų mechanizmas išlieka labai prieštaringas. Koloidinės chemijos ir bendrosios chemijos santykis, adsorbcijos ir chemijos vaidmuo, kapiliarinių jėgų reikšmė ir Dono principas – visi šie klausimai tebėra ne tik eksperimentinių tyrimų, bet ir aršių teorinių diskusijų objektas. Spartus koloidinės chemijos vystymasis, kuris per trumpą laiką virto nepriklausoma plačia mokslo disciplina, paaiškinta skyriuje. vaizdas. interesas, kurį jis atstovauja biol. Sci. Gyvas organizmas susideda iš koloidinių medžiagų, o koloidinio gyvybės substrato tyrimas yra būtinas pagrindas gyvybės reiškiniams suprasti. Tyrimas Physiol. veiksmai jonų(žr.), taip pat dauguma kitų fiziolių. agentų, rodo, kad tai visiškai sutampa su tų pačių poveikių įtaka biokoloidams. Tai lemia didžiulį susidomėjimą, kurį chemija įgyja norint suprasti gyvame organizme vykstančius procesus. Daugybė kompleksinių biol. problemas galima tirti naudojant paprastus koloidinius modelius, ir nenuostabu, kad nemažai biologų savo darbe ne tik panaudojo koloidinės chemijos gautus rezultatus, bet aktyviai dalyvavo kuriant šį mokslą. Lit.: Aleksandras D., Koloidinė chemija, Leningradas, 1926 m. Andrejevas II., Įvadas į koloidinę chemiją, Maskva, 1924 m.; B e i l ir V., Koloidinė būsena medicinoje ir fiziologijoje, M.-L., 1925; Handovsky H., Pagrindinės koloidinės chemijos sąvokos, Berlynas, 1925; G a t h e k E., Koloidų fizikos ir chemijos įvadas, M.-L., 1927; Duclos J., Colloids, M., 1924; Joël E. (.Toyo1E.), Klinikinė koloidinė chemija, Berlynas, 1923 m.; Kurbatovas V., Koloidų ir drebučių chemija, L., 1925; Mikh ae-l ir su L., Fizinės chemijos seminaras, L., 1925; Naumovas V., Koloidinė chemija, Leningradas, 1926 m.; Ostwald V., Trumpas praktinis koloidų chemijos vadovas, L., 1925; Pauli V., Baltymai ir koloidai, M.-L., 1928; Peskovas N., Koloidai, Ivanovas-Voznesenskas, 1925; P e sh l V., Įvadas į koloidinę chemiją, Odesa, 1912; Przheborov-s k and y Ya., Įvadas į fizikinę ir koloidų chemiją, M.-L., 1928; Svedberg T., Koloidų susidarymas, Leningradas, 1927; S h a d e G., Fizinė chemija vidaus medicinoje, Leningrad, 193 0 (Vokietijos leidykla-Dresden-Lpz., 1923); Aleksandras J., Koloidinė chemija, v. Aš-teorija a. metodai, v. II-Biologija a. medicina, N.Y., 1926-28; Bechhold H., Die Colloid in Biologie und Medizin, Dresden-Lpz., 1929; Freundlich H., Kapillarchemie, Drezdenas, 1923; dar žinomas kaip Kolloidchemie u. Biologie, Dresden-Lpz., 1924 (Rusijos leidykla – Leningradas, 1925); apie n e, Grundzuge der Kolloidlehre, Lpz., 1924; dar žinomas kaip Fortschritte der Kolloidchemie, Dresden-Lpz., 1927; H e i 1 b r u n n L., Protoplazmos koloidinė chemija, Berlynas, 1928 m.; Kolloidforschungen mieste Einzeldarstellungen, hrsg. v. R. Zsigmondy, Lpz., nuo 1926 m. Lepeschkin W., Kolloidchemie des Protoplasmas, V., 1924; L i e s e-gang R., Biologische Kolloidchemie, Dresden-Lpz., 1928; Loeb J., Baltymai ir koloidinio elgesio teorija, N. Y., 1922; Ostwald Wo., Grundriss der Kolloidchemie, Dresden-Lpz., 1909; Pauli W. u. V a 1 k 6 E., Elektrochemie der Kolloide, V., 1929; Svedberg Th., Methoden zurHerstellungkolloider LOsungen, Drezdenas, 1909; Zsigmondy R., Kolloidchemie, T. 1-2, Lpz., 1925-27 (liet.). Periodinis leidinys - Kolloid-Zeitschrift, Dresden-Lpz., nuo 1906 (iki 1913 m. - pavadinimu Zeitschrift f. Chemie u. Industrie der Kolloide; nuo 1910 m. suteikia priedą - Kolloidchemische Beihefte). Rubinšteinas.Koloidinės sistemos yra plačiai paplitusios gamtoje ir vaidino svarbų vaidmenį žmogaus gyvenime nuo pat žmonių atsiradimo.
Tyrinėdamas vandens - sidabro chlorido, vandens - sieros, vandens - Prūsijos mėlynojo ir kt. mišinių savybes, italų mokslininkas F. Selmi (1845) nustatė, kad tam tikromis sąlygomis jie sudaro sistemas, kurios yra vienalytės išvaizdos, panašios į tirpalus. Tačiau šios sistemos, skirtingai nei vandeniniai natrio chlorido, vario sulfato ir kitų vandenyje lengvai tirpių medžiagų tirpalai, nesusidaro savaime. F. Selmi pasiūlė tokias sistemas vadinti pseudosprendimais.
T. Grahamas (1861), tirdamas tokias sistemas, nustatė, kad kai kurios medžiagos (kalio hidroksidas, kalio sulfatas, magnio sulfatas, sacharozė ir kt.) turi didelį difuzijos greitį ir gebėjimą prasiskverbti pro augalų ir gyvūnų membranas, o kitos (baltymai). dekstrinas,
želatina, karamelė ir kt.) pasižymi mažu difuzijos greičiu ir nepraeina pro membranas.
Pirmoji medžiagų grupė gana lengvai kristalizuojasi, o antroji, pašalinus tirpiklį, suformuoja į klijus panašias mases. Pirmajam paskambino T. Greimas kristaloidai, o antrasis - koloidai(iš graikų „κολλά“ – klijai, „λεδεσ“ – vaizdas). Kristaloidai sudaro tikrus tirpalus, o koloidai sudaro zolius (koloidinius tirpalus).
1899 metais rusų mokslininkas I.G.Borščiovas pasiūlė, kad daugelis medžiagų, galinčių sudaryti koloidinius tirpalus, turi kristalinę struktūrą, todėl reikėtų kalbėti ne apie specialias koloidines medžiagas, o apie koloidinę būseną.
Praėjusio amžiaus pradžioje Sankt Peterburgo kalnakasybos instituto profesorius P. P. Veimaras eksperimentiškai įrodė, kad skirstymas į koloidus ir kristaloidus yra labai savavališkas. Tipiški kristaloidai NaCl, KΙ ir kt. gali sudaryti koloidinius tirpalus tinkamuose tirpikliuose, pavyzdžiui, koloidinį NaCl tirpalą benzene.
Galiausiai buvo įrodyta, kad ta pati medžiaga tame pačiame tirpiklyje, priklausomai nuo daugelio sąlygų, gali pasireikšti ir kaip koloidas, ir kaip kristaloidas. Tokias medžiagas siūlyta vadinti puskoloidai. Koloidiniai tirpalai (koloidinės sistemos) yra ypatingas dispersinių sistemų atvejis.
Dispersinė sistema – tai sistema, susidedanti iš dispersinės fazės – susmulkintų dalelių rinkinio ir ištisinės dispersinės terpės, kurioje šios dalelės yra suspenduotos.
Norėdami apibūdinti išsklaidytos fazės suskaidymą, naudokite dispersijos laipsnis 8, kuris matuojamas vidutinio dalelės skersmens atvirkštine verte c1
Aukščiau aptarti sprendimai yra sistemos, kuriose ištirpusi medžiaga skyla į atskiras molekules ir jonus. Tarp ištirpusios medžiagos ir tirpiklio nėra ribos (sąsajos), o tirpalas yra vienfazė sistema, nes paviršiaus sąvoka netaikoma atskiriems atomams, molekulėms ir jonams. Skystoje terpėje gali būti medžiagų agregatų, susidedančių iš daugybės molekulių ir jonų. 1 mikrono (10–6 m) skersmens dalelės pasižymi įprastomis tam tikros medžiagos savybėmis. Kietos medžiagos atveju šios dalelės yra kristalai, o skysčio atveju - maži lašeliai. Tokio dydžio dalelėse yra milijonai struktūrinių vienetų. Susidarę tirpale dėl cheminių reakcijų jie greitai nusėda ant indo dugno.
Medžiagos įgyja ypatingų savybių, jei dalelių dydis yra 10 -9 -10 -7 m (1 - 100 nm). Sistemos, susidedančios iš tokio dydžio dalelių
vadinama priemonė koloidinis dispersinis. Bendras sistemos, susidedančios iš tokio dydžio dalelių, paviršiaus plotas pasiekia neįprastai didelę vertę. Pavyzdžiui, 1 g medžiagos, kurios dalelių dydis K) -8 m, bus kelių šimtų kvadratinių metrų plotas.
Pagal dispersijos laipsnį išskiriamos dvi sistemų grupės: stambiai dispersinė ir koloidinė-dispersinė.
Sistemos, kurių dalelių dydis yra mažesnis nei 10–9 m, kartais neteisingai vadinamos joninėmis-molekulinėmis dispersinėmis sistemomis. Šioms sistemoms trūksta pagrindinės išsklaidytoms sistemoms būdingo požymio – heterogeniškumo. Todėl tokios sistemos yra vienarūšės ir vadinamos tikraisiais sprendimais.
Priklausomai nuo dispersinės fazės ir dispersinės terpės agregacijos būklės, išskiriami aštuoni koloidinių sistemų tipai (23.2 lentelė).
Reikėtų pažymėti, kad koloidinės sistemos, kurias sudaro dujos, normaliomis sąlygomis neegzistuoja dėl to, kad dujos neribotą laiką maišosi viena su kita.
23.2 lentelė
Koloidinių sistemų klasifikacija pagal fazių agregacijos būseną
|
Suvestinė valstybė |
Sistemos tipas |
Suminė išsklaidytos fazės būsena |
Sąlyginis paskirtis |
vardas |
|
Aerozolis |
||||
|
Skystis |
||||
|
Tvirtas |
||||
|
Skystis |
||||
|
Skystis |
Emulsoidas |
|||
|
Tvirtas |
Suspensoidas |
|||
|
Tvirtas |
Solidozolis |
Kietos putos |
||
|
Skystis |
||||
|
emulsoidas |
||||
|
Tvirtas |
Be pavadinimo |
Koloidinių sistemų gavimo ir valymo metodai. Koloidiniams tirpalams gauti reikia: 1) pasiekti koloidinį dispersijos laipsnį; 2) parinkti dispersinę terpę, kurioje dispersinės fazės medžiaga netirpi; 3) pasirinkti trečiąjį komponentą – stabilizatorių, kuris suteikia koloidinei sistemai stabilumo.
Metalai, blogai tirpūs oksidai, hidroksidai, rūgštys ir druskos vandenyje gali sudaryti koloidinius tirpalus. Medžiagos, kurios neleidžia koloidinėms dalelėms agreguotis (susijungti) į didesnes ir joms nusodinti, naudojamos kaip stabilizatoriai.
Pagal koloidinio dispersijos laipsnio pasiekimo būdą išskiriami būdai (23.22 pav.):
- - dispersinis (iš lot. "sPare^ge" - sumalti) - disperguotų fazių dalelių gavimas smulkinant didesnes daleles;
- - kondensacija (iš lotynų kalbos - padidinti) - disperguotų fazių dalelių gavimas sujungiant atomus, molekules, jonus.
Ryžiai. 23.22 val.
Koloidiniuose tirpaluose, gautuose vienu iš nagrinėjamų metodų, yra ištirpusių mažos molekulinės masės medžiagų ir stambių dalelių priemaišų, kurių buvimas gali neigiamai paveikti zolių savybes ir sumažinti jų stabilumą. Koloidiniams tirpalams išvalyti nuo priemaišų naudojama filtravimas, dializė, elektrodializė ir ultrafiltravimas.
Filtravimas pagrįstas koloidinių dalelių gebėjimu prasiskverbti pro įprastų filtrų poras. Tokiu atveju išlaikomos didesnės dalelės. Filtravimas naudojamas koloidiniams tirpalams išvalyti nuo stambių dalelių priemaišų.
Dializė – tai tikrai ištirpusių mažos molekulinės masės junginių pašalinimas iš koloidinių tirpalų naudojant membranas. Šiuo atveju naudojama membranų savybė leisti pro juos prasiskverbti įprasto dydžio molekules ir jonus. Visi dializatoriai yra pastatyti pagal bendrą principą: dializuojamas skystis yra vidiniame inde, kuriame jis membrana atskiriamas nuo tirpiklio (23.23 pav.). Dializės greitis didėja didėjant membranos paviršiui, jos poringumui ir porų dydžiui, didėjant temperatūrai, maišymosi intensyvumui, išorinio skysčio kitimo greičiui ir mažėjant membranos storiui.
Norint padidinti mažos molekulinės masės elektrolitų dializės greitį, dializatoriuje sukuriamas pastovus elektrinis laukas. Dializės greitis gali būti padidintas, jei dializuojamas tirpalas išleidžiamas per membraną (ultrafiltrą). Toks sistemų, kuriose yra koloidinių dydžių dalelių, valymo iš mažos molekulinės masės medžiagų tirpalų metodas vadinamas ultrafiltravimu.
Ryžiai. 23.23 val.
- 1 - dializuojamas skystis: 2 - tirpiklis; 3 - dializės membrana;
- 4 - maišytuvas
Įvadas
Grynos medžiagos gamtoje yra labai retos. Koloidinės sistemos užima tarpinę padėtį tarp grubių sistemų ir tikrų tirpalų. Jie yra plačiai paplitę gamtoje.
Pasaulinis koloidų vaidmuo gamtos moksle slypi tame, kad jie yra pagrindiniai tokių biologinių darinių kaip gyvi organizmai komponentai. Visas mūsų kūnas susideda iš koloidinių sistemų. Yra visas mokslas – koloidinė chemija. Man iškart iškilo klausimas: kodėl gamta teikia pirmenybę koloidinei būsenai?
Šiuo atžvilgiu iškyla šie tikslai ir uždaviniai:
Darbo tikslas: išsiaiškinti, kas yra koloidinės sistemos ir kokias savybes jos turi.
Tikslai: 1. Atlikti eksperimentinius eksperimentus koloidinių tirpalų savybėms tirti.
2. Atsakykite į klausimą: kodėl gamta teikia pirmenybę koloidinei būsenai.
Koloidinių tirpalų rūšys
Terminą „koloidas“ 1861 metais įvedė anglų chemikas Thomas Grahamas. Atlikdamas eksperimentus jis pastebėjo, kad želatinos, krakmolo ir kitų į klijus panašių medžiagų tirpalai daugybe savybių labai skiriasi nuo neorganinių druskų ir rūgščių tirpalų. Pavadinimas kilęs iš graikų priešdėlio „kolo“ – klijai. Teisinga kalbėti ne apie koloidines medžiagas, o apie koloidines sistemas. Šį terminą įvedė rusų mokslininkas P.P. Veimare 1908 m. Nuotraukose matomos įvairios koloidinės sistemos.
Koloidinio dydžio dalelės gali turėti skirtingą vidinę struktūrą. Yra keletas pagrindinių koloidinių sistemų tipų:
- 1) dūmai yra stabili išsklaidyta sistema, susidedanti iš mažų kietų dalelių, suspenduotų dujose. Dūmai – tai aerozolis, kurio kietųjų dalelių dydis svyruoja nuo 10-7 iki 10-5 m.
- 2) aerozolis – išsklaidyta sistema, susidedanti iš smulkių dalelių, suspenduotų dujinėje aplinkoje, dažniausiai ore. Aerozoliai, kurių išsklaidyta fazė susideda iš skysčių lašelių, vadinami rūkais, o kietųjų dalelių atveju, jei jos nenusėda, kalbama apie dūmus (laisvai išsisklaidžiusius aerozolius) arba dulkes (stambiai išsklaidytus aerozolius).
- 3) emulsija – dispersinė sistema, susidedanti iš mikroskopinių skysčio lašelių (dispersinės fazės), paskirstytų kitame skystyje. Dažniausias šio tipo koloidinės sistemos atstovas yra pienas.
- 4) putos – dispersinės sistemos su dujų dispersine faze ir skysta arba kieta dispersine terpe.
- 5) gelis – sistemos, susidedančios iš didelės ir mažos molekulinės masės medžiagų. Dėl trijų dimensijų polimerinio karkaso (tinklelio) geliai turi tam tikrų mechaninių kietųjų medžiagų savybių (trūksta sklandumo, gebėjimo išlaikyti formą, stiprumą ir gebėjimą deformuotis (plastiškumas ir elastingumas).
- 6) suspensija yra stambiai dispersinė sistema su kieta dispersine faze ir skysta dispersine terpe.
Koloidinio dydžio dalelės gali turėti skirtingą vidinę struktūrą, o tai labai įtakoja tiek koloidinių tirpalų paruošimo būdus, tiek jų savybes. Yra trys koloidinio dydžio pirminių dalelių vidinės struktūros tipai.
I tipas – suspensoidai (arba negrįžtami koloidai, liofobiniai koloidai). Taip vadinami koloidiniai metalų, jų oksidų, hidroksidų, sulfidų ir kitų druskų tirpalai. Šių medžiagų koloidinių tirpalų dispersinės fazės pirminės dalelės savo vidine struktūra nesiskiria nuo atitinkamos kompaktinės medžiagos struktūros ir turi molekulinę arba joninę kristalinę gardelę. Suspensoidai yra tipiškos nevienalytės labai dispersinės sistemos, kurių savybes lemia labai gerai išvystytas tarpfazinis paviršius. Nuo suspensijų jie skiriasi didesne dispersija. Jie buvo vadinami suspensijomis, nes, kaip ir suspensijos, jie negali egzistuoti ilgą laiką, jei nėra dispersijos stabilizatoriaus. Jie vadinami negrįžtamaisiais, nes nuosėdos, likusios garinant tokius koloidinius tirpalus, kontakto su dispersine terpe vėl nesudaro zolio. Jie buvo vadinami liofobiniais (gr. „lios“ – skystis, „phobio“ – neapykanta), darant prielaidą, kad ypatingos šio tipo koloidinių tirpalų savybės atsiranda dėl labai silpnos dispersinės fazės ir dispersinės terpės sąveikos. Liofobinių zolių koncentracija yra maža, paprastai mažesnė nei 0,1%. Tokių zolių klampumas šiek tiek skiriasi nuo dispersinės terpės klampos.
II tipas – asociatyviniai, arba miceliniai, koloidai. Jie taip pat vadinami semikoloidais. Šio tipo koloidinės dalelės atsiranda esant pakankamai mažos molekulinės masės medžiagų amfifilinių molekulių koncentracijai, susijungus į molekulių agregatus – miceles – sferinės arba sluoksninės formos (10.4 pav.).
Molekulinis, tikras tirpalas - Micelinis koloidinis tirpalas (sol).
Micelės yra reguliariai išdėstytų molekulių sankaupos, kurias daugiausia laiko dispersijos jėgos.
Mikelių susidarymas būdingas vandeniniams ploviklių tirpalams (pavyzdžiui, muilams – aukštesnių riebalų rūgščių šarminėms druskoms) ir kai kuriems organiniams dažams, turintiems dideles molekules. Kitose terpėse, pavyzdžiui, etilo alkoholyje, šios medžiagos ištirpsta ir susidaro molekuliniai tirpalai.
III tipas – molekuliniai koloidai. Jie taip pat vadinami grįžtamaisiais arba liofiliniais (iš graikų „filio“ - meilės) koloidais. Tai yra natūralios ir sintetinės didelės molekulinės medžiagos, kurių molekulinė masė nuo dešimties tūkstančių iki kelių milijonų. Šių medžiagų molekulės yra koloidinių dalelių dydžio, todėl tokios molekulės vadinamos makromolekulėmis.
Praskiesti didelės molekulinės masės junginių tirpalai yra tikri, vienarūšiai tirpalai, kurie, atskiesti iki ribos, paklūsta bendriesiems skiestų tirpalų dėsniams. Didelės molekulinės masės junginių tirpalai gali būti ruošiami ir su dideliu kiekiu masės – iki dešimties ar daugiau procentų. Tačiau tokių tirpalų molinė koncentracija yra maža dėl didelės ištirpusios medžiagos molekulinės masės. Taigi, 10% medžiagos, kurios molekulinė masė 100 000, tirpalas yra tik apytiksliai 0,0011 M tirpalas
Stambiamolekulinių koloidų tirpimas praeina per brinkimo stadiją, kuri yra būdinga kokybinė šio tipo medžiagų savybė. Brinkdamos tirpiklio molekulės prasiskverbia į kietą polimerą ir išstumia makromolekules. Pastarieji dėl savo didelio dydžio lėtai difunduoja į tirpalą, o tai išoriškai pasireiškia polimero tūrio padidėjimu. Brinkimas gali būti neribotas, kai jo galutinis rezultatas yra polimero perėjimas į tirpalą, ir ribotas, jei patinimas nesiekia polimero ištirpimo. Polimerai, turintys ypatingą, „trimatę“ struktūrą, kuriai būdinga tai, kad visos medžiagos atomai yra sujungti valentiniais ryšiais, dažniausiai išsipučia iki riboto masto. Cheminis polimerų modifikavimas, „sujungiant“ jų makromolekules, siekiant sumažinti polimero brinkimą, yra svarbus daugelio medžiagų gamybos etapas (žaliavos odos rauginimas, gumos vulkanizavimas ją paverčiant guma).
Terminas „koloidai“, reiškiantis „panašus į klijus“ (iš graikų „colla“ – klijai, „eidos“ – natūra), atsirado 1861 m. Γ..; kai T. Greimas naudojo dializę medžiagoms atskirti (10.5 pav.).
Dializės metodas pagrįstas nevienodu tirpalų komponentų gebėjimu sklisti per plonas plėveles – membranas (pagamintas iš celofano, pergamento, nitroceliuliozės, celiuliozės acetato). Šis metodas plačiai naudojamas koloidiniams tirpalams ir didelės molekulinės masės junginių tirpalams valyti. Medžiagos, kurios dializės metu neprasiskverbia pro membranas, buvo vadinamos koloidais. Bet kurią medžiagą tinkamomis sąlygomis galima gauti koloidinėje būsenoje (P.P. Weymarn, 1906).
XX amžiaus 30–40-aisiais buvo išaiškinta pirminių grįžtamųjų (liofilinių) koloidų dalelių, kurios pasirodė esančios makromolekulės, cheminė prigimtis. Dėl to nauja cheminė disciplina buvo atskirta nuo koloidinės chemijos - didelės molekulinės masės junginių fizikinės chemijos. Tačiau dėl istorinių priežasčių, bendrų liofilinių ir liofobinių koloidų molekulinių kinetinių savybių, dažno heterogeninių struktūrų formavimosi molekuliniuose koloiduose, taip pat daugybės didelės molekulinės masės junginių kompozicijų ir labai dispersinių sistemų.
Kvitas
Liofobiniai zoliai, kaip išsklaidytos sistemos apskritai, pagal jų tarpinę padėtį tarp molekulių pasaulio ir didelių kūnų, gali būti gaunami dviem būdais: dispersijos metodais, t. y. malant didelius kūnus, ir molekulių kondensacijos metodais. arba joninės ištirpusios medžiagos. Šlifuojant smulkinant, šlifuojant ir šlifuojant susidaro gana stambūs milteliai (< 60 мкм). Более тонкого измельчения достигают с помо-щью специальных аппаратов, получивших название коллоидных мельниц, или применяя ультразвук.
Kondensacijos metodas susideda iš netirpių junginių gavimo per mainų reakcijas, hidrolizę, redukciją ir oksidaciją. Vykdant šias reakcijas labai atskiestuose tirpaluose ir esant nedideliam vieno iš komponentų pertekliui, gaunami ne nuosėdos, o koloidiniai tirpalai. Kondensacijos metodai taip pat apima liozolių gamybą pakeičiant tirpiklį. Pavyzdžiui, koloidinį kanifolijos tirpalą galima gauti jo alkoholio tirpalą supylus į vandenį, kuriame kanifolija netirpi.
Kaip buvo išsiaiškinta anksčiau, kuo didesnė dispersija, tuo didesnis paviršiaus įtempis, tuo didesnė tendencija spontaniškai mažinti dispersiją. Todėl norint gauti stabilias, t.y. ilgalaikes, suspensijas; emulsijos ir koloidiniai tirpalai, būtina ne tik pasiekti tam tikrą dispersiją, bet ir sudaryti sąlygas jos stabilizavimui. Atsižvelgiant į tai, stabilias dispersines sistemas sudaro mažiausiai trys komponentai: dispersinė terpė, dispersinė fazė ir trečiasis komponentas - stabilizatorius.
dispersinė sistema.
Stabilizatorius gali būti tiek joninio, tiek molekulinio, dažnai didelės molekulinės masės. Liofobinių koloidų zolių joninis stabilizavimas yra susijęs su mažų elektrolitų koncentracijų buvimu, sukuriant joninius ribinius sluoksnius tarp dispersinės fazės ir dispersinės terpės.
Didelės molekulinės masės junginiai (baltymai, polivinilo alkoholis ir kiti), dedami stabilizuoti išsklaidytas sistemas, vadinami apsauginiais koloidais. Adsorbuoti fazės sąsajoje, paviršiniame sluoksnyje susidaro tinklinės ir gelio formos struktūros, sukuriančios struktūrinį-mechaninį barjerą, neleidžiantį suvienodinti dispersinės fazės dalelių. Struktūrinis-mechaninis stabilizavimas yra labai svarbus suspensijų, pastų, putų ir koncentruotų emulsijų stabilizavimui.
Norint gauti molekulinių koloidų tirpalus, pakanka sausą medžiagą sulieti su tinkamu tirpikliu. Nepolinės makromolekulės tirpsta angliavandeniliuose (pavyzdžiui, kaučiukai – benzene), o polinės makromolekulės – poliniuose tirpikliuose (pavyzdžiui, kai kurie baltymai – vandenyje ir vandeniniuose druskų tirpaluose). Tokio tipo medžiagos vadinamos grįžtamaisiais koloidais, nes išgarinus jų tirpalus ir įpylus naują tirpiklio dalį, sausos liekanos grįžta į tirpalą. Liofilinių koloidų pavadinimas kilo darant prielaidą (kaip paaiškėjo – klaidingą), kad stipri sąveika su aplinka lemia jų skirtumą nuo liofobinių koloidų.
Didelės molekulinės masės junginių tirpalai turi didelį klampumą, kuris sparčiai didėja didėjant tirpalo koncentracijai. Didėjant stambiamolekulinių tirpalų koncentracijai, pridedant polimero tirpumą mažinančių medžiagų ir dažnai sumažėjus temperatūrai, susidaro želė, t.y. labai klampus, bet skystas tirpalas virsta kietą želė, kuri išlaiko. jo forma. Polimerų su labai pailgintomis makromolekulėmis tirpalai želia esant mažoms tirpalo koncentracijoms. Taigi, želatina ir agaras formuoja drebučius ir želė 0,2-0,1% tirpaluose. Džiovinti drebučiai vėl gali išbrinkti (didelis skirtumas nuo želė).
Želės susidarymas yra svarbus pluoštinių medžiagų gamybos iš polimerinių tirpalų etapas. Didesnės koncentracijos didelės molekulinės masės junginių tirpalų savybės vis labiau skiriasi nuo mažos molekulinės masės junginių tirpalų savybių. Tai įvyksta dėl atskirų makromolekulių sąveikos tarpusavyje, todėl susidaro supramolekulinės struktūros, kurios turi didelę įtaką gaminių (pluoštų, šilko masės) iš polimerų kokybei.
Didelės molekulinės masės junginiai, kaip ir bet kurios kitos medžiagos, tinkamomis sąlygomis gali būti gaunami labai dispersiškai koloidiškai. Tokios polimerų dispersijos skysčiuose, kurios jų netirpsta, dažniausiai vandenyje, vadinamos lateksais. Lateksų dispersinės fazės dalelės turi artimą κ sferinę formą
forma ir dydis 10-100 nm.
KOAGuliacija
Potenciali koloidinių dalelių sąveikos energija (E mv) yra elektrostatinės atstūmimo potencinės energijos (Eot) ir dispersinės traukos potencialios energijos (E pr) tarp jų algebrinė suma:
E mv = E pr + E nuo
Jei E nuo > E pr (absoliučia verte), tada atstūmimas vyrauja prieš trauką ir išsklaidyta sistema yra stabili. Jei E iš< 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.
Tai yra Deryagin, Landau, Verwey ir Overbeck elektrinio stabilizavimo ir išsklaidytų sistemų koaguliacijos teorijos esmė (DLVO teorija).
1 pav. Potenciali dviejų vienodai įkrautų dalelių sąveikos energija: 1- elektrinis atstūmimas (E nuo); 2 - dispersinė trauka (E P p); 3 - gaunamos sąveikos energija (E mv); 4 - tas pats, bet su staigesniu kreivės kritimu 1; r - atstumas tarp dalelių; E max yra potenciali kliūtis išsklaidytų dalelių sąveikai.
Ha pav. 1 paveiksle parodyta E on ir E pr reikšmių priklausomybė nuo atstumo tarp koloidinių dalelių. Kaip matyti, susidariusi sąveikos energija (3 kreivė 10.17 pav.) lemia κ trauką (E mv< 0) на очень малых и отталкиванию (Е мв >0) dideliais atstumais tarp dalelių. Išsklaidytų sistemų stabilumui lemiamą reikšmę turi galimo atstūmimo barjero vertė (E max), kuri savo ruožtu priklauso nuo E nuo ir E pr kreivių eigos, kai yra didelės šio barjero vertės. koloidinė sistema yra stabili. Koloidinių dalelių sukibimas įmanomas tik tada, kai jos yra pakankamai arti. Tam reikia įveikti galimą atstūmimo barjerą. Esant kai kurioms mažoms teigiamoms E max reikšmėms (3 kreivė), ją įveikti gali tik kelios koloidinės dalelės, turinčios pakankamai didelę kinetinę energiją. Tai atitinka lėtos koaguliacijos stadiją, kai tik nedidelė koloidinių dalelių susidūrimų dalis sukelia jų sukibimą. Esant lėtam krešėjimui, laikui bėgant šiek tiek sumažėja bendras koloidinių dalelių skaičius, nes susidaro 2–3 pirminių dalelių agregatai, tačiau koaguliacija neiškrenta, be matomų pokyčių Koloidiniame tirpale vadinamas latentine koaguliacija, toliau mažėjant potencialiam barjerui, koaguliacijos greitis, kuriam būdingas dalelių skaičiaus pasikeitimas per laiko vienetą, galiausiai, jei potencialus barjeras pasislenka iš atstūmimo srities į traukos sritį (1 pav. 4 kreivė), koloidinių dalelių susidūrimas sukelia jų sukibimą - susidaro koaguliacija akivaizdus krešėjimas.
Potencialus atstūmimo barjeras (Emax) atsiranda dėl atstūmimo ir traukos jėgų, veikiančių tarp koloidinių dalelių, sumavimo. Todėl visi veiksniai, įtakojantys 1 ir 2 kreivių eigą (1 pav.), lemia abiejų E max vertės pasikeitimą; ten ir maksimumo padėtis (t. y. atstumas, atitinkantis E max).
Žymus Emax sumažėjimas atsiranda dėl elektrostatinės atstūmimo potencialios energijos pasikeitimo (t. y. 1 kreivės eigos), kurį sukelia elektrolitų pridėjimas į koloidinį tirpalą. Didėjant bet kurio elektrolito koncentracijai, įvyksta elektrinio dvigubo sluoksnio, supančio koloidines daleles, restruktūrizavimas: didėjanti priešionų dalis iš difuzinio išstumiama į elektrinio dvigubo sluoksnio adsorbcinę dalį. Elektros dvigubo sluoksnio (10.14 pav. 4 sluoksnis), o kartu ir viso elektrinio dvigubo sluoksnio (2 sluoksnis 10.14 pav.) difuzinės dalies storis mažėja. Todėl elektrostatinės atstūmimo potencialios energijos kreivė mažėja staigiau nei parodyta Fig. 10.17 kreivė 1. Dėl to potencialus atstūmimo barjeras (E maks.) mažėja ir pasislenka link mažesnio atstumo tarp koloidinių dalelių. Suspaudus elektrinį dvigubą sluoksnį iki adsorbcinio sluoksnio storio (10.14 pav. 3 sluoksnis), tada visa išsklaidytų dalelių sąveikos kreivė atsiranda traukos srityje (4 kreivė 10.17 pav.), ir greita. atsiranda krešėjimas. Šis koloidinio tirpalo stabilumo matavimas atliekamas, kai pridedamas bet koks elektrolitas.
Elektrolitų krešėjimo efektas pasižymi krešėjimo slenkstis, y., mažiausia elektrolito koncentracija, sukelianti krešėjimą. Priklausomai nuo elektrolito ir koloidinio tirpalo pobūdžio, krešėjimo slenkstis svyruoja nuo 10-5 iki 0,1 mol litre solo. Didžiausią įtaką krešėjimo slenksčiui turi krūvis koaguliuojantis jonas elektrolitas, t.y. jonas, kurio krūvis yra priešingas koloidinės dalelės krūviui.
Geliai
Išsklaidytos sistemos gali būti laisvai pasklido(10.2 pav.) ir darniai išsibarstę(10.3 pav., a-f) priklausomai nuo to, ar nėra arba nėra sąveikos tarp dispersinės fazės dalelių. Laisvai disperguotos sistemos apima aerozolius, liozolius, praskiestas suspensijas ir emulsijas. Jie yra skysti. Šiose sistemose dispersinės fazės dalelės neturi kontaktų, dalyvauja atsitiktiniame šiluminiame judėjime ir laisvai juda veikiamos gravitacijos. Darniai išsklaidytos sistemos yra kietos; jie atsiranda, kai liečiasi išsklaidytos fazės dalelės, todėl susidaro struktūra karkaso ar tinklo pavidalu. Ši struktūra riboja išsklaidytos sistemos sklandumą ir suteikia jai galimybę išlaikyti formą. Tokios struktūrinės koloidinės sistemos vadinamos geliai. Solio perėjimas į gelį, atsirandantis dėl zolio stabilumo sumažėjimo, vadinamas želė(arba želatinizacija). Labai pailgos ir plėvelės formos išsklaidytos dalelės padidina kontaktų tarp jų tikimybę ir skatina gelių susidarymą esant mažoms dispersinės fazės koncentracijoms. Milteliai, koncentruotos emulsijos ir suspensijos (pastos), putos yra vientisų dispersinių sistemų pavyzdžiai. Dirvožemis, susidaręs dėl dirvožemio mineralų ir humuso (organinių) medžiagų išsklaidytų dalelių kontakto ir sutankinimo, taip pat yra nuosekliai išsklaidyta sistema.
