Одоогийн байдлаар "коллоид" гэдэг үг нь хэт микрогетероген систем, өөрөөр хэлбэл тусдаа фазыг төлөөлдөг хэт микроскопийн тоосонцорыг дисперсийн орчинд түдгэлзүүлсэн системийг хэлдэг. Коллоид гэж Грегг тодорхой шингэнд тархаж, энгийн уусмалын бүх гадаад шинж тэмдгийг харуулсан бодисыг илүү нарийвчилсан судалгаанаас үзэхэд сүүлийнхээс эрс ялгаатай бодисыг хэлнэ.

Энэ ялгаа нь тухайн бодисын мөн чанарт оршдог гэж тэр үзсэн; тиймээс тэрээр материаллаг ертөнцийг бүхэлд нь коллоид ба кристаллоид гэсэн хоёр ангилалд хуваасан. Гэсэн хэдий ч кристаллоид ба коллоид хоёрын хооронд даван туулах боломжгүй саад бэрхшээл байхгүй бөгөөд зарчмын хувьд өгөгдсөн шингэн дэх жинхэнэ уусмалыг өгдөг аливаа бодис нь өөр шингэн дэх коллоидуудын бүх шинж чанарыг агуулсан системийг үүсгэж болохыг хожмын судалгаагаар харуулсан.

Тиймээс одоо коллоид биш, харин коллоид төлөв эсвэл коллоид системийн тухай ярих нь илүү зөв юм. Жишээ нь: ширээний давс (NaCl) нь зөвхөн усан орчинд уусгагч биш эфир эсвэл бензол гэх мэт шингэнд тархсан тул тодорхой нөхцөлд бүх системд өгч чаддаг; шинж чанар, шинж чанарыг коллоид систем гэж нэрлэж болно.

Коллоид ба тэдгээрийн онцлог

Коллоид системийн онцлог шинж чанарууд нь тэдгээрийг ердийн эсвэл жинхэнэ уусмалаас голчлон ялгадаг.

Брауны хөдөлгөөн ба холбогдох осмосын даралт ба тархалт. Жинхэнэ уусмалд өгөгдсөн шингэнд түдгэлзсэн хэсгүүд нь молекул (усан дахь сахарын уусмал), заримдаа ион (электролитийн уусмал) байдаг бол коллоид системийн хэсгүүд хэмжээлшгүй том хэмжээтэй байдаг: тэдгээр нь олон мянган, заримдаа хэдэн зуун мянган молекулуудаас бүрддэг. цөм гэж нэрлэгддэг нэг нягт цогцолбор.

Зарим коллоидистууд байгальд ийм том молекул бүхий бодисууд байж болох тул эдгээр нь коллоид бөөмсийн үүрэг гүйцэтгэдэг гэж үздэг. Энэ асуудал маргаантай хэвээр байна. Үүний зэрэгцээ, материалын мөн чанар нь молекулын хэмжээ биш, харин энэ молекул нь бие даасан фазын үүрэг гүйцэтгэдэг гэдгийг мартаж болохгүй, өөрөөр хэлбэл ийм молекулын системийг хүлээн зөвшөөрөх үндэслэл бидэнд бий гэдгийг мартаж болохгүй. микрогетероген систем болох дисперсийн зэрэг.

Уусмалын (эсвэл хийн) молекулууд нь мэдэгдэж байгаагаар тасралтгүй дулааны эмх замбараагүй хөдөлгөөнд байдаг. Коллоид системийн тоосонцор нь мөн адил хөдөлгөөнд өртдөг боловч өөр өөр, туйлын багассан масштабтай байдаг. Түүхэн шалтгааны улмаас коллоид бөөмсийн энэхүү хөдөлгөөнийг Брауны хөдөлгөөн гэж нэрлэдэг боловч түүний физик мөн чанар нь молекулын хөдөлгөөнтэй бүрэн ижил гэдгийг мартаж болохгүй.

Энд байгаа ялгаа нь чанарын хувьд биш, харин тоон үзүүлэлт юм. Брауны хөдөлгөөний шууд илэрхийлэл болох осмосын даралт ба тархалтын шинж чанаруудын талаар мөн адил хэлэх ёстой. Осмосын даралт нь хийн даралттай адил нэгж эзэлхүүн дэх тоосонцрын тоо эсвэл тэдний хэлснээр хэсэгчилсэн концентрацийн функц юм. Коллоид систем дэх энэхүү концентраци нь жинхэнэ ууссан системүүдтэй харьцуулахад маш бага байдаг тул тэдгээрийн осмосын даралт маш бага байдаг. Энэ нь маш жижиг тул саяхан түүнийг тоон тодорхойлох аргыг олох боломжтой болсон.

Диффузын талаар мөн адил хэлэх ёстой. Грегхэм коллоид системд тархалт байхгүй гэж үзэж байсан бөгөөд энэ тархалт байхгүй байгаа нь коллоидуудын гайхалтай чанарын шинж чанар гэж үзсэн. Энэ нь буруу болсон бөгөөд өөрөөр байж болохгүй, учир нь Брауны оршин тогтнох баримт эсвэл бөөмсийн молекулын хөдөлгөөн логикийн хувьд оршин тогтнох, тархалтыг шаарддаг. Гэвч энэхүү тархалтын үйл явц нь Брауны хөдөлгөөний цар хүрээний дагуу маш удаан явагдсан тул орчин үеийн техникийн бүхий л боломжуудыг ашиглан үүнийг тоон үзүүлэлтээр илэрхийлэх нь бүү хэл саяхнаас ч хэлэх боломжтой болсон.

Коллоид систем нь байгальд өргөн тархсан бөгөөд хүн үүссэн цагаас хойш хүний ​​амьдралд чухал үүрэг гүйцэтгэсэн.

Ус - мөнгөний хлорид, ус - хүхэр, ус - Пруссын хөх гэх мэт хольцын шинж чанарыг судлахдаа Италийн эрдэмтэн Ф.Селми (1845) тодорхой нөхцөлд тэдгээр нь уусмал шиг нэгэн төрлийн гадаад төрхтэй системийг бүрдүүлдэг болохыг тогтоожээ. Гэсэн хэдий ч эдгээр системүүд нь натрийн хлорид, зэсийн сульфат болон усанд амархан уусдаг бусад бодисын усан уусмалаас ялгаатай нь аяндаа үүсдэггүй. Ф.Селми ийм системийг псевдозолюци гэж нэрлэхийг санал болгов.

Т.Грахам (1861) ийм системийг судалж үзэхэд зарим бодис (калийн гидроксид, калийн сульфат, магнийн сульфат, сахароз гэх мэт) өндөр тархалттай, ургамал, амьтны мембранаар дамжин өнгөрөх чадвартай байдаг бол зарим нь (уураг) , декстрин,

желатин, карамель гэх мэт) нь тархалтын түвшин бага, мембранаар дамжин өнгөрөх чадваргүй байдаг.

Эхний бүлгийн бодисууд нь маш амархан талсждаг бол хоёр дахь нь уусгагчийг зайлуулсны дараа цавуу шиг масс үүсгэдэг. Эхний Т.Грахам залгасан кристаллоидууд, хоёр дахь нь - коллоид(Грек хэлнээс "κολλά" - цавуу, "λεδεσ" - харах). Кристаллоид нь жинхэнэ уусмал үүсгэдэг бол коллоид нь sols (коллоид уусмал) үүсгэдэг.

1899 онд Оросын эрдэмтэн И.Г.Борщов коллоид уусмал үүсгэх чадвартай олон бодисууд нь талст бүтэцтэй байдаг тул тусгай коллоид бодисын тухай ярих ёсгүй, харин коллоид төлөв байдлын тухай өгүүлсэн.

Өнгөрсөн зууны эхээр Санкт-Петербургийн уул уурхайн хүрээлэнгийн профессор П. П.Веймарн коллоид ба кристаллоид хуваагдах нь маш дур зоргоороо байдгийг туршилтаар нотолсон. NaCl, KΙ гэх мэт ердийн кристаллоидууд нь тохиромжтой уусгагчид, жишээлбэл, бензол дахь NaCl-ийн коллоид уусмалд коллоид уусмал үүсгэж болно.

Эцэст нь, нэг уусгагч дахь ижил бодис нь хэд хэдэн нөхцлөөс хамааран коллоид ба кристаллоид хэлбэрээр илэрч болохыг нотолсон. Ийм бодисыг нэрлэхийг санал болгосон хагас коллоид.Коллоид уусмал (коллоид систем) нь тархсан системийн онцгой тохиолдол юм.

Дисперсийн систем нь тархсан фазаас бүрдэх систем юм - буталсан хэсгүүдийн цуглуулга ба эдгээр хэсгүүд нь түдгэлзсэн тасралтгүй тархалтын орчин.

Тархсан фазын хуваагдлыг тодорхойлохын тулд хэрэглэнэ тархалтын зэрэг 8, энэ нь бөөмийн дундаж диаметрийн эсрэгээр хэмжигддэг c1

Дээр дурдсан уусмалууд нь ууссан бодис нь бие даасан молекулууд болон ионуудад задардаг системүүд юм. Ууссан бодис ба уусгагчийн хооронд ямар ч хил (интерфэйс) байхгүй бөгөөд гадаргуу гэсэн ойлголт нь бие даасан атом, молекул, ионуудад хамаарахгүй тул уусмал нь нэг фазын систем юм. Шингэн орчинд олон тооны молекул, ионуудаас бүрдэх бодисын нэгдэл байж болно. 1 мкм (10-6 м) хэмжээтэй диаметртэй хэсгүүд нь тухайн бодисын ердийн шинж чанарыг харуулдаг. Хатуу биетийн хувьд эдгээр бөөмс нь талст, шингэний хувьд жижиг дусал юм. Ийм хэмжээтэй хэсгүүд нь олон сая бүтцийн нэгжийг агуулдаг. Химийн урвалын үр дүнд уусмалд үүссэн үед тэдгээр нь савны ёроолд хурдан суурьшдаг.

Хэрэв хэсгүүд нь 10 -9 -10 -7 м (1 - 100 нм) хэмжээтэй байвал бодисууд онцгой шинж чанарыг олж авдаг. Ийм хэмжээтэй хэсгүүдээс бүрдэх системүүд

хэмжүүр гэж нэрлэдэг коллоид тархсан.Ийм хэмжээтэй хэсгүүдээс бүрдэх системийн нийт гадаргуугийн талбай нь ер бусын том утгад хүрдэг. Жишээлбэл, 1 г ширхэгийн хэмжээ K) -8 м-ийн хэмжээтэй бодис нь хэдэн зуун квадрат метр хэмжээтэй гадаргуутай байх болно.

Тархалтын зэргээс хамааран бүдүүн тархсан ба коллоид тархсан гэсэн хоёр бүлэг системийг ялгадаг.

10-9 м-ээс бага хэмжээний бөөмстэй системийг заримдаа ион-молекулын дисперс систем гэж буруу нэрлэдэг. Эдгээр системүүд нь сарнисан системийн үндсэн шинж чанар - гетероген чанаргүй байдаг. Иймээс ийм системүүд нь нэгэн төрлийн бөгөөд жинхэнэ шийдэл гэж нэрлэгддэг.

Тархсан фаз ба дисперсийн орчинг нэгтгэх төлөв байдлаас хамааран 8 төрлийн коллоид системийг ялгадаг (Хүснэгт 23.2).

Хийнүүд хоорондоо тодорхой бус хугацаагаар холилддог тул хийнээс үүссэн коллоид систем нь хэвийн нөхцөлд байдаггүй гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.

Хүснэгт 23.2

Фазуудын нэгтгэх төлөвийн дагуу коллоид системийг ангилах

Коллоид системийг олж авах, цэвэрлэх арга.Коллоид уусмал авахын тулд: 1) коллоид дисперсийн зэрэгт хүрэх; 2) тархсан фазын бодис нь уусдаггүй дисперсийн орчинг сонгох; 3) гурав дахь бүрэлдэхүүн хэсгийг сонгох - коллоид системд тогтвортой байдлыг өгдөг тогтворжуулагч.

Металл, муу уусдаг исэл, гидроксид, хүчил, давс нь усанд коллоид уусмал үүсгэдэг. Тогтворжуулагч болгон коллоид тоосонцорыг нэгтгэх (хослох) болон тэдгээрийн хур тунадас үүсэхээс сэргийлдэг бодисуудыг ашигладаг.

Коллоид дисперсийн зэрэгт хүрэх аргын дагуу аргуудыг ялгадаг (Зураг 23.22):

• - дисперс (Латин "sPare^ge" - нунтаглах) - илүү том тоосонцорыг бутлах замаар тархсан фазын хэсгүүдийг олж авах;
• - конденсаци (Латин хэлнээс - томруулах) - атом, молекул, ионуудыг нэгтгэх замаар тархсан фазын хэсгүүдийг олж авах.

Цагаан будаа. 23.22.

Харгалзан үзсэн аргуудын аль нэгээр олж авсан коллоид уусмалууд нь ууссан бага молекулт бодис, том ширхэгтэй хэсгүүдийн хольцыг агуулдаг бөгөөд тэдгээр нь уусмалын шинж чанарт сөргөөр нөлөөлж, тэдгээрийн тогтвортой байдлыг бууруулдаг. Коллоид уусмалыг бохирдлоос цэвэрлэхийн тулд шүүлтүүр, диализ, электродиализ, хэт шүүлтүүрийг ашигладаг.

Шүүлтүүр нь коллоид тоосонцор нь ердийн шүүлтүүрийн нүхээр дамжин өнгөрөх чадварт суурилдаг. Энэ тохиолдолд илүү том хэсгүүд үлддэг. Шүүлтүүр нь коллоид уусмалыг том ширхэгтэй хэсгүүдийн хольцоос цэвэрлэхэд ашигладаг.

Диализ нь коллоид уусмалаас жинхэнэ ууссан бага молекул жинтэй нэгдлүүдийг мембран ашиглан зайлуулах явдал юм. Энэ тохиолдолд хэвийн хэмжээтэй молекул, ионыг нэвтрүүлэх мембраны шинж чанарыг ашигладаг. Бүх диализаторууд нь ерөнхий зарчмын дагуу бүтээгдсэн: диализжүүлсэн шингэн нь дотоод саванд байдаг бөгөөд энэ нь уусгагчаас мембранаар тусгаарлагдсан байдаг (Зураг 23.23). Мембраны гадаргуу, түүний сүвэрхэг байдал, нүх сүвний хэмжээ ихсэх тусам температур, холих эрч хүч, гадаад шингэний өөрчлөлтийн хурд, мембраны зузаан буурах тусам диализийн хурд нэмэгддэг.

Бага молекул жинтэй электролитийн диализийн хурдыг нэмэгдүүлэхийн тулд диализаторт тогтмол цахилгаан орон үүсдэг. Хэрэв диализийн уусмалыг мембранаар (хэт шүүлтүүр) шахаж хийвэл диализийн хурдыг нэмэгдүүлэх боломжтой. Бага молекул жинтэй бодисын уусмалаас коллоид хэмжээтэй тоосонцор агуулсан системийг цэвэрлэх энэ аргыг хэт шүүлтүүр гэж нэрлэдэг.

Цагаан будаа. 23.23.

• 1 - диализжүүлсэн шингэн: 2 - уусгагч; 3 - диализийн мембран;
• 4 - холигч

Танилцуулга

Байгальд цэвэр бодис маш ховор байдаг. Коллоид систем нь бүдүүн систем ба жинхэнэ уусмалын хооронд завсрын байрлалыг эзэлдэг. Тэд байгальд өргөн тархсан байдаг.

Байгалийн шинжлэх ухаанд коллоидуудын дэлхийн үүрэг нь амьд организм гэх мэт биологийн формацийн үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг болдогт оршдог. Бидний бүх бие нь коллоид системээс бүрддэг. Бүхэл бүтэн шинжлэх ухаан байдаг - коллоид хими. Миний өмнө тэр даруй асуулт гарч ирэв: байгаль яагаад коллоид төлөвийг илүүд үздэг вэ?

Үүнтэй холбогдуулан дараахь зорилго, зорилтуудыг дэвшүүлж байна.

Ажлын зорилго: коллоид систем гэж юу болох, ямар шинж чанартай болохыг олж мэдэх.

Зорилго: 1. Коллоид уусмалын шинж чанарыг судлах туршилтын туршилт хийх.

2. Асуултанд хариул: байгаль яагаад коллоид төлөвийг илүүд үздэг вэ?

Коллоид уусмалын төрлүүд

"Коллоид" гэсэн нэр томъёог 1861 онд Английн химич Томас Грахам нэвтрүүлсэн. Тэрээр туршилтын явцад желатин, цардуул болон бусад цавуу төст бодисын уусмал нь органик бус давс, хүчлийн уусмалаас хэд хэдэн шинж чанараараа эрс ялгаатай болохыг анзаарсан. Энэ нэр нь Грекийн "коло" угтвараас гаралтай - цавуу. Коллоид бодисын тухай биш, харин коллоид системийн тухай ярих нь зөв юм. Энэ нэр томъёог Оросын эрдэмтэн П.П. Веймарн 1908 онд. Зурган дээр янз бүрийн коллоид системийг харж болно.

Коллоид хэмжээтэй бөөмс нь өөр өөр дотоод бүтэцтэй байж болно. Коллоид системийн хэд хэдэн үндсэн төрлүүд байдаг:

• 1) утаа нь хийд дүүжлэгдсэн жижиг хатуу хэсгүүдээс тогтсон тогтвортой тархсан систем юм. Утаа нь 10-7-аас 10-5 м-ийн хооронд хэлбэлздэг хатуу ширхэгийн хэмжээтэй аэрозоль бөгөөд илүү бүдүүн тархсан тоосноос ялгаатай нь утааны тоосонцор нь таталцлын нөлөөгөөр бараг тогтдоггүй.
• 2) аэрозол - хийн орчинд, ихэвчлэн агаарт түдгэлзсэн жижиг хэсгүүдээс бүрдсэн тархсан систем. Шингэн дуслаас тогтсон дисперс үе шатыг манан гэж нэрлэдэг бөгөөд хатуу хэсгүүдийн хувьд тунадас үүсгэдэггүй бол утаа (чөлөөт тархсан аэрозоль) эсвэл тоос (бүдүүн тархсан аэрозоль) гэж ярьдаг.
• 3) эмульс - өөр шингэнд тархсан шингэний (тарсан фаз) микроскопийн дуслуудаас бүрдэх тархсан систем. Энэ төрлийн коллоид системийн хамгийн түгээмэл төлөөлөгч бол сүү юм.
• 4) хөөс - хийн тархсан фаз, шингэн эсвэл хатуу дисперсийн орчин бүхий тархсан систем.
• 5) гель - өндөр молекул ба бага молекулын бодисуудаас бүрдэх системүүд. Гурван хэмжээст полимер хүрээ (тор) байдаг тул гель нь хатуу биетүүдийн зарим механик шинж чанартай байдаг (шингэн чанаргүй, хэлбэрээ хадгалах чадвар, хүч чадал, деформаци хийх чадвар (уян чанар, уян хатан чанар)).
• 6) суспенз нь хатуу дисперс фаз ба шингэн тархалтын орчинтой бүдүүн дисперс систем юм.

Коллоид хэмжээтэй хэсгүүд нь өөр өөр дотоод бүтэцтэй байж болох бөгөөд энэ нь коллоид уусмалыг олж авах арга, тэдгээрийн шинж чанарт ихээхэн нөлөөлдөг. Коллоид хэмжээтэй анхдагч бөөмсийн дотоод бүтцийн дараах гурван төрөл байдаг.

I төрөл - суспензиоид (эсвэл эргэлт буцалтгүй коллоид, лиофобик коллоид). Энэ нь метал, тэдгээрийн исэл, гидроксид, сульфид болон бусад давсны коллоид уусмалуудын нэр юм. Дотоод бүтэц дэх эдгээр бодисын коллоид уусмалын тархсан фазын анхдагч хэсгүүд нь харгалзах авсаархан бодисын бүтцээс ялгаатай биш бөгөөд молекул эсвэл ионы болор тортой байдаг. Суспенсоидууд нь маш өндөр хөгжсөн фазын гадаргуугаар тодорхойлогддог ердийн гетероген өндөр тархсан системүүд юм. Тэд суспензээс өндөр тархалтаараа ялгаатай. Тэдгээрийг суспенз гэж нэрлэдэг байсан, учир нь тэдгээр нь суспензийн нэгэн адил дисперсийн тогтворжуулагч байхгүй үед удаан хугацаагаар оршин тогтнох боломжгүй юм. Ийм коллоид уусмалыг ууршуулах явцад үлдсэн тунадас нь дисперсийн орчинтой хүрэлцэхэд дахин уусмал үүсгэдэггүй тул тэдгээрийг эргэлт буцалтгүй гэж нэрлэдэг. Энэ төрлийн коллоид уусмалын онцгой шинж чанар нь тархсан фаз ба тархалтын орчны маш сул харилцан үйлчлэлээс үүдэлтэй гэж үзэн тэдгээрийг лиофобик (Грекээр "lios" - шингэн, "фобио" - үзэн ядалт) гэж нэрлэдэг байв. Лиофобик уусмалын концентраци бага, ихэвчлэн 0.1% -иас бага байдаг. Ийм уусмалын зуурамтгай чанар нь тархалтын орчны зуурамтгай чанараас бага зэрэг ялгаатай байдаг.

II төрөл - ассоциатив буюу мицелляр, коллоид. Тэдгээрийг бас хагасколлоид гэж нэрлэдэг. Энэ төрлийн коллоид тоосонцор нь бага молекул жинтэй бодисын амфифил молекулуудын хангалттай концентрацитай байдаг бөгөөд тэдгээр нь молекулуудын агрегатууд - мицеллүүд - бөмбөрцөг эсвэл давхарга хэлбэртэй байдаг (Зураг 10.4).

Молекул, жинхэнэ уусмал - Мицеляр коллоид уусмал (зол).

Мицеллууд нь ихэвчлэн тархалтын хүчээр нэгдмэл байдаг тогтмол зохион байгуулалттай молекулуудын бөөгнөрөл юм.

Мицел үүсэх нь угаалгын нунтаг (жишээлбэл, саван - өндөр тосны хүчлийн шүлтлэг давс) болон том молекул бүхий зарим органик будагч бодисуудын усан уусмалд түгээмэл байдаг. Бусад орчинд, жишээлбэл этилийн спиртэнд эдгээр бодисууд уусч, молекулын уусмал үүсгэдэг.

III төрөл - молекул коллоид. Тэдгээрийг буцах буюу лиофиль (Грек хэлнээс "филио" - хайр) коллоид гэж нэрлэдэг. Эдгээрт арван мянгаас хэдэн сая хүртэлх молекул жинтэй байгалийн болон синтетик өндөр молекулт бодисууд орно. Эдгээр бодисын молекулууд нь коллоид хэсгүүдийн хэмжээтэй байдаг тул ийм молекулуудыг макромолекул гэж нэрлэдэг.

Өндөр молекулын нэгдлүүдийн шингэрүүлсэн уусмалууд нь үнэн, нэгэн төрлийн уусмалууд бөгөөд тэдгээрийг хязгаар хүртэл шингэлэх үед шингэрүүлсэн уусмалын ерөнхий хуулийг дагаж мөрддөг. Өндөр молекул жинтэй нэгдлүүдийн уусмалыг жингийн өндөр агууламжтай - арав ба түүнээс дээш хувь хүртэл бэлтгэж болно. Гэсэн хэдий ч ийм уусмалын молийн концентраци нь ууссан бодисын өндөр молекул жинтэй тул бага байдаг. Тиймээс 100,000 молекул жинтэй бодисын 10% -ийн уусмал нь ердөө 0.0011 М уусмал юм.

Макромолекулын коллоидуудыг уусгах нь хавагнах үе шатанд дамждаг бөгөөд энэ нь энэ төрлийн бодисын чанарын шинж чанар юм. Хаван үүсэх үед уусгагч молекулууд хатуу полимерт нэвтэрч, макромолекулуудыг хооронд нь түлхэж өгдөг. Сүүлийнх нь том хэмжээтэй тул уусмал руу аажмаар тархдаг бөгөөд энэ нь полимерийн хэмжээ ихсэх замаар илэрдэг. Эцсийн үр дүн нь полимерийг уусмал болгон хувиргах үед хаван хязгааргүй, харин хаван нь полимер уусах хүртэл хязгаарлагдмал байж болно. Бүхэл бүтэн бодисын атомууд нь валентын холбоогоор холбогддогоороо онцлог, тусгай "гурван хэмжээст" бүтэцтэй полимерууд нь ихэвчлэн хязгаарлагдмал хэмжээгээр хавагнадаг. Полимерийн хавдрыг багасгахын тулд макромолекулуудыг нь "хөндлөн холбох" замаар полимерийг химийн аргаар өөрчлөх нь олон төрлийн материал үйлдвэрлэх (түүхий арьс ширлэх, резинийг резин болгон хувиргах) чухал үе шат юм.

"Цавуу шиг" (Грек хэлнээс "colla" - цавуу, "эйдос" - төрөл) гэсэн утгатай "коллоид" гэсэн нэр томъёо нь 1861 онд үүссэн Γ..; Т.Грахам бодисыг ялгахын тулд диализ хэрэглэх үед (Зураг 10.5).

Диализийн арга нь уусмалын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нимгэн хальс - мембран (гилгэр хальсан, илгэн цаас, нитроцеллюлоз, целлюлоз ацетатаар хийсэн) -ээр дамжин тархах тэгш бус чадвар дээр суурилдаг. Энэ аргыг коллоид уусмал, өндөр молекул жинтэй нэгдлүүдийн уусмалыг цэвэрлэхэд өргөн ашигладаг. Диализийн үед мембраныг нэвтлэхгүй бодисыг коллоид гэж нэрлэдэг. Тохиромжтой нөхцөлд аливаа бодисыг коллоид төлөвт авч болно (P.P. Weymarn, 1906).

20-р зууны 30-40-аад онд макромолекул болж хувирсан буцах (лиофилик) коллоидуудын анхдагч хэсгүүдийн химийн шинж чанарыг тодруулсан. Үүнтэй холбогдуулан коллоид химигээс химийн шинэ салбарыг салгасан - өндөр молекулт нэгдлүүдийн физик хими. Гэсэн хэдий ч түүхэн шалтгааны улмаас лиофил ба лиофобик коллоидуудын нийтлэг молекул кинетик шинж чанар, молекул коллоид дахь гетероген бүтэц байнга үүсдэг, түүнчлэн өндөр молекулын нэгдлүүд, өндөр дисперс системүүдийн олон тооны найрлага байдаг.

Баримт

Лиофобик уусмалыг ерөнхийдөө тархсан систем болгон молекулуудын ертөнц ба том биетүүдийн хоорондох завсрын байрлалын дагуу хоёр аргаар олж авч болно: дисперсийн аргаар, өөрөөр хэлбэл том биетүүдийг нунтаглах, молекулын конденсацын аргаар. эсвэл ионы ууссан бодисууд. Бутлах, нунтаглах, үрэх замаар нунтаглах нь харьцангуй том ширхэгтэй нунтаг үүсгэдэг (< 60 мкм). Более тонкого измельчения достигают с помо-щью специальных аппаратов, получивших название коллоидных мельниц, или применяя ультразвук.

Конденсацийн арга нь солилцооны урвал, гидролиз, бууралт, исэлдэлтийн замаар уусдаггүй нэгдлүүдийг олж авахаас бүрдэнэ. Эдгээр урвалыг өндөр шингэрүүлсэн уусмалд хийж, бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн аль нэг нь бага зэрэг илүүдэл байгаа тохиолдолд хур тунадас биш харин коллоид уусмалыг олж авдаг. Конденсацын аргууд нь уусгагчийг орлуулах замаар лиозол үйлдвэрлэх явдал юм. Жишээлбэл, жилий нь уусдаггүй усанд архины уусмалыг асгах замаар коллоид жилий уусмал гаргаж авах боломжтой.

Өмнө нь олж мэдсэнээр дисперс өндөр байх тусам гадаргуугийн хурцадмал байдал их байх тусам тархалт аяндаа буурах хандлагатай байдаг. Тиймээс тогтвортой, өөрөөр хэлбэл удаан эдэлгээтэй суспензийг олж авах; эмульс ба коллоид уусмалын хувьд зөвхөн өгөгдсөн тархалтад хүрэхийн тулд төдийгүй түүнийг тогтворжуулах нөхцлийг бүрдүүлэх шаардлагатай. Үүнийг харгалзан тогтвортой дисперсийн систем нь дор хаяж гурван бүрэлдэхүүн хэсгээс бүрдэнэ: дисперсийн орчин, дисперс фаз, гурав дахь бүрэлдэхүүн хэсэг - тогтворжуулагч.

дисперсийн систем.

Тогтворжуулагч нь ион ба молекул, ихэвчлэн өндөр молекулын шинж чанартай байж болно. Лиофобик коллоидуудын ионуудын тогтворжилт нь электролитийн бага концентрацитай холбоотой бөгөөд тархсан фаз ба дисперсийн орчны хооронд ионы хилийн давхаргыг үүсгэдэг.

Тарсан системийг тогтворжуулахын тулд нэмсэн өндөр молекулын нэгдлүүдийг (уураг, поливинил спирт болон бусад) хамгаалалтын коллоид гэж нэрлэдэг. Фазын интерфэйс дээр шингэсэн тэдгээр нь гадаргуугийн давхаргад торон ба гель хэлбэртэй бүтэц үүсгэдэг бөгөөд энэ нь тархсан фазын хэсгүүдийг нэгтгэхээс сэргийлдэг бүтэц-механик саадыг үүсгэдэг. Бүтцийн-механик тогтворжилт нь суспенз, зуурмаг, хөөс, төвлөрсөн эмульсийг тогтворжуулахад маш чухал юм.

Молекул коллоид уусмалыг авахын тулд хуурай бодисыг тохирох уусгагчтай холбоо барихад хангалттай. Туйл бус макромолекулууд нүүрсустөрөгчид уусдаг (жишээлбэл, резин нь бензолд), туйлын макромолекулууд нь туйлын уусгагчид (жишээлбэл, зарим уураг, усанд уусдаг, давсны усан уусмалд уусдаг). Энэ төрлийн бодисыг буцах коллоид гэж нэрлэдэг, учир нь тэдгээрийн уусмалыг ууршуулж, уусгагчийн шинэ хэсгийг нэмсний дараа хуурай үлдэгдэл нь дахин уусмал руу ордог. Лиофилик коллоид гэдэг нэр нь хүрээлэн буй орчинтой хүчтэй харилцан үйлчлэлцэх нь тэдний лиофобик коллоидуудаас ялгаатай байдлыг тодорхойлдог гэсэн таамаглалаас үүдэлтэй (энэ нь алдаатай болсон).

Өндөр молекул жинтэй нэгдлүүдийн уусмалууд нь их хэмжээний зуурамтгай чанартай байдаг бөгөөд энэ нь уусмалын концентраци нэмэгдэх тусам хурдан нэмэгддэг. Макромолекулын уусмалын концентраци нэмэгдэх, полимерийн уусах чадварыг бууруулдаг бодисууд нэмэгдэх, ихэвчлэн температур буурах нь гель үүсэхэд хүргэдэг, өөрөөр хэлбэл өндөр наалдамхай боловч шингэн уусмалыг хадгалдаг хатуу вазелин болгон хувиргадаг. түүний хэлбэр. Өндөр сунасан макромолекул бүхий полимеруудын уусмал нь бага уусмалын концентрацид гель болдог. Тиймээс желатин, агар-агар нь 0.2-0.1% -ийн уусмалд царцмаг, гель үүсгэдэг. Хатаасан царцмаг нь дахин хавдах чадвартай (гельээс мэдэгдэхүйц ялгаа).

Вазелин үүсэх нь полимер уусмалаас утаслаг материал үйлдвэрлэх чухал үе шат юм. Өндөр молекулын нэгдлүүдийн уусмалын шинж чанар нь бага молекулын нэгдлүүдийн уусмалын шинж чанараас илүү их ялгаатай байдаг. Энэ нь бие даасан макромолекулуудын харилцан үйлчлэлийн үр дүнд үүсдэг бөгөөд энэ нь полимерээр хийсэн бүтээгдэхүүний чанарт (эслэг, торгоны масс) ихээхэн нөлөөлдөг супрамолекулын бүтэц үүсэхэд хүргэдэг.

Бусад бодисын нэгэн адил өндөр молекулт нэгдлүүдийг тохиромжтой нөхцөлд өндөр тархсан коллоид төлөвт авч болно. Шингэн дэх полимеруудыг уусдаггүй, гол төлөв усанд тараахыг латекс гэж нэрлэдэг. Латексийн тархсан фазын хэсгүүд нь ойрын κ бөмбөрцөг хэлбэртэй байдаг

хэлбэр, хэмжээ нь 10-100 нм.

Коагуляци

Коллоид хэсгүүдийн хоорондын харилцан үйлчлэлийн боломжит энерги (E mv) нь цахилгаан статик түлхэлтийн потенциал энерги (Eot) ба тэдгээрийн хоорондох тархалтын таталцлын потенциал энергийн (E pr) алгебрийн нийлбэр юм.

E mv = E pr + E -ээс

Хэрэв E -аас > E pr (үнэмлэхүй утгаар) бол таталцлаас түлхэлт давамгайлж, тархсан систем тогтвортой байна. Хэрэв Э< 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.

Энэ бол Дерягин, Ландау, Вервей, Овербек нарын (DLVO онол) тархсан системийн цахилгаан тогтворжилт, коагуляцийн онолын мөн чанар юм.

Зураг 1. Ижил цэнэгтэй хоёр бөөмийн харилцан үйлчлэлийн потенциал энерги: 1- цахилгаан түлхэлт (E-ээс); 2 - тархалтын таталцал (E P p); 3 - үр дүнгийн харилцан үйлчлэлийн энерги (E mv); 4 - адилхан, гэхдээ 1-р муруй дахь огцом уналттай; r - бөөмс хоорондын зай; E max нь тархсан хэсгүүдийн харилцан үйлчлэлийн боломжит саад юм.

Ha fig. Зураг 1-д E on ба E pr утгуудын коллоид хэсгүүдийн хоорондох зайнаас хамаарлыг харуулав. Эндээс харахад үүссэн харилцан үйлчлэлийн энерги (10.17-р зураг дээрх муруй 3) нь κ таталцалд (E mv) хүргэдэг.< 0) на очень малых и отталкиванию (Е мв >0) бөөмс хоорондын хол зайд. Тархсан системийн тогтвортой байдалд шийдвэрлэх ач холбогдолтой зүйл бол түлхэлтийн боломжит саадын үнэ цэнэ (E max) бөгөөд энэ нь эргээд E-ээс болон E pr муруйгаас хамаарна. коллоид систем тогтвортой байна. Коллоид хэсгүүдийн наалдац нь тэдгээр нь хангалттай ойрхон байх үед л боломжтой байдаг. Энэ нь түлхэлтийн боломжит саадыг даван туулахыг шаарддаг. E max-ийн зарим жижиг эерэг утгуудад (муруй 3) хангалттай өндөр кинетик энергитэй цөөхөн коллоид хэсгүүд л үүнийг даван туулж чадна. Энэ нь коллоид хэсгүүдийн мөргөлдөөний багахан хэсэг нь наалдахад хүргэдэг удаан коагуляцийн үе шаттай тохирч байна. Удаан коагуляци хийснээр 2-3 анхдагч бөөмс үүссэний үр дүнд коллоид хэсгүүдийн нийт тоо бага зэрэг буурдаг боловч коагулум нь харагдахуйц өөрчлөлтийг дагалддаггүй коллоид уусмалыг далд коагуляци гэж нэрлэдэг бөгөөд боломжит саад тотгор буурах тусам, хэрэв боломжит саад нь түлхэлтийн талбайгаас шилжинэ таталцлын талбай (1-р зурагт 4-р муруй), коллоид хэсгүүдийн мөргөлдөөн нь тэдгээрийн наалдац үүсэхэд хүргэдэг - коагулум үүсдэг илэрхий коагуляци.

Боломжит түлхэлтийн саад (Emax) нь коллоид хэсгүүдийн хооронд үйлчилж буй түлхэлт ба таталцлын хүчний нийлбэрийн үр дүнд үүсдэг. Тиймээс 1 ба 2-р муруй (Зураг 1) -ийн явцад нөлөөлж буй бүх хүчин зүйлүүд нь E max-ийн утгыг хоёуланг нь өөрчлөхөд хүргэдэг; тэнд ба максимумын байрлал (жишээ нь харгалзах зай E max).

Emax-ийн мэдэгдэхүйц бууралт нь коллоид уусмалд электролит нэмсэнээс үүссэн электростатик түлхэлтийн потенциал энерги өөрчлөгдсөний үр дүнд үүсдэг (өөрөөр хэлбэл, муруй 1-ийн явц). Аливаа электролитийн концентраци нэмэгдэхийн хэрээр коллоид бөөмсийг тойрсон цахилгаан давхар давхаргын бүтцийн өөрчлөлт явагдана: эсрэг ионуудын нэмэгдэж буй хэсэг нь цахилгаан давхар давхаргын сарнисан хэсгээс шингээх хэсэг рүү шилждэг. Цахилгаан давхар давхаргын сарнисан хэсгийн зузаан (10.14-р зурагт 4-р давхарга), түүнтэй хамт бүхэл бүтэн цахилгаан давхар давхарга (10.14-р зурагт 2-р давхарга) буурдаг. Тиймээс цахилгаан статик түлхэлтийн потенциал энергийн муруй нь Зураг дээр үзүүлсэнээс илүү огцом буурч байна. 10.17 муруй 1. Үүний үр дүнд түлхэлтийн боломжит саад (E max)буурч коллоид хэсгүүдийн хоорондох бага зайд шилжинэ. Цахилгаан давхар давхаргыг шингээх давхаргын зузаан хүртэл шахах үед (10.14-р зурагт 3-р давхарга), дараа нь таталцлын хэсэгт тархсан хэсгүүдийн харилцан үйлчлэлийн муруй бүхэлдээ (10.17-р зурагт 4-р муруй) гарч ирнэ. коагуляци үүсдэг. Коллоид уусмалын тогтвортой байдлын хэмжилт нь ямар нэгэн электролит нэмэхэд тохиолддог.

Электролитийн коагуляцийн нөлөө нь тодорхойлогддог коагуляцийн босго;өөрөөр хэлбэл, коагуляци үүсгэдэг электролитийн хамгийн бага концентраци. Электролит ба коллоид уусмалын шинж чанараас хамааран коагуляцийн босго нь нэг литр уусмалд 10-5-0.1 моль хооронд хэлбэлздэг. Коагуляцийн босгонд хамгийн чухал нөлөөлөл бол цэнэг юм коагуляцын ионэлектролит, өөрөөр хэлбэл цэнэг нь коллоид бөөмийн цэнэгийн эсрэг тэмдэгтэй ион.

Гель

Тархсан систем байж болно чөлөөтэй тараагдсан(Зураг 10.2) ба эв нэгдэлтэй тархсан(Зураг 10.3, а-е) тархсан фазын хэсгүүдийн хоорондын харилцан үйлчлэл байхгүй эсвэл байгаа эсэхээс хамаарна. Чөлөөт тархсан системд аэрозол, лиозол, шингэрүүлсэн суспенз, эмульс орно. Тэд шингэн байдаг. Эдгээр системд тархсан фазын хэсгүүд нь контактгүй, санамсаргүй дулааны хөдөлгөөнд оролцож, таталцлын нөлөөн дор чөлөөтэй хөдөлдөг. Нэгдмэл тархсан систем нь хатуу; тэдгээр нь тархсан фазын тоосонцор хүрэлцэх үед үүсдэг бөгөөд энэ нь хүрээ эсвэл сүлжээ хэлбэртэй бүтэц үүсэхэд хүргэдэг. Энэ бүтэц нь тархсан системийн шингэнийг хязгаарлаж, хэлбэрээ хадгалах чадварыг өгдөг. Ийм бүтэцтэй коллоид системийг нэрлэдэг гель.Зольийн тогтвортой байдал буурсаны үр дүнд үүсэх уусмалыг гель болгон хувиргах үйл явцыг гэнэ. гель үүсэх(эсвэл желатинжуулалт).Тарсан хэсгүүдийн өндөр сунасан, хальсан навчны хэлбэр нь тэдгээрийн хоорондох холбоо барих магадлалыг нэмэгдүүлж, тархсан фазын бага концентрацид гель үүсэхийг дэмждэг. Нунтаг, төвлөрсөн эмульс ба суспенз (зуурмаг), хөөс зэрэг нь нэгдмэл дисперсийн системийн жишээ юм. Хөрсний ашигт малтмал, ялзмаг (органик) бодисын сарнисан тоосонцортой хүрэлцэн нягтарсны үр дүнд үүссэн хөрс нь мөн уялдаатай тархсан систем юм.