Gamtoje nėra grynų elementų. Iš esmės jie visi yra mišiniai. Jie, savo ruožtu, gali būti nevienalyčiai arba vienarūšiai. Jie susidaro iš agregacijos būsenos medžiagų, taip sukuriama tam tikra dispersijos sistema, kurioje yra įvairios fazės. Be to, mišiniuose dažniausiai yra dispersinės terpės. Jo esmė slypi tame, kad jis laikomas didelio tūrio elementu, kuriame pasiskirsto tam tikra medžiaga. Išsklaidytoje sistemoje fazė ir terpė yra išdėstytos taip, kad tarp jų būtų sąsajos dalelių. Todėl jis vadinamas nevienalyčiu arba nevienalyčiu. Atsižvelgiant į tai, didelę reikšmę turi paviršiaus, o ne visų dalelių veikimas.
Išsiskirstyti sistemos klasifikaciją
Fazę, kaip žinote, žymi skirtingos būsenos medžiagos. Ir šie elementai yra suskirstyti į keletą tipų. Išsklaidytos fazės agregacijos būsena priklauso nuo derinioaplinka, todėl susidaro 9 sistemų tipai:
- Dujos. Skystas, kietas ir atitinkamas elementas. Homogeniškas mišinys, rūkas, dulkės, aerozoliai.
- Skysti dispersinė fazė. Dujos, kietas, vanduo. Putos, emulsijos, tirpalai.
- Kieta dispersinė fazė. Skystis, dujos ir šiuo atveju nagrinėjama medžiaga. Dirvožemis, priemonės medicinoje ar kosmetikoje, uolienos.
Paprastai dispersinės sistemos dydį lemia fazinių dalelių dydis. Yra tokia klasifikacija:
- šiurkščiavilnių (pakabos);
- plonas (koloidiniai ir tikri tirpalai).
Sklaidos sistemos dalelės
Nagrinėjant stambius mišinius, galima pastebėti, kad šių junginių dalelės struktūroje matomos plika akimi, nes jų dydis yra didesnis nei 100 nm. Suspensijos, kaip taisyklė, reiškia sistemą, kurioje dispersinė fazė yra atskiriama nuo terpės. Taip yra todėl, kad jie laikomi nepermatomi. Suspensijos skirstomos į emulsijas (netirpius skysčius), aerozolius (smulkias daleles ir kietas medžiagas), suspensijas (kietas vandenyje).
Koloidinė medžiaga yra bet kas, kas pasižymi tokia savybe, kad kitas elementas yra tolygiai paskirstytas ant jos. Tai yra, jis yra, tiksliau, jis yra išsklaidytos fazės dalis. Tai būsena, kai viena medžiaga visiškai pasiskirsto kitoje, tiksliau – jos apimtimi. Pieno pavyzdyje skysti riebalai yra disperguoti vandeniniame tirpale. Šiuo atveju mažesnė molekulė yra per 1nanometras ir 1 mikrometras, todėl jo nematomas optiniu mikroskopu, kai mišinys tampa vienalytis.
Tai yra, nė viena tirpalo dalis neturi didesnės ar mažesnės dispersinės fazės koncentracijos nei bet kuri kita. Galima sakyti, kad jis yra koloidinio pobūdžio. Didesnis vadinamas ištisine faze arba dispersine terpe. Kadangi jo dydis ir pasiskirstymas nesikeičia, o atitinkamas elementas pasiskirsto per jį. Koloidų tipai yra aerozoliai, emulsijos, putos, dispersijos ir mišiniai, vadinami hidrozoliais. Kiekviena tokia sistema turi dvi fazes: dispersinę ir ištisinę.
Koloidai pagal istoriją
Didžiulis susidomėjimas tokiomis medžiagomis XX amžiaus pradžioje buvo visuose moksluose. Einšteinas ir kiti mokslininkai atidžiai ištyrė jų savybes ir pritaikymą. Tuo metu ši nauja mokslo sritis buvo pirmaujanti teoretikų, tyrėjų ir gamintojų tyrimų sritis. Po didžiausio susidomėjimo iki 1950 m. koloidų tyrimų gerokai sumažėjo. Įdomu pastebėti, kad nuo to laiko, kai neseniai atsirado didesnės galios mikroskopai ir „nanotechnologijos“(tam tikro mažo masto objektų tyrimas), vėl atsirado mokslinis susidomėjimas naujų medžiagų tyrimais.
Daugiau apie šias medžiagas
Gamtoje ir dirbtiniuose tirpaluose stebimi elementai, turintys koloidinių savybių. Pavyzdžiui, majonezas, kosmetinis losjonas ir lubrikantai yra dirbtinių emulsijų rūšys, o pienas yra panašus.gamtoje randamas mišinys. Koloidinės putos apima plaktą grietinėlę ir skutimosi putas, o valgomieji produktai yra sviestas, zefyrai ir želė. Be maisto, šios medžiagos yra tam tikrų lydinių, dažų, rašalo, ploviklių, insekticidų, aerozolių, polistirolo ir gumos pavidalu. Netgi gražūs gamtos objektai, tokie kaip debesys, perlai ir opalai, turi koloidinių savybių, nes juose tolygiai pasiskirsto kita medžiaga.
Koloidinių mišinių gavimas
Padidinant mažas molekules iki 1–1 mikrometro arba sumažinant dideles daleles iki tokio pat dydžio. Galima gauti koloidinių medžiagų. Tolesnė gamyba priklauso nuo elementų, naudojamų dispersinėje ir nepertraukiamoje fazėje, tipo. Koloidai elgiasi kitaip nei įprasti skysčiai. Ir tai pastebima transporto ir fizikinėse-cheminėse savybėse. Pavyzdžiui, membrana gali leisti pro ją prasiskverbti tikram tirpalui su kietomis molekulėmis, prijungtomis prie skystų molekulių. Tuo tarpu koloidinė medžiaga, kurios kietoji medžiaga yra pasklidusi per skystį, bus ištempta membranos. Pasiskirstymo paritetas yra vienodas iki mikroskopinės lygybės tarpo per visą antrąjį elementą.
Tikri sprendimai
Koloido dispersija pateikiama kaip vienalytis mišinys. Elementas susideda iš dviejų sistemų: ištisinės ir dispersinės fazės. Tai rodo, kad ši byla yra susijusi sutikri tirpalai, nes jie yra tiesiogiai susiję su minėtu mišiniu, susidedančiu iš kelių medžiagų. Koloidiniame kūne antrasis turi mažų dalelių arba lašelių struktūrą, kurios tolygiai pasiskirsto pirmajame. Nuo 1 nm iki 100 nm yra dydis, sudarantis dispersinę fazę arba, tiksliau, daleles, bent viename matmenyje. Šiame diapazone dispersinė fazė yra vienarūšiai mišiniai su nurodytais dydžiais, galime įvardyti apytikslius elementus, atitinkančius aprašymą: koloidiniai aerozoliai, emulsijos, putos, hidrozoliai. Paviršiaus cheminė sudėtis labai paveikia atitinkamose kompozicijose esančios dalelės arba lašeliai.
Koloidiniai sprendimai ir sistemos
Reikėtų atsižvelgti į tai, kad išsklaidytos fazės dydis yra sunkiai išmatuojamas sistemos kintamasis. Sprendimai kartais pasižymi savo savybėmis. Kad būtų lengviau suvokti kompozicijų rodiklius, koloidai primena juos ir atrodo beveik vienodai. Pavyzdžiui, jei jis yra skystyje išsklaidytos, kietos formos. Dėl to dalelės neprasiskverbs pro membraną. Tuo tarpu kiti komponentai, tokie kaip ištirpę jonai ar molekulės, gali praeiti pro jį. Jei analizuoti yra paprasčiau, paaiškėja, kad ištirpę komponentai praeina per membraną, o esant nagrinėjamai fazei, koloidinės dalelės negali.
Spalvų savybių atsiradimas ir išnykimas
Dėl Tyndall efekto kai kurios iš šių medžiagų yra permatomos. Elemento struktūroje tai yra šviesos sklaida. Kartu pateikiamos kitos sistemos ir formulėstam tikro atspalvio ar net būti nepermatomos, tam tikros spalvos, net jei kai kurios nėra ryškios. Daugelis žinomų medžiagų, įskaitant sviestą, pieną, grietinėlę, aerozolius (rūkas, smogą, dūmus), asf altą, dažus, dažus, klijus ir jūros putas, yra koloidai. Šią studijų sritį 1861 metais pristatė škotų mokslininkas Thomas Grahamas. Kai kuriais atvejais koloidas gali būti laikomas homogenišku (ne nevienalyčiu) mišiniu. Taip yra todėl, kad „ištirpusios“ir „granuliuotos“medžiagos atskyrimas kartais gali priklausyti nuo požiūrio.
Hidrokoloidinės medžiagos
Šis komponentas apibrėžiamas kaip koloidinė sistema, kurioje dalelės pasiskirsto vandenyje. Hidrokoloidiniai elementai, priklausomai nuo skysčio kiekio, gali įgauti įvairias būsenas, pavyzdžiui, gelio ar solo. Jie yra negrįžtami (vieno komponento) arba grįžtami. Pavyzdžiui, agaras, antrasis hidrokoloidų tipas. Gali būti gelio ir solo būsenos ir pakaitomis tarp būsenų su pridėta arba pašalinta šiluma.
Daugelis hidrokoloidų yra gaunami iš natūralių š altinių. Pavyzdžiui, karageninas išgaunamas iš dumblių, želatina – iš galvijų riebalų, o pektinas – iš citrusinių vaisių žievelių ir obuolių išspaudų. Hidrokoloidai maiste daugiausia naudojami tekstūrai arba klampumui paveikti (padažas). Taip pat naudojamas odos priežiūrai arba kaip gydomoji priemonė po traumų.
Pagrindinės koloidinių sistemų charakteristikos
Iš šios informacijos matyti, kad koloidinės sistemos yra išsklaidytos sferos poskyris. Jie savo ruožtu gali būti sprendimai (sols)arba želė (želė). Pirmieji dažniausiai yra sukurti gyvosios chemijos pagrindu. Pastarosios susidaro po nuosėdomis, kurios susidaro zolių koaguliacijos metu. Tirpalai gali būti vandeniniai su organinėmis medžiagomis, su silpnais arba stipriais elektrolitais. Koloidų dispersinės fazės dalelių dydžiai yra nuo 100 iki 1 nm. Jų negalima pamatyti plika akimi. Dėl nusėdimo fazę ir terpę sunku atskirti.
Klasifikavimas pagal dispersinės fazės dalelių tipus
Daugimolekuliniai koloidai. Kai tirpimo metu atomai arba mažesnės medžiagų molekulės (kurių skersmuo mažesnis nei 1 nm) susijungia ir sudaro panašaus dydžio daleles. Šiuose zoliuose dispersinė fazė yra struktūra, susidedanti iš atomų arba molekulių, kurių molekulinis dydis mažesnis nei 1 nm, agregatų. Pavyzdžiui, auksas ir siera. Šiuose koloiduose daleles laiko van der Waals jėgos. Paprastai jie turi liofilinį pobūdį. Tai reiškia reikšmingą dalelių sąveiką.
Didelės molekulinės masės koloidai. Tai medžiagos, turinčios dideles molekules (vadinamąsias makromolekules), kurios ištirpusios susidaro tam tikro skersmens. Tokios medžiagos vadinamos stambiamolekuliniais koloidais. Šie dispersinę fazę formuojantys elementai paprastai yra polimerai, turintys labai didelę molekulinę masę. Natūralios makromolekulės yra krakmolas, celiuliozė, b altymai, fermentai, želatina ir kt.. Dirbtinės yra sintetiniai polimerai, tokie kaip nailonas, polietilenas, plastikai, polistirenas ir kt.e. Paprastai jie yra liofobiniai, o tai šiuo atveju reiškia silpną dalelių sąveiką.
Susiję koloidai. Tai medžiagos, kurios, ištirpusios terpėje, mažoje koncentracijoje elgiasi kaip įprasti elektrolitai. Bet tai yra koloidinės dalelės, turinčios didesnį fermentinį komponentų komponentą dėl agreguotų elementų susidarymo. Taip susidariusios agregatinės dalelės vadinamos micelėmis. Jų molekulėse yra ir liofilinių, ir liofobinių grupių.
Micelės. Jos yra susikaupusios arba agreguotos dalelės, susidariusios tirpale susijungus koloidui. Dažni pavyzdžiai yra muilai ir plovikliai. Formavimas vyksta virš tam tikros Kraft temperatūros ir virš tam tikros kritinės micelizacijos koncentracijos. Jie sugeba sudaryti jonus. Micelėse gali būti iki 100 ar daugiau molekulių, pavyzdžiui, natrio stearatas yra tipiškas pavyzdys. Kai jis ištirpsta vandenyje, jis išskiria jonus.
