Koloidne veze. Koloidne otopine - nova riječ u medicini

Čestice koloidnih veličina mogu imati različite unutarnje strukture, što bitno utječe kako na metode dobivanja koloidnih otopina tako i na njihova svojstva. Postoje sljedeća tri tipa unutarnje strukture primarnih čestica koloidnih veličina.

Tip I - suspenzijski koloidi (ili ireverzibilni koloidi, liofobni koloidi). Ovo je naziv za koloidne otopine metala, njihovih oksida, hidroksida, sulfida i drugih soli. Primarne čestice disperzne faze koloidnih otopina ovih tvari po svojoj se unutarnjoj strukturi ne razlikuju od strukture odgovarajuće kompaktne tvari i imaju molekularnu ili ionsku kristalnu rešetku. Suspenzoidi su tipični heterogeni visoko disperzni sustavi čija su svojstva određena vrlo visoko razvijenom međufaznom površinom. Od suspenzija se razlikuju po većoj disperziji. Nazvani su suspenzijama jer, poput suspenzija, ne mogu dugo postojati u nedostatku stabilizatora disperzije. Nazivaju se ireverzibilnim jer talozi koji zaostaju tijekom isparavanja takvih koloidnih otopina ne stvaraju ponovno sol nakon kontakta s disperzijskim medijem. Nazvani su liofobnim (grčki "lios" - tekućina, "phobio" - mrzim) pod pretpostavkom da su posebna svojstva koloidnih otopina ove vrste posljedica vrlo slabe interakcije disperzne faze i disperzijskog medija. Koncentracija liofobnih sola je niska, obično manja od 0,1%. Viskoznost takvih solova malo se razlikuje od viskoznosti disperzijskog medija.

Tip II - asocijativni, ili micelarni, koloidi. Nazivaju se i semikoloidi. Koloidne čestice ove vrste nastaju s dovoljnom koncentracijom amfifilnih molekula tvari niske molekularne težine njihovim udruživanjem u agregate molekula - micele - sferičnog ili lamelarnog oblika (Sl. 10.4)

Molekularna, prava otopina - Micelarna koloidna otopina (sol).

Micele su nakupine pravilno raspoređenih molekula koje drže zajedno prvenstveno disperzijske sile.

Stvaranje micela tipično je za vodene otopine deterdženata (primjerice, sapuni - alkalne soli viših masnih kiselina) i neka organska bojila velikih molekula. U drugim medijima, na primjer u etilnom alkoholu, te se tvari otapaju stvarajući molekularne otopine.

Tip III - molekularni koloidi. Također se nazivaju reverzibilni ili liofilni (od grčkog "filio" - ljubav) koloidi. To uključuje prirodne i sintetske visokomolekularne tvari molekulske mase od deset tisuća do nekoliko milijuna. Molekule ovih tvari imaju veličinu koloidnih čestica, stoga se takve molekule nazivaju makromolekulama.

Razrijeđene otopine visokomolekularnih spojeva su prave, homogene otopine koje, kada se razrijede do granice, poštuju opće zakone razrijeđenih otopina. Otopine spojeva visoke molekulske mase također se mogu pripremiti s visokim udjelom mase - do deset posto ili više. Međutim, molarna koncentracija takvih otopina niska je zbog velike molekularne težine otopljene tvari. Dakle, 10% otopina tvari s molekulskom težinom od 100 000 je samo približno 0,0011 M otopina

Otapanje makromolekularnih koloida prolazi kroz fazu bubrenja, što je karakteristična kvalitativna značajka tvari ove vrste. Kada bubre, molekule otapala prodiru u čvrsti polimer i guraju makromolekule. Potonji, zbog svoje velike veličine, polako difundiraju u otopinu, što se izvana očituje povećanjem volumena polimera. Bubrenje može biti neograničeno, kada je krajnji rezultat prijelaz polimera u otopinu, i ograničeno, ako bubrenje ne doseže otapanje polimera. Polimeri s posebnom, “trodimenzionalnom” strukturom, koju karakterizira činjenica da su atomi cijele tvari povezani valentnim vezama, obično bubre u ograničenoj mjeri. Kemijska modifikacija polimera "umrežavanjem" njihovih makromolekula kako bi se smanjilo bubrenje polimera važna je faza u proizvodnji mnogih materijala (štavljenje sirove kože, vulkaniziranje gume pri pretvaranju u gumu).

Pojam "koloidi", što znači "nalik ljepilu" (od grčkog "colla" - ljepilo, "eidos" - vrsta), pojavio se 1861. Γ..; kada je T. Graham koristio dijalizu za odvajanje tvari (slika 10.5).

Metoda dijalize temelji se na nejednakoj sposobnosti difuzije sastojaka otopina kroz tanke filmove – membrane (od celofana, pergamenta, nitroceluloze, celulozacetata). Ova se metoda naširoko koristi za pročišćavanje koloidnih otopina i otopina spojeva velike molekularne težine. Tvari koje tijekom dijalize ne prodiru kroz membrane nazivaju se koloidi. Bilo koja tvar pod odgovarajućim uvjetima može se dobiti u koloidnom stanju (P.P. Weymarn, 1906.).

U 30-40-im godinama 20. stoljeća razjašnjena je kemijska priroda primarnih čestica reverzibilnih (liofilnih) koloida, za koje se pokazalo da su makromolekule. S tim u vezi, iz koloidne kemije izdvaja se nova kemijska disciplina - fizikalna kemija visokomolekularnih spojeva. Međutim, zbog povijesnih razloga, zajedničkih molekularno-kinetičkih svojstava liofilnih i liofobnih koloida, čestog stvaranja heterogenih struktura u molekularnim koloidima, kao i postojanja brojnih sastava spojeva visoke molekulske mase i visoko disperznih sustava.

Priznanica

Liofobni solovi, kao disperzni sustavi općenito, u skladu sa svojim međupoložajem između svijeta molekula i velikih tijela, mogu se dobiti na dva načina: metodama dispergiranja, tj. mljevenja velikih tijela, te metodama kondenzacije molekularnih ili ionski otopljene tvari. Mljevenje drobljenjem, mljevenjem i abrazijom proizvodi relativno grube prahove (< 60 мкм). Более тонкого измельчения достигают с помо-щью специальных аппаратов, получивших название коллоидных мельниц, или применяя ультразвук.

Metoda kondenzacije sastoji se od dobivanja netopljivih spojeva reakcijama izmjene, hidrolizom, redukcijom i oksidacijom. Provođenjem ovih reakcija u jako razrijeđenim otopinama iu prisutnosti blagog viška jedne od komponenti ne dobivaju se taloženje, već koloidne otopine. Kondenzacijske metode također uključuju proizvodnju liosola zamjenom otapala. Na primjer, koloidna otopina kolofonija može se dobiti ulijevanjem njegove alkoholne otopine u vodu, u kojoj je kolofonij netopljiv.

Kao što je ranije utvrđeno, što je veća disperzija, to je veća površinska napetost, to je veća tendencija spontanog smanjenja disperzije. Stoga, za dobivanje stabilnih, tj. dugotrajnih suspenzija; emulzija i koloidnih otopina, potrebno je ne samo postići zadanu disperziju, već i stvoriti uvjete za njezinu stabilizaciju. S obzirom na to, stabilni disperzni sustavi sastoje se od najmanje tri komponente: disperzijskog medija, disperzne faze i treće komponente - stabilizatora.

disperzni sustav.

Stabilizator može biti i ionske i molekularne, često visokomolekularne prirode. Ionska stabilizacija sola liofobnih koloida povezana je s prisutnošću niskih koncentracija elektrolita, stvarajući ionske granične slojeve između disperzne faze i disperzijskog medija.

Visokomolekularni spojevi (proteini, polivinil alkohol i dr.) koji se dodaju za stabilizaciju disperznih sustava nazivaju se zaštitni koloidi. Adsorbirani na granici faza, formiraju mrežaste i gelaste strukture u površinskom sloju, stvarajući strukturno-mehaničku barijeru koja onemogućuje sjedinjavanje čestica disperzne faze. Strukturno-mehanička stabilizacija ključna je za stabilizaciju suspenzija, pasta, pjena i koncentriranih emulzija.

Za dobivanje otopina molekularnih koloida dovoljno je suhu tvar dovesti u dodir s odgovarajućim otapalom. Nepolarne makromolekule otapaju se u ugljikovodicima (na primjer, gume - u benzenu), a polarne makromolekule - u polarnim otapalima (na primjer, neki proteini - u vodi i vodenim otopinama soli). Tvari ove vrste nazivaju se reverzibilnim koloidima jer nakon isparavanja njihovih otopina i dodavanja novog dijela otapala, suhi ostatak se vraća u otopinu. Naziv liofilni koloidi proizašao je iz pretpostavke (kako se pokazalo - pogrešne) da jaka interakcija s okolinom određuje njihovu razliku od liofobnih koloida.

Otopine spojeva velike molekulske mase imaju značajnu viskoznost, koja brzo raste s povećanjem koncentracije otopine. Povećanje koncentracije makromolekulskih otopina, dodavanje tvari koje smanjuju topljivost polimera, a često i sniženje temperature dovode do geliranja, tj. pretvaranja visoko viskozne, ali tekuće otopine u krutinu poput želea koji zadržava njegov oblik. Otopine polimera s jako izduženim makromolekulama žele pri niskim koncentracijama otopine. Tako želatina i agar-agar stvaraju žele i gelove u 0,2-0,1% otopinama. Osušeni želei mogu ponovno nabubriti (značajna razlika u odnosu na gelove).

Stvaranje želea važna je faza u proizvodnji vlaknastih materijala iz polimernih otopina. Svojstva otopina visokomolekularnih spojeva s porastom koncentracije sve se više razlikuju od svojstava otopina niskomolekularnih spojeva. To se događa kao rezultat međusobne interakcije pojedinih makromolekula, što dovodi do stvaranja supramolekulskih struktura koje imaju veliki utjecaj na kvalitetu proizvoda (vlakna, svilene mase) izrađenih od polimera.

Visokomolekularni spojevi, kao i sve druge tvari, pod odgovarajućim uvjetima mogu se dobiti u visoko raspršenom koloidnom stanju. Takve disperzije polimera u tekućinama koje ih ne otapaju, uglavnom u vodi, nazivaju se lateksi. Čestice disperzne faze lateksa imaju blisku κ sferičnost

oblika i veličine reda veličine 10-100 nm.

ZGRUŠAVANJE

Potencijalna energija međudjelovanja (E mv) između koloidnih čestica je algebarski zbroj potencijalne energije elektrostatskog odbijanja (Eot) i potencijalne energije disperzivnog privlačenja (E pr) između njih:

E mv = E pr + E iz

Ako je E iz > E pr (u apsolutnoj vrijednosti), tada odbijanje prevladava nad privlačenjem i disperzni sustav je stabilan. Ako E iz< 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.

To je suština teorije električne stabilizacije i koagulacije disperznih sustava Deryagina, Landaua, Verweya i Overbecka (teorija DLVO).

Sl. 1. Potencijalna energija međudjelovanja dviju jednako nabijenih čestica: 1- električno odbijanje (E od); 2 - disperzijska privlačnost (E P p); 3 - rezultantna energija međudjelovanja (E mv); 4 - isto, ali sa strmijim padom u krivulji 1; r - udaljenost između čestica; E max je potencijalna prepreka međudjelovanju raspršenih čestica.

ha figa Slika 1 prikazuje ovisnosti vrijednosti E on i E pr o udaljenosti između koloidnih čestica. Kao što se može vidjeti, rezultirajuća energija interakcije (krivulja 3 na sl. 10.17) dovodi do privlačenja κ (E mv< 0) на очень малых и отталкиванию (Е мв >0) na velikim udaljenostima između čestica. Od odlučujućeg značaja za stabilnost disperznih sustava je vrijednost potencijalne barijere odbijanja (E max), koja pak ovisi o tijeku krivulja E from i E pr. Pri velikim vrijednostima ove barijere, koloidni sustav je stabilan. Prianjanje koloidnih čestica moguće je samo kada su dovoljno blizu. To zahtijeva prevladavanje potencijalne barijere odbijanja. Pri nekim malim pozitivnim vrijednostima E max (krivulja 3), samo nekoliko koloidnih čestica s dovoljno visokom kinetičkom energijom može ga prevladati. To odgovara fazi spore koagulacije, kada samo mali dio sudara koloidnih čestica dovodi do njihove adhezije. Kod spore koagulacije, tijekom vremena dolazi do laganog smanjenja ukupnog broja koloidnih čestica kao rezultat stvaranja agregata od 2-3 primarne čestice, ali koagulum ne ispada.Takva koagulacija, bez vidljive promjene u koloidnoj otopini, naziva se latentna koagulacija. S daljnjim smanjenjem potencijalne barijere, povećava se brzina koagulacije, koju karakterizira promjena u broju čestica po jedinici vremena. Konačno, ako se potencijalna barijera pomakne iz područja odbijanja na područje privlačenja (krivulja 4 na slici 1), dolazi do brze koagulacije; sudar koloidnih čestica dovodi do njihove adhezije; u koloidnoj otopini nastaje talog - koagulum, javlja se očita koagulacija.

Potencijalna barijera odbijanja (Emax) nastaje kao rezultat zbrajanja sila odbijanja i privlačenja koje djeluju između koloidnih čestica. Dakle, svi čimbenici koji utječu na tijek krivulja 1 i 2 (slika 1) dovode do promjene i vrijednosti E max; tamo i položaj maksimuma (tj. udaljenost koja odgovara E max).

Značajno smanjenje Emax događa se kao posljedica promjene potencijalne energije elektrostatskog odbijanja (tj. tijeka krivulje 1) uzrokovane dodatkom elektrolita u koloidnu otopinu. S povećanjem koncentracije bilo kojeg elektrolita dolazi do restrukturiranja električnog dvostrukog sloja koji okružuje koloidne čestice: sve veći dio protuiona istiskuje se iz difuznog u adsorpcijski dio električnog dvostrukog sloja. Debljina difuznog dijela električnog dvostrukog sloja (sloj 4 na sl. 10.14), a s njim i cijeli električni dvostruki sloj (sloj 2 na sl. 10.14) se smanjuje. Stoga krivulja potencijalne energije elektrostatskog odbijanja opada strmije od one prikazane na Sl. 10.17 krivulja 1. Kao rezultat toga, potencijalna barijera odbijanja (E max) smanjuje i pomiče prema manjoj udaljenosti između koloidnih čestica. Kada se dvostruki električni sloj komprimira na debljinu adsorpcijskog sloja (sloj 3 na slici 10.14), tada se cijela krivulja interakcije raspršenih čestica pojavljuje u području privlačenja (krivulja 4 na slici 10.17), a brzi dolazi do koagulacije. Ovo mjerenje stabilnosti koloidne otopine događa se kada se doda bilo koji elektrolit.

Koagulacijski učinak elektrolita karakterizira koagulacijski prag, tj. Najniža koncentracija elektrolita koja uzrokuje koagulaciju. Ovisno o prirodi elektrolita i koloidne otopine, koagulacijski prag varira od 10-5 do 0,1 mol po litri sola. Najznačajniji utjecaj na koagulacijski prag ima naboj koagulacijski ion elektrolit, tj. ion čiji je naboj suprotnog predznaka od naboja koloidne čestice.

Gelovi

Disperzni sustavi mogu biti slobodno raspršene(Slika 10.2) i koherentno raspršena(Sl. 10.3, a-e) ovisno o odsutnosti ili prisutnosti međudjelovanja između čestica disperzne faze. Slobodno raspršeni sustavi uključuju aerosole, liosole, razrijeđene suspenzije i emulzije. Tekući su. U tim sustavima čestice disperzne faze nemaju dodira, sudjeluju u nasumičnom toplinskom gibanju i slobodno se kreću pod utjecajem gravitacije. Kohezivno disperzni sustavi su čvrsti; nastaju kada čestice disperzne faze dođu u kontakt, što dovodi do stvaranja strukture u obliku okvira ili mreže. Ova struktura ograničava fluidnost disperznog sustava i daje mu sposobnost da zadrži svoj oblik. Tako strukturirani koloidni sustavi nazivaju se gelovi. Prijelaz sola u gel, koji nastaje kao rezultat smanjenja stabilnosti sola, naziva se geliranje(ili želatinizacija). Jako izdužen i filmski lisnati oblik dispergiranih čestica povećava vjerojatnost kontakta među njima i pogoduje stvaranju gela pri niskim koncentracijama disperzne faze. Prašci, koncentrirane emulzije i suspenzije (paste), pjene su primjeri kohezivnih disperznih sustava. Tlo nastalo kao rezultat dodira i zbijanja raspršenih čestica minerala tla i humusnih (organskih) tvari također je koherentno disperzni sustav.

KOLOIDI(grčki: kolla ljepilo + eidos pogled; sin. koloidni sustavi) - disperzni sustavi s relativno velikim česticama u usporedbi s molekulama plinova i običnih tekućina polumjera 10 -9 - 10 -7 M, odnosno 0,001 - 0,1 mikrona. K. mogu biti koloidne otopine nazvane solovi (vidi), ili želatinozni (strukturirani) sustavi - gelovi (vidi) i želei. Otopine proteina, polisaharida, nukleinskih kiselina i drugih biološki aktivnih tvari su K., objedinjene pod općim nazivom biokoloidi. Koloidni sustavi osnova su bez koje je nemoguće zamisliti postojanje svih živih bića.

K. su široko rasprostranjeni u prirodi - čine organizme biljaka, životinja i ljudi, nalaze se u atmosferi, oceanima, tlu i nekim mineralima. Proizvodnja niza lijekova, vađenje i prerada mnogih minerala, proizvodnja hrane, odjeće i obuće, građevinskih i drugih materijala povezani su sa stvaranjem i modificiranjem koloidnih sustava. Poznavanje svojstava kalcija važno je za razumijevanje mnogih biokemijskih i biofizičkih procesa, uključujući i one koji se odvijaju u ljudskom tijelu. Mnoge metode razvijene za proučavanje K. naširoko se koriste u rješavanju problema s kojima se suočava medicina.

Takozvani disperzoidi, ili micelarne tvari, čije su čestice netopljive u mediju koji ih okružuje, koji se naziva disperzijski medij, tvore disperznu fazu. Micelarne čestice nazivamo i liofobnim, čime se naglašava nepostojanje izravne interakcije između tvari čestica i disperzijskog medija koji ih okružuje. Primjeri micelarnih spojeva uključuju srebrne solove koji se koriste u medu. prakticiraju kao antiseptici pod nazivima “kolargol” i “protargol”, u kojima su sitne čestice srebra - micele, koje se sastoje od nekoliko stotina atoma svaka, suspendirane u vodenoj sredini.

Takozvani molekularni (makromolekularni) koloidi su otopine (ili žele) visokomolekularnih spojeva, kažu. čija je težina (masa) veća od 10 000. To su proteini, nukleinske kiseline, polisaharidi, kao i brojni sintetski polimeri. Razrijeđene otopine molekularnih K. sadrže čestice koje su pojedinačne velike (ponekad smotane u kuglice – globule) molekule – makromolekule; otopine veće koncentracije sadrže tzv. rojevi, ili asocijati, koji se sastoje od relativno malog broja makromolekula. Molekulske molekule su u pravilu jednofazni (homogeni) sustavi, pa se nazivi "dispergirana faza" i "disperzijski medij" na njih mogu primijeniti samo uvjetno. Prije su se molekularni spojevi nazivali liofilnim, pod pretpostavkom da je stupanj njihove solvatacije (vidi) vrlo visok (to jest, solvatacijske ljuske su polimolekularni slojevi otapala), međutim, mjerenja stupnja solvatacije pokazala su da visokomolekularni spojevi solvatiraju se u istoj mjeri kao i spojevi male molekulske mase. Stoga se pojmovi "liofobni" i "liofilni", koji naglašavaju prisutnost solvatacije molekularnih molekula i njenu odsutnost u micelarnim stanicama, mogu smatrati neuspješnima, budući da se interakcija s molekulama disperzijskog medija na površini micelarnih stanica ponekad događa čak i u većoj mjeri nego molekularni K.

Osim dvije opisane vrste koloida, postoje sustavi koji se nazivaju semikoloidi ili semikoloidi, u kojima se mogu uočiti prijelazi ravnoteže: prava otopina ⇄ sol ⇄ gel, tj. predstavljaju prave otopine u nekim uvjetima, a solove u drugim, strukturirane tekućine, gelovi. Ti se prijelazi mogu dogoditi reverzibilno s promjenama temperature, koncentracije, pH, ionske jakosti otopine (tj., pri dodavanju elektrolita). Primjeri polukoloida uključuju otopine sapuna i drugih površinski aktivnih tvari, tanine (tanine biljnog podrijetla) i neka organska bojila (benzopurpurin, geranin itd.). Najviše su proučavani koloidni surfaktanti (CSAS). Koriste se kao emulgatori teško topljivih tekućina u vodi, npr. u proizvodnji kozmetike i lijekova, kao sredstva koja olakšavaju stvaranje disperzija određenih krutina, npr. u flotacijskom koncentriranju ruda, za obradu tkanina. u tekstilnoj industriji, kao sredstva za pjenjenje u uvjetima gašenja požara i kao flokulanti za pročišćavanje vode (vidi Flokulacija).

Postoje sljedeće vrste tenzida: ionski (anionski, kationski, amfolitski), neionski.

Anionski tenzidi su žučne kiseline (vidi) i njihove soli - kolati, koji djeluju kao emulgatori tijekom apsorpcije masti u crijevima, soli (uglavnom natrija) viših masnih kiselina - stearinska, palmitinska itd., Koje se dugo koriste kao sapuni (vidi. ), natrijeve soli organskih sulfonskih kiselina - alkil i alkilaril sulfonati, kao i soli kiselih estera sumporne kiseline i viših masnih alkohola, koji su među ekonomičnim i učinkovitim deterdžentima (vidi).

Od kationskih površinski aktivnih tvari najčešće se koriste organske kvaterne amonijeve soli, N-alkilom supstituirani piridin i drugi derivati ​​koji imaju baktericidna svojstva; koriste se u medicini, kao iu tehnici kao inhibitori kiselinske korozije metala.

Amfolitičke tenzide su polipeptidi i, u određenoj mjeri, proteini (vidi).

Mnogi neionski netoksični surfaktanti koriste se u prehrambenoj industriji (na primjer, u pekarstvu, slastičarstvu, proizvodnji sladoleda, margarina) kao flokulanti, sredstva za stvaranje pjene ili emulgatori.

Najvažnija karakteristika semikoloidnih otopina je kritična koncentracija stvaranja micela, tj. minimalna koncentracija otopljene tvari (mol/l, %) pri kojoj se koloidna faza može eksperimentalno detektirati. Stvaranje micela u semikoloidnim otopinama može se uočiti povećanjem intenziteta raspršene svjetlosti; vrijednost kritične koncentracije određuje se mjerenjem promjene površinske napetosti, električne vodljivosti i drugih parametara povezanih s promjenama koncentracije semikoloida.

Velika veličina micela površinski aktivnih tvari i njihova posebna struktura objašnjavaju fenomen solubilizacije (vidi), hidrofobnog vezanja ili koloidnog otapanja (obično u vodi ako u njoj postoji površinski aktivna tvar) tvari koje su bez njih praktički netopljive u vodi.

Priprema otopina molekularnih spojeva iz visokomolekularnih spojeva obično ne predstavlja nikakve poteškoće, stoga se sve razmatrane metode pripreme odnose samo na micelarne spojeve.

Disperzni sustavi, uključujući i kemikalije, dobivaju se na dva suprotna načina: 1) drobljenjem, odnosno raspršivanjem grubih, relativno velikih čestica na manje; to su metode disperzije (vidi), ili disperzije; 2) agregacijom molekula u veće čestice (v. Agregacija); To su metode kondenzacije, nazvane tako po analogiji s procesima kondenzacije koji se događaju, na primjer, kada se iz pare stvaraju kapljice magle.

Disperzijskim metodama obično se dobivaju grubi sustavi - disperzije, odnosno suspenzije, emulzije i prahovi. U praksi su to metode mehaničkog i ultrazvučnog mljevenja polaznih tvari, a za aerosole - njihovo raspršivanje. Proizvodnja sola električnim raspršivanjem u voltačkom luku metalnih elektroda smještenih u disperzijski medij može se samo uvjetno smatrati disperzijom, budući da pri visokoj temperaturi luka metal elektroda najprije isparava, a potom se kondenzira u koloidne čestice; Istodobno, može doći do izravnog odvajanja čestica s elektroda i ulaska u disperzijski medij. Peptizacija (vidi), tj. stvaranje sola iz gelova ili rastresitih sedimenata pod djelovanjem određenih tvari - peptizatora, koji, adsorbirani na površini koloidnih čestica, daju im afinitet prema disperzijskom mediju, također se ne može pripisati samo metode disperzije, jer Tijekom peptizacije ne dolazi do promjene u stupnju disperzije čestica koje tvore gel (ili sediment), već samo do odvajanja postojećih čestica.

Izbor vrste mljevenja krutih materijala ovisi o njihovim svojstvima: krhki se drobe udarcem, viskozni - abrazijom. U kuglastim mlinovima - homogenizatorima (vidi Homogenati) određenog tipa - možete dobiti čestice reda veličine 2-3 mikrona u promjeru, posebno ako se koristi vibracija. Finije mljevenje postiže se u tzv. koloidni mlinovi, koji omogućuju dobivanje suspenzija s prosječnom veličinom čestica od 1 mikrona (tj. proizvodnja kalcija uz njihovu pomoć još nije postignuta).

Ultrazvučna disperzija nastaje zbog kavitacijskih ultrazvučnih valova koji uništavaju materijal. Stupanj disperzije raste s povećanjem frekvencije ultrazvučnih vibracija. Aerosoli se mogu dobiti pomoću ultrazvuka prskanjem tekućina ili tekućih otopina. U medu se koristi metoda koja omogućuje dobivanje K. s visokom koncentracijom disperzne faze. praksa za dobivanje aerosola vodenih otopina antibiotika.

Prskanje otopine komprimiranim zrakom pomoću boce s raspršivačem odavno se koristi za proizvodnju aerosola, uključujući i u medicini. Ako se boca s raspršivačem spoji na stup električnog napona, tada se dobivaju stabilniji aerosoli u električnom polju. Industrija proizvodi uređaje za dobivanje ljekovitih tvari u obliku takvih aerosola.

Stvaranje otopina molekularnog K. također se ponekad smatra disperzijom. Međutim, u tom slučaju može doći do neograničenog bubrenja, koje završava otapanjem, ne nastaje nova (dispergirana) faza ili se stvaraju nabubreni želei koji su u ravnoteži s otopinom koja sadrži frakcije niže molekularne mase spojeva visoke molekularne mase. Postoje K. otopine u kojima su velike molekule visokomolekularnih spojeva, koje se nalaze u "lošem otapalu", uvaljane u gustu kuglu - globulu, koja ima jasno sučelje s okolinom; Takve se kuglice nalaze u otopinama proteina. Mliječni sok mnogih biljaka (na primjer, kaučuka), kao i sintetski lateksi, u kojima su uvaljane čestice (obično veće od koloidnih) u vodenom okruženju, slični su takvim sustavima, a njihova stabilnost određena je posebna tvar - stabilizator.

Proizvodnja disperznih sustava kondenzacijom može se izvesti samom kondenzacijom, isparavanjem tvari i stvaranjem pogodnih uvjeta za stvaranje malih čestica; mijenjanje okoline ili drugih uvjeta za dobivanje kondenzirajuće tvari na takav način da tvar postaje netopljiva iz topljive, na primjer, mijenjanje sastava otapala, uvođenje u njega tekućine koja nije u stanju otopiti danu tvar; provođenje kemijskih reakcija praćena stvaranjem teško topljivih tvari.

U prirodnim uvjetima magle i oblaci, odnosno aerosoli, nastaju kondenzacijom vodene pare u atmosferi. Prema metodi kondenzacije vlastitoj za proizvodnju liofilnih sola (lyosols), koju su u SSSR-u razvili S. Z. Roginsky i A. I. Shalnikov, tvari koje tvore disperznu fazu isparavaju se u vakuumu, a pare se kondenziraju na površini hlađenoj tekućim zrakom. .

Metoda zamjene otapala prikladna je za pripremu mnogih liosola. Da bi se dobio sol, tvar se otopi u odgovarajućem otapalu i otopina se ulije u veliki volumen druge tekućine koja ne otapa tvar, s kojom se prvo otapalo miješa neograničeno dugo. Najviše se koriste metode kod kojih kao rezultat kemijske reakcije nastaje slabo topljiva tvar. reakcija koja se odvija u toj istoj tekućini, koja kasnije služi kao disperzijski medij. Ovako se pripremaju liosoli metala kao što su srebro i zlato.

Koloidne otopine metala u čvrstom disperzijskom mediju, na primjer, u staklu, nazivaju se pirosoli. Mogu imati istu boju kao liosol. Po prvi put, ispravno objašnjenje prirode rubin stakala, koja su koloidne otopine zlata u staklu, dao je M. V. Lomonosov.

Da bi došlo do kondenzacije određene tvari u sustavu, on mora biti prezasićen u odnosu na tu tvar, u njemu se moraju stvoriti uvjeti za pojavu jezgri nove faze, na primjer, jezgre kristalizacije; tvar koja tvori disperznu fazu mora biti slabo topljiva u okolnoj tekućini i, konačno, moraju se stvoriti uvjeti koji sprječavaju međusobno spajanje koloidnih čestica. Budući da se formiranje jezgri i njihov rast obično odvijaju istovremeno, dobivaju se polidisperzni solovi, tj. solovi koji sadrže čestice različite veličine. Monodisperzni solovi koji sadrže čestice gotovo iste veličine dobivaju se posebnim metodama. Na primjer, da biste dobili monodisperzni sol srebra (ili zlata), prvo pripremite tzv. embrionalni, tj. vrlo visoko dispergirani sol, a zatim se određena količina takvog sola unosi u otopinu soli određenog metala i provodi se njegova redukcija. Veličina čestica dobivenog monodisperznog sola bit će veća što je manje jezgri uvedeno u otopinu prije njezine redukcije.

Za pročišćavanje sola od niskomolekularnih nečistoća, njihovo koncentriranje, frakcioniranje koloidnih čestica po veličini i, konačno, za odvajanje disperzne faze od disperzijskog medija, često se koriste metode ultrafiltracije (vidi) i dijalize (vidi). Neki solovi koji su stabilni na povišenim temperaturama mogu se koncentrirati isparavanjem, drugi djelomičnim uklanjanjem disperzijskog medija ultrafiltracijom.

Mnogi C. su jarko obojeni i, kao i svi obojeni sustavi, mogu apsorbirati svjetlost. Osim toga, koloidi raspršuju svjetlost koja pada na njih, a zahvaljujući tome, zraka svjetlosti koja prolazi kroz koloidni sustav okomito na promatračevu vidnu os formira svjetleći stožac, koji se naziva Faraday-Tyndallov stožac.

Kao što je pokazao J. Rayleigh, za sferne čestice koje ne provode električnu struju, intenzitet raspršene svjetlosti ovisi o veličini čestica disperzne faze, njihovoj koncentraciji, razlici u indeksima loma disperzne faze i disperziji. srednje, a posebno jako na valnoj duljini upadne svjetlosti, a Najintenzivnije se raspršuju kratki valovi. Dakle, solovi neobojanih tvari izgledaju plavkasto u reflektiranoj svjetlosti i žućkasto u propusnoj svjetlosti, jer se plave zrake, koje imaju kraću valnu duljinu, jače raspršuju na česticama. Ova razlika u boji pri ispitivanju K. u propuštenoj i reflektiranoj svjetlosti, uzrokovana raspršenjem svjetlosti, naziva se opalescencija (vidi). Molekularne makromolekule u mnogo manjoj mjeri raspršuju svjetlost koja prolazi kroz njih, zbog čega se makromolekule ne mogu promatrati u obliku pojedinačnih čestica u ultramikroskopu. Do raspršenja svjetlosti u takvim otopinama dolazi iz istog razloga kao i kod plinova, tekućina i običnih otopina, gdje molekule kaotičnim kretanjem stvaraju mikro- i ultramikroregije (fluktuacije) s povećanom koncentracijom molekula. Ove fluktuacije postoje samo u vrlo kratkim vremenskim razdobljima, neprestano nastaju i nestaju. Dakle, raspršenje sunčeve svjetlosti u atmosferi zbog fluktuacija molekula plina objašnjava plavu boju neba; Raspršenje svjetlosti u morskoj vodi određuje boju mora. Mjerenja intenziteta raspršenog svjetla ili njegove inverzne vrijednosti - koeficijenta (t) - provode se nefelometrima (vidi Nefelometrija) ili fotometrima (vidi Fotometrija) i koriste se za određivanje molekularne težine (mase) ugljika i njihove koncentracije u solima. .

Mnogi spojevi imaju visoku kinetičku i nisku agregacijsku stabilnost. Kada se koloidne otopine promatraju ultramikroskopom, vidi se da su koloidne čestice u stanju intenzivnog i nasumičnog gibanja, što se naziva Brownovo gibanje. botaničar R. Brown, koji je 1827. godine prvi uočio ovakvo kretanje mikroskopskih čestica peludi. Uzrok Brownovog gibanja je kretanje molekula disperzijskog medija koji okružuje koloidne čestice.

Dvostruki električni sloj je široko rasprostranjen u raznim biokemijskim sustavima, a posebno je prisutan na površini svake biološke membrane.

Stanje koloidne otopine, u kojem je ξ-potencijal koloidnih čestica jednak nuli, naziva se izoelektričnim. U tom su stanju koloidne otopine manje stabilne i u pravilu podliježu koagulaciji.

Koloidi obično mijenjaju svoja svojstva tijekom vremena, a procesi koji se pri tom odvijaju objedinjuju se pod općim nazivom koloidno starenje.Tako se kod solova plemenitih metala starenje izražava u uvećanju čestica njihovom agregacijom ili rekristalizacijom, što može dovode do promjene niza svojstava koloidnih otopina: boje , ξ-potencijala itd. U molekularnim koloidima i semikoloidima promjene viskoznosti koloidnih otopina (η) postaju najkarakterističnije tijekom vremena; Starenjem vrijednost η najčešće raste, što može dovesti do stvaranja gela ili želea. Taj se proces naziva želatinizacija ili geliranje i objašnjava se stvaranjem više ili manje čvrstih veza između koloidnih čestica. Tijekom starenja dolazi do povećanja vrijednosti η. arr. zbog tzv strukturna viskoznost (vidi Viskoznost). Na primjer, takva se viskoznost pojavljuje u otopinama škroba i želatine, krvnoj plazmi, protoplazmi, sinovijskoj tekućini i silicijevim solovima. Strukturna viskoznost nastaje kao rezultat međusobne interakcije koloidnih čestica, što je posebno vidljivo u sustavima s relativno visokom koncentracijom koji sadrže anizodijametrične čestice (krute ili savitljive šipke, niti, ploče); pojedina područja površine takvih čestica mogu se zaštititi od lijepljenja u različitim stupnjevima. Tako nastaju nakupine čestica između kojih se može zatvoriti nepokretna (imobilizirana) tekućina. Pri malim brzinama protoka i slabom prianjanju čestica, njihovi agregati imaju vremena za oporavak i viskoznost uzrokovana prianjanjem čestica je očuvana. Pri velikim brzinama protoka, veze između čestica koje tvore strukturu se prekidaju, a volumen imobilizirane tekućine između njih i viskoznost se smanjuju. Ako je broj veza među česticama velik, tada protok više nije moguć, a tako strukturiran sustav ponaša se kao krutina - gel ili žele. Starenje se može nastaviti i dalje, a gel, postupno postajući gušći, smanjuje volumen, obično zadržava svoj izvorni oblik i otpušta dio tekućine (disperzijski medij). Opisani fenomen naziva se sinereza. Sličnu sliku starenja možemo uočiti u hidrosolima mnogih u vodi netopivih metalnih hidroksida - željeza, aluminija, kroma itd., kao i u silicijevim solima i u nekim polukoloidima, na primjer, u otopinama i želeima boje. geranin. Starenje može biti nepovratno ako je proces popraćen kemijskim reakcijama. transformacije, reverzibilne ili, konačno, djelomično reverzibilne. Fenomeni koji prate nastanak i starenje K. , proučavali su pomoću elektronske mikroskopije V. A. Kargin i Z. Ya. Berestneva, koji su ustanovili da su koloidne micelarne čestice u prvoj fazi formiranja amorfni agregati i tek nakon određenog vremena tijekom procesa starenja prelaze u kristalno stanje.

Neki gelovi ili želei se pod utjecajem mehaničkog djelovanja (tresenje, miješanje i sl.) ukapljuju, ali nakon određenog vremena (u mirnom stanju) tekućine dobivene iz njih spontano žele. Ova pojava se naziva tiksotropija (vidi).

Starenje je nepovratno ako se stvaraju veze između čestica zbog njihovih kemijskih svojstava. interakcija ili spajanje kristala. Na primjer, strukture nastale tijekom zgrušavanja krvi ili tijekom stvrdnjavanja cemenata, kada dolazi do rekristalizacije, nepovratne su.

Starenje je često reverzibilan proces za tijela (na primjer, formirani visokomolekularni spojevi) koja su sposobna bubriti (vidi), odnosno apsorpciju tekućine, pare ili plina, ponekad praćena značajnim povećanjem volumena K.

Koloidni sustavi su široko rasprostranjeni u prirodi i igraju važnu ulogu u ljudskom životu od pojave čovjeka.

Proučavajući svojstva smjesa voda – srebrov klorid, voda – sumpor, voda – prusko plavo itd., talijanski znanstvenik F. Selmi (1845.) ustanovio je da one pod određenim uvjetima tvore sustave koji su izgledom homogeni, slični otopinama. Međutim, ovi sustavi, za razliku od vodenih otopina natrijevog klorida, bakrenog sulfata i drugih tvari lako topljivih u vodi, ne nastaju spontano. F. Selmi je predložio da se takvi sustavi nazivaju pseudorješenjima.

T. Graham (1861.), proučavajući takve sustave, utvrdio je da neke tvari (kalijev hidroksid, kalijev sulfat, magnezijev sulfat, saharoza i dr.) imaju visoku brzinu difuzije i sposobnost prolaska kroz biljne i životinjske membrane, dok druge (proteini , dekstrin,

želatina, karamela itd.) karakterizira niska brzina difuzije i nedostatak sposobnosti prolaska kroz membrane.

Prva skupina tvari prilično lako kristalizira, dok druga, nakon uklanjanja otapala, stvara mase slične ljepilu. Prvi T. Graham je nazvao kristaloidi, a drugi - koloidi(od grčkog "κολλά" - ljepilo, "λεδεσ" - pogled). Kristaloidi tvore prave otopine, a koloidi sol (koloidne otopine).

Godine 1899. ruski znanstvenik I. G. Borshchov sugerirao je da mnoge tvari koje mogu stvarati koloidne otopine imaju kristalnu strukturu, pa stoga ne treba govoriti o posebnim koloidnim tvarima, već o koloidnom stanju.

Početkom prošlog stoljeća, profesor Petrogradskog rudarskog instituta P. P. Weimarn eksperimentalno je dokazao da je podjela na koloide i kristaloide vrlo proizvoljna. Tipični kristaloidi NaCl, KΙ, itd. mogu tvoriti koloidne otopine u odgovarajućim otapalima, na primjer, koloidna otopina NaCl u benzenu.

Konačno, dokazano je da se ista tvar u istom otapalu, ovisno o nizu uvjeta, može očitovati i kao koloid i kao kristaloid. Predloženo je nazvati takve tvari polukoloidi. Koloidne otopine (koloidni sustavi) poseban su slučaj disperznih sustava.

Disperzni sustav je sustav koji se sastoji od disperzne faze - skupa usitnjenih čestica i kontinuiranog disperzijskog medija u kojem su te čestice suspendirane.

Za karakterizaciju fragmentacije disperzne faze upotrijebite stupanj disperzije 8, koji se mjeri recipročnom vrijednosti prosječnog promjera čestice c1

Gore spomenute otopine su sustavi u kojima se otopljena tvar raspada na pojedinačne molekule i ione. Ne postoji granica (sučelje) između otopljene tvari i otapala, a otopina je jednofazni sustav, budući da koncept površine nije primjenjiv na pojedinačne atome, molekule i ione. U tekućem mediju mogu postojati nakupine tvari koje se sastoje od velikog broja molekula i iona. Čestice promjera reda veličine 1 mikrona (10 -6 m) pokazuju uobičajena svojstva dane tvari. U slučaju krutine, te čestice su kristali, a u slučaju tekućine, to su male kapljice. Čestice ove veličine sadrže milijune strukturnih jedinica. Kada se formiraju u otopini kao rezultat kemijskih reakcija, brzo se talože na dno posude.

Tvari poprimaju posebna svojstva ako su čestice veličine 10 -9 -10 -7 m (1 - 100 nm). Sustavi koji se sastoje od čestica ove veličine

mjera se zove koloidno raspršeni. Ukupna površina sustava koji se sastoji od čestica ove veličine doseže neobično veliku vrijednost. Na primjer, 1 g tvari s veličinom čestica K) -8 m imat će površinu reda veličine nekoliko stotina kvadratnih metara.

Na temelju stupnja disperzije razlikuju se dvije skupine sustava: grubo disperzni i koloidno-disperzni.

Sustavi s veličinama čestica manjim od 10 -9 m ponekad se netočno nazivaju ionsko-molekularno dispergirani sustavi. Tim sustavima nedostaje glavna karakteristika disperziranih sustava - heterogenost. Stoga su takvi sustavi homogeni i nazivaju se pravim rješenjima.

Ovisno o agregatnom stanju disperzne faze i disperzijskog medija, razlikuje se osam tipova koloidnih sustava (tablica 23.2).

Treba napomenuti da koloidni sustavi formirani od plinova ne postoje u normalnim uvjetima iz razloga što se plinovi međusobno miješaju neograničeno dugo.

Tablica 23.2

Podjela koloidnih sustava prema agregacijskom stanju faza

Agregat država	Vrsta sustava	Agregatno stanje disperzne faze	Uvjetna oznaka	Ime
	Aerosol
		Tekućina
		Čvrsto
Tekućina
		Tekućina		Emulzoid
		Čvrsto		Suspenzoid
Čvrsto	Solidozol			Čvrsta pjena
		Tekućina
				emulsoid
		Čvrsto		Bez naslova

Metode dobivanja i pročišćavanja koloidnih sustava. Za dobivanje koloidnih otopina potrebno je: ​​1) postići koloidni stupanj disperzije; 2) odabrati disperzijsko sredstvo u kojem je tvar disperzne faze netopljiva; 3) odaberite treću komponentu - stabilizator, koji daje stabilnost koloidnom sustavu.

Metali, slabo topivi oksidi, hidroksidi, kiseline i soli mogu stvarati koloidne otopine u vodi. Kao stabilizatori koriste se tvari koje sprječavaju agregaciju (spajanje) koloidnih čestica u veće i njihovo taloženje.

Prema načinu postizanja koloidnog stupnja disperzije razlikuju se metode (sl. 23.22):

• - disperzivno (od lat. "sPare^ge" - mljeti) - dobivanje čestica disperzne faze usitnjavanjem većih čestica;
• - kondenzacija (od latinskog - povećati) - dobivanje čestica dispergirane faze spajanjem atoma, molekula, iona.

Riža. 23.22.

Koloidne otopine dobivene jednom od razmatranih metoda sadrže nečistoće otopljenih niskomolekularnih tvari i grubih čestica, čija prisutnost može negativno utjecati na svojstva sola, smanjujući njihovu stabilnost. Za pročišćavanje koloidnih otopina od nečistoća koriste se filtracija, dijaliza, elektrodijaliza i ultrafiltracija.

Filtriranje se temelji na sposobnosti koloidnih čestica da prođu kroz pore konvencionalnih filtera. U tom slučaju zadržavaju se veće čestice. Filtracija se koristi za pročišćavanje koloidnih otopina od nečistoća grubih čestica.

Dijaliza je uklanjanje istinski otopljenih spojeva niske molekularne težine iz koloidnih otopina pomoću membrana. U ovom slučaju koristi se svojstvo membrana da propuštaju molekule i ione normalnih veličina. Svi dijalizatori izgrađeni su prema općem principu: dijalizirana tekućina nalazi se u unutarnjoj posudi, u kojoj je odvojena od otapala membranom (slika 23.23). Brzina dijalize raste s povećanjem površine membrane, njezine poroznosti i veličine pora, s porastom temperature, intenziteta miješanja, brzine promjene vanjske tekućine i smanjenjem debljine membrane.

Kako bi se povećala brzina dijalize elektrolita niske molekulske mase, u dijalizatoru se stvara konstantno električno polje. Brzina dijalize može se povećati ako se dijalizirana otopina protisne kroz membranu (ultrafilter). Ova metoda pročišćavanja sustava koji sadrže čestice koloidne veličine iz otopina tvari niske molekulske mase naziva se ultrafiltracija.

Riža. 23.23.

• 1 - dijalizirana tekućina: 2 - otapalo; 3 - membrana za dijalizu;
• 4 - mikser

KOLOIDI, KOLOIDNA KEMIJA. Koloidi (od grč. ko 11a-ljepilo, želatina), naziv kojim je Graham nazvao skupinu tvari čiji su tipični predstavnici želatina ili guma arabika.Koloidna kemija je najmlađa kemijska. disciplina. Njegov početak može se smatrati 1861. godinom, kada je objavljeno Grahamovo istraživanje. K. i kristaloidi. Osnova za podjelu svih tvari na kristaloide i kristaloide bilo je njihovo nejednako ponašanje u otopljenom stanju. Kristaloidi (npr. Nad) stvaraju stabilne otopine i imaju određenu topljivost, tj. u prisutnosti kristaloida u suvišku, otopina pri određenoj temperaturi ima konstantnu koncentraciju, neovisno o načinu pripreme. Iz više koncentrirane, "prezasićene" otopine, višak tvari precipitira u obliku kristala, "koji imaju strogo definiran, karakterističan oblik i strukturu. Otopine K. karakteriziraju nestabilnost i metastabilnost. Ovisno o manjim razlikama u metodi pripravka, sadrže ili veću ili manju koncentraciju otopljene tvari, a ta koncentracija može biti podvrgnuta vrlo oštrim promjenama pod utjecajem ponekad posve neznatnih količina stranih nečistoća.Iz otopine se talože u obliku bezstrukturnih, amorfnih tijela, često u obliku želatinolike mliječi koja na sebe veže velike količine vode.Polazna točka za podjelu na koloide i kristaloide poslužila je Grahamu da pažljivo izmjeri brzinu difuzije otopljenih tvari.Pokazalo se da je ona vrlo različita za različite tvari. Međutim, dok su neke tvari difundirale značajnom brzinom, brzina difuzije drugih pokazala se zanemarivom, praktički jednakom nuli. U prvu skupinu spadalo je mnoštvo jednostavnih mineralnih spojeva, kao i drugih tvari koje su se taložile iz otopine u kristalnom stanju i zbog toga su nazvane kristaloidi. Tipičan predstavnik druge skupine je ljepilo (koPa) po kojem su i nastali nazivi svih K. Još važnije svojstvo za razdvajanje koloida i kristaloida od slobodne difuzije bila je osmoza kroz koloidne membrane, prirodne ili umjetne. Grahamovo glavno iskustvo bilo je da je otopine koje su proučavane odvojio od čiste vode pergamentnom membranom. Kristaloidi su slobodno difundirali kroz pergamentnu membranu, dok je ona bila potpuno nepropusna za koloide. Ovaj se fenomen koristio kao opća metoda za odvajanje koloida od kristaloida (vidi Dijaliza). Te su se razlike činile tako značajnim, granica između koloida i kristaloida tako oštrom, da ih je Graham smatrao "dva različita svijeta materije". Daljnja istraživanja su u velikoj mjeri izgladila ovu liniju. Istraživanja Kraffta i Paala odigrala su važnu ulogu u tom smislu, pokazujući da, ovisno o prirodi otapala, ista tvar može pokazivati ​​ili koloidna ili kristaloidna svojstva. Kraft je otkrio da natrijev stearat, koji tvori koloidnu otopinu u vodi, ima svojstva kristaloida kada se otopi u alkoholu. Naprotiv, tako tipičan kristaloid kao što je NaCl u otopini benzena pokazuje, prema Paalu, sva svojstva koloida. Da. Ne postoje koloidne tvari, postoji samo koloidno agregatno stanje. Naziv koloida mora uključivati ​​ne samo koloidnu otopljenu tvar, već i njezino otapalo; zajedno čine koloidni sustav. Takvi koloidni sustavi nalaze prirodno mjesto u nizu drugih disperzirani sustavi(cm.). S jedne strane graniče s grublje disperznim sustavima - suspenzijama i emulzijama čije su čestice mikroskopske veličine, s druge strane postupnim su prijelazima povezani s pravim otopinama kristaloida, koji uz sve suvremene metode istraživanja , izgledaju potpuno homogeni. Naknadna su istraživanja još više izgladila oštru liniju koja je K., zajedno s drugim heterogenim sustavima, odvajala od kristaloida. Tako su postali poznati različiti "polu-koloidi" (na primjer, produkti raspada stvarnih koloida, kao što su dekstrini i peptoni), koji predstavljaju uzastopne prijelaze iz tipičnih koloida u prave otopine. Mnogi K. također su dobiveni u kristalnom obliku. stanje. Tako su dobro poznati kristali Hb, albumina iz jaja i biljnog albumina iz sjemena. S druge strane, sada su razvijene metode koje omogućuju pripremu koloidnih otopina tipičnih kristaloida. Sam Graham, koji je govorio o kristaloidima i kristaloidima kao o "dva različita svijeta materije", u drugim je slučajevima priznao da ista tvar može postojati i u kristaloidnom i u koloidnom stanju i da se koloidna čestica može "izgraditi kombiniranjem mnogo manjih kristaloidnih molekula ." Klasifikacija K. - Koloidi mogu biti i u tekućem i u čvrstom stanju. U prvom slučaju tvore koloidne otopine ili solove, u drugom želee ili gelove. Međutim, dok su kristaloidi između krutog i tekućeg agregatno stanje(vidi) postoji oštra linija, u K. se mogu povezati postupnim i neosjetljivim prijelazima (na primjer, tijekom postupnog stvrdnjavanja želatinske žele). U oba slučaja, K. tvore disperzne sustave, u kojima je disperzijski medij neka vrsta tekućine. Ovisno o sastavu potonjeg, dobivaju različite oznake. Govore o hidrosolima i hidrogelovima ako je tekućina voda; nazivi alcosol, etherosol itd. pokazuju da je disperzijsko sredstvo alkohol, eter itd. Koloidi, čiji je disperzni medij neka vrsta rastaljenog tijela, nazivaju se pirosoli, koloidi koji postoje samo pri niskim temperaturama nazivaju se kriosoli. Vrlo značajna značajka K. je veličina koloidnih čestica. Karakterizira ih submikroskopska veličina čestica - od približno 1 do 100 t/l. Da. s obzirom na veličinu čestica, kloridi zauzimaju srednji položaj između pravih otopina (molekularni ili ionski dispergirani sustavi) s jedne strane i suspenzija i emulzija s druge strane. Koristeći analogiju sa suspenzijama i emulzijama, Ostwald i Geber (Wo. Ostwald, Hober) su na temelju agregatnog stanja disperzne faze solove podijelili na suspenziju i emulziju. Sukladno tome, Weimarn ih je uključio u opći sustav disperzoida kao suspenzijske i emulzoide. Mnogo značajnija značajka koja utječe na mnoga svojstva koloidnih otopina je količina afiniteta između koloidnih čestica i tekućine koja ih okružuje. Na temelju stupnja afiniteta između disperzne faze hidrosola i vode Perrin je uveo podjelu na hidrofobne i hidrofilne K. Prvi su slabo vezani za otapalo i, lako se odvajaju od njega pod utjecajem ponekad vrlo malih utjecaja, tvore K. vodom siromašan sediment. Naprotiv, potonji se odlikuju mnogo većom otpornošću i, pretvarajući se u čvrsto stanje, tvore žele koji nastavljaju zadržavati veliku količinu vode. Freundlich je proširio ovu klasifikaciju na koloidne sustave koji imaju drugačiji disperzni medij umjesto vode. Na temelju odsutnosti ili prisutnosti afiniteta između njih i njihovog otapala, on dijeli sve K. na liofobne i liofilne. Između njih postoje različiti prijelazi koji odgovaraju različitim stupnjevima liofilnosti. Istaloženi liofobni koagulansi obično se ne mogu vratiti u otopinu jednostavnim uklanjanjem sredstva za zgrušavanje ili dodavanjem otapala. To su, Zsigmondyjevom terminologijom, ireverzibilni K. Oni pak spadaju u dvije podskupine. Jedan uključuje npr. čisti metalni solovi. Koloidna tvar u njima ne može doseći značajniju koncentraciju i, nakon što se odvoji od otopine (u obliku praškastog sedimenta), zahtijeva korištenje uobičajenih disperzijskih metoda za povratak u otopinu. Primjer druge podskupine su koloidne otopine raznih oksida koji daju prilično koncentrirane solove: silicij ili kositar, željezni hidroksid itd. Njihovi svježe izolirani želatinozni precipitati mogu se u kratkom vremenu ponovno vratiti u otopinu. Međutim, produljeno sušenje ubrzo čini talog ireverzibilnim kao u prethodnom slučaju: ni pranje koagulatora ni dodavanje otapala ne mogu vratiti izvorni sol. Reverzibilni kristaloidi se ponašaju potpuno drugačije.Čak i potpuno osušeni, kada dođu u dodir s otapalom, vežu ga, bubre i na kraju, kao topljivi kristaloidi, spontano prelaze u otopinu. I ovdje je potrebno razlikovati takve tvari kao što su agar-agar, želatina, škrob itd., koje imaju ograničeno bubrenje. Vezanje otapala ograničeno je određenim granicama na uobičajenim temperaturama i samo pri zagrijavanju nastavlja se dok se ne pretvori u sol. Naprotiv, tipični reverzibilni kristaloidi, kao što su albumin, Hb, guma arabika i dr., po svojoj sposobnosti da spontano prijeđu u otopljeno stanje, još su bliži pravim otopinama kristaloida, ali se od njih razlikuju po odsutnosti stalne topljivost. Klasifikacija K. prema ovim različitim karakteristikama u mnogim slučajevima daje iste rezultate.Hidrofobni ili liofobni K. su u isto vrijeme ireverzibilni; hidrofilni ili liofilni su češće reverzibilni. Zbog vezanja velike količine vode, hidrofilne čestice istovremeno poprimaju karakter emulzije, dok hidrofobne mogu zadržati svojstva krutine i dati suspenzijski sol. Međutim, K. nema uvijek cijeli niz karakteristika karakterističnih za tipične predstavnike jedne ili druge skupine. Konkretno, podjela kemikalija prema agregatnom stanju disperzne faze ne mora se poklapati s klasifikacijom prema njima značajnijoj osobini - afinitetu prema otapalu. Tako su poznati emulzoidi koji nemaju svojstva liofilnih koloida.Najuspješnija podjela koloida na liofilne i liofobne (ili hidrofilne i hidrofobne), koja se temelji na najvažnijoj razlici između obje skupine koloida, mora se smatrati. Metode pripreme koloidnih otopina. Veliki izbor tvari, kako organskih tako i anorganskih, može se dobiti posebnim tehnikama u koloidnom stanju. Najvažniji zadatak u pripremi koloidnih otopina je postizanje potrebnog stupnja disperzije i stvaranje čestica odgovarajuće veličine. Prema njihovom srednjem položaju između pravih otopina i grubo heterogenih sustava, čestice koloidnih veličina mogu se dobiti kako iz prvih kondenzacijom njihovih iona i molekula u veće agregate, tako i raspršivanjem potonjih. Prema tome Svedberg, koji je posebno detaljno razvio i sistematizirao metode priprave sola, podijelio ih je na kondenzacijske i disperzijske. U prisutnosti viška otapala, kristaloidi se raspadaju na pojedinačne molekule. Moraju biti netopljivi u disperzijskom mediju kako bi formirali veće agregate. Stoga se metode kondenzacije temelje na kemiji. reakcije koje topljive spojeve pretvaraju u netopljive. Najčešće su to reakcije oporavka. Koriste se npr. za dobivanje hidrosola plemenitih metala. Mnogi redukcijski agensi (kao što su hidrazin, hidrokinon, pirogalol) djeluju na hladnoći, drugi (etilni alkohol, formaldehid, tanin itd.) djeluju kada se zagriju. Za pripremu zlatnog sola, ekstremno razrijeđena otopina neke soli zlata tretira se redukcijskim sredstvom, na primjer. AIS1 3 ili NAiS1 4 (u koncentraciji od 0,1 G ili čak manje na 1 litru vode). Na sličan način dobivaju se hidrosoli srebra iz AgN0 3 i iz odgovarajućih soli i sola drugih metala. Također je bilo moguće dobiti koloidno metalno srebro korištenjem prijenosa kao redukcijskog sredstva. isprati otopinu plinovitim vodikom. Razne druge kem. reakcije (oksidacija, razgradnja dvostruke izmjene) mogu dovesti do istog rezultata — stvaranja netopljivih tvari u koloidnoj raspodjeli. Tako se koloidni sumpor dobiva razgradnjom natrijeva sulfata (Na 2 S 2 0 3) koncentriranom sumpornom kiselinom. Ovaj sumporni sol vrlo je detaljno proučavao Sven Oden. Predmet brojnih istraživanja bio je i koloidni arsenov trisulfid (As 2 S 3), koji se dobiva djelovanjem sumporovodika na arsensku kiselinu (višak sumporovodika se zatim istiskuje propuštanjem struje vodika kroz otopinu): As 2 0 3 +3H 2 S =As 2 S 3 + 3H 2 0. Često se koristi i reakcija hidrolize u kojoj je jedna od tvari koja ulazi u metaboličku razgradnju voda. Ova metoda proizvodi željezni hidroksid (FeCl 3 + +3H 2 0 = Fe(OH) 3 +3HCl) i mnoge druge solove. Bez obzira na to koliko su korištene kemijske reakcije različite, sve se svode na stvaranje tvari netopljivih u određenom disperzijskom mediju. Prema Weymarnu, mehanizam kondenzacije predstavlja poseban slučaj kristalizacije iz prezasićene otopine. Samo ta kristalizacija mora započeti istovremeno na vrlo velikom broju mjesta, a rast čestica mora prestati prije nego što dosegnu mikroskopsku veličinu. veličine. Budući da ako je koncentracija koloidnih tvari prevelika, one brzo potpuno ispadnu, obično se za pripremu solova koriste vrlo slabe koncentracije tvari koje reagiraju. Naposljetku, ne treba izgubiti iz vida da u svim razmatranim procesima nastanka sola elektroliti sudjeluju kao polazne tvari ili produkti reakcije. Kao što će biti pojašnjeno u nastavku, ne mogu se smatrati stranim, slučajnim nečistoćama. Naprotiv, elektroliti aktivno sudjeluju u izgradnji koloidnih čestica i određivanju njihovih kemijskih svojstava. i električna svojstva, u održavanju otpora K. Potpuno uklanjanje svih elektrolita obično dovodi do razaranja sola, do njegova prijelaza u grublje dispergirano stanje. Elektroliti igraju ulogu disperzanata, održavajući potrebni stupanj disperzije koloidnih čestica. Drugu skupinu čine metode disperzije. Problem mehaničkog usitnjavanja tvari - doduše ne do vrlo visokih stupnjeva disperzije - nedavno je (1920.) uspješno riješen pomoću uređaja tzv. "koloidni mlin". Predstavlja brzo rotirajuću osovinu s lopaticama unutar tekućine, koje, kada se okreću, prolaze blizu fiksno ojačanih izbočina (bez dodirivanja). Tijelo, uzburkano u tekućini, smrvljeno je do koloidnih veličina udarcima lopatica o vodu. Najčešće se koristi električna metoda. Prvi ga je upotrijebio Bredig za pripremu sola plemenitih metala. Uranjajući elektrode raspršenog metala u vodu, između njih je propuštao voltaični luk. U isto vrijeme, oblaci raspršenih čestica koloidnih i većih veličina dižu se s katode. Zbog jakog zagrijavanja otopine mora se ohladiti. Očigledno, kako je i sam Bredig vjerovao, glavnu ulogu ovdje igraju toplinski procesi: isparavanje metala u voltaičkom luku praćeno kondenzacijom njegove pare u vodi. Da. u svom mehanizmu ova se metoda zapravo približava kondenzaciji. Svedberg je znatno poboljšao metodu raspršivanja električnom iskrom, Ch. arr. korištenjem oscilatornog pražnjenja. Koristeći ga, uspio je pripraviti velik broj različitih sola, posebice organosola (na primjer, etherosola) alkalnih metala, čija je priprema bila vrlo teška. Disperzijske metode također uključuju metodu peptizacije (vidi dolje). Biokoloidi. Opisane metode omogućuju pripremu različitih umjetnih ili sintetskih spojeva.Opsežna i vrlo važna skupina prirodnih spojeva ponaša se potpuno drugačije.Ova skupina uključuje različite biokoloide-organske tvari tako složenog sastava da čak i njihove pojedinačne molekule ili ioni imaju dimenzije karakteristične za koloidne čestice i, kao rezultat, Ovo je koloidna svojstva. Biokoloidni soli se stoga pripremaju na potpuno isti način kao i konvencionalne kristaloidne otopine, tretiranjem s odgovarajućim otapalom. Najčešće je ovo otapalo voda. Gume, škrob, guma arabika, agar, tanin, želatina, albumin otapaju se u hladnoj ili vrućoj vodi, tvoreći hidrosole. U ostalim slučajevima potrebno je koristiti posebna otapala: amonijačnu otopinu bakrenog oksida ("Schweitzerov reagens") za celulozu, aceton, octenu kiselinu ili mješavinu alkohola i etera za nitrocelulozu, benzen ili ugljikov disulfid za gumu itd. Metode čišćenja K U većini slučajeva, konvencionalne metode kemijskog čišćenja nisu primjenjive na kemikalije. tvari. Samo nekoliko koloida (naime, neki biokoloidi) mogu se odvojiti jedan od drugoga i izolirati, zbog njihove nejednake topljivosti u određenim otapalima, frakcijskim taloženjem ili kristalizacijom. Mnogo češće je potrebno koristiti posebne koloidne metode. Temelje se na nemogućnosti koloidnih čestica da prodru kroz koloidne membrane propusne za kristaloide. Ako se takva membrana, s otopinom koju treba pročistiti iznutra, ispere izvana čistom destiliranom vodom, tada će kristaloidi sadržani u koloidnoj otopini difundirati u potonju kroz membranu. Promjenom vode nekoliko puta, možete dijaliza(vidi) postupno ukloniti iz koloidne otopine gotovo sve nečistoće sposobne za difuziju. Druga metoda čišćenja K. je ultrafiltracija. Otopina se filtrira pod b. ili visokog tlaka kroz koloidnu membranu koja se koristi kao filter. Odvajanje disperzijskog medija s nečistoćama otopljenim u njemu od koloidnih čestica također se može značajno ubrzati u ovom slučaju korištenjem mehaničkog filtra za potiskivanje tekućine kroz ultrafilter umjesto mehaničkog. pritisak elektroosmozom; Ova metoda se naziva elektroultrafiltracija. Optička svojstva. U propusnom svjetlu koloidne otopine često izgledaju potpuno prozirne i homogene, poput pravih otopina. Međutim, njihova heterogenost jasno se otkriva u reflektiranoj svjetlosti: kada se gledaju sa strane svjetlosti koja pada na njih, koloidne otopine izgledaju mutno i opalescentno. Optička heterogenost koloidnih otopina postaje još jasnija ako se na njih usmjeri jaka zraka svjetlosti (sunčeva zraka ili zraka električne lučne svjetiljke, koncentrirana sabirnom lećom) i promatra se tekućina sa strane: cijeli put zraka u koloidnoj otopini svijetli ravnomjernom opalescentnom svjetlošću. Faraday je prvi upotrijebio ovu tehniku ​​za otkrivanje sitnih čestica u mutnom okruženju. Po imenu Tyndall, koji je detaljno proučavao opisanu pojavu, ovaj se svjetleći stožac obično naziva Tyndallov stožac (vidi. Tyndallov fenomen). Sve koloidne otopine daju takvu opalescenciju, koja je jedna od njihovih najvažnijih razlika, znak njihove optičke heterogenosti. Boja koloidnih otopina također u mnogim slučajevima ovisi o raspršenju svjetlosti njihovim česticama. Postoji prirodni odnos koji je proučavao Ch. arr. Rayleigh, između veličine raspršenih čestica i boje svjetlosti koju one raspršuju. Ta se boja može nadograditi na vlastitu boju stanice, što ovisi o njezinoj apsorpciji određenog dijela spektra. Primjer takve pojave su koloidne otopine mastika, žute ili smeđe u propuštenoj svjetlosti, plavkaste u reflektiranoj svjetlosti. Ovakvo obojenje, uočljivo u nekim slučajevima kod nevodiča, najjasnije se očituje i doseže poseban intenzitet u koloidnim metalima. Ovisi o optičkim svojstvima metala, o veličini njegovih čestica i gl. arr. iz njihove kombinacije u veće agregate. Posebno jak utjecaj ima stupanj disperzije, s promjenom u kojoj se boja pravilno mijenja. Koloidne otopine zlata, npr. Kako se veličina njegovih čestica mijenja, kroz njih prolazi cijeli niz različitih boja. Zsigmondy je uspio pripremiti posebno potpunu seriju svojih otopina sa stupnjem disperzije koji je ravnomjerno varirao unutar ogromnih granica. Grubo disperzno zlato daje otopini plavu ili ljubičastu boju, dok visoko disperzno zlato daje čistu i jarko crvenu boju (to je isto podrijetlo boje zlata "rubinsko staklo"). S daljnjim smanjenjem veličine čestica i približavanjem molekularnoj disperziji, postiže se smeđa ili žuta boja, karakteristična za prave otopine soli zlata. Različite koloidne otopine srebra imaju ne manje raznolike boje (crvena, smeđa, ljubičasta, zelena, crna). Za predodžbu o njihovom intenzitetu dovoljno je istaknuti da je smeđa boja koloidnog srebra jasno vidljiva u sloju 1 cm sa sadržajem od 1 dijela srebra na 5 milijuna dijelova vode. Veličina koloidnih čestica. Ultramikroskop se temelji na raspršenju svjetlosti sitnim česticama, pri čemu jaki koncentrirani snop svjetlosti osvjetljava otopinu koja se proučava sa strane i prolazi kroz nju bez ulaska u leću mikroskopa. U vidnom polju mikroskopa opaža se tako. Tyndallov stožac. U žarišnoj točki gdje se zrake skupljaju, maksimalni intenzitet osvjetljenja čini vidljivim najmanje submikrone. U imerzijskom ultramikroskopu, pomoću ove metode pokazalo se da je moguće promatrati najmanje podmikroskopske čestice, veličine svega nekoliko. šoping centar Submikroni se u ultramikroskopu pojavljuju kao svjetleće točke koje ne daju pojma o svom obliku ili pravoj veličini. Da bi se odredio potonji, broji se broj pojedinačnih čestica koje se nalaze u određenom, izuzetno malom volumenu tekućine. Poznavajući ukupnu količinu raspršene tvari i njezinu specifičnu težinu, lako je pronaći masu jedne čestice i njezin promjer (pod pretpostavkom jednostavnosti da ima približno sferni oblik). Osim ove optičke metode, postoje mehaničke tehnike koje omogućuju određivanje veličine koloidnih čestica. Za to se koristi gore navedena metoda ultrafiltracije. Ultrafilteri nisu uvijek nepropusni za sve koloidne tvari. Bechhold je prvi pokazao da je korištenjem niza ultrafiltara s različitim, sukcesivno promjenjivim veličinama pora, moguće provesti frakcijsku ultrafiltraciju: odvojiti neke stanice od drugih. Ultrafilter, koji zadržava određenu česticu, ne propušta sve one koje imaju veće čestice. Nakon kalibracije niza ultrafiltara (na primjer, korištenjem koloidnih otopina s poznatim veličinama čestica), moguće je odrediti veličinu čestica u koloidnoj otopini koja se proučava na temelju sposobnosti potonjeg da prođe kroz određene ultrafiltere. Nadalje, o veličini čestica može se suditi prema brzini njihova pada. Prema Stokesovoj formuli, brzina kojom sferno tijelo (prilično male veličine) pada u tekućinu proporcionalna je kvadratu njegova promjera. Stoga se veličina čestice može odrediti brzinom njezina pada (pod uvjetom da su poznati specifična težina padajućeg tijela i tekućine, kao i viskoznost potonje). Ova metoda nije izravno primjenjiva na čestice koloidne veličine, budući da je njihova brzina taloženja previše zanemariva. Međutim, koristeći umjesto sile ča- | kositar ima vrlo značajnu središnju bjelinu. silu, moguće je ubrzati sedimentaciju K. i učiniti ga dostupnim mjerenju. Ova metoda se naziva "ultracentrifugiranje". Navedene metode izravnog brojanja koloidnih čestica i njihovog mehaničkog odvajanja filtracijom ili centrifugiranjem bitno se ne razlikuju od sličnih metoda koje se primjenjuju na grublje mikroskope. suspenzije. Međutim, uz to, metode koje se koriste za mjerenje molekulske mase u otopinama kristaloida koriste se i za mjerenje veličine koloidnih čestica. Ultramikroskop je činio čestice koloidnih otopina (“submikrone”) vidljivima i time kao da je produbio razliku između njih i optički netopljivih kristaloidnih otopina. No, istodobno je omogućio proširenje pojmova molekularne kinetike na koloidne otopine, pa čak i na grublje suspenzije i otkrio potpunu analogiju između ponašanja različitih raspršenih čestica i molekula. Ova najvažnija generalizacija rezultat je proučavanja Brownovo gibanje (cm.). Kao što su studije Einsteina, Smoluchowskog, Perrina i drugih pokazale (Einstein, Smoluchowski, Perrin), to predstavlja pravo molekularno kretanje, tim brže što se promjer čestica približava veličini molekule. Istraživanje Brownovog gibanja koloidnih čestica pokazalo je da njihova kinetička energija ne ovisi o njihovoj veličini i da je jednaka kinetičkoj energiji molekula u pravim otopinama (pri istoj t°). Stoga je osmotski tlak K. proporcionalan koncentraciji koloidnih čestica. Poznavajući ukupnu težinu otopljenog ugljika i njegovu gustoću, moguće je odrediti njihovu veličinu prema broju čestica. Međutim, mjerenje osmotskog tlaka K. predstavlja značajne poteškoće i ne može se uvijek izvršiti s dovoljnom točnošću. Za razliku od kinetičke energije, brzina difuzije opada s povećanjem veličine koloidnih čestica i predstavlja daljnji put za određivanje potonjih. Oblik i struktura koloidnih čestica. Pri izračunavanju promjera koloidne čestice obično joj se pridavao sferni oblik. Prihvaćeno je da su, za razliku od kristalnih tijela, kristalne čestice amorfne i pod utjecajem površinskih sila poprimaju sferni oblik koji odgovara minimalnoj slobodnoj površini. Nageli je prvi put iznio stav da je koloidna čestica, odnosno micelij, najmanja ultramikroskopska čestica. kristal. Nägeli je objasnio kristalna svojstva, posebice dvolomnost, koja se nalaze u mnogim organskim tvarima i životnim strukturama činjenicom da su te tvari izgrađene od sitnih čestica nevidljivih pod mikroskopom (u modernoj terminologiji, "submikrona"), kristalnih micela. Ove micele igraju istu ulogu u koloidnim sustavima kao molekule u pravim otopinama. Za razliku od molekularnih otopina, koloidni sustavi su, prema Nägelijevom izrazu, “micelarne otopine”. Međusobno se povezujući, micele mogu zadržati strogu, pravilnu orijentaciju i prerasti u prave kristale ili u organska vlakna koja imaju određena kristalna svojstva. Brzim povezivanjem često srastaju u kaotične, nepravilne, često stablo razgranate komplekse, čineći npr. baza gela. Unatoč primarnoj kristalnoj strukturi, u ovom slučaju ispadaju izvana amorfni. Nägelijeva stajališta, koja u početku nisu dobila priznanje, zatim su oživjeli Weimarn, Ambronn, Scherrer. Kristalna priroda mnogih, iako još uvijek ne svih, koloidnih submikrona dokazana je raznim metodama. Amorfizam se ne smatra karakterističnijim obilježjem koloidnog stanja, a micelij predstavlja temeljni pojam u suvremenom shvaćanju strukture koloida.Ne zadržavajući se ovdje detaljnije na kristalnoj strukturi micelija, treba istaknuti da u vrlo u mnogim slučajevima se zapravo može otkriti. Trenutno je najpouzdanija metoda za proučavanje strukture kristala rendgenska difrakcija. Kristale karakterizira pravilan raspored atoma ili iona, čvrsto fiksiranih na jednakim udaljenostima jedan od drugog. Pravilni geometrijski oblik kristala je vanjski izraz ove prostorne kristalne rešetke atoma. Uzrokuje difrakciju X-zraka koje padaju na kristal. zraka, baš kao što se difrakcijski spektar vidljive svjetlosti dobiva korištenjem grubljih umjetnih difrakcijskih ponovnih snimaka. Suprotno staroj ideji o amorfnoj prirodi kristala, pomoću ove metode (koju je razvio glavni znanstvenik Scherrer), kristalna struktura čestica vrlo mnogo kristala (na primjer, koloidno zlato, srebro i mnogi drugi) je sa sigurnošću utvrđeno. Uz to, neki K. zapravo se sastoje od amorfnih čestica. Kristalnu rešetku mora pratiti vanjski kristalni oblik. Može se jasno otkriti u onim slučajevima kada oštro odstupa od sfere: naime, kada je jedna od kristalnih osi snažno razvijena ili, naprotiv, vrlo skraćena u usporedbi s druge dvije. U prvom slučaju koloidna čestica ima štapićast oblik, u drugom slučaju ima lamelarni oblik. Ako se pod utjecajem neke vanjske sile nalaze s uzdužnim osima međusobno paralelnim, tada se njihov oblik može odrediti fenomenom polarizacije svjetlosti koju proizvodi takva otopina. Dobiva se, na primjer, slična paralelna orijentacija kristalnih čestica. u tekućoj tekućini zbog trenja koje nastaje pri gibanju.Promjene u stupnju disperznosti koje se često javljaju u koloidnim otopinama dovode do različitih karakteristika strukture koloidnih čestica. Kako kristal raste, njegov oblik ostaje nepromijenjen; na isti način, kada se kapljice emulzije spoje, one ponovno tvore iste kuglaste kapljice. Naprotiv, kada se stupanj disperzije koloidne otopine smanji, što se događa spajanjem njezinih čestica, one dolaze u dodir samo s nekoliko svojih točaka i daju rastresiti, pahuljasti spoj. Stoga od primarnih koloida modernih čestica, o čijem smo obliku i strukturi već govorili, treba razlikovati sekundarne čestice nastale flokulentnom kombinacijom dviju ili više primarnih. Za sekundarne koloidne čestice Zsigmondy je predložio naziv polioni, za primarne - monomoni ili protoni (potonji naziv se ne može zadržati, jer služi za označavanje jedinice pozitivnog elektriciteta - atomske jezgre N; v. Vodikovi ioni). Kombinacija primarnih čestica u sekundarne često je popraćena oštrom promjenom boje. Dobro poznati primjer takve promjene boje je hidrosol zlata. Koloidni procesi. Ako je u doktrini strukture uspostavljena sve potpunija analogija između koloidnih sustava i kristaloidnih otopina, tada je ostala duboka razlika u prirodi sila koje u njima djeluju i procesa koji se u njima odvijaju. Kao što je poznato, između blisko susjednih molekula nastaju značajne privlačne sile koje brzo opadaju s udaljenošću. Međusobno se uravnotežujući u sredini molekularnih nakupina, pojavljuju se na njihovoj površini u obliku površinske napetosti. Umjesto osmotskog tlaka, koji predstavlja glavnu vrstu mehaničke energije u pravim otopinama, kod koloidne raspodjele tvari ova površinska energija postaje osobito važna, izravno ovisna o veličini graničnih površina, a time i o stupnju disperzije tvari. koloida, o veličini njegovih čestica. Ne manje važna je razlika graničnih potencijala, električni naboj na površini koloidnih čestica. Energija koloidnog sustava (prvenstveno površinska energija) stoga se pokazuje kao funkcija stupnja disperzije koloida. Kao rezultat toga, razne energetske promjene u koloidnim sustavima (osobito promjene električnog naboja) imaju za neposredni rezultat brze promjene njihove disperznosti, spajanje malih koloidnih čestica u veće agregate ili, naprotiv, raspad potonjih (peptizacija ). U ovim karakterističnim koloidnim procesima, lakoća promjene stupnja disperzije leži u njihovoj glavnoj razlici od stabilne molekularne distribucije tzv. istinska rješenja. Ideju o prevladavajućem utjecaju površinskih, kapilarnih (i elektrokapilarnih) sila razvio je u svom najekstremnijem obliku Freundlich, koji je svu koloidnu kemiju tumačio kao "kapilarnu kemiju". Ideja o njihovoj ovisnosti o kapilarnim silama i neprimjenjivosti općih kemijskih zakona na njih proširena je na čisto kemijske procese koji se odvijaju u koloidnim sustavima. Umjesto kombiniranja reaktanata u jednostavnim ekvivalentnim omjerima, adsorpcijski spojevi, kvantitativno izraženi Freundlichovom adsorpcijskom izotermom, smatrani su karakterističnim za koloide. Na svojstva koloida posebno snažno utječu utjecaji koji mijenjaju njihovu hidrofilnost i afinitet između koloida i otapala. Proučavanje značajki koloidnog kemijskog djelovanja elektrolita uglavnom je povezano s imenom Hofmeister (vidi. komorski činovi).-Potpuno suprotan stav zauzela je druga skupina istraživača, među kojima prije svega treba spomenuti Paulija. Prema tim istraživačima, kada se eliminiraju brojni izvori pogrešaka, koji u mnogim slučajevima zamagljuju sliku, opća kemija sasvim je primjenjiva na koloidne sustave, posebice na praktički najvažnije od njih, otopine proteina. zakoni. U kemijskom pogledu između njih i kristaloida nema temeljne suprotnosti, kao što je nema ni u pogledu drugih svojstava. Loeb je bio posebno dosljedan tom stajalištu. Teorijski temelj za potpuno novo tumačenje koloidnih procesa bio je Loebov Donnanov princip, koji uspostavlja poseban oblik ravnoteže iona s obje strane membrane nepropusne za jedan od njih (vidi. Donnanova ravnoteža). Brojna koloidna svojstva i koloidni procesi (osmotski tlak, bubrenje, viskoznost, njihova ovisnost o elektrolitima itd.) mogu se izravno izvesti iz nemogućnosti koloidnih iona da prodru kroz koloidne membrane i gelove. Koloidna svojstva se nalaze kada postoji barijera koja zadržava određeni (koloidni) ion, ali je propusna za druge prisutne ione. Samo u takvim uvjetima otopina se ponaša kao koloid. U tom smislu Loeb čak i ne govori o "koloidnom stanju", već o "koloidnom ponašanju" proteinskih otopina. Električno punjenje. Primjena električnih sila na koloidne otopine pokazuje da koloidne čestice nose pozitivne ili negativne naboje i stoga se kreću u električnom polju (vidi sl. Kataforeza). Elektrokinetički fenomeni omogućuju proučavanje svojstava ovog naboja i određivanje njegove veličine. Uzrok optužbe ne može se smatrati definitivno razjašnjenim; Očito nije u svim slučajevima isto. Često naboj ovisi o kemikaliji. prirodu koloidne čestice. Tvari koje su po prirodi kisele, npr. tanin, mastiks, kremen, dobivaju negativan naboj u čistoj vodi; bazične tvari kao što su metalni hidroksidi (željezo, aluminij i dr.) su pozitivni. Očito, unatoč naizgled potpunoj netopljivosti ovih tvari, mala količina vodikovih ili hidroksilnih iona odlazi u otopinu, ostavljajući naboj suprotnog predznaka na koloidnoj čestici. U većini slučajeva ono što je najvažnije jest adsorpcija(vidi) elektroliti prisutni u otopini na površini koloidne čestice: jače adsorbirani ion daje joj svoj predznak naboja. Najveću aktivnost u tom smislu pokazuju, s jedne strane, viševalentni kationi teških metala, as druge, pojedini viševalentni anioni. Na kraju treba spomenuti Coehnovo pravilo, prema kojem ako se koloidni sustav sastoji od dva nevodiča, tada tvar s velikom dielektričnom konstantom dobiva pozitivan naboj (vidi sl. dielektrici). Budući da voda ima vrlo visoku dielektričnu konstantu, veću od većine njih, potonji (u nedostatku prva dva uzroka naboja) dobivaju negativan naboj u čistoj vodi. Zbog električne neutralnosti otopine kao cjeline, naboj koloidne čestice je uravnotežen suprotnim nabojem susjednog sloja tekućine, a oba suprotna naboja tvore električni dupli sloj(cm.). Kemijski sastav koloidne čestice. Električni naboj, koji određuje mnoga svojstva stanice, ovisi o kemikaliji. sastav kako samog koloidnog micelija tako i okolne ("intermicelarne") tekućine. Međutim, uobičajena oznaka K. još ne daje dovoljnu ideju o njegovoj kemiji. sastav. Npr. kada se govori o pepelu arsen sulfida ili željeznog hidroksida, tada te tvari stvarno čine glavni, kvantitativno pretežni dio micelija. Međutim, potonji sadrži, uz njih, malu primjesu elektrolita, čiji sastav i koncentracija ovise o načinu pripreme (ili daljnje obrade) koloida. Ti elektroliti, često adsorbirani u malim količinama na površini koloidna čestica, predstavljaju njezin aktivni dio, što određuje niz njezinih najvažnijih svojstava. Zsigmondy je predložio, kada se označava K., da se kvadratnim okvirom zaokruži formula mase koloidne tvari (utvrđene uobičajenom kemijskom analizom njezinog taloga), stavljajući aktivni, ionski dio micelija izvan ovog okvira. Dakle, s gore opisanim metodama za pripremu sola arsenovog sulfida, aktivni dio je smjesa vodikovog sulfida, čija djelomična disocijacija (na HS" i H") daje negativan naboj K. Bez fiksiranja kvantitativnog odnosa između As 2 S 3 i H 2 S (koji može varirati u vrlo širokim granicama), za odgovarajući K. dobiva se formula: |As 2 S:i | HS" + H". Slično, micela željezovog hidroksida ima sastav jFe(OH) 3 l Fe""" + ZSG. Kao što pokazuju gornje formule, micela se ne shvaća samo kao glavnina koloidne čestice zajedno s ionima koje ona adsorbira, već i ioni suprotnog predznaka koji tvore vanjsku oblogu dvostrukog sloja . Za samo jednu nabijenu koloidnu česticu bez suprotno susjednih nabijenih iona, francuski autori koriste naziv "granula". Granula je predstavljena kao 0ts gigantski koloidni ion. Pauli je predložio da se suprotni kristaloidni ioni u otopini nazovu "protuionima" (Gegenionen). Kristalne nečistoće vezane koloidnim česticama trebale bi biti u adsorpcijskoj ravnoteži s koncentracijom istih tvari u okolnoj tekućini. Stoga, koliko god ta koncentracija bila mala u pažljivo dijaliziranim solima, ipak ne može biti jednaka nuli. Dakle, intermicelarni tekućina sadrži, barem u vrlo niskoj koncentraciji, iste elektrolite koji čine aktivni dio micelija, nikada nije čista VODA Faktori stabilnosti K. Mikroskop. suspenzije, na primjer suspenzija crvenih krvnih stanica u krvi taloži se značajnom brzinom. Ali kako se veličina čestica smanjuje, brzina njihova pada naglo se smanjuje. Za čestice koloidnih veličina zanemarivo je, a otopina može zadržati b. ili m. jednolika raspodjela. Ovo je također olakšano Brownovim gibanjem, koje miješa submikroskopske čestice na isti način na koji molekularno kretanje miješa molekule prave otopine. Međutim, brojni utjecaji mogu uzrokovati iznimno brz, gotovo trenutačni gubitak kalcija iz otopine. Njihov učinak svodi se na to da uzrokuju aglutinaciju koloidnih čestica, spajajući ih u veće agregate. Neizbježan rezultat takvog povećanja suspendiranih čestica je njihovo brzo taloženje. Dakle, svi čimbenici koji sprječavaju spajanje koloidnih čestica održavaju stabilnost koloidne otopine. Takav faktor stabilizacije je prvenstveno električni naboj. Elektrostatske sile odbijanja sprječavaju spajanje jednako nabijenih čestica. Niz studija pokazalo je da bi granični potencijal koloidnih čestica trebao pasti ispod poznate granice. n. kritični potencijal koji omogućuje koagulaciju K. Kada se naboj smanji ispod ove kritične vrijednosti, čestice u Brownovom gibanju mogu se međusobno kombinirati nakon sudara. Međutim, u početku, očito samo mali postotak sudara (najsnažniji ili središnji udari) dovodi do povezivanja. S daljnjim smanjenjem graničnog potencijala, ovaj postotak (a s njim i brzina koagulacije) brzo raste, približavajući se konstantnoj granici. Potonje se postiže kada svaki sraz koloidnih čestica završi njihovim spajanjem. Zbog tog stabilizirajućeg utjecaja električnog naboja, promjene njegovog predznaka ili veličine odlučujuće utječu na mnoge koloidne procese. Kao što je gore spomenuto, elektrolit adsorbiran od strane koloidne čestice predstavlja aktivni dio micele, prenoseći joj električnu energiju. naboj i trajnost koja ga određuje. Ako se dugotrajnom dijalizom K. oslobodi stabilizirajućeg elektrolita, postaje izrazito nestabilan i često spontano koagulira. Još je lakše izazvati koagulaciju dodavanjem elektrolita, iz kojeg K. adsorbira suprotno nabijen ion, neutralizirajući vlastitu električnu energiju. naplatiti. Nastali talog može se vratiti natrag u otopinu ako se izloži elektrolitu, čiji se jedan od iona snažno adsorbira i ponovno nabije koloidne čestice. Sličan učinak često može proizvesti čak i isti elektrolit koji je uzrokovao taloženje. Njegovi prvi dijelovi neutraliziraju naboj koloidne čestice i stoga imaju koagulirajući učinak; sljedeći uzrokuju pojavu novog naboja (suprotnog predznaka) i kao rezultat se otapaju. Ovo otapanje koloidnog taloga tretiranjem stabilizirajućim elektrolitom naziva se "peptizacija". Peptizacija je jedna od najvažnijih disperzijskih metoda za pripravu koloidnih otopina.- Dok je za stabilizaciju hidrofobne (ili liofobne) K. od odlučujuće važnosti električni naboj, za hidrofilnu K. dodaje se još jedan, ne manje važan faktor. utjecaj naboja. Taj faktor je sama hidrofilnost otopine, afinitet između otopine i otapala, tj. isti faktor koji određuje stabilnost pravih otopina. Za taloženje hidrofilnih koloida, u koje spada većina biokoloida, potrebno je eliminirati oba faktora stabilnosti - hidrofilnost i naboj. Hidrofilnost proteinskih otopina može se eliminirati i reverzibilnim uklanjanjem vode (na primjer, djelovanjem alkohola) i kao rezultat ireverzibilnih kemijskih reakcija. promjene (vidi Denaturacija). U oba slučaja tada se provodi taloženje elektrolitima na isti način kao i kod hidrofobnih spojeva.Utjecaj iona na hidrofilnost spojeva posebno je izražen kod tzv. Komornički činovi(cm.). Za stabilizirajući učinak određenih koloida na otopine drugih koloida, vidi Zaštitno djelovanje. Biološko značenje eK.. Mora se reći da dok su osnovni principi proučavanja strukture koloidnih sustava sada čvrsto utvrđeni, mehanizam najvažnijih koloidnih procesa ostaje vrlo kontroverzan. Odnos između koloidne kemije i opće kemije, uloga adsorpcije i kemije, značenje kapilarnih sila i Donneovog principa - sva su ta pitanja i dalje predmetom ne samo eksperimentalnih istraživanja, već i žestokih teoretskih rasprava. Nagli razvoj koloidne kemije, koja se u kratkom vremenu pretvorila u samostalnu opsežnu znanstvenu disciplinu, objašnjen je u pogl. slika. interes koji predstavlja za biol. Sci. Živi organizam sastoji se od koloidnih tvari, a proučavanje koloidnog supstrata života predstavlja neophodnu osnovu za razumijevanje životnih pojava. Research Physiol. akcije ioni(vidi), kao i većina drugih fiziol. sredstava, pokazuje da se potpuno podudara s utjecajem istih utjecaja na biokoloide. To određuje ogroman interes koji kemija stječe za razumijevanje procesa koji se odvijaju u živom organizmu. Brojne složene biol. Problemi se mogu proučavati pomoću jednostavnih koloidnih modela, te ne čudi da je niz biologa ne samo koristio rezultate koloidne kemije u svom radu, već je aktivno sudjelovao u razvoju ove znanosti. Lit.: Alexander D., Koloidna kemija, Lenjingrad, 1926.; Andrejev II., Uvod u koloidnu kemiju, Moskva, 1924.; B e i l i V., Koloidno stanje u medicini i fiziologiji, M.-L., 1925.; Handovsky H., Osnovni pojmovi koloidne kemije, Berlin, 1925.; G a t h e k E., Uvod u fiziku i kemiju koloida, M.-L., 1927.; Duclos J., Koloidi, M., 1924.; Joël E. (.Toyo1E.), Klinička koloidna kemija, Berlin, 1923.; Kurbatov V., Kemija koloida i želea, L., 1925.; Mikh ae-l i s L., Radionica fizikalne kemije, L., 1925.; Naumov V., Koloidna kemija, Lenjingrad, 1926.; Ostwald V., Kratki praktični vodič za koloidnu kemiju, L., 1925.; Pauli V., Proteini i koloidi, M.-L., 1928.; Peskov N., Koloidi, Ivanovo-Voznesensk, 1925; P e sh l V., Uvod u koloidnu kemiju, Odesa, 1912.; Przheborov-s k i y Ya., Uvod u fizičku i koloidnu kemiju, M.-L., 1928; Svedberg T., Stvaranje koloida, Lenjingrad, 1927.; S h a d e G., Fizikalna kemija u internoj medicini, Lenjingrad, 193 0 (njemački izdavač-Dresden-Lpz., 1923.); Alexander J., Koloidna kemija, v. Ja-teorija a. metode, v. II-Biologija a. medicine, N. Y., 1926-28; Bechhold H., Die Colloid in Biologie und Medizin, Dresden-Lpz., 1929.; Freundlich H., Kapillarchemie, Dresden, 1923.; aka, Kolloidchemie u. Biologie, Dresden-Lpz., 1924. (Ruska naklada - Lenjingrad, 1925.); o n e, Grundzuge der Kolloidlehre, Lpz., 1924.; aka, Fortschritte der Kolloidchemie, Dresden-Lpz., 1927.; H e i 1 b r u n n L., Koloidna kemija protoplazme, Berlin, 1928.; Kolloidforschungen in Einzeldarstellungen, hrsg. v. R. Zsigmondy, Lpz., od 1926.; Lepeschkin W., Kolloidchemie des Protoplasmas, V., 1924.; L i e s e-gang R., Biologische Kolloidchemie, Dresden-Lpz., 1928.; Loeb J., Protein i teorija koloidnog ponašanja, 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, Dresden, 1909.; Zsigmondy R., Kolloidchemie, T. 1-2, Lpz., 1925-27 (lit.). Periodična publikacija - Kolloid-Zeitschrift, Dresden-Lpz., od 1906. (do 1913. - pod imenom Zeitschrift f. Chemie u. Industrie der Kolloide; od 1910. daje prilog - Kolloidchemische Beihefte). Rubinstein.

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja jednostavno je. Koristite obrazac u nastavku

Studenti, diplomanti, mladi znanstvenici koji koriste bazu znanja u svom studiju i radu bit će vam vrlo zahvalni.

Objavljeno na http://www.allbest.ru/

Državna proračunska obrazovna ustanova grada

Gimnazije br.1518

Svojstva i primjena koloidnih sustava

Izvršio: Nazarova D.V.

Učenik 9.-1.r

Znanstveni savjetnik:

učitelj Belousova M.N.

Moskva - 2014

Uvod

1. Vrste koloidnih otopina

1.1 Metode dobivanja

1.2 Osnovna svojstva koloida

1.3 Metode pročišćavanja: a) dijaliza b) ultrafiltracija

1.4 Primjena

2. Praktični dio

Zaključak

Književnost

Prijave

Uvod

Čiste tvari su vrlo rijetke u prirodi. Koloidni sustavi zauzimaju srednji položaj između grubih sustava i pravih otopina. Rasprostranjene su u prirodi.

Globalna uloga koloida u prirodnoj znanosti leži u činjenici da su oni glavne komponente takvih bioloških formacija kao što su živi organizmi. Cijelo naše tijelo sastoji se od koloidnih sustava. Postoji cijela znanost - koloidna kemija. Preda mnom se odmah postavilo pitanje: zašto priroda preferira koloidno stanje?

U tom smislu proizlaze sljedeći ciljevi i ciljevi:

Svrha rada: saznati što su koloidni sustavi i koja svojstva imaju.

Ciljevi: 1. Provesti eksperimentalne pokuse za proučavanje svojstava koloidnih otopina.

2. Odgovorite na pitanje: zašto priroda preferira koloidno stanje.

1. Vrstekoloidne otopine

Pojam "koloid" uveo je 1861. engleski kemičar Thomas Graham. U svojim pokusima primijetio je da se otopine želatine, škroba i drugih tvari sličnih ljepilu po nizu svojstava vrlo razlikuju od otopina anorganskih soli i kiselina. Ime dolazi od grčkog prefiksa "kolo" - ljepilo. Ispravno je govoriti ne o koloidnim tvarima, već o koloidnim sustavima. Ovaj pojam uveo je ruski znanstvenik P.P. Weimarn 1908. godine. Na slikama se mogu vidjeti razni koloidni sustavi.

Čestice koloidnih veličina mogu imati različite unutarnje strukture. Postoji nekoliko glavnih vrsta koloidnih sustava:

1) dim je stabilan raspršeni sustav koji se sastoji od malih krutih čestica suspendiranih u plinovima. Dim je aerosol veličine čvrstih čestica od 10?7 do 10?5 m. Za razliku od prašine, grublje raspršenog sustava, čestice dima praktički se ne talože pod utjecajem gravitacije.

2) aerosol - raspršeni sustav koji se sastoji od malih čestica suspendiranih u plinovitom okruženju, obično u zraku. Aerosoli čiju disperznu fazu čine kapljice tekućine nazivamo maglama, a kod čvrstih čestica, ako se ne talože, govorimo o dimu (slobodno dispergirani aerosoli) ili prašini (grubo dispergirani aerosoli).

3) emulzija - disperzni sustav koji se sastoji od mikroskopskih kapljica tekućine (disperzne faze) raspoređenih u drugoj tekućini. Najčešći predstavnik ove vrste koloidnog sustava je mlijeko.

4) pjenasto - disperzni sustavi s plinovitom disperznom fazom i tekućim ili krutim disperzijskim medijem.

5) gel - sustavi koji se sastoje od visokomolekularnih i niskomolekularnih tvari. Zbog prisutnosti trodimenzionalnog polimernog okvira (mrežice), gelovi imaju neka od mehaničkih svojstava čvrstih tvari (nedostatak fluidnosti, sposobnost zadržavanja oblika, čvrstoća i sposobnost deformiranja (plastičnost i elastičnost).

6) suspenzija je grubo disperzni sustav s čvrstom disperznom fazom i tekućim disperzijskim medijem.

Evo nekoliko primjera koloidnih sustava (Sl. 1-8).

1. 1 Priznanicakoloidi

Po stupnju disperzije koloidni sustavi zauzimaju srednji položaj između molekularnih i grubo disperznih sustava. Ovo određuje dva moguća načina za njihovo dobivanje:

1) Disperzijske metode

2) Metode kondenzacije.

Metode disperzije:

Disperzijske metode temelje se na usitnjavanju krutih tvari u čestice koloidne veličine i na taj način stvaranju koloidnih otopina. Proces dispergiranja provodi se različitim metodama: mehaničkim mljevenjem tvari u tzv. koloidni mlinovi, elektrolučno raspršivanje metala, usitnjavanje tvari ultrazvukom.

Metode kondenzacije:

Tvar koja je u molekularno raspršenom stanju može se prevesti u koloidno stanje zamjenom jednog otapala drugim – tzv. metoda zamjene otapala. Primjer je proizvodnja sola kolofonija, koji je netopljiv u vodi, ali vrlo topiv u etanolu. Postupnim dodavanjem alkoholne otopine kolofonije u vodu, topljivost kolofonija naglo opada, što rezultira stvaranjem koloidne otopine kolofonija u vodi. Hidrosol sumpora može se pripraviti na sličan način.

1. 2 Osnovna svojstvaDoaloidi

Glavna značajka koloidnih čestica je njihova mala veličina od 1 do 100 nm.

Koloidne čestice ne ometaju prolaz svjetlosti.

Čestice koloidnih sustava ne precipitiraju zbog Brownovog gibanja.

U prozirnim koloidima uočava se raspršenje svjetlosnog snopa (Tyndallov efekt).

Raspršene čestice se ne talože

1. 3 Metodepročišćavanje koloida

Postoje tri glavne metode za pročišćavanje koloida.

1) Dijaliza. Najjednostavniji uređaj za dijalizu - dijalizator - je vrećica s polunepropusnom membranom (kolodijem) u koju se stavlja dijalizirana tekućina. Vrećica se spusti u posudu s otapalom (vodom). Promjenom otapala možete postići gotovo potpuno pročišćavanje od neželjenih nečistoća. Stopa dijalize je obično izuzetno niska. Ubrzavaju proces dijalize povećavajući površinu membrane i temperaturu, kontinuirano mijenjajući otapalo. Materijal koji prolazi kroz membranu naziva se dijalizat.

2) Ultrafiltracija - filtriranje koloidnih otopina kroz polupropusnu membranu koja propušta disperzni medij s nečistoćama i zadržava čestice disperzne faze ili makromolekula. Kako bi se ubrzao proces ultrafiltracije, provodi se s razlikom tlaka s obje strane membrane: pod vakuumom ili visokim tlakom.

Ultrafiltracija nije ništa drugo nego dijaliza koja se izvodi pod pritiskom.

1. 4 Primjena

Koloidni sustavi su široko rasprostranjeni u prirodi: tlo, glina, prirodne vode, mnogi minerali, drago kamenje. Biološke tekućine: krv, plazma, limfa, cerebrospinalna tekućina, jezgrin sok, citoplazma. S kemijskog gledišta, tijelo kao cjelina skup je mnogih koloidnih sustava. Sastav svakog živog organizma uključuje čvrste, tekuće i plinovite tvari koje su u složenom odnosu s okolinom. Citoplazma stanica ima svojstva karakteristična za tekuće i želatinozne tvari.

Koloidni sustavi od velike su važnosti ne samo za biologiju, već i za medicinu, kozmetologiju i prehrambenu industriju.

Svojstva koloida moraju se uzeti u obzir pri njihovoj uporabi, npr. fenomen sinereze (spontano smanjenje volumena gela, praćeno odvajanjem tekućine) određuje rok trajanja prehrambenih, medicinskih i kozmetičkih tvari: gelova , masti, marmelada, žele od mesa, žele. Za toplokrvne životinje vrlo je važna biološka sinereza koja prati zgrušavanje krvi. Pod utjecajem čimbenika, topljivi krvni protein fibrinogen pretvara se u netopljivi fibrin, čiji ugrušak začepljuje ranu. Ako je ovaj proces težak, onda govore o mogućnosti da se osoba razboli od hemofilije.

Metode pročišćavanja koloida koriste i ljudi, npr. princip kompenzacijske dijalize (princip metode je da se u dijalizatoru umjesto čistog otapala koriste otopine određenih niskomolekularnih tvari različitih koncentracija.) korišten je za stvaranje uređaja nazvanog "umjetni bubreg". Uz njegovu pomoć možete očistiti krv pacijenta od raznih metaboličkih proizvoda, privremeno zamijeniti funkciju bolesnog bubrega za indikacije kao što je akutno zatajenje bubrega, na primjer kao posljedica trovanja.

Koloidna kemija ima veliku ulogu u razvoju učinkovitih metoda zaštite okoliša. Jedan od glavnih problema u ovom području je pročišćavanje vode od raznih zagađivača. Tipičan primjer je onečišćenje akumulacija i rijeka proteinskim tvarima sadržanim u otpadnim vodama poduzeća prehrambene industrije.

Posebno učinkovito čišćenje postiže se pjenama koje imaju određena koloidna kemijska svojstva. Drugi primjer je onečišćenje vodene površine naftom tijekom nesreća tankera. Uljna mrlja može se proširiti na vrlo velike udaljenosti od mjesta nesreće. Zakoni koloidne kemije i površinski fenomeni dopuštaju nam da preporučimo moguće metode za blokiranje širenja ulja i njegovog skupljanja.

koloidna biološka medicina kozmetologija

2. Praktični dio

Tijekom svog rada proveo sam sljedeće eksperimente:

1. Priprema koloidnih sustava.

A) KMnO2+Na2S2O3=

B) AgNO3 + KI = AgI + KNO3

2. Opis rada

3. Tyndallov učinak

U pokusima smo koristili prozirne posude - staklene cilindre, čaše i svjetiljku koja proizvodi usmjereni snop svjetlosti (džepna svjetiljka).

Zaključak

Kao rezultat proučavanja literature i provođenja praktičnih eksperimenata, mogu pretpostaviti da priroda daje prednost koloidnom stanju jer:

Tvar u koloidnom stanju ima veliku granicu između faza. A to potiče bolji metabolizam.

Biološka sinereza (spontano smanjenje volumena gela praćeno odvajanjem tekućine) ima važnu ulogu u procesu zgrušavanja krvi.

Fenomen koagulacije (sljepljivanje koloidnih čestica) pri promjeni kiselo-bazne sredine je osnova probave.

Cijela priroda - životinjski i biljni organizmi, hidrosfera i atmosfera, zemljina kora i podzemlje - složena je zbirka mnogih različitih i različitih vrsta grubih i koloidnih raspršenih sustava. Raspršeno stanje je prilično univerzalno i pod odgovarajućim uvjetima u njega može prijeći svako tijelo.

U praktičnom dijelu izveli smo pokuse kako bismo se upoznali s Tyndallovim efektom

Koloidi bogati proteinima vezivnog tkiva (aminokiseline prolin i glicin) čine kožu, mišiće, nokte, kosu, krvne žile, pluća, cijeli gastrointestinalni trakt i još mnogo toga bez čega je život nezamisliv.

Primjena koloida sve se više koristi u medicinskoj praksi.

Od upotrebe jednostavnih koloidnih sola za lokalnu ljekovitu terapiju i primjene aluminijevih i magnezijevih soli za smanjenje kiselosti želuca, do upotrebe aluminijevog hidroksida kao stabilizatora i nosača ljekovitih tvari.

Poznavanje koloidne kemije je potrebno i traženo u našem vremenu, što potvrđujem i mojim riječima.

Književnost

1. Sade G., Fizikalna kemija u internoj medicini, L., 1930

2. Pasynsky A.G., Koloidna kemija, 3. izdanje, M., 1968.

3. G.E. Rudzitis. Kemija 11. razred. M., Obrazovanje, 2009

4. L.M. Pustovalova, I.E. Nikanorova. Kemija, Knorus.

5. Fizikalna koloidna kemija. Udžbenik za višu školu. M., Obrazovanje, 1988

6. Web stranica s koloidnim formulama

Primjena

Primjerikoloidnisustava

Riža. 1. Hrana

Riža. 2. Ulje

Riža. 3. Koloidno srebro

Riža. 4. Gelovi za brijanje

Riža. 5. Magla

Riža. 6. Izrezani dijamant

Riža. 7. Krv

Krv je tipičan primjer tjelesnog tkiva, gdje se neki koloidi nalaze unutar drugih. V.A. Isaev definira krv kao dispergirani sustav u kojem su formirani elementi - eritrociti, trombociti, leukociti faza, a plazma disperzni medij.

Objavljeno na Allbest.ru

...

Slični dokumenti

Koloidna kemija kao znanost koja proučava fizikalno-kemijska svojstva heterogenih, visoko disperznih sustava i visokomolekularnih spojeva. Proizvodnja i metode pročišćavanja koloidnih otopina. Primjena gelova u prehrambenoj industriji, kozmetici i medicini.

prezentacija, dodano 26.01.2015


Klasifikacija disperznih sustava. Glavni čimbenici stabilnosti koloidnih otopina. Metode njihove pripreme (disperzija, kondenzacija) i pročišćavanja (dijaliza, ultrafiltracija). Micelarna teorija strukture koloidnih čestica. Koagulacija mješavinama elektrolita.

prezentacija, dodano 28.11.2013


Bit i značajke koloidnih sustava. Osnovna svojstva i struktura otopina ove vrste. Karakteristike Tyndallovog efekta. Razlike između hidrosola i organosola. Metode stvaranja koloidnih sustava, svojstva, područje primjene.

prezentacija, dodano 22.05.2014


Metode za proizvodnju koloidnih sustava; faktori koji utječu na brzinu pojedinih faza procesa, pravila koagulacije. Astabilizacijski učinak niskomolekularnih nečistoća u koloidnim otopinama, metode za njihovo uklanjanje: dijaliza, elektrodijaliza i ultrafiltracija.

prezentacija, dodano 17.09.2013


Pojam koloidnog sustava. Koloidna kemija. Razvijanje predodžbi o koloidnim sustavima, njihovim vrstama i svojstvima. Liofobni soli. Liofilni koloidi i područja primjene koloida. Koloidno-kemijska fiziologija čovjeka, stanica i tkiva tijela.

sažetak, dodan 28.06.2008


Hitozan: struktura, fizikalno-kemijska svojstva, mljevenje, skladištenje i proizvodnja. Primjena u medicini, analitičkoj kemiji, papirnoj i prehrambenoj industriji, kozmetologiji. Obilježja kemijskog sastava ljuske, organoleptička svojstva.

praktični rad, dodano 17.02.2009


Prve praktične informacije o koloidima. Svojstva heterogenih smjesa. Odnos između površine koloidne čestice i volumena koloidne čestice. Osobitost disperznih sustava. Značajke koloidnih otopina. Klasifikacija disperznih sustava.

prezentacija, dodano 17.08.2015


Značajke dobivanja koloidnih sustava. Teorijska analiza procesa nastajanja kvarcnih stakala sol-gel metodom. Priprava solkoloidnih sustava “hibridnom” metodom. Karakteristike svojstava kvantnih stakala aktiviranih ionima europija.

kolegij, dodan 14.02.2010


Pojam i kemijski sastav agar-agara, metode i metode njegove pripreme, njihove usporedne karakteristike, glavne faze, procjena prednosti i nedostataka. Značajke i pravci upotrebe agar-agara i agaroze u industriji i medicini.

sažetak, dodan 06.10.2014


Benzojeva kiselina C6H5COOH je najjednostavnija monobazična karboksilna kiselina aromatskog niza: povijest; fizikalna svojstva i metode proizvodnje; laboratorijska sinteza; primjena u kalorimetriji, prehrambenoj industriji, medicini; utjecaj na zdravlje.