Koloidné väzby. Koloidné roztoky – nové slovo v medicíne

Častice koloidných veľkostí môžu mať rôznu vnútornú štruktúru, čo výrazne ovplyvňuje ako spôsoby získavania koloidných roztokov, tak aj ich vlastnosti. Existujú nasledujúce tri typy vnútornej štruktúry primárnych častíc koloidných veľkostí.

Typ I - suspenzoidy (alebo ireverzibilné koloidy, lyofóbne koloidy). Toto je názov pre koloidné roztoky kovov, ich oxidov, hydroxidov, sulfidov a iných solí. Primárne častice dispergovanej fázy koloidných roztokov týchto látok sa svojou vnútornou štruktúrou nelíšia od štruktúry zodpovedajúcej kompaktnej látky a majú molekulovú alebo iónovú kryštálovú mriežku. Suspenzoidy sú typické heterogénne vysoko disperzné systémy, ktorých vlastnosti určuje veľmi vysoko vyvinutý medzifázový povrch. Od suspenzií sa líšia vyššou disperziou. Nazývali sa suspenzie, pretože, podobne ako suspenzie, v neprítomnosti stabilizátora disperzie nemôžu existovať dlhú dobu. Nazývajú sa ireverzibilné, pretože zrazeniny zostávajúce počas odparovania takýchto koloidných roztokov po kontakte s disperzným médiom opäť netvoria sól. Nazývali sa lyofóbne (grécky „lios“ - kvapalina, „phobio“ - nenávisť) na základe predpokladu, že špeciálne vlastnosti koloidných roztokov tohto typu sú spôsobené veľmi slabou interakciou dispergovanej fázy a disperzného média. Koncentrácia lyofóbnych sólov je nízka, zvyčajne menej ako 0,1 %. Viskozita takýchto sólov sa mierne líši od viskozity disperzného média.

Typ II - asociatívne alebo micelárne koloidy. Nazývajú sa tiež semikoloidy. Koloidné častice tohto typu vznikajú pri dostatočnej koncentrácii amfifilných molekúl nízkomolekulárnych látok ich asociáciou do agregátov molekúl - miciel - guľovitého alebo lamelárneho tvaru (obr. 10.4)

Molekulárny, pravý roztok - Micelárny koloidný roztok (sol).

Micely sú zhluky pravidelne usporiadaných molekúl držaných pohromade predovšetkým disperznými silami.

Tvorba miciel je typická pre vodné roztoky detergentov (napríklad mydiel - alkalických solí vyšších mastných kyselín) a niektorých organických farbív s veľkými molekulami. V iných médiách, napríklad v etylalkohole, sa tieto látky rozpúšťajú za vzniku molekulárnych roztokov.

Typ III - molekulárne koloidy. Nazývajú sa tiež reverzibilné alebo lyofilné (z gréckeho „filio“ - láska) koloidy. Patria sem prírodné a syntetické vysokomolekulárne látky s molekulovou hmotnosťou od desaťtisíc do niekoľkých miliónov. Molekuly týchto látok majú veľkosť koloidných častíc, preto sa takéto molekuly nazývajú makromolekuly.

Zriedené roztoky vysokomolekulových zlúčenín sú pravé, homogénne roztoky, ktoré po zriedení na limit spĺňajú všeobecné zákony zriedených roztokov. Roztoky zlúčenín s vysokou molekulovou hmotnosťou možno pripraviť aj s vysokým obsahom hmotnostným - až desať percent alebo viac. Molárna koncentrácia takýchto roztokov je však nízka v dôsledku vysokej molekulovej hmotnosti rozpustenej látky. 10% roztok látky s molekulovou hmotnosťou 100 000 je teda len približne 0,0011 M roztok

Rozpúšťanie makromolekulárnych koloidov prechádza štádiom napučiavania, čo je charakteristický kvalitatívny znak látok tohto typu. Pri napučiavaní molekuly rozpúšťadla prenikajú do pevného polyméru a odtláčajú makromolekuly od seba. Posledne menované vďaka svojej veľkej veľkosti pomaly difundujú do roztoku, čo sa navonok prejavuje zväčšením objemu polyméru. Napučiavanie môže byť neobmedzené, keď jeho konečným výsledkom je prechod polyméru do roztoku, a obmedzené, ak napučiavanie nedosiahne rozpustenie polyméru. Polyméry so špeciálnou, „trojrozmernou“ štruktúrou, vyznačujúce sa tým, že atómy celej látky sú spojené valenčnými väzbami, zvyčajne obmedzene napučiavajú. Chemická modifikácia polymérov „zosieťovaním“ ich makromolekúl za účelom zníženia napučiavania polyméru je dôležitou etapou pri výrobe mnohých materiálov (činenie surovej kože, vulkanizácia gumy pri jej premene na gumu).

Termín „koloidy“, čo znamená „podobný lepidlu“ (z gréckeho „colla“ - lepidlo, „eidos“ - druh), vznikol v roku 1861 Γ..; keď T. Graham použil na separáciu látok dialýzu (obr. 10.5).

Dialyzačná metóda je založená na nerovnakej schopnosti zložiek roztokov difúzie cez tenké filmy - membrány (z celofánu, pergamenu, nitrocelulózy, acetátu celulózy). Táto metóda je široko používaná na čistenie koloidných roztokov a roztokov zlúčenín s vysokou molekulovou hmotnosťou. Látky, ktoré neprenikajú membránami počas dialýzy, sa nazývali koloidy. Akákoľvek látka za vhodných podmienok môže byť získaná v koloidnom stave (P.P. Weymarn, 1906).

V 30-40-tych rokoch 20. storočia bola objasnená chemická podstata primárnych častíc reverzibilných (lyofilných) koloidov, ktoré sa ukázali ako makromolekuly. V súvislosti s tým sa od koloidnej chémie oddelila nová chemická disciplína - fyzikálna chémia vysokomolekulových zlúčenín. Avšak z historických dôvodov, spoločné molekulárne kinetické vlastnosti lyofilných a lyofóbnych koloidov, častá tvorba heterogénnych štruktúr v molekulárnych koloidoch, ako aj existencia početných kompozícií zlúčenín s vysokou molekulovou hmotnosťou a vysoko disperzných systémov.

Potvrdenie

Lyofóbne sóly, ako disperzné systémy vo všeobecnosti, v súlade s ich strednou polohou medzi svetom molekúl a veľkými telesami, možno získať dvoma spôsobmi: metódami disperzie, t. j. mletím veľkých telies, a metódami kondenzácie molekulárnych teliesok. alebo iónovo rozpustené látky. Mletím drvením, mletím a obrusovaním vznikajú relatívne hrubé prášky (< 60 мкм). Более тонкого измельчения достигают с помо-щью специальных аппаратов, получивших название коллоидных мельниц, или применяя ультразвук.

Kondenzačná metóda pozostáva zo získania nerozpustných zlúčenín výmennými reakciami, hydrolýzou, redukciou a oxidáciou. Uskutočnením týchto reakcií vo vysoko zriedených roztokoch a v prítomnosti mierneho nadbytku jednej zo zložiek sa nezíska zrážanie, ale koloidné roztoky. Kondenzačné metódy zahŕňajú aj výrobu lyosólov nahradením rozpúšťadla. Napríklad koloidný roztok kolofónie možno získať naliatím jeho alkoholového roztoku do vody, v ktorej je kolofónia nerozpustná.

Ako bolo zistené skôr, čím vyššia je disperzia, tým väčšie je povrchové napätie, tým väčšia je tendencia spontánne znižovať disperziu. Preto na získanie stabilných, t.j. dlhotrvajúcich suspenzií; emulzií a koloidných roztokov je potrebné nielen dosiahnuť danú disperziu, ale aj vytvoriť podmienky na jej stabilizáciu. Vzhľadom na to sa stabilné disperzné systémy skladajú z najmenej troch zložiek: disperzného média, dispergovanej fázy a tretej zložky - stabilizátora

disperzný systém.

Stabilizátor môže byť iónového aj molekulárneho, často vysokomolekulárneho charakteru. Iónová stabilizácia sólov lyofóbnych koloidov je spojená s prítomnosťou nízkych koncentrácií elektrolytov, vytvárajúcich iónové hraničné vrstvy medzi dispergovanou fázou a disperzným prostredím.

Vysokomolekulárne zlúčeniny (proteíny, polyvinylalkohol a iné) pridávané na stabilizáciu dispergovaných systémov sa nazývajú ochranné koloidy. Adsorbované na fázovom rozhraní vytvárajú sieťové a gélovité štruktúry v povrchovej vrstve, čím vytvárajú štrukturálne-mechanickú bariéru, ktorá bráni zjednocovaniu častíc dispergovanej fázy. Pre stabilizáciu suspenzií, pást, pien a koncentrovaných emulzií je rozhodujúca štrukturálno-mechanická stabilizácia.

Na získanie roztokov molekulárnych koloidov stačí uviesť suchú látku do kontaktu s vhodným rozpúšťadlom. Nepolárne makromolekuly sa rozpúšťajú v uhľovodíkoch (napríklad kaučuky - v benzéne) a polárne makromolekuly - v polárnych rozpúšťadlách (napríklad niektoré proteíny - vo vode a vodných roztokoch solí). Látky tohto typu sa nazývajú reverzibilné koloidy, pretože po odparení ich roztokov a pridaní novej časti rozpúšťadla sa suchý zvyšok vráti späť do roztoku. Názov lyofilné koloidy vznikol z predpokladu (ako sa ukázalo – chybného), že silná interakcia s prostredím určuje ich odlišnosť od lyofóbnych koloidov.

Roztoky zlúčenín s vysokou molekulovou hmotnosťou majú významnú viskozitu, ktorá sa rýchlo zvyšuje so zvyšujúcou sa koncentráciou roztoku. Zvýšenie koncentrácie makromolekulárnych roztokov, pridanie látok, ktoré znižujú rozpustnosť polyméru a často aj zníženie teploty vedú ku gélovateniu, t. j. k premene vysoko viskózneho, ale tekutého roztoku na pevné želé, ktoré si zachováva jeho tvar. Roztoky polymérov s vysoko predĺženými makromolekulami gélujú pri nízkych koncentráciách roztoku. Želatína a agar-agar teda tvoria želé a gély v 0,2-0,1% roztokoch. Sušené želé sú schopné opäť napučať (výrazný rozdiel oproti gélom).

Tvorba želé je dôležitou etapou pri výrobe vláknitých materiálov z polymérnych roztokov. Vlastnosti roztokov vysokomolekulových zlúčenín s rastúcimi koncentráciami sa čoraz viac líšia od vlastností roztokov nízkomolekulových zlúčenín. K tomu dochádza v dôsledku vzájomného pôsobenia jednotlivých makromolekúl, čo vedie k tvorbe nadmolekulárnych štruktúr, ktoré majú veľký vplyv na kvalitu produktov (vlákna, hodvábne hmoty) vyrobených z polymérov.

Vysokomolekulárne zlúčeniny, podobne ako akékoľvek iné látky, možno za vhodných podmienok získať vo vysoko disperznom koloidnom stave. Takéto disperzie polymérov v kvapalinách, ktoré ich nerozpúšťajú, väčšinou vo vode, sa nazývajú latexy. Častice dispergovanej fázy latexov majú blízko κ sférické

tvar a veľkosť rádovo 10-100 nm.

Koagulácia

Potenciálna energia interakcie (E mv) medzi koloidnými časticami je algebraický súčet potenciálnej energie elektrostatického odpudzovania (Eot) a potenciálnej energie disperznej príťažlivosti (E pr) medzi nimi:

E mv = E pr + E od

Ak E z > E pr (v absolútnej hodnote), potom odpudzovanie prevláda nad príťažlivosťou a rozptýlený systém je stabilný. Ak E od< 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.

Toto je podstata teórie elektrickej stabilizácie a koagulácie disperzných systémov od Deryagina, Landaua, Verweyho a Overbecka (teória DLVO).

Obr.1. Potenciálna energia interakcie medzi dvoma rovnako nabitými časticami: 1- elektrické odpudzovanie (E od); 2 - disperzná príťažlivosť (E P p); 3 - výsledná interakčná energia (E mv); 4 - to isté, ale so strmším poklesom krivky 1; r - vzdialenosť medzi časticami; Emax je potenciálna bariéra pre interakciu dispergovaných častíc.

Ha obr. Obrázok 1 ukazuje závislosti hodnôt E on a E pr od vzdialenosti medzi koloidnými časticami. Ako je možné vidieť, výsledná interakčná energia (krivka 3 na obr. 10.17) vedie k príťažlivosti κ (E mv< 0) на очень малых и отталкиванию (Е мв >0) vo veľkých vzdialenostiach medzi časticami. Rozhodujúci význam pre stabilitu rozptýlených systémov má hodnota potenciálnej bariéry odpudzovania (E max), ktorá zase závisí od priebehu kriviek E from a E pr. Pri veľkých hodnotách tejto bariéry, koloidný systém je stabilný. Adhézia koloidných častíc je možná len vtedy, keď sú dostatočne blízko. To si vyžaduje prekonať potenciálnu bariéru odpudzovania. Pri niektorých malých kladných hodnotách E max (krivka 3) ju dokáže prekonať len niekoľko koloidných častíc s dostatočne vysokou kinetickou energiou. Tomu zodpovedá štádium pomalej koagulácie, kedy len malá časť zrážok koloidných častíc vedie k ich adhézii. Pri pomalej koagulácii dochádza v priebehu času k miernemu poklesu celkového počtu koloidných častíc v dôsledku tvorby agregátov 2-3 primárnych častíc, ale koagulum nevypadáva.Takáto koagulácia, ktorá nie je sprevádzaná viditeľnou zmenou v koloidnom roztoku sa nazýva latentná koagulácia. S ďalším poklesom potenciálnej bariéry sa rýchlosť koagulácie, charakterizovaná zmenou počtu častíc za jednotku času, zvyšuje. Nakoniec, ak sa potenciálna bariéra presunie z oblasti odpudzovania do oblasti príťažlivosti (krivka 4 na obr. 1) dochádza k rýchlej koagulácii; kolízia koloidných častíc vedie k ich adhézii; v koloidnom roztoku vzniká zrazenina - koagulum zjavná koagulácia.

Potenciálna bariéra odpudzovania (Emax) vzniká ako výsledok súčtu síl odpudzovania a príťažlivosti pôsobiacich medzi koloidnými časticami. Preto všetky faktory ovplyvňujúce priebeh kriviek 1 a 2 (obr. 1) vedú k zmene oboch hodnôt E max; tam a polohu maxima (t. j. zodpovedajúcu vzdialenosť E max).

K výraznému poklesu Emax dochádza v dôsledku zmeny potenciálnej energie elektrostatického odpudzovania (t.j. priebehu krivky 1) spôsobenej pridaním elektrolytov do koloidného roztoku. So zvýšením koncentrácie akéhokoľvek elektrolytu dochádza k reštrukturalizácii elektrickej dvojvrstvy obklopujúcej koloidné častice: čoraz väčšia časť protiiónov sa vytláča z difúznej do adsorpčnej časti elektrickej dvojvrstvy. Hrúbka difúznej časti elektrickej dvojvrstvy (vrstva 4 na obr. 10.14) a s ňou aj celej elektrickej dvojvrstvy (vrstva 2 na obr. 10.14) klesá. Preto krivka potenciálnej energie elektrostatického odpudzovania klesá strmšie ako krivka znázornená na obr. 10,17 krivka 1. V dôsledku toho potenciálna bariéra odpudzovania (E max) klesá a posúva smerom k menšej vzdialenosti medzi koloidnými časticami. Keď sa elektrická dvojvrstva stlačí na hrúbku adsorpčnej vrstvy (vrstva 3 na obr. 10.14), potom sa celá krivka interakcie rozptýlených častíc objaví v oblasti príťažlivosti (krivka 4 na obr. 10.17) a rýchlo dochádza ku koagulácii. Toto meranie stability koloidného roztoku nastáva, keď sa pridá akýkoľvek elektrolyt.

Koagulačný účinok elektrolytov sa vyznačuje tým koagulačný prah, t.j. najnižšia koncentrácia elektrolytu, ktorá spôsobuje koaguláciu. V závislosti od povahy elektrolytu a koloidného roztoku sa prah koagulácie pohybuje od 10-5 do 0,1 mol na liter sólu. Najvýznamnejší vplyv na koagulačný prah má náboj koagulačný ión elektrolyt, t.j. ión, ktorého náboj je opačný v znamienku ako náboj koloidnej častice.

Gély

Rozptýlené systémy môžu byť voľne rozptýlené(obr. 10.2) a koherentne rozptýlené(Obr. 10.3, a-e) v závislosti od neprítomnosti alebo prítomnosti interakcie medzi časticami dispergovanej fázy. Voľne dispergované systémy zahŕňajú aerosóly, lyosoly, zriedené suspenzie a emulzie. Sú tekuté. V týchto systémoch častice dispergovanej fázy nemajú žiadne kontakty, zúčastňujú sa náhodného tepelného pohybu a voľne sa pohybujú pod vplyvom gravitácie. Súdržne rozptýlené systémy sú pevné; vznikajú, keď sa častice dispergovanej fázy dostanú do kontaktu, čo vedie k vytvoreniu štruktúry vo forme kostry alebo siete. Táto štruktúra obmedzuje tekutosť rozptýleného systému a dáva mu schopnosť zachovať si svoj tvar. Takéto štruktúrované koloidné systémy sa nazývajú gély. Prechod sólu na gél, ktorý nastáva v dôsledku zníženia stability sólu, je tzv. gélovatenie(alebo želatinizácia). Vysoko pretiahnutý a film-listový tvar dispergovaných častíc zvyšuje pravdepodobnosť kontaktu medzi nimi a podporuje tvorbu gélov pri nízkych koncentráciách dispergovanej fázy. Príklady kohéznych disperzných systémov sú prášky, koncentrované emulzie a suspenzie (pasty), peny. Koherentne rozptýleným systémom je aj pôda, ktorá vzniká kontaktom a zhutnením rozptýlených častíc pôdnych minerálov a humusových (organických) látok.

KOLOIDY(grécky: lepidlo kolla + pohľad na eidos; syn. koloidné systémy) - disperzné systémy s relatívne veľkými časticami v porovnaní s molekulami plynov a bežných kvapalín s polomerom 10 -9 - 10 -7 M, alebo 0,001 - 0,1 mikrónu. K. môžu byť koloidné roztoky nazývané soly (pozri), alebo želatínové (štruktúrované) systémy – gély (pozri) a želé. Roztoky proteínov, polysacharidov, nukleových kyselín a iných biologicky aktívnych látok sú K., spojené pod všeobecným názvom biokoloidy. Koloidné systémy tvoria základ, bez ktorého si nemožno predstaviť existenciu všetkých živých vecí.

K. sú v prírode rozšírené - tvoria organizmy rastlín, živočíchov a človeka, nachádzajú sa v atmosfére, oceánoch, pôde a niektorých mineráloch. S tvorbou a úpravou koloidných systémov je spojená výroba množstva liekov, ťažba a spracovanie mnohých nerastov, výroba potravín, odevov a obuvi, stavebných a iných materiálov. Znalosť vlastností vápnika je dôležitá pre pochopenie mnohých biochemických a biofyzikálnych procesov, vrátane tých, ktoré prebiehajú v ľudskom tele. Mnohé metódy vyvinuté na štúdium K. sa široko používajú pri riešení problémov, ktorým čelí medicína.

Tzv disperzoidy alebo micelárne látky, ktorých častice sú nerozpustné vo svojom okolitom prostredí, nazývanom disperzné médium, tvoria dispergovanú fázu. Micelárne častice sa tiež nazývajú lyofóbne, čím sa zdôrazňuje absencia priamej interakcie medzi substanciou častíc a disperzným médiom, ktoré ich obklopuje. Príklady micelárnych zlúčenín zahŕňajú sóly striebra používané v mede. sa používajú ako antiseptické činidlá pod názvami „collargol“ a „protargol“, v ktorých sú vo vodnom prostredí suspendované drobné čiastočky striebra - micel, z ktorých každá pozostáva z niekoľkých stoviek atómov.

Tzv molekulárne (makromolekulárne) koloidy sú roztoky (alebo želé) vysokomolekulárnych zlúčenín, hovoria. ktorých hmotnosť (hmotnosť) je viac ako 10 000. Sú to proteíny, nukleové kyseliny, polysacharidy, ako aj početné syntetické polyméry. Zriedené roztoky molekulového K. obsahujú častice, ktoré sú jednotlivé veľké (niekedy zvinuté do guľôčok – guľôčky) molekuly – makromolekuly; roztoky vyššej koncentrácie obsahujú tzv. roje alebo pridružené skupiny pozostávajúce z relatívne malého počtu makromolekúl. Molekulové molekuly sú spravidla jednofázové (homogénne) systémy, a preto na ne možno názvy „dispergovaná fáza“ a „disperzné médium“ použiť iba podmienečne. Predtým sa molekulárne zlúčeniny nazývali lyofilné, za predpokladu, že stupeň ich solvatácie (pozri) je veľmi vysoký (to znamená, že solvatačné obaly sú polymolekulové vrstvy rozpúšťadla), avšak merania stupňa solvatácie ukázali, že vysokomolekulárne zlúčeniny sú solvatované v rovnakom rozsahu ako zlúčeniny s nízkou molekulovou hmotnosťou. Pojmy „lyofóbny“ a „lyofilný“, zdôrazňujúce prítomnosť solvatácie molekulárnych molekúl a jej neprítomnosť v micelárnych bunkách, teda možno považovať za neúspešné, pretože niekedy dochádza k interakcii s molekulami disperzného média na povrchu micelárnych buniek. vo väčšej miere ako molekulový K.

Okrem opísaných dvoch typov koloidov existujú systémy nazývané semikoloidy alebo semikoloidy, v ktorých možno pozorovať rovnovážne prechody: skutočný roztok ⇄ sol ⇄ gél, t. j. za určitých podmienok predstavujú skutočné roztoky a za iných sóly, štruktúrované kvapaliny, gély. Tieto prechody môžu nastať reverzibilne pri zmenách teploty, koncentrácie, pH, iónovej sily roztoku (t.j. pri pridávaní elektrolytov). Príklady semikoloidov zahŕňajú roztoky mydiel a iných povrchovo aktívnych látok, taníny (taníny rastlinného pôvodu) a niektoré organické farbivá (benzopurpurín, geranín atď.). Najviac študované sú koloidné povrchovo aktívne látky (CSAS). Používajú sa ako emulgátory slabo rozpustných kvapalín vo vode, napríklad pri výrobe kozmetických a farmaceutických prípravkov, ako prostriedky uľahčujúce tvorbu disperzií určitých pevných látok, napríklad pri flotačnej koncentrácii rúd, na úpravu tkanín. v textilnom priemysle ako penotvorné činidlá v podmienkach hasenia požiaru a ako flokulanty na čistenie vody (pozri Flokulácia).

Existujú tieto typy povrchovo aktívnych látok: iónové (aniónové, katiónové, amfolytické), neiónové.

Aniónové tenzidy sú žlčové kyseliny (pozri) a ich soli - choláty, ktoré pôsobia ako emulgátory pri vstrebávaní tukov v črevách, soli (hlavne sodné) vyšších mastných kyselín - stearová, palmitová a pod., ktoré sa oddávna používajú ako mydlá (viď. ), sodné soli organických sulfónových kyselín - alkyl a alkylarylsulfonáty, ako aj soli kyslých esterov kyseliny sírovej a vyšších mastných alkoholov, ktoré patria medzi ekonomické a účinné detergenty (pozri).

Z katiónových povrchovo aktívnych látok sa najčastejšie používajú organické kvartérne amóniové soli, N-alkyl-substituovaný pyridín a iné deriváty, ktoré majú baktericídne vlastnosti; používajú sa v medicíne, ale aj v technike ako inhibítory kyslej korózie kovov.

Amfolytické povrchovo aktívne látky sú polypeptidy a do určitej miery aj proteíny (pozri).

Mnohé neiónové netoxické povrchovo aktívne látky sa používajú v potravinárskom priemysle (napríklad v pekárstve, cukrárstve, výrobe zmrzliny, margarínov) ako flokulanty, penidlá alebo emulgátory.

Najdôležitejšou charakteristikou semikoloidných roztokov je kritická koncentrácia tvorby miciel, t.j. minimálna koncentrácia rozpustenej látky (mol/l, %), pri ktorej je možné experimentálne detegovať koloidnú fázu. Tvorbu miciel v semikoloidných roztokoch možno pozorovať zvýšením intenzity rozptýleného svetla; hodnota kritickej koncentrácie sa určuje meraním zmeny povrchového napätia, elektrickej vodivosti a ďalších parametrov spojených so zmenami koncentrácie semikoloidu.

Veľká veľkosť miciel povrchovo aktívnych látok a ich špeciálna štruktúra vysvetľujú fenomén solubilizácie (pozri), hydrofóbnej väzby alebo koloidného rozpúšťania (zvyčajne vo vode, ak je v nej povrchovo aktívna látka) látok, ktoré sú bez nich prakticky nerozpustné vo vode.

Príprava roztokov molekulárnych zlúčenín z vysokomolekulových zlúčenín zvyčajne nepredstavuje žiadne ťažkosti, preto sa všetky uvažované spôsoby prípravy vzťahujú len na micelárne zlúčeniny.

Dispergované systémy, vrátane chemikálií, sa získavajú dvoma opačnými spôsobmi: 1) drvením alebo dispergovaním hrubých, relatívne veľkých častíc na menšie; sú to metódy disperzie (pozri), alebo disperzie; 2) agregáciou molekúl do väčších častíc (pozri Agregácia); Ide o kondenzačné metódy, ktoré sa nazývajú analogicky s kondenzačnými procesmi, ku ktorým dochádza napríklad vtedy, keď sa z pary tvoria kvapky hmly.

Disperzné metódy sa zvyčajne používajú na získanie hrubých systémov - disperzií, t.j. suspenzií, emulzií a práškov. V praxi ide o metódy mechanického a ultrazvukového mletia východiskových látok a pre aerosóly - ich rozprašovanie. Výrobu sólov elektrickým rozprašovaním vo voltaickom oblúku z kovových elektród umiestnených v disperznom prostredí možno považovať za disperziu len podmienečne, pretože pri vysokej teplote oblúka sa kov elektród najskôr vyparí a potom kondenzuje za vzniku koloidných častíc; súčasne môže dôjsť k oddeleniu častíc priamo z elektród a vstupujúcich do disperzného média. Peptizácia (pozri), t. j. tvorba sólov z gélov alebo voľných sedimentov pôsobením určitých látok - peptizérov, ktoré im adsorbované na povrchu koloidných častíc prepožičiavajú afinitu k disperznému médiu, tiež nemožno pripisovať iba disperzné metódy, pretože Pri peptizácii nedochádza k zmene stupňa disperzie častíc tvoriacich gél (alebo sedimentu), ale len k separácii existujúcich častíc.

Výber typu brúsenia pevných materiálov závisí od ich vlastností: krehké sú rozdrvené nárazom, viskózne - oterom. V guľových mlynoch - homogenizéroch (pozri Homogenáty) určitého typu - môžete získať častice s priemerom rádovo 2-3 mikróny, najmä ak sa používajú vibrácie. Jemnejšie brúsenie sa dosahuje pri tzv. koloidné mlyny, ktoré umožňujú získať suspenzie s priemernou veľkosťou častíc 1 mikrón (t.j. produkcia vápnika s ich pomocou ešte nebola dosiahnutá).

Ultrazvuková disperzia nastáva v dôsledku kavitačných ultrazvukových vĺn, ktoré ničia materiál. Stupeň rozptylu sa zvyšuje so zvyšujúcou sa frekvenciou ultrazvukových vibrácií. Aerosóly možno získať pomocou ultrazvuku rozprašovaním tekutín alebo kvapalných roztokov. V mede sa používa metóda, ktorá umožňuje získať K. s vysokou koncentráciou dispergovanej fázy. prax získavania aerosólov vodných roztokov antibiotík.

Striekanie roztoku stlačeným vzduchom pomocou rozprašovacej fľaše sa už dlho používa na výrobu aerosólov, a to aj v medicíne. Ak je sprejová fľaša pripojená k stĺpu elektrického napätia, potom sa v elektrickom poli získajú stabilnejšie aerosóly. Priemysel vyrába zariadenia na získavanie liečivých látok vo forme takýchto aerosólov.

Za disperziu sa niekedy považuje aj tvorba roztokov molekulového K. V tomto prípade však môže dochádzať k neobmedzenému napučiavaniu, ktoré končí rozpustením, nevzniká nová (dispergovaná) fáza, alebo sa tvoria napučané rôsoly, ktoré sú v rovnováhe s roztokom obsahujúcim frakcie vysokomolekulárnych zlúčenín s nižšou molekulovou hmotnosťou. Existujú roztoky K., v ktorých sa veľké molekuly vysokomolekulárnych zlúčenín nachádzajúce sa v „zlom rozpúšťadle“ zrolujú do hustej gule – guľôčky, ktorá má jasné rozhranie s prostredím; Takéto guľôčky sa nachádzajú v proteínových roztokoch. Mliečna šťava mnohých rastlín (napríklad kaučukovníkov), ako aj syntetické latexy, v ktorých sú valcované častice (zvyčajne väčšie ako koloidné) vo vodnom prostredí, sú podobné takýmto systémom a ich stabilita je určená špeciálna látka - stabilizátor.

Výroba disperzných systémov kondenzáciou sa môže uskutočniť samotnou kondenzáciou, odparením látky a následným vytvorením vhodných podmienok pre tvorbu malých častíc; zmena prostredia alebo iných podmienok na získanie kondenzovateľnej látky tak, že látka sa z rozpustnej stane nerozpustnou, napríklad zmena zloženia rozpúšťadla, zavedenie kvapaliny, ktorá nie je schopná danú látku rozpustiť; vykonávanie chemických reakcia sprevádzaná tvorbou ťažko rozpustných látok.

V prirodzených podmienkach vznikajú kondenzáciou vodnej pary v atmosfére hmly a oblaky, teda aerosóly. Podľa metódy kondenzácie vlastnej na výrobu lyofilných sólov (lyosolov), vyvinutej v ZSSR S. Z. Roginským a A. I. Shalnikovom, sa látky tvoriace dispergovanú fázu odparujú vo vákuu a pary kondenzujú na povrchu chladenom kvapalným vzduchom. .

Metóda náhrady rozpúšťadla je vhodná na prípravu mnohých lyosolov. Na získanie sólu sa látka rozpustí vo vhodnom rozpúšťadle a roztok sa naleje do veľkého objemu inej kvapaliny, ktorá látku nerozpúšťa, s ktorou sa donekonečna mieša prvé rozpúšťadlo. Najpoužívanejšie sú metódy, pri ktorých chemickou reakciou vzniká zle rozpustná látka. reakcia prebiehajúca v tej istej kvapaline, ktorá neskôr slúži ako disperzné médium. Takto sa pripravujú lyosoly kovov ako striebro a zlato.

Koloidné roztoky kovov v pevnom disperznom prostredí, napríklad v skle, sa nazývajú pyrosóly. Môžu mať rovnakú farbu ako lyosoly. Prvýkrát správne vysvetlenie povahy rubínových okuliarov, ktoré sú koloidnými roztokmi zlata v skle, podal M. V. Lomonosov.

Aby v systéme nastala kondenzácia danej látky, musí byť vzhľadom na túto látku presýtená, musia sa v nej vytvoriť podmienky pre vznik zárodkov novej fázy, napríklad kryštalizačné zárodky; látka tvoriaca dispergovanú fázu musí byť mierne rozpustná v okolitej kvapaline a nakoniec musia byť vytvorené podmienky, ktoré zabránia vzájomnému zhlukovaniu koloidných častíc. Pretože k tvorbe jadier a ich rastu zvyčajne dochádza súčasne, získajú sa polydisperzné sóly, t. j. sóly obsahujúce častice rôznych veľkostí. Monodisperzné sóly obsahujúce častice takmer rovnakej veľkosti sa získavajú pomocou špeciálnych metód. Napríklad na získanie monodisperzného sólu striebra (alebo zlata) si najskôr pripravte tzv. embryonálny, teda veľmi vysoko dispergovaný sól, a potom sa určité množstvo takéhoto sólu zavedie do roztoku soli daného kovu a uskutoční sa jeho redukcia. Veľkosť častíc výsledného monodisperzného sólu bude tým väčšia, čím menej zárodkov sa zavedie do roztoku pred jeho redukciou.

Na čistenie sólov od nízkomolekulových nečistôt, ich zahustenie, frakcionáciu koloidných častíc podľa veľkosti a nakoniec na oddelenie dispergovanej fázy od disperzného média sa často používajú metódy ultrafiltrácie (pozri) a dialýzy (pozri). Niektoré sóly, ktoré sú stabilné pri zvýšených teplotách, sa môžu koncentrovať odparením, iné čiastočným odstránením disperzného média ultrafiltráciou.

Mnohé C. sú pestrofarebné a ako všetky farebné systémy môžu absorbovať svetlo. Koloidy navyše rozptyľujú svetlo na ne dopadajúce a vďaka tomu lúč svetla prechádzajúci koloidným systémom kolmo na os pohľadu pozorovateľa vytvára svetelný kužeľ, nazývaný Faradayov-Tyndallov kužeľ.

Ako ukázal J. Rayleigh, pre guľovité častice, ktoré nevedú elektrický prúd, závisí intenzita rozptýleného svetla od veľkosti častíc dispergovanej fázy, ich koncentrácie, rozdielu indexov lomu dispergovanej fázy a rozptylu. stredné a obzvlášť silne na vlnovej dĺžke dopadajúceho svetla a Krátke vlny sú rozptýlené najintenzívnejšie. Sóly nezafarbených látok sa teda javia v odrazenom svetle modrasté a v prechádzajúcom svetle žltkasté, pretože modré lúče, ktoré majú kratšiu vlnovú dĺžku, sú časticami silnejšie rozptýlené. Tento farebný rozdiel pri skúmaní K. v prechádzajúcom a odrazenom svetle, spôsobený rozptylom svetla, sa nazýva opalescence (pozri). Molekulové makromolekuly v oveľa menšej miere rozptyľujú svetlo, ktoré cez ne prechádza, z tohto dôvodu nie je možné makromolekuly v ultramikroskope pozorovať vo forme jednotlivých častíc. K rozptylu svetla v takýchto roztokoch dochádza z rovnakého dôvodu ako v plynoch, kvapalinách a bežných roztokoch, kde molekuly v dôsledku chaotického pohybu vytvárajú mikro- a ultramikroregióny (fluktuácie) so zvýšenou koncentráciou molekúl. Tieto výkyvy existujú len počas veľmi krátkych časových období, neustále vznikajú a miznú. Rozptyl slnečného svetla v atmosfére v dôsledku kolísania molekúl plynu teda vysvetľuje modrú farbu oblohy; Rozptyl svetla v morskej vode určuje farbu mora. Merania intenzity rozptýleného svetla alebo jeho prevrátenej hodnoty - koeficient (t) - sa vykonávajú pomocou nefelometrov (pozri Nefelometria) alebo fotometrov (pozri Fotometria) a slúžia na stanovenie molekulovej hmotnosti (hmotnosti) uhlíka a ich koncentrácie v sóloch. .

Mnohé zlúčeniny majú vysokú kinetickú a nízku agregatívnu stabilitu. Pri pozorovaní koloidných roztokov ultramikroskopom je možné vidieť, že koloidné častice sú v stave intenzívneho a náhodného pohybu, ktorý sa nazýva Brownov pohyb. botanik R. Brown, ktorý prvýkrát pozoroval tento druh pohybu mikroskopických častíc peľu v roku 1827. Príčinou Brownovho pohybu je pohyb molekúl disperzného prostredia obklopujúceho koloidné častice.

Elektrická dvojitá vrstva je rozšírená v rôznych biochemických systémoch, najmä je prítomná na povrchu akejkoľvek biologickej membrány.

Stav koloidného roztoku, v ktorom je ξ-potenciál koloidných častíc rovný nule, sa nazýva izoelektrický. V tomto stave sú koloidné roztoky menej stabilné a spravidla podliehajú koagulácii.

Koloidy zvyčajne časom menia svoje vlastnosti a procesy, ktoré pri tomto procese prebiehajú, sa spájajú pod všeobecným názvom koloidné starnutie.V sóloch ušľachtilých kovov sa teda starnutie prejavuje zväčšovaním častíc ich agregáciou alebo rekryštalizáciou, ktorá môže vedú k zmene množstva vlastností koloidných roztokov: farba , ξ-potenciál atď. V molekulárnych koloidoch a semikoloidoch sa časom najcharakteristickejšie stávajú zmeny viskozity koloidných roztokov (η); Starnutím sa najčastejšie zvyšuje hodnota η, čo môže viesť k tvorbe gélu alebo želé. Tento proces sa nazýva želatinizácia alebo želatinácia a vysvetľuje sa tvorbou viac či menej pevných väzieb medzi koloidnými časticami. V priebehu starnutia dochádza k zvýšeniu hodnoty η. arr. kvôli tzv štruktúrna viskozita (pozri Viskozita). Napríklad takáto viskozita sa objavuje v roztokoch škrobu a želatíny, krvnej plazme, protoplazme, synoviálnych tekutinách a kremíkových sóloch. Štrukturálna viskozita vzniká vzájomným pôsobením koloidných častíc, čo je badateľné najmä v systémoch s relatívne vysokou koncentráciou obsahujúcich anizodiametrické častice (tuhé alebo ohybné tyče, závity, platne); jednotlivé oblasti povrchu takýchto častíc môžu byť v rôznej miere chránené pred lepením. Takto vznikajú agregáty častíc, medzi ktorými môže byť uzavretá stacionárna (imobilizovaná) kvapalina. Pri nízkych rýchlostiach prúdenia a slabej adhézii častíc majú ich agregáty čas na zotavenie a viskozita spôsobená adhéziou častíc je zachovaná. Pri vysokých prietokoch sa väzby medzi časticami tvoriacimi štruktúru prerušia a objem imobilizovanej kvapaliny medzi nimi a viskozita sa znížia. Ak je počet spojení medzi časticami veľký, prúdenie už nie je možné a takýto štruktúrovaný systém sa správa ako tuhá látka - gél alebo želé. Starnutie môže pokračovať ďalej a gél, ktorý sa postupne stáva hustejším, zmenšuje svoj objem, zvyčajne si zachováva svoj pôvodný tvar a uvoľňuje časť tekutiny (disperzné médium). Opísaný jav sa nazýva syneréza. Podobný obraz starnutia možno pozorovať v hydrosóloch mnohých vo vode nerozpustných hydroxidov kovov - železa, hliníka, chrómu atď., ako aj v kremíkových sóloch a niektorých polokoloidoch, napríklad v roztokoch a želé farbiva geranín. Starnutie môže byť nezvratné, ak je proces sprevádzaný chemickými reakciami. transformácie, reverzibilné alebo napokon čiastočne reverzibilné. Javy sprevádzajúce formovanie a starnutie K. , študovali pomocou elektrónovej mikroskopie V. A. Kargin a Z. Ya. Berestneva, ktorí zistili, že v prvej fáze tvorby sú koloidné micelárne častice amorfné agregáty a až po určitom čase počas procesu starnutia prechádzajú do kryštalického stavu.

Niektoré gély či želé vplyvom mechanického pôsobenia (pretrepávanie, miešanie a pod.) skvapalnia, no po určitom čase (v pokojnom stave) tekutiny z nich získané samovoľne gélujú. Tento jav sa nazýva tixotropia (pozri).

Starnutie je nezvratné, ak sa medzi časticami vytvoria väzby v dôsledku ich chemických vlastností. interakcia alebo fúzia kryštálov. Napríklad štruktúry vzniknuté pri zrážaní krvi alebo pri tuhnutí cementov, kedy dochádza k rekryštalizácii, sú nevratné.

Starnutie je často reverzibilný proces pre telesá (napríklad vytvorené vysokomolekulové zlúčeniny), ktoré sú schopné napučiavať (pozri), teda absorbovať kvapalinu, paru alebo plyn, niekedy sprevádzané výrazným zväčšením objemu K.

Koloidné systémy sú v prírode rozšírené a hrajú dôležitú úlohu v ľudskom živote už od objavenia sa ľudí.

Štúdiom vlastností zmesí voda - chlorid strieborný, voda - síra, voda - pruská modrá atď., taliansky vedec F. Selmi (1845) zistil, že za určitých podmienok tvoria systémy, ktoré sú na pohľad homogénne, podobné roztokom. Tieto systémy však na rozdiel od vodných roztokov chloridu sodného, ​​síranu meďnatého a iných látok ľahko rozpustných vo vode nevznikajú spontánne. F. Selmi navrhol nazývať takéto systémy pseudoriešeniami.

T. Graham (1861) pri štúdiu takýchto systémov zistil, že niektoré látky (hydroxid draselný, síran draselný, síran horečnatý, sacharóza atď.) majú vysokú rýchlosť difúzie a schopnosť prechádzať cez rastlinné a živočíšne membrány, zatiaľ čo iné (bielkoviny dextrín,

želatína, karamel atď.) sa vyznačujú nízkou rýchlosťou difúzie a nedostatočnou schopnosťou prechádzať cez membrány.

Prvá skupina látok pomerne ľahko kryštalizuje, zatiaľ čo druhá po odstránení rozpúšťadla vytvára hmoty podobné lepidlu. Ozval sa prvý T. Graham kryštaloidy a druhý - koloidy(z gréckeho "κολλά" - lepidlo, "λεδεσ" - pohľad). Kryštaloidy tvoria pravé roztoky, zatiaľ čo koloidy tvoria sóly (koloidné roztoky).

V roku 1899 ruský vedec I.G.Borshchov navrhol, že mnohé látky schopné tvoriť koloidné roztoky majú kryštalickú štruktúru, a preto by sme nemali hovoriť o špeciálnych koloidných látkach, ale o koloidnom stave.

Začiatkom minulého storočia profesor petrohradského banského inštitútu P. P. Weimarn experimentálne dokázal, že delenie na koloidy a kryštaloidy je veľmi ľubovoľné. Typické kryštaloidy NaCl, KΙ atď. môžu tvoriť koloidné roztoky vo vhodných rozpúšťadlách, napríklad koloidný roztok NaCl v benzéne.

Nakoniec sa dokázalo, že tá istá látka v rovnakom rozpúšťadle sa v závislosti od množstva podmienok môže prejaviť ako koloid aj ako kryštaloid. Bolo navrhnuté nazývať takéto látky semikoloidy. Osobitným prípadom disperzných systémov sú koloidné roztoky (koloidné systémy).

Disperzný systém je systém pozostávajúci z dispergovanej fázy - súboru rozdrvených častíc a kontinuálneho disperzného média, v ktorom sú tieto častice suspendované.

Na charakterizáciu fragmentácie dispergovanej fázy použite stupeň disperzie 8, ktorý sa meria ako prevrátená hodnota stredného priemeru častíc c1

Vyššie diskutované riešenia sú systémy, v ktorých sa rozpustená látka rozkladá na jednotlivé molekuly a ióny. Neexistuje žiadna hranica (rozhranie) medzi rozpustenou látkou a rozpúšťadlom a roztok je jednofázový systém, pretože koncept povrchu nie je použiteľný pre jednotlivé atómy, molekuly a ióny. V kvapalnom médiu môžu byť agregáty látok pozostávajúce z veľkého počtu molekúl a iónov. Častice s priemerom rádovo 1 mikrón (10-6 m) vykazujú obvyklé vlastnosti danej látky. V prípade tuhej látky sú to kryštály a v prípade kvapaliny sú to malé kvapôčky. Častice tejto veľkosti obsahujú milióny štruktúrnych jednotiek. Keď sa v dôsledku chemických reakcií vytvoria v roztoku, rýchlo sa usadia na dne nádoby.

Látky nadobúdajú špeciálne vlastnosti, ak majú častice veľkosť 10 -9 -10 -7 m (1 - 100 nm). Systémy pozostávajúce z častíc tejto veľkosti

opatrenie sa nazýva koloidne rozptýlené. Celková plocha systému pozostávajúceho z častíc tejto veľkosti dosahuje nezvyčajne veľkú hodnotu. Napríklad 1 g látky s veľkosťou častíc K) -8 m bude mať povrch rádovo niekoľko stoviek metrov štvorcových.

Na základe stupňa disperzie sa rozlišujú dve skupiny systémov: hrubo disperzné a koloidne dispergované.

Systémy s veľkosťou častíc menšou ako 10 -9 m sa niekedy nesprávne nazývajú iónovo-molekulárne disperzné systémy. Týmto systémom chýba hlavná charakteristická vlastnosť rozptýlených systémov – heterogenita. Preto sú takéto systémy homogénne a nazývajú sa skutočnými riešeniami.

V závislosti od stavu agregácie dispergovanej fázy a disperzného prostredia sa rozlišuje osem typov koloidných systémov (tab. 23.2).

Treba poznamenať, že koloidné systémy tvorené plynmi za normálnych podmienok neexistujú, pretože plyny sa navzájom neobmedzene miešajú.

Tabuľka 23.2

Klasifikácia koloidných systémov podľa stavu agregácie fáz

Agregátne štát	Typ systému	Súhrnný stav dispergovanej fázy	Podmienené označenie	názov
	Aerosól
		Kvapalina
		Pevné
Kvapalina
		Kvapalina		Emulzoid
		Pevné		Závesný
Pevné	Solidozol			Pevná pena
		Kvapalina
				emulzoid
		Pevné		Bez názvu

Spôsoby získavania a čistenia koloidných systémov. Na získanie koloidných roztokov je potrebné: ​​1) dosiahnuť koloidný stupeň disperzie; 2) výber disperzného média, v ktorom je látka dispergovanej fázy nerozpustná; 3) vyberte tretiu zložku - stabilizátor, ktorý dodáva koloidnému systému stabilitu.

Kovy, zle rozpustné oxidy, hydroxidy, kyseliny a soli môžu vo vode vytvárať koloidné roztoky. Ako stabilizátory sa používajú látky, ktoré bránia agregácii (spájaniu) koloidných častíc na väčšie a ich zrážaniu.

Podľa spôsobu dosiahnutia koloidného stupňa disperzie sa rozlišujú metódy (obr. 23.22):

• - disperzné (z lat. "sPare^ge" - drviť) - získavanie častíc dispergovanej fázy drvením väčších častíc;
• - kondenzácia (z lat. - zväčšiť) - získanie častíc dispergovanej fázy spájaním atómov, molekúl, iónov.

Ryža. 23.22.

Koloidné roztoky získané jednou z uvažovaných metód obsahujú nečistoty rozpustených nízkomolekulových látok a hrubé častice, ktorých prítomnosť môže negatívne ovplyvniť vlastnosti sólov a znížiť ich stabilitu. Na čistenie koloidných roztokov od nečistôt sa používa filtrácia, dialýza, elektrodialýza a ultrafiltrácia.

Filtrácia je založená na schopnosti koloidných častíc prechádzať cez póry bežných filtrov. V tomto prípade sú zachytené väčšie častice. Filtrácia sa používa na čistenie koloidných roztokov od nečistôt hrubých častíc.

Dialýza je odstránenie skutočne rozpustených zlúčenín s nízkou molekulovou hmotnosťou z koloidných roztokov pomocou membrán. V tomto prípade sa využíva vlastnosť membrán umožniť prechod molekúl a iónov normálnych veľkostí. Všetky dialyzátory sú postavené podľa všeobecného princípu: dialyzovaná kvapalina je vo vnútornej nádobe, v ktorej je oddelená od rozpúšťadla membránou (obr. 23.23). Rýchlosť dialýzy sa zvyšuje so zväčšovaním povrchu membrány, jej pórovitosti a veľkosti pórov, so zvyšovaním teploty, intenzitou miešania, rýchlosťou zmeny vonkajšej kvapaliny a so znižovaním hrúbky membrány.

Na zvýšenie rýchlosti dialýzy elektrolytov s nízkou molekulovou hmotnosťou sa v dialyzátore vytvára konštantné elektrické pole. Rýchlosť dialýzy sa môže zvýšiť, ak sa dialyzovaný roztok pretlačí cez membránu (ultrafilter). Tento spôsob čistenia systémov obsahujúcich častice koloidných veľkostí z roztokov látok s nízkou molekulovou hmotnosťou sa nazýva ultrafiltrácia.

Ryža. 23.23.

• 1 - dialyzovaná tekutina: 2 - solventný; 3 - dialyzačná membrána;
• 4 - mixér

KOLOIDY, KOLOIDNÁ CHÉMIA. Koloidy (z gréc. ko 11a-lepidlo, želatína), Graham pomenoval skupinu látok, ktorých typickými predstaviteľmi sú želatína alebo arabská guma Koloidná chémia je najmladšia chemikália. disciplína. Za jeho začiatok možno považovať rok 1861, kedy bol publikovaný Grahamov výskum. K. a kryštaloidy. Základom delenia všetkých látok na kryštaloidy a kryštaloidy bolo ich nerovnaké správanie v rozpustenom stave. Kryštaloidy (napr. Nad) tvoria stabilné roztoky a majú určitú rozpustnosť, to znamená, že v prítomnosti nadbytku kryštaloidu má roztok pri danej teplote konštantnú koncentráciu, nezávisle od spôsobu prípravy. Z koncentrovanejšieho, „presýteného“ roztoku sa nadbytočná látka vyzráža vo forme kryštálov, „majú presne definovaný, charakteristický tvar a štruktúru.Roztoky K. sa vyznačujú nestabilitou a metastabilitou.V závislosti od menších rozdielov v spôsobe prípravku obsahujú buď väčšiu alebo menšiu koncentráciu rozpustenej látky a táto koncentrácia môže podliehať veľmi prudkým zmenám pod vplyvom niekedy úplne zanedbateľných množstiev cudzích nečistôt, z roztoku sa vyzrážajú vo forme bezštruktúrnych, amorfných teliesok, často vo forme želatínového rôsolu, ktorý viaže veľké množstvo vody.Východiskový bod delenia na koloidy a kryštaloidy poslúžil Grahamovi na starostlivé meranie rýchlosti difúzie rozpustených látok.Ukázalo sa to veľmi rozdielne pre rôzne látky. Kým však niektoré látky difundovali významnou rýchlosťou, rýchlosť difúzie iných sa ukázala byť zanedbateľná, prakticky nulová. Do prvej skupiny patrili mnohé jednoduché minerálne zlúčeniny, ako aj iné látky, ktoré sa zrážali z roztoku v kryštalickom stave a preto sa nazývali kryštaloidy. Typickým predstaviteľom druhej skupiny je lepidlo (koPa), z ktorého vznikol názov všetkých K. Ešte dôležitejšou vlastnosťou pre separáciu koloidov a kryštaloidov ako voľná difúzia bola osmóza cez koloidné membrány, prírodné alebo umelé. Grahamova hlavná skúsenosť bola, že skúmané roztoky oddeľoval od čistej vody pergamenovou membránou. Kryštaloidy voľne difundovali cez pergamenovú membránu, pričom bola pre koloidy úplne nepriepustná. Tento jav sa používa ako všeobecná metóda na separáciu koloidov od kryštaloidov (pozri dialýza). Tieto rozdiely sa zdali také významné, hranica medzi koloidmi a kryštaloidmi taká ostrá, že ich Graham považoval za „dva rôzne svety hmoty“. Ďalší výskum túto líniu do značnej miery vyhladil. Štúdie Kraffta a Paala zohrali v tomto ohľade dôležitú úlohu a ukázali, že v závislosti od povahy rozpúšťadla môže tá istá látka vykazovať buď koloidné alebo kryštaloidné vlastnosti. Kraft zistil, že stearát sodný, ktorý tvorí koloidný roztok vo vode, má po rozpustení v alkohole vlastnosti kryštaloidu. Naopak, taký typický kryštaloid ako NaCl v benzénovom roztoku vykazuje podľa Paala všetky vlastnosti koloidu. To. Neexistujú žiadne koloidné látky, existuje iba koloidný stav hmoty. Názov koloidu musí zahŕňať nielen koloidnú látku, ale aj jej rozpúšťadlo; spolu tvoria koloidný systém. Takéto koloidné systémy nachádzajú prirodzené miesto v mnohých ďalších rozptýlené systémy(cm). Na jednej strane hraničia s hrubšie rozptýlenými systémami – suspenziami a emulziami, ktorých častice majú mikroskopickú veľkosť, na druhej strane sú postupnými prechodmi spojené so skutočnými roztokmi kryštaloidov, ktoré pri všetkých moderných metódach výskumu , sa zdajú byť úplne homogénne. Následné štúdie ešte viac vyhladili ostrú čiaru, ktorá oddeľovala K. spolu s ďalšími heterogénnymi systémami od kryštaloidov. Tak sa stali známymi rôzne „semikoloidy“ (napríklad produkty rozkladu skutočných koloidov, ako sú dextríny a peptóny), ktoré predstavujú postupné prechody od typických koloidov k skutočným roztokom. Mnohé K. sa získali aj v kryštalickej forme. stave. Kryštály Hb, vaječného albumínu a rastlinného albumínu zo semien sú teda dobre známe. Na druhej strane boli teraz vyvinuté metódy, ktoré umožňujú pripraviť koloidné roztoky typických kryštaloidov. Samotný Graham, ktorý hovoril o kryštaloidoch a kryštaloidoch ako o „dvoch rôznych svetoch hmoty“, v iných prípadoch pripustil, že tá istá látka môže existovať v kryštaloidnom aj koloidnom stave a že koloidná častica môže byť „zostavaná spojením mnohých menších molekúl kryštaloidov“. ." Klasifikácia K. - Koloidy môžu byť v kvapalnom aj tuhom stave. V prvom prípade tvoria koloidné roztoky alebo sóly, v druhom želé alebo gély. Avšak zatiaľ čo kryštaloidy sú medzi pevnou látkou a kvapalinou stav agregácie(pozri) je ostrá čiara, v K. sa môžu spájať postupnými a necitlivými prechodmi (napr. pri postupnom tuhnutí želatínového želé). V oboch prípadoch K. tvoria disperzné systémy, v ktorých je disperzným prostredím nejaký druh kvapaliny. V závislosti od zloženia dostávajú rôzne označenia. Hovoria o hydrosóloch a hydrogéloch, ak je kvapalinou voda; názvy alkosol, éterosol atď. naznačujú, že disperzným prostredím je alkohol, éter atď. Koloidy, ktorých disperzným prostredím je nejaký druh roztaveného telesa, sa nazývajú pyrosóly, koloidy, ktoré existujú len pri nízkych teplotách, sa nazývajú kryosoly. Veľmi významným znakom K. je veľkosť koloidných častíc. Vyznačujú sa submikroskopickou veľkosťou častíc - približne od 1 do 100 t/l. To. z hľadiska veľkosti ich častíc zaujímajú chloridy medziľahlú polohu medzi skutočnými roztokmi (molekulárne alebo iónovo dispergované systémy) na jednej strane a suspenziami a emulziami na strane druhej. Pomocou analógie so suspenziami a emulziami Ostwald a Geber (Wo. Ostwald, Hober) na základe agregačného stavu dispergovanej fázy rozdelili sóly na suspenziu a emulziu. V súlade s tým ich Weimarn zahrnul do všeobecného systému disperzoidov ako suspenzoidy a emulsoidy. Oveľa významnejšou vlastnosťou, ktorá ovplyvňuje mnohé vlastnosti koloidných roztokov, je množstvo afinity medzi koloidnými časticami a kvapalinou, ktorá ich obklopuje. Na základe stupňa afinity medzi dispergovanou fázou hydrosólu a vodou Perrin zaviedol delenie na hydrofóbne a hydrofilné K. Prvé sú slabo viazané na rozpúšťadlo a ľahko sa od neho oddelia vplyvom niekedy veľmi malých vplyvov tvoria sediment chudobný na vodu. Naopak, tieto sa vyznačujú oveľa väčšou odolnosťou a po prechode do pevného stavu tvoria želé, ktoré naďalej zadržiavajú veľké množstvo vody. Freundlich rozšíril túto klasifikáciu na koloidné systémy, ktoré majú namiesto vody iné disperzné médium. Na základe neprítomnosti alebo prítomnosti afinity medzi nimi a ich rozpúšťadlom rozdeľuje všetky K. na lyofóbne a lyofilné. Sú medzi nimi rôzne prechody zodpovedajúce rôznym stupňom lyofility. Vyzrážané lyofóbne koagulanty sa zvyčajne nedajú vrátiť do roztoku jednoduchým odstránením koagulačného činidla alebo pridaním rozpúšťadla. Sú to v Zsigmondyho terminológii nezvratné K. Tie sa zase delia na dve podskupiny. Jedna zahŕňa napr. čisté kovové sóly. Koloidná látka v nich nemôže dosiahnuť žiadnu významnú koncentráciu a po oddelení z roztoku (vo forme práškového sedimentu) vyžaduje použitie konvenčných disperzných metód na návrat do roztoku. Príkladom druhej podskupiny sú koloidné roztoky rôznych oxidov, ktoré poskytujú dosť koncentrované sóly: kremík alebo cín, hydroxid železa atď. V krátkom čase sa ich čerstvo izolované želatínové zrazeniny môžu opäť vrátiť do roztoku. Dlhšie sušenie však čoskoro spôsobí, že zrazenina je rovnako nezvratná ako v predchádzajúcom prípade: ani umývanie koagulátora, ani pridávanie rozpúšťadla potom nemôže obnoviť pôvodný sól. Úplne inak sa správajú reverzibilné kryštaloidy, ktoré sa aj po úplnom vysušení pri kontakte s rozpúšťadlom viažu, napučiavajú a nakoniec ako rozpustné kryštaloidy spontánne prechádzajú do roztoku. A tu je potrebné rozlišovať medzi takými látkami, ako je agar-agar, želatína, škrob atď., Ktoré majú obmedzený opuch. Väzba rozpúšťadla je pri bežných teplotách obmedzená na určité hranice a iba pri zahrievaní pokračuje, kým sa nepremení na sól. Naopak, typické reverzibilné kryštaloidy, ako albumín, Hb, arabská guma atď., sú svojou schopnosťou spontánne prejsť do rozpusteného stavu ešte bližšie skutočným roztokom kryštaloidov, líšia sa však od nich absenciou konštanty rozpustnosť. Klasifikácia K. podľa týchto rôznych charakteristík dáva v mnohých prípadoch rovnaké výsledky Hydrofóbne alebo lyofóbne K. sú zároveň ireverzibilné; hydrofilné alebo lyofilné sú častejšie reverzibilné. Naviazaním veľkého množstva vody hydrofilné častice zároveň nadobúdajú emulzný charakter, zatiaľ čo hydrofóbne si môžu zachovať vlastnosti pevnej látky a dávať suspenzný sól. K. však nie vždy má celý súbor vlastností charakteristických pre typických predstaviteľov tej či onej skupiny. Najmä rozdelenie chemikálií podľa agregovaného stavu dispergovanej fázy sa nemusí zhodovať s klasifikáciou podľa pre ne významnejšieho znaku - afinity k rozpúšťadlu. Známe sú teda emulzoidy, ktoré nemajú vlastnosti lyofilných koloidov, treba zvážiť najúspešnejšie rozdelenie koloidov na lyofilné a lyofóbne (prípadne hydrofilné a hydrofóbne), na základe najdôležitejšieho rozdielu medzi oboma skupinami koloidov. Spôsoby prípravy koloidných roztokov. Široká škála látok, organických aj anorganických, sa dá získať v koloidnom stave pomocou špeciálnych techník. Najdôležitejšou úlohou pri príprave koloidných roztokov je dosiahnuť požadovaný stupeň disperzie a vytvoriť častice správnej veľkosti. Podľa ich medziľahlej polohy medzi skutočnými roztokmi a zhruba heterogénnymi systémami možno častice koloidných veľkostí získať tak z prvých kondenzáciou ich iónov a molekúl do väčších agregátov, ako aj dispergovaním druhých. Podľa toho Svedberg, ktorý podrobne vyvinul a systematizoval spôsoby prípravy sólov, ich rozdelil na kondenzáciu a disperziu. V prítomnosti nadbytku ich rozpúšťadla sa kryštaloidy rozpadajú na jednotlivé molekuly. Musia byť nerozpustné v disperznom médiu, aby vytvorili väčšie agregáty. Preto sú kondenzačné metódy založené na chémii. reakcie, ktoré premieňajú rozpustné zlúčeniny na nerozpustné. Najčastejšie ide o zotavovacie reakcie. Používajú sa napríklad na získanie hydrosólov ušľachtilých kovov. Mnohé redukčné činidlá (ako hydrazín, hydrochinón, pyrogallol) pôsobia v chlade, iné (etylalkohol, formaldehyd, tanín atď.) pôsobia pri zahrievaní. Na prípravu sólu zlata sa napríklad extrémne zriedený roztok určitej soli zlata spracuje s redukčným činidlom. AIS1 3 alebo NAiS1 4 (v koncentrácii 0,1 G alebo ešte menej na 1 liter vody). Podobným spôsobom sa hydrosóly striebra pripravujú z AgN03 a zo zodpovedajúcich solí a sólov iných kovov. Bolo tiež možné získať koloidné kovové striebro použitím transmisie ako redukčného činidla. roztok sa premyje plynným vodíkom. Rôzne iné chem. reakcie (oxidácia, dvojvýmenný rozklad) môžu viesť k rovnakému výsledku — produkcii nerozpustných látok v koloidnom rozdelení. Koloidná síra sa teda získava rozkladom síranu sodného (Na 2 S 2 0 3) koncentrovanou kyselinou sírovou. Tento sírový sól veľmi podrobne študoval Sven Oden. Predmetom početných štúdií bol aj koloidný sulfid arzénový (As 2 S 3), ktorý sa získava pôsobením sírovodíka na kyselinu arzenitú (prebytočný sírovodík sa potom vytesňuje prechodom vodíkového prúdu cez roztok): As 2 0 3 +3H 2 S =As 2 S 3 + 3H 2 0. Často sa využíva aj hydrolytická reakcia, pri ktorej jednou z látok, ktoré vstupujú do metabolického rozkladu, je voda. Táto metóda produkuje hydroxid železitý (FeCl3 + +3H20 = Fe(OH)3 +3HCl) a mnoho ďalších sólov. Bez ohľadu na to, aké odlišné sú použité chemické reakcie, všetky sa scvrkávajú na tvorbu látok nerozpustných v danom disperznom prostredí. Kondenzačný mechanizmus podľa Weymarna predstavuje špeciálny prípad kryštalizácie z presýteného roztoku. Len táto kryštalizácia musí začať súčasne na veľmi veľkom počte miest a rast častíc sa musí zastaviť skôr, ako dosiahnu mikroskopickú veľkosť. veľkosti. Pretože ak je koncentrácia koloidných látok príliš vysoká, rýchlo úplne vypadnú, na prípravu sólov sa zvyčajne používajú veľmi slabé koncentrácie reagujúcich látok. Nakoniec by sme nemali stratiť zo zreteľa skutočnosť, že vo všetkých uvažovaných procesoch tvorby sólu sa elektrolyty zúčastňujú ako východiskové látky alebo reakčné produkty. Ako bude vysvetlené nižšie, nemožno ich považovať za cudzie, náhodné nečistoty. Naopak, elektrolyty sa aktívne podieľajú na konštrukcii koloidných častíc a na určovaní ich chemických vlastností. a elektrických vlastností, pri zachovaní odporu K. Úplné odstránenie všetkých elektrolytov zvyčajne vedie k deštrukcii sólu, k jeho prechodu do hrubšie rozptýleného stavu. Elektrolyty zohrávajú úlohu dispergačných činidiel, udržiavajúcich požadovaný stupeň disperzie koloidných častíc. Ďalšiu skupinu tvoria disperzné metódy. Problém mechanickej fragmentácie látok - aj keď nie do veľmi vysokých stupňov disperzie - sa podarilo nedávno (1920) úspešne vyriešiť pomocou zariadenia tzv. „koloidný mlyn“. Predstavuje rýchlo sa otáčajúci hriadeľ s lopatkami vo vnútri kvapaliny, ktoré pri otáčaní prechádzajú v blízkosti pevne vystužených výstupkov (bez toho, aby sa ich dotýkali). Telo rozvírené v kvapaline sa nárazmi lopatiek na vodu rozdrví na koloidné veľkosti. Najčastejšie sa používa elektrická metóda. Prvýkrát ho použil Bredig na prípravu sólov ušľachtilých kovov. Ponorením elektród striekaného kovu do vody prešiel medzi nimi galvanický oblúk. Súčasne z katódy stúpajú oblaky rozprášených častíc koloidných aj väčších veľkostí. Kvôli silnému zahrievaniu roztoku sa musí ochladiť. Zrejme, ako sám Bredig veril, hlavnú úlohu tu zohrávajú tepelné procesy: odparovanie kovu vo voltaickom oblúku s následnou kondenzáciou jeho pár vo vode. To. vo svojom mechanizme sa táto metóda vlastne približuje ku kondenzácii. Svedberg výrazne zlepšil metódu atomizácie elektrickou iskrou, Ch. arr. pomocou oscilačného výboja. Pomocou nej sa mu podarilo pripraviť veľké množstvo rôznych sólov, najmä organosolov (napríklad éterosolov) alkalických kovov, ktorých príprava bola veľmi náročná. Disperzné metódy zahŕňajú aj peptizačnú metódu (pozri nižšie). Biokoloidy. Opísané metódy umožňujú pripraviť rôzne umelé alebo syntetické zlúčeniny. Úplne odlišne sa správa rozsiahla a veľmi dôležitá skupina prírodných zlúčenín. Do tejto skupiny patria rôzne biokoloidy – organické látky takého zložitého zloženia, že aj ich jednotlivé molekuly alebo ióny majú rozmery charakteristické pre koloidné častice a v dôsledku toho ide o koloidné vlastnosti. Biokoloidné sóly sa preto pripravujú presne rovnakým spôsobom ako konvenčné kryštaloidné roztoky, a to tak, že sa na ne pôsobí vhodným rozpúšťadlom. Najčastejšie je týmto rozpúšťadlom voda. Gumy, škrob, arabská guma, agar, tanín, želatína, albumín sa rozpúšťajú v studenej alebo horúcej vode a vytvárajú hydrosóly. V ostatných prípadoch je potrebné použiť špeciálne rozpúšťadlá: roztok amoniaku oxidu meďnatého („Schweitzerovo činidlo“) pre celulózu, acetón, kyselinu octovú alebo zmes alkoholu a éteru pre nitrocelulózu, benzén alebo sírouhlík pre kaučuk atď. Metódy čistenia K Vo väčšine prípadov nie sú bežné chemické metódy čistenia použiteľné pre chemikálie. látok. Len niekoľko koloidov (konkrétne určité biokoloidy) možno od seba oddeliť a izolovať v dôsledku ich nerovnakej rozpustnosti v určitých rozpúšťadlách frakčným zrážaním alebo kryštalizáciou. Oveľa častejšie je potrebné použiť špeciálne koloidné metódy. Sú založené na neschopnosti koloidných častíc prenikať cez koloidné membrány priepustné pre kryštaloidy. Ak sa takáto membrána s roztokom, ktorý sa má čistiť vo vnútri, premyje zvonku čistou destilovanou vodou, potom kryštaloidy obsiahnuté v koloidnom roztoku budú difundovať do koloidného roztoku cez membránu. Niekoľkonásobnou výmenou vody môžete dialýza(pozri) postupne odstrániť z koloidného roztoku takmer všetky nečistoty schopné difúzie. Ďalším spôsobom čistenia K. je ultrafiltrácia. Roztok sa prefiltruje pod b. alebo vysoký tlak cez koloidnú membránu používanú ako filter. Separáciu disperzného média s v ňom rozpustenými nečistotami od koloidných častíc možno aj v tomto prípade výrazne urýchliť použitím mechanického filtra na pretlačenie kvapaliny cez ultrafilter namiesto mechanického. tlak elektroosmózou; Táto metóda sa nazýva elektroultrafiltrácia. Optické vlastnosti. V prechádzajúcom svetle sa koloidné roztoky často javia úplne transparentné a homogénne, ako skutočné roztoky. Ich heterogenita sa však jasne prejavuje v odrazenom svetle: pri pohľade zo strany svetla dopadajúceho na ne sa koloidné roztoky javia zakalené a opalizujúce. Optická heterogenita koloidných roztokov sa stane ešte zreteľnejšou, ak na ne nasmerujete jasný lúč svetla (slnečný lúč alebo lúč elektrickej oblúkovej lampy, koncentrovaný zbernou šošovkou) a pozorujete kvapalinu zboku: celú dráhu lúč v koloidnom roztoku žiari rovnomerným opaleskujúcim svetlom. Faraday prvýkrát použil túto techniku ​​na detekciu drobných častíc v zakalených prostrediach. Pod menom Tyndall, ktorý podrobne študoval opísaný jav, sa tento svetelný kužeľ zvyčajne nazýva Tyndallov kužeľ (pozri. Tyndallov fenomén). Všetky koloidné roztoky dávajú takú opalescenciu, ktorá je jedným z ich najdôležitejších rozdielov, známkou ich optickej heterogenity. Farba koloidných roztokov tiež v mnohých prípadoch závisí od rozptylu svetla ich časticami. Existuje prirodzený vzťah, ktorý študoval Ch. arr. Rayleigh, medzi veľkosťou rozptýlených častíc a farbou svetla rozptýleného nimi. Táto farba môže byť superponovaná s vlastnou farbou bunky, ktorá závisí od jej absorpcie určitej časti spektra. Príkladom takéhoto javu sú koloidné roztoky mastichy, žlté alebo hnedé v prechádzajúcom svetle, modrasté v odrazenom svetle. Tento druh sfarbenia, viditeľný v niektorých prípadoch u nevodičov, sa najzreteľnejšie prejavuje a dosahuje osobitnú intenzitu v koloidných kovoch. Závisí od optických vlastností kovu, od veľkosti jeho častíc a ch. arr. z ich kombinácie do väčších agregátov. Zvlášť silný vplyv má stupeň disperzie, pričom zmena, pri ktorej sa farba mení správne. Koloidné roztoky zlata, napr. Pri zmene veľkosti jeho častíc prechádza celá škála rôznych farieb. Zsigmondy dokázal pripraviť obzvlášť kompletnú sériu svojich roztokov so stupňom disperzie rovnomerne sa meniacim v obrovských medziach. Hrubo rozptýlené zlato dáva roztoku modrú alebo fialovú farbu, zatiaľ čo vysoko disperzné zlato mu dáva čistú a jasne červenú farbu (to je rovnaký pôvod farby zlatého „rubínového skla“). S ďalším zmenšením veľkosti častíc a blížiacou sa molekulárnou disperziou sa dosiahne hnedá alebo žltá farba, charakteristická pre pravé roztoky solí zlata. Rôzne koloidné roztoky striebra majú nemenej pestré farby (červená, hnedá, fialová, zelená, čierna). Pre predstavu o ich intenzite stačí uviesť, že hnedá farba koloidného striebra je zreteľne viditeľná vo vrstve 1 cm s obsahom 1 dielu striebra na 5 miliónov dielov vody. Veľkosť koloidných častíc. Ultramikroskop je založený na rozptyle svetla drobnými časticami, pri ktorom silný koncentrovaný lúč svetla osvetľuje skúmaný roztok zboku a prechádza ním bez toho, aby vstúpil do šošovky mikroskopu. V zornom poli mikroskopu sa pozoruje tak. Tyndallov kužeľ. V ohnisku, kde sa lúče zbiehajú, maximálna intenzita osvetlenia zviditeľní najmenšie submikróny. V ponornom ultramikroskope sa pomocou tejto metódy ukázalo, že je možné pozorovať najmenšie čiastočky submikroskopu, ktorých veľkosť je len niekoľko. nákupné centrum Submikróny sa v ultramikroskope javia ako svetelné body, ktoré nedávajú žiadnu predstavu o ich tvare alebo skutočnej veľkosti. Na jej určenie sa počíta počet jednotlivých častíc nachádzajúcich sa v určitom, extrémne malom objeme kvapaliny. Pri poznaní celkového množstva dispergovanej látky a jej špecifickej hmotnosti je ľahké nájsť hmotnosť jednej častice a jej priemer (pre zjednodušenie predpokladáme, že má približne guľový tvar). Okrem tejto optickej metódy existujú mechanické techniky, ktoré umožňujú určiť veľkosť koloidných častíc. Používa sa na to vyššie uvedená ultrafiltračná metóda. Ultrafiltre nie sú vždy nepriepustné pre všetky koloidné látky. Bechhold ako prvý ukázal, že použitím série ultrafiltrov s rôznymi, postupne sa meniacimi veľkosťami pórov, je možné vykonávať frakčnú ultrafiltráciu: oddeliť niektoré bunky od iných. Ultrafilter, ktorý zadrží danú časticu, neprepustí všetky tie, ktoré majú väčšie častice. Po kalibrácii série ultrafiltrov (napríklad s použitím koloidných roztokov so známou veľkosťou častíc) je možné určiť veľkosť častíc v skúmanom koloidnom roztoku na základe schopnosti koloidného roztoku prejsť cez určité ultrafiltre. Ďalej, veľkosť častíc môže byť posudzovaná podľa rýchlosti ich pádu. Podľa Stokesovho vzorca je rýchlosť, ktorou guľové teleso (pomerne malej veľkosti) padá do kvapaliny, úmerné druhej mocnine jeho priemeru. Veľkosť častice teda môže byť určená rýchlosťou jej pádu (za predpokladu, že je známa aj špecifická hmotnosť padajúceho telesa a kvapaliny, ako aj viskozita druhej). Táto metóda nie je priamo aplikovateľná na častice koloidnej veľkosti, pretože ich rýchlosť usadzovania je príliš zanedbateľná. Avšak pomocou namiesto sily cha- | cín má veľmi výraznú stredovú bielu. sily, je možné urýchliť sedimentáciu K. a sprístupniť ju meraniu. Táto metóda sa nazýva "ultracentrifugácia". Uvedené metódy priameho počítania počtu koloidných častíc a ich mechanickej separácie filtráciou alebo centrifugáciou sa v podstate nelíšia od podobných metód aplikovaných na hrubšie mikroskopy. pozastavenia. Spolu s tým sa však metódy používané na meranie molekulovej hmotnosti v roztokoch kryštaloidov používajú aj na meranie veľkosti koloidných častíc. Ultramikroskop zviditeľnil častice koloidných roztokov („submikróny“) a zdalo sa, že prehĺbil rozdiel medzi nimi a opticky nerozpustnými kryštaloidnými roztokmi. Zároveň však umožnil rozšíriť molekulárne kinetické koncepty na koloidné roztoky a dokonca aj na hrubšie suspenzie a odhalil úplnú analógiu medzi správaním rôznych dispergovaných častíc a molekúl. Toto najdôležitejšie zovšeobecnenie bolo výsledkom štúdia Brownov pohyb (cm). Ako ukázali štúdie Einsteina, Smoluchowského, Perrina a ďalších (Einstein, Smoluchowski, Perrin), predstavuje skutočný molekulárny pohyb, čím rýchlejšie sa priemer častíc približuje k veľkosti molekuly. Štúdium Brownovho pohybu koloidných častíc ukázalo, že ich kinetická energia nezávisí od ich veľkosti a rovná sa kinetickej energii molekúl v skutočných roztokoch (pri rovnakej t°). Preto je osmotický tlak K. úmerný koncentrácii koloidných častíc. Pri znalosti celkovej hmotnosti rozpusteného uhlíka a jeho hustoty je možné určiť ich veľkosť podľa počtu častíc. Meranie osmotického tlaku K. však predstavuje značné ťažkosti a nemôže byť vždy vykonané s dostatočnou presnosťou. Na rozdiel od kinetickej energie sa rýchlosť difúzie znižuje so zvyšujúcou sa veľkosťou koloidných častíc a predstavuje ďalšiu cestu k ich určeniu. Tvar a štruktúra koloidných častíc. Pri výpočte priemeru koloidnej častice jej bol zvyčajne priradený guľovitý tvar. Bolo prijaté, že na rozdiel od kryštalických telies sú kryštalické častice amorfné a vplyvom povrchových síl nadobúdajú sférický tvar zodpovedajúci minimálnemu voľnému povrchu. Nageli prvýkrát vyjadril názor, že koloidná častica alebo mycélium je najmenšia ultramikroskopická častica. kryštál. Nägeli vysvetlil kryštalické vlastnosti, najmä dvojlom, ktoré sa nachádzajú v mnohých organických látkach a životných štruktúrach, tým, že tieto látky sú postavené z drobných čiastočiek neviditeľných pod mikroskopom (v modernej terminológii „submikrón“), kryštalických mycél. Tieto micely hrajú rovnakú úlohu v koloidných systémoch ako molekuly v skutočných roztokoch. Na rozdiel od molekulárnych roztokov sú koloidné systémy podľa vyjadrenia Nägeliho „micelárne roztoky“. Vzájomným prepojením si micely môžu zachovať prísnu, správnu orientáciu a vyrásť do skutočných kryštálov alebo do organických vlákien, ktoré majú určité kryštalické vlastnosti. Pri rýchlom spojení často spolu prerastajú do chaotických, nepravidelných, často stromovitých rozvetvených komplexov, tvoriacich napr. gélový základ. Napriek primárnej kryštalickej štruktúre sa v tomto prípade ukážu ako externe amorfné. Nägeliho názory, ktoré sa spočiatku nedočkali uznania, potom vzkriesili Weimarn, Ambronn, Scherrer. Kryštalická povaha mnohých, aj keď stále nie všetkých, koloidných submikrónov bola dokázaná rôznymi metódami. Amorfizmus sa nepovažuje za charakteristickejšiu vlastnosť koloidného stavu a mycélium predstavuje základný pojem v modernom chápaní štruktúry koloidov. Bez toho, aby sme sa tu podrobnejšie zaoberali kryštalickou štruktúrou mycélia, treba zdôrazniť, v mnohých prípadoch sa to dá skutočne zistiť. Najspoľahlivejšou metódou na štúdium štruktúry kryštálov je v súčasnosti röntgenová difrakcia. Kryštály sa vyznačujú pravidelným usporiadaním atómov alebo iónov, pevne fixovaných v rovnakých vzdialenostiach od seba. Pravidelný geometrický tvar kryštálov je vonkajším vyjadrením tejto priestorovej kryštálovej mriežky atómov. Spôsobuje difrakciu röntgenového žiarenia dopadajúceho na kryštál. lúčmi, rovnako ako sa difrakčné spektrum viditeľného svetla získava pomocou hrubších umelých difrakčných opätovných záberov. Na rozdiel od starej predstavy o amorfnej povahe kryštálov sa pomocou tejto metódy (vyvinutej vedúcim vedcom Scherrerom) zisťuje kryštalická štruktúra častíc veľmi mnohých kryštálov (napríklad koloidného zlata, striebra a mnohých ďalších) bola stanovená s istotou. Spolu s tým niektoré K. v skutočnosti pozostávajú z amorfných častíc. Kryštálovú mriežku musí sprevádzať vonkajšia kryštalická forma. Dá sa zreteľne zistiť v tých prípadoch, keď sa prudko odchyľuje od sférického: konkrétne keď je jedna z kryštálových osí silne vyvinutá alebo naopak veľmi skrátená v porovnaní s ostatnými dvoma. V prvom prípade má koloidná častica tyčinkovitý tvar, v druhom prípade má lamelárny tvar. Ak sú pod vplyvom nejakej vonkajšej sily umiestnené tak, že ich pozdĺžne osi sú navzájom rovnobežné, potom ich tvar môže byť určený javom polarizácie svetla produkovaným takýmto riešením. Podobná paralelná orientácia kryštalických častíc sa získa napr. v prúdiacej kvapaline v dôsledku trenia, ku ktorému dochádza pri pohybe.zmeny stupňa disperzity, ktoré sa často vyskytujú v koloidných roztokoch vedú k odlišným charakteristikám štruktúry koloidných častíc. Ako kryštál rastie, jeho tvar zostáva nezmenený; rovnakým spôsobom, keď sa kvapôčky emulzie spoja, opäť vytvoria rovnaké guľovité kvapky. Naopak, keď stupeň disperzie koloidného roztoku klesá, ku ktorému dochádza spojením jeho častíc, tieto sa dostanú do kontaktu len s niekoľkými ich bodmi a poskytnú sypkú, vločkovitú zlúčeninu. Preto by sa od primárnych koloidov moderných častíc, ktorých tvar a štruktúra boli diskutované vyššie, mali rozlišovať sekundárne častice tvorené flokulentnou kombináciou dvoch alebo viacerých primárnych. Pre sekundárne koloidné častice Zsigmondy navrhol názov polóny, pre primárne monomóny alebo protóny (druhý názov nemožno ponechať, pretože slúži na označenie jednotky kladnej elektriny - atómového jadra N; viď. Vodíkové ióny). Kombinácia primárnych častíc na sekundárne je často sprevádzaná prudkou zmenou farby. Známym príkladom takejto zmeny farby je zlatý hydrosól. Koloidné procesy. Ak sa v doktríne štruktúry vytvorila čoraz úplnejšia analógia medzi koloidnými systémami a kryštaloidnými roztokmi, potom zostal hlboký rozdiel v povahe síl, ktoré v nich pôsobia, a procesov, ktoré sa v nich vyskytujú. Ako je známe, medzi tesne susediacimi molekulami vznikajú významné príťažlivé sily, ktoré so vzdialenosťou rýchlo klesajú. Vzájomne ekvilibrujúce uprostred molekulárnych agregátov sa objavujú na ich povrchu vo forme povrchového napätia. Namiesto osmotického tlaku, ktorý predstavuje hlavný typ mechanickej energie v pravých roztokoch, pri koloidnom rozložení látky naberá na význame najmä táto povrchová energia, ktorá priamo závisí od veľkosti hraničných plôch, a teda od stupňa disperzie látky. koloid, na veľkosti jeho častíc. Nemenej dôležitý je hraničný potenciálny rozdiel, elektrický náboj na povrchu koloidných častíc. Energia koloidného systému (predovšetkým povrchová energia) je teda funkciou stupňa disperzie koloidu. V dôsledku toho majú rôzne energetické zmeny v koloidných systémoch (najmä zmeny elektrického náboja) za následok rýchle zmeny ich disperzie, spájanie malých koloidných častíc do väčších agregátov alebo naopak ich rozpad (peptizácia ). V týchto charakteristických koloidných procesoch spočíva jednoduchosť zmeny stupňa disperzie ich hlavný rozdiel od stabilnej molekulárnej distribúcie tzv. skutočné riešenia. Myšlienku prevládajúceho vplyvu povrchových, kapilárnych (a elektrokapilárnych) síl rozvinul vo svojej najextrémnejšej podobe Freundlich, ktorý celú koloidnú chémiu interpretoval ako „kapilárnu chémiu“. Myšlienka ich závislosti od kapilárnych síl a neaplikovateľnosti všeobecných chemických zákonov na ne bola rozšírená na čisto chemické procesy prebiehajúce v koloidných systémoch. Namiesto kombinovania reaktantov v jednoduchých ekvivalentných pomeroch sa adsorpčné zlúčeniny, kvantitatívne vyjadrené Freundlichovou adsorpčnou izotermou, považovali za charakteristické pre koloidy. Vlastnosti koloidov sú obzvlášť silne ovplyvnené vplyvmi, ktoré menia ich hydrofilitu a afinitu medzi koloidom a rozpúšťadlom. Štúdium vlastností koloidného chemického pôsobenia elektrolytov je spojené najmä s menom Hofmeister (pozri. Chamberlainské hodnosti).-Úplne opačný postoj zaujala iná skupina výskumníkov, medzi ktorými treba spomenúť predovšetkým Pauliho. Podľa týchto výskumníkov je pri odstraňovaní početných zdrojov chýb, ktoré v mnohých prípadoch zakrývajú obraz, všeobecná chémia celkom použiteľná pre koloidné systémy, najmä pre prakticky najdôležitejšie z nich, proteínové roztoky. zákonov. Z hľadiska chémie medzi nimi a kryštaloidmi neexistuje zásadná opozícia, rovnako ako žiadna z hľadiska iných vlastností. Loeb bol obzvlášť v súlade s týmto uhlom pohľadu. Teoretickým základom pre úplne novú interpretáciu koloidných procesov bol Loebov Donnanov princíp, ktorý vytvára špeciálnu formu rovnováhy iónov na oboch stranách membrány nepriepustnej pre jednu z nich (pozri. Donnanova rovnováha). Množstvo koloidných vlastností a koloidných procesov (osmotický tlak, napučiavanie, viskozita, ich závislosť od elektrolytov a pod.) možno priamo odvodiť od neschopnosti koloidných iónov prenikať cez koloidné membrány a gély. Koloidné vlastnosti sa nachádzajú, keď existuje bariéra, ktorá zadržiava daný (koloidný) ión, ale je priepustná pre ostatné prítomné ióny. Len za takýchto podmienok sa roztok správa ako koloid. V tomto zmysle Loeb ani nehovorí o „koloidnom stave“, ale o „koloidnom správaní“ proteínových roztokov. Nabíjačka. Aplikácia elektrických síl na koloidné roztoky ukazuje, že koloidné častice nesú kladný alebo záporný náboj, a preto sa pohybujú v elektrickom poli (pozri obr. Kataforéza). Elektrokinetické javy umožňujú študovať vlastnosti tohto náboja a určiť jeho veľkosť. Príčinu obvinenia nemožno považovať za definitívne objasnenú; Zrejme to nie je vo všetkých prípadoch rovnaké. Poplatok často závisí od chemikálie. povaha koloidnej častice. Látky, ktoré sú kyslého charakteru, napr. tanín, mastix, pazúrik, získavajú negatívny náboj v čistej vode; zásadité látky ako hydroxidy kovov (železo, hliník a pod.) sú pozitívne. Je zrejmé, že napriek zjavnej úplnej nerozpustnosti týchto látok prechádza do roztoku malé množstvo vodíkových alebo hydroxylových iónov, ktoré zanechávajú na koloidnej častici náboj opačného znamienka. Vo väčšine prípadov je to najdôležitejšie adsorpcia(pozri) elektrolyty prítomné v roztoku na povrchu koloidnej častice: čím silnejšie adsorbovaný ión mu prepožičiava svoj náboj. Najväčšiu aktivitu v tomto smere vykazujú na jednej strane viacmocné katióny ťažkých kovov a na druhej strane niektoré viacmocné anióny. Na záver treba spomenúť Coehnovo pravidlo, podľa ktorého ak sa koloidný systém skladá z dvoch nevodičov, potom látka s veľkou dielektrickou konštantou získava kladný náboj (pozri obr. Dielektrika). Keďže voda má veľmi vysokú dielektrickú konštantu, väčšiu ako väčšina z nich, druhá menovaná (pri absencii prvých dvoch príčin náboja) získava v čistej vode záporný náboj. V dôsledku elektrickej neutrality roztoku ako celku je náboj koloidnej častice vyvážený opačným nábojom susednej vrstvy kvapaliny a oba opačné náboje tvoria elektrickú dvojitá vrstva(cm). Chemické zloženie koloidnej častice. Elektrický náboj, ktorý určuje mnohé vlastnosti článku, zase závisí od chemikálie. zloženie samotného koloidného mycélia a okolitej („intermicelárnej“) kvapaliny. Zvyčajné označenie K. však ešte nedáva dostatočnú predstavu o jeho chémii. zloženie. Napr. keď sa hovorí o popole sulfidu arzénu alebo hydroxidu železa, potom tieto látky skutočne tvoria hlavnú, kvantitatívne prevažujúcu časť mycélia. Tie však obsahujú spolu s nimi aj malú prímes elektrolytov, ktorých zloženie a koncentrácia závisí od spôsobu prípravy (alebo ďalšieho spracovania) koloidu.Tieto elektrolyty sa často v nepatrných množstvách adsorbujú na povrch koloidu. koloidná častica, predstavujú jej aktívnu časť, ktorá určuje množstvo jej najdôležitejších vlastností. Zsigmondy pri označovaní K. navrhol ohraničiť štvorcovým rámčekom vzorec objemu koloidnej látky (stanovený obvyklou chemickou analýzou jej sedimentu), pričom aktívnu iónovú časť mycélia umiestnil mimo tohto rámca. Pri vyššie opísaných spôsoboch prípravy sólu sírovodíka je aktívnou zložkou prímes sírovodíka, ktorého čiastočná disociácia (na HS" a H") dodáva K záporný náboj. Bez stanovenia kvantitatívneho vzťahu medzi As 2 S 3 a H 2 S (ktorý sa môže meniť vo veľmi širokých medziach), pre zodpovedajúce K. sa získa vzorec: |As 2 S:i | HS" + H". Podobne má zloženie mycela hydroxidu železitého jFe(OH) 3 l Fe""" + ZSG. Ako ukazujú vyššie uvedené vzorce, micelou sa rozumie nielen objem koloidnej častice spolu s ňou adsorbovanými iónmi, ale aj ióny opačného znamienka, ktoré tvoria vonkajšiu výstelku dvojitej vrstvy. . Iba pre jednu nabitú koloidnú časticu bez opačne susediacich nabitých iónov používajú francúzski autori názov „granula". Granula je reprezentovaná ako 0ts gigantický koloidný ión. Pauli navrhol nazývať opačné kryštaloidné ióny v roztoku „protiióny" (Gegenionen) Kryštaloidné nečistoty viazané koloidnými časticami by mali byť v adsorpčnej rovnováhe s koncentráciou tých istých látok v okolitej kvapaline. Preto nech je táto koncentrácia akokoľvek malá v starostlivo dialyzovaných sóloch, stále nemôže byť rovná nule. Intermicelárny kvapalina obsahuje, aspoň vo veľmi nízkej koncentrácii, rovnaké elektrolyty, ktoré tvoria aktívnu časť mycélia, nikdy to nie je čistá VODA Faktory stability K. Mikroskop. napríklad suspenzie suspenzia červených krviniek v krvi sa usadzuje významnou rýchlosťou. Ale ako sa veľkosť častíc zmenšuje, rýchlosť ich pádu rýchlo klesá. Pre častice koloidnej veľkosti je zanedbateľný a roztok môže zadržiavať b. alebo m) rovnomerné rozloženie. To je tiež uľahčené Brownovým pohybom, ktorý mieša submikroskopické častice rovnakým spôsobom, akým molekulárny pohyb mieša molekuly skutočného roztoku. Množstvo vplyvov však môže spôsobiť extrémne rýchlu, takmer okamžitú stratu vápnika z roztoku. Ich účinok sa scvrkáva na skutočnosť, že spôsobujú aglutináciu koloidných častíc a spájajú ich do väčších agregátov. Nevyhnutným výsledkom takéhoto zväčšovania suspendovaných častíc je ich rýchle usadzovanie. Preto všetky faktory, ktoré bránia kombinácii koloidných častíc, zachovávajú stabilitu koloidného roztoku. Takýmto stabilizačným faktorom je predovšetkým elektrický náboj. Elektrostatické odpudzujúce sily zabraňujú tomu, aby sa podobne nabité častice spojili. Množstvo štúdií ukázalo, že hraničný potenciál koloidných častíc by mal klesnúť pod známu hranicu. n. kritický potenciál na umožnenie koagulácie K. Keď náboj klesne pod túto kritickú hodnotu, častice v Brownovom pohybe sa môžu pri zrážke navzájom spojiť. Najprv však zrejme len malé percento kolízií (najsilnejšie alebo centrálne nárazy) vedie k spojeniu. S ďalším poklesom hraničného potenciálu sa toto percento (a s ním aj rýchlosť koagulácie) rýchlo zvyšuje a blíži sa k konštantnej hranici. To posledné sa dosiahne vtedy, keď každá zrážka koloidných častíc končí ich spojením. Vďaka tomuto stabilizačnému vplyvu elektrického náboja majú zmeny jeho znamienka alebo veľkosti rozhodujúci vplyv na mnohé koloidné procesy. Ako bolo uvedené vyššie, elektrolyt adsorbovaný koloidnou časticou predstavuje aktívnu časť micely, ktorá jej dodáva elektrickú energiu. náboj a trvanlivosť, ktorá ho určuje. Ak sa dlhodobou dialýzou K. uvoľní zo stabilizujúceho elektrolytu, stáva sa extrémne nestabilným a často spontánne koaguluje. Ešte jednoduchšie je vyvolať zrážanie pridaním elektrolytu, z ktorého K. adsorbuje opačne nabitý ión, neutralizujúc vlastnú elektrickú energiu. poplatok. Vytvorená zrazenina sa môže preniesť späť do roztoku, ak je vystavená elektrolytu, ktorého jeden z iónov je silne adsorbovaný a opäť nabíja koloidné častice. Podobný účinok môže často vyvolať aj ten istý elektrolyt, ktorý spôsobil zrážanie. Jeho prvé časti neutralizujú náboj koloidnej častice, a preto majú koagulačný účinok; následné spôsobujú vznik nového náboja (opačného znamienka) a v dôsledku toho sa rozpúšťajú. Toto rozpustenie koloidnej zrazeniny pôsobením stabilizačného elektrolytu sa nazýva „peptizácia“. Peptizácia je jednou z najdôležitejších disperzných metód na prípravu koloidných roztokov.- Kým pre stabilizáciu hydrofóbnych (resp. lyofóbnych) K. má rozhodujúci význam elektrický náboj, pre hydrofilné K. sa pridáva ďalší, nemenej dôležitý faktor. vplyv náboja. Týmto faktorom je samotná hydrofilnosť roztoku, afinita medzi roztokom a rozpúšťadlom, teda rovnaký faktor, ktorý určuje stabilitu skutočných roztokov. Na vyzrážanie hydrofilných koloidov, ku ktorým patrí väčšina biokoloidov, je potrebné eliminovať oba faktory stability – hydrofilitu a náboj. Hydrofilnosť proteínových roztokov sa dá eliminovať jednak reverzibilným odstránením vody (napríklad pôsobením alkoholu), ako aj následkom nevratných chemických reakcií. zmeny (viď denaturácia). V oboch prípadoch sa potom depozícia s elektrolytmi uskutočňuje rovnako ako v prípade hydrofóbnych zlúčenín.Vplyv iónov na hydrofilnosť zlúčenín sa prejavuje najmä pri tzv. Chamberlainove rady(cm). Pre stabilizačný účinok určitých koloidov na roztoky iných koloidov pozri Ochranná akcia. Biologický význam eK Je potrebné povedať, že zatiaľ čo základné princípy štúdia štruktúry koloidných systémov sú v súčasnosti pevne stanovené, mechanizmus najdôležitejších koloidných procesov zostáva veľmi kontroverzný. Vzťah medzi koloidnou chémiou a všeobecnou chémiou, úloha adsorpcie a chémie, význam kapilárnych síl a Donnov princíp – všetky tieto otázky sú naďalej predmetom nielen experimentálneho výskumu, ale aj ostrých teoretických diskusií. Prudký rozvoj koloidnej chémie, ktorá sa v krátkom čase zmenila na samostatnú rozsiahlu vednú disciplínu, vysvetľuje kap. obrázok. záujem, ktorý predstavuje pre biol. Sci. Živý organizmus pozostáva z koloidných látok a štúdium koloidného substrátu života predstavuje nevyhnutný základ pre pochopenie životných javov. Research Physiol. akcie ióny(pozri), ako aj väčšina iných fiziol. látok, ukazuje, že sa úplne zhoduje s vplyvom rovnakých vplyvov na biokoloidy. To určuje obrovský záujem, ktorý chémia získava o pochopenie procesov prebiehajúcich v živom organizme. Početné komplexné biol. problémy možno študovať pomocou jednoduchých koloidných modelov a nie je prekvapujúce, že množstvo biológov nielenže využilo výsledky získané koloidnou chémiou vo svojej práci, ale aktívne sa podieľalo na rozvoji tejto vedy. Lit.: Alexander D., Koloidná chémia, Leningrad, 1926; Andreev II., Úvod do koloidnej chémie, Moskva, 1924; B e i l a V., Koloidný stav v medicíne a fyziológii, M.-L., 1925; Handovský H., Základné pojmy koloidnej chémie, Berlín, 1925; G a t h e k E., Úvod do fyziky a chémie koloidov, M.-L., 1927; Duclos J., Colloids, M., 1924; Joël E. (.Toyo1E.), Klinická koloidná chémia, Berlín, 1923; Kurbatov V., Chémia koloidov a želé, L., 1925; Mikh ae-l as L., Workshop o fyzikálnej chémii, L., 1925; Naumov V., Koloidná chémia, Leningrad, 1926; Ostwald V., Stručný praktický sprievodca koloidnou chémiou, L., 1925; Pauli V., Proteíny a koloidy, M.-L., 1928; Peskov N., Koloidy, Ivanovo-Voznesensk, 1925; P e sh l V., Úvod do koloidnej chémie, Odesa, 1912; Pržeborov-s k a y Ya., Úvod do fyzikálnej a koloidnej chémie, M.-L., 1928; Svedberg T., Tvorba koloidov, Leningrad, 1927; Sh a d e G., Fyzikálna chémia vo vnútornom lekárstve, Leningrad, 193 0 (nemecké vydavateľstvo-Drážďany-Lpz., 1923); Alexander J., Koloidná chémia, v. I-Teória a. metódy, v. II-Biológia a. medicína, N. Y., 1926-28; Bechhold H., Die Colloid in Biologie und Medizin, Dresden-Lpz., 1929; Freundlich H., Kapillarcemie, Drážďany, 1923; aka, Kolloidchemie u. Biologie, Dresden-Lpz., 1924 (Ruské vydavateľstvo - Leningrad, 1925); o n e, Grundzuge der Kolloidlehre, Lpz., 1924; aka, Fortschritte der Kolloidchemie, Drážďany-Lpz., 1927; H e i 1 b r u n n L., Koloidná chémia protoplazmy, Berlín, 1928; Kolloidforschungen in Einzeldarstellungen, hrsg. v. R. Zsigmondy, Lpz., od roku 1926; Lepeschkin W., Kolloidchemie des Protoplasmas, V., 1924; L i e s e-gang R., Biologische Kolloidchemie, Dresden-Lpz., 1928; Loeb J., Proteín a teória koloidného správania, N. Y., 1922; Ostwald Wo., Grundriss der Kolloidchemie, Drážďany-Lpz., 1909; Pauli W.u. V a 1 k 6 E., Elektrochemie der Kolloide, V., 1929; Svedberg Th., Methoden zurHerstellungkolloider LOsungen, Drážďany, 1909; Zsigmondy R., Kolloidchemie, T. 1-2, Lpz., 1925-27 (lit.). Periodická publikácia - Kolloid-Zeitschrift, Dresden-Lpz., od roku 1906 (do roku 1913 - pod názvom Zeitschrift f. Chemie u. Industrie der Kolloide; od roku 1910 uvádza prílohu - Kolloidchemische Beihefte). Rubinstein.

Odoslanie dobrej práce do databázy znalostí je jednoduché. Použite nižšie uvedený formulár

Študenti, postgraduálni študenti, mladí vedci, ktorí pri štúdiu a práci využívajú vedomostnú základňu, vám budú veľmi vďační.

Uverejnené na http://www.allbest.ru/

Štátna rozpočtová vzdelávacia inštitúcia mesta

Gymnázium č.1518

Vlastnosti a aplikácie koloidných systémov

Doplnila: Nazarova D.V.

Žiak 9.-1. ročníka

Vedecký poradca:

učiteľka Belousová M.N.

Moskva - 2014

Úvod

1. Druhy koloidných roztokov

1.1 Spôsoby získavania

1.2 Základné vlastnosti koloidov

1.3 Metódy čistenia: a) dialýza b) ultrafiltrácia

1.4 Aplikácia

2. Praktická časť

Záver

Literatúra

Aplikácie

Úvod

Čisté látky sú v prírode veľmi zriedkavé. Koloidné systémy zaujímajú medzipolohu medzi hrubými systémami a skutočnými riešeniami. V prírode sú rozšírené.

Globálna úloha koloidov v prírodných vedách spočíva v tom, že sú hlavnými zložkami takých biologických formácií, akými sú živé organizmy. Celé naše telo pozostáva z koloidných systémov. Existuje celá veda - koloidná chémia. Okamžite sa predo mnou vynorila otázka: prečo príroda uprednostňuje koloidný stav?

V tejto súvislosti vyvstávajú tieto ciele a zámery:

Účel práce: zistiť, čo sú to koloidné systémy a aké majú vlastnosti.

Ciele: 1. Vykonávať experimentálne experimenty na štúdium vlastností koloidných roztokov.

2. Odpovedzte na otázku: prečo príroda uprednostňuje koloidný stav.

1. Typykoloidné roztoky

Termín „koloid“ zaviedol v roku 1861 anglický chemik Thomas Graham. Pri svojich pokusoch si všimol, že roztoky želatíny, škrobu a iných látok podobných lepidlu sa v mnohých vlastnostiach veľmi líšia od roztokov anorganických solí a kyselín. Názov pochádza z gréckej predpony „kolo“ - lepidlo. Je správne hovoriť nie o koloidných látkach, ale o koloidných systémoch. Tento termín zaviedol ruský vedec P.P. Weimarn v roku 1908. Na obrázkoch je možné vidieť rôzne koloidné systémy.

Častice koloidných veľkostí môžu mať rôzne vnútorné štruktúry. Existuje niekoľko hlavných typov koloidných systémov:

1) dym je stabilný rozptýlený systém pozostávajúci z malých pevných častíc suspendovaných v plynoch. Dym je aerosól s veľkosťou pevných častíc od 10?7 do 10?5 m.Na rozdiel od prachu, ktorý je hrubšie rozptýleným systémom, častice dymu sa vplyvom gravitácie prakticky neusadzujú

2) aerosól - rozptýlený systém pozostávajúci z malých častíc suspendovaných v plynnom prostredí, zvyčajne vo vzduchu. Aerosóly, ktorých dispergovanú fázu tvoria kvapôčky kvapaliny, sa nazývajú hmly a v prípade pevných častíc, ak sa nezrážajú, hovorí sa o výparoch (voľne rozptýlené aerosóly) alebo prachu (hrubo rozptýlené aerosóly).

3) emulzia - dispergovaný systém pozostávajúci z mikroskopických kvapôčok kvapaliny (dispergovanej fázy) distribuovaných v inej kvapaline. Najbežnejším predstaviteľom tohto typu koloidného systému je mlieko.

4) pena - disperzné systémy s plynnou disperznou fázou a kvapalným alebo pevným disperzným médiom.

5) gél - systémy pozostávajúce z vysokomolekulárnych a nízkomolekulových látok. Vďaka prítomnosti trojrozmernej polymérnej štruktúry (sieťoviny) majú gély niektoré mechanické vlastnosti pevných látok (nedostatok tekutosti, schopnosť udržať si tvar, pevnosť a schopnosť deformácie (plasticita a elasticita).

6) suspenzia je hrubo dispergovaný systém s tuhou dispergovanou fázou a kvapalným disperzným médiom.

Tu je niekoľko príkladov koloidných systémov (obr. 1-8).

1. 1 Potvrdeniekoloidy

Pokiaľ ide o stupeň disperzie, koloidné systémy zaujímajú strednú polohu medzi molekulárnymi a hrubo disperznými systémami. To určuje dva možné spôsoby, ako ich získať:

1) Disperzné metódy

2) Kondenzačné metódy.

Disperzné metódy:

Disperzné metódy sú založené na drvení pevných látok na častice koloidnej veľkosti a tým na tvorbe koloidných roztokov. Disperzný proces sa uskutočňuje pomocou rôznych metód: mechanické mletie látky v tzv. koloidné mlyny, striekanie kovov elektrickým oblúkom, drvenie látok pomocou ultrazvuku.

Kondenzačné metódy:

Látka, ktorá je v molekulárne dispergovanom stave, sa môže premeniť do koloidného stavu nahradením jedného rozpúšťadla iným – tzv. metóda náhrady rozpúšťadla. Príkladom je výroba kolofónneho sólu, ktorý je nerozpustný vo vode, ale vysoko rozpustný v etanole. Keď sa do vody postupne pridáva alkoholický roztok kolofónie, rozpustnosť kolofónie prudko klesá, čo vedie k vytvoreniu koloidného roztoku kolofónie vo vode. Sírny hydrosól možno pripraviť podobným spôsobom.

1. 2 Základné vlastnostiKomualoidy

Hlavnou črtou koloidných častíc je ich malá veľkosť od 1 do 100 nm.

Koloidné častice nebránia prechodu svetla.

Častice koloidných systémov sa nezrážajú v dôsledku Brownovho pohybu.

V transparentných koloidoch sa pozoruje rozptyl svetelného lúča (Tyndallov efekt).

Dispergované častice sa nezrážajú

1. 3 Metódyčistenie koloidov

Existujú tri hlavné spôsoby čistenia koloidov.

1) Dialýza. Najjednoduchším prístrojom na dialýzu - dialyzátorom - je vak s polopriepustnou membránou (kolódiom), do ktorého sa vkladá dialyzovaná tekutina. Vrecko sa spustí do nádoby s rozpúšťadlom (vodou). Zmenou rozpúšťadla môžete dosiahnuť takmer úplné vyčistenie od nežiaducich nečistôt. Rýchlosť dialýzy je zvyčajne extrémne nízka. Urýchľujú proces dialýzy tým, že zväčšujú plochu membrány a teplotu, pričom neustále menia rozpúšťadlo. Materiál, ktorý prechádza cez membránu, sa nazýva dialyzát.

2) Ultrafiltrácia - filtrácia koloidných roztokov cez polopriepustnú membránu, ktorá umožňuje prechod disperzného média s nečistotami a zadržiava častice dispergovanej fázy alebo makromolekúl. Na urýchlenie procesu ultrafiltrácie sa vykonáva s rozdielom tlaku na oboch stranách membrány: vo vákuu alebo pri vysokom tlaku.

Ultrafiltrácia nie je nič iné ako dialýza vykonávaná pod tlakom.

1. 4 Aplikácia

V prírode sú rozšírené koloidné systémy: pôda, hlina, prírodné vody, veľa minerálov, drahé kamene. Biologické tekutiny: krv, plazma, lymfa, cerebrospinálny mok, jadrová šťava, cytoplazma. Z chemického hľadiska je telo ako celok súborom mnohých koloidných systémov. Zloženie akéhokoľvek živého organizmu zahŕňa pevné, kvapalné a plynné látky, ktoré sú v komplexnom vzťahu s prostredím. Cytoplazma buniek má vlastnosti charakteristické pre tekuté aj želatínové látky.

Koloidné systémy majú veľký význam nielen pre biológiu, ale aj pre medicínu, kozmetológiu a potravinársky priemysel.

Pri používaní koloidov je potrebné brať do úvahy ich vlastnosti, napríklad fenomén synerézy (samovoľné zmenšovanie objemu gélu sprevádzané oddeľovaním tekutiny) určuje trvanlivosť potravín, liečivých a kozmetických látok: gély , masti, marmeláda, rôsolové mäso, huspenina. Pre teplokrvné živočíchy je veľmi dôležitá biologická syneréza, ktorá zrážanie krvi sprevádza. Pod vplyvom faktorov sa rozpustný krvný proteín fibrinogén mení na nerozpustný fibrín, ktorého zrazenina upcháva ranu. Ak je tento proces ťažký, potom hovoria o možnosti, že človek ochorie na hemofíliu.

Metódy na čistenie koloidov využívajú aj ľudia, napríklad princíp kompenzačnej dialýzy (princíp metódy spočíva v tom, že v dialyzátore sa namiesto čistého rozpúšťadla používajú roztoky stanovených nízkomolekulových látok rôznych koncentrácií). bol použitý na vytvorenie zariadenia nazývaného „umelá oblička“. S jeho pomocou môžete vyčistiť krv pacienta od rôznych metabolických produktov a dočasne nahradiť funkciu chorých obličiek pri indikáciách, ako je akútne zlyhanie obličiek, napríklad v dôsledku otravy.

Koloidná chémia hrá hlavnú úlohu vo vývoji účinných metód ochrany životného prostredia. Jedným z hlavných problémov v tejto oblasti je čistenie vody od rôznych kontaminantov. Typickým príkladom je znečistenie nádrží a riek bielkovinovými látkami obsiahnutými v odpadových vodách z podnikov potravinárskeho priemyslu.

Obzvlášť účinné čistenie sa dosahuje použitím pien, ktoré majú určité koloidné chemické vlastnosti. Ďalším príkladom je kontaminácia vodnej hladiny ropou pri haváriách tankerov. Ropná škvrna sa môže rozšíriť na veľmi veľké vzdialenosti od miesta nehody. Zákony koloidnej chémie a povrchových javov nám umožňujú odporučiť možné spôsoby blokovania šírenia ropy a jej zberu.

koloidná biologická medicína kozmetológia

2. Praktická časť

Počas mojej práce som vykonal nasledujúce experimenty:

1. Príprava koloidných systémov.

A) KMn02 + Na2S203=

B) AgNO3 + KI = AgI + KNO3

2. Popis práce

3. Tyndallov efekt

V našich experimentoch sme použili priehľadné nádoby - sklenené valce, kadičky a lampu produkujúcu smerovaný lúč svetla (vreckovú baterku).

Záver

Na základe štúdia literatúry a praktických experimentov môžem predpokladať, že príroda dáva prednosť koloidnému stavu, pretože:

Látka v koloidnom stave má veľké rozhranie medzi fázami. A to podporuje lepší metabolizmus.

V procese zrážania krvi zohráva dôležitú úlohu biologická syneréza (spontánne zníženie objemu gélu sprevádzané separáciou tekutiny).

Fenomén koagulácie (zlepovanie koloidných častíc) pri zmene acidobázického prostredia je základom trávenia.

Celá príroda - živočíšne a rastlinné organizmy, hydrosféra a atmosféra, zemská kôra a podložie - je komplexnou zbierkou mnohých rôznych a rôznych typov hrubých a koloidných rozptýlených systémov. Rozptýlený stav je celkom univerzálny a za vhodných podmienok sa do neho môže dostať každé telo.

V praktickej časti sme uskutočnili experimenty na oboznámenie sa s Tyndallovým efektom

Koloidy bohaté na bielkoviny spojivového tkaniva (aminokyseliny prolín a glycín) tvoria pokožku, svaly, nechty, vlasy, cievy, pľúca, celý gastrointestinálny trakt a mnohé ďalšie, bez ktorých je samotný život nemysliteľný.

Používanie koloidov sa v lekárskej praxi stále viac využíva.

Od použitia jednoduchých koloidných sólov na lokálnu liečebnú terapiu a použitia solí hliníka a horčíka na zníženie kyslosti žalúdka až po použitie hydroxidu hlinitého ako stabilizátora a nosiča liečivých látok.

Znalosť koloidnej chémie je v našej dobe nevyhnutná a žiadaná, čo moje slová potvrdzujú.

Literatúra

1. Sade G., Fyzikálna chémia vo vnútornom lekárstve, L., 1930

2. Pasynsky A.G., Koloidná chémia, 3. vydanie, M., 1968

3. G.E. Rudzitis. Chémia 11. ročník. M., Vzdelávanie, 2009

4. L.M. Pustovalová, I.E. Nikanorová. Chémia, Knorus.

5. Fyzikálna koloidná chémia. Učebnica pre vyššiu školu. M., Vzdelávanie, 1988

6. Webová stránka s koloidnými vzorcami

Aplikácia

Príkladykoloidnýsystémov

Ryža. 1. Jedlo

Ryža. 2. Olej

Ryža. 3. Koloidné striebro

Ryža. 4. Gély na holenie

Ryža. 5. Hmla

Ryža. 6. Vyrežte diamant

Ryža. 7. Krv

Krv je typickým príkladom telesného tkaniva, kde sa niektoré koloidy nachádzajú vo vnútri iných. V.A. Isaev definuje krv ako rozptýlený systém, v ktorom sú vytvorené prvky - erytrocyty, krvné doštičky, leukocyty fázou a plazma je rozptýleným médiom.

Uverejnené na Allbest.ru

...

Podobné dokumenty

Koloidná chémia ako veda, ktorá študuje fyzikálno-chemické vlastnosti heterogénnych, vysoko disperzných systémov a vysokomolekulárnych zlúčenín. Výroba a spôsoby čistenia koloidných roztokov. Aplikácia gélov v potravinárskom priemysle, kozmetike a medicíne.

prezentácia, pridané 26.01.2015


Klasifikácia disperzných systémov. Hlavné faktory stability koloidných roztokov. Spôsoby ich prípravy (disperzia, kondenzácia) a čistenia (dialýza, ultrafiltrácia). Micelárna teória štruktúry koloidných častíc. Koagulácia so zmesami elektrolytov.

prezentácia, pridané 28.11.2013


Podstata a definujúce znaky koloidných systémov. Základné vlastnosti a štruktúra riešení tohto typu. Charakteristika Tyndallovho efektu. Rozdiely medzi hydrosólmi a organosólmi. Metódy tvorby koloidných systémov, špecifické vlastnosti, rozsah použitia.

prezentácia, pridané 22.05.2014


Spôsoby výroby koloidných systémov; faktory ovplyvňujúce rýchlosť jednotlivých fáz procesu, koagulačné pravidlá. Astabilizačný účinok nízkomolekulárnych nečistôt v koloidných roztokoch, spôsoby ich odstraňovania: dialýza, elektrodialýza a ultrafiltrácia.

prezentácia, pridané 17.09.2013


Koncept koloidného systému. Koloidná chémia. Rozvoj predstáv o koloidných systémoch, ich typoch a vlastnostiach. Lyofóbne sóly. Lyofilné koloidy a oblasti použitia koloidov. Koloidno-chemická fyziológia človeka, buniek a tkanív tela.

abstrakt, pridaný 28.06.2008


Chitosan: štruktúra, fyzikálno-chemické vlastnosti, mletie, skladovanie a výroba. Aplikácia v medicíne, analytickej chémii, papierenskom a potravinárskom priemysle, kozmeteológii. Charakteristika chemického zloženia škrupiny, organoleptické vlastnosti.

praktické práce, pridané 17.02.2009


Prvé praktické informácie o koloidoch. Vlastnosti heterogénnych zmesí. Vzťah medzi povrchom koloidnej častice a objemom koloidnej častice. Zvláštnosť disperzných systémov. Vlastnosti koloidných roztokov. Klasifikácia disperzných systémov.

prezentácia, pridané 17.08.2015


Vlastnosti získavania koloidných systémov. Teoretická analýza procesov tvorby kremenných skiel metódou sol-gel. Príprava sól-koloidných systémov pomocou „hybridnej“ metódy. Charakteristika vlastností kvantových skiel aktivovaných iónmi európia.

kurzová práca, pridané 14.02.2010


Pojem a chemické zloženie agar-agaru, metódy a metódy jeho prípravy, ich porovnávacie charakteristiky, hlavné štádiá, hodnotenie výhod a nevýhod. Vlastnosti a návody použitia agar-agaru a agarózy v oblasti priemyslu a medicíny.

abstrakt, pridaný 10.6.2014


Kyselina benzoová C6H5COOH je najjednoduchšia jednosýtna karboxylová kyselina aromatického radu: história; fyzikálne vlastnosti a spôsoby výroby; laboratórna syntéza; uplatnenie v kalorimetrii, potravinárstve, medicíne; vplyv na zdravie.