Колоидна химия


Категория на документа: Химия


A. КОЛОИДИ

Понятието "колоид" е въведено в науката от Грейъм от думата "кола" - лепило и "ейдос" - вид. Изучавайки физикохимичните свойства на разтворите, в частност дифузията им, той установява, че веществата, които не изкристализират от разтвор, а образуват аморфни утайки (Al2O3, желатин, арабска гума, смоли, силициева киселина нишесте, белтъци и др.) са не само с по-малка скорост на дифузия от кристалните, но и не преминават през порите на пергаментови мембрани. Въз основа на това той разделя веществата на кристалоиди и колоиди. Това деление, въпреки че е невярно, поставя началото на изучаването на колоидите. По-късно е показано, че колоидите не са по-особен вид вещества, а особено състояние на материята, наречено колоидно. За потвърждаване на това становище привеждаме долния пример.

Пример:

NaCl е "кристалоид" във H2O;

NaCl е "колоид" в C6H6

Общо известно е, че NaCl е вещество с кристална решетка, спонтанно разтварящо (дисоцииращо) се в полярния разтворител вода и изкристализиращо от него. Следователно според класификацията на Грейъм той е кристалоид. В неполярния разтворител C6H6, NaCl обаче няма свойствата на кристалоид, а на колоид. Не е възможно едно и също вещество да бъде и кристалоид и колоид, т.е. предложената от Грейъм класификация е несъстоятелна.

1.Дисперсни системи. Класификация.

Дисперсната системата се състои от дисперсна среда (ДС) и дисперсна фаза (ДФ). Дисперсната среда е веществото с най-голяма маса или веществото, чието агрегатно състояние съвпада с това на дисперсната система. В някои от системите то се нарича разтворител. Дисперсната фаза се състои от разтворените или диспергирани (раздробени) в дисперсната среда вещества, с размери от 0.5 - 1000 nm. В зависимост от размера на частиците на ДФ, дисперсните системи се разделят на три групи.
1.1. Молекулни дисперсни системи (МДС) - в тях дисперсната фаза спонтанно се разтваря до молекули (или се дисоциира до йони) в дисперсната среда. От своя страна те биват два вида;

> разтвори на нискомолекулни вещества, в които размерът на молекулите или йоните е по-малък от 0.5 nm;

> разтвори на високомолекулни вещества (белтъци, нуклеинови киселини полиелектролити, полимери), в които размерът на молекулите или йоните е от порядъка на 10 nm.
МДС са хомогенни, термодинамично устойчиви системи, в които ДС е в равновесие с ДФ ().
1.2. Колоидно-дисперсни системи, наричани истински колоидни разтвори. Те са микрохетерогенни системи, в които дисперсната фаза не е разтворена до молекулни размери, а е диспергирана (раздробена) в дисперсната среда до частици с размери от 1 до 100 nm. Особените свойства на колоидно-дисперсните системи се задават от тяхната микрохетерогенност и висока дисперсност. Дисперситетът D се дефинира като реципрочна стойност на линейния размер на колоидната частица.

(1)
Колоидните разтвори са неустойчиви, поради което за тяхното стабилизиране се използват стабилизатори.
Разтворите на високомолекулни вещества (белтъци, нуклеинови киселини полиелектролити, полимери) по същество са истински молекулни разтвори, но те притежават много от признаците на колоидното състояние. При разтварянето си те се самодиспергират до отделни макромолекули и образуват хомогенни, еднофазни, устойчиви, обратими системи. Размерът на макромолекулите (около10 nm) е гигански по отношение на размера на обикновените молекули, но е съизмирим с размера, определен за колоидните частици. Поради това, по свойства тези разтвори са по-близки до колоидните, отколкото до молекулните. Основанието разтворите на ВМВ да се считат за "молекулни колоиди" и да се наричат "биоколоиди"е, че те диалектически съчетават свойствата на молекулните и колоидни разтвори. Поради това техните свойства са предмет на съвременната колоидна химия.
1.3. Грубо-дисперсни системи - това са тези дисперсни системи, в които размерът на частиците е по-голям от 1000 nm. Стабилизацията на тези хетерогенни и силно неустойчиви системи се постига по два начина:

> чрез намаляване на размера на частиците с допълнително диспергиране;

> чрез добавка на стабилизатори в тях.
2. Класификации на колоидно-дисперсните системи

За колоидно-дисперсните системи са предложени няколко класификации на базата на няколко признака:
2.1Според размера и структура на колоидната частица колоидите биват:

* асоциационни, наречени "суспензоиди - разтвори, в които колоидните частици са асоциати от йони, атоми или молекули, отделени чрез фазова граница от ДС;

* молекулни - разтвори, в които ДФ е разтворена до молекулни размери, но размерът на молекулата в тях е от порядъка на размера на колоидната частица в истинските колоиди - това са биоколоидите.
2.2 Според агрегатното състояние на ДС (газ, течност, твърдо) и ДФ (газ, течност, твърдо) колоидите биват 8 вида (виж Таблица 1). От тях с особено приложение в практиката са КДС с дисперсна среда - течност. Това са пените, емулсиите и суспензиите.
2.3 Според междуфазното взаимодействие между молекулите на ДС и ДФ, разположени на фазовата граница колоидите биват:

* Лиофилни са колоидите, при които междуфазното взаимодействието между ДС и ДФ е по-голямо от това между ДС/ДС или ДФ/ДФ. Това условие се реализира, когато веществото на ДФ харесва, т.е. има "филия" към ДС като разтворител. В този случай ДФ се солватира добре и спонтанно се разтваря до молекули или йони (G < 0). Нарастването на свободната повърхностна енергия като резултат от нарастване на повърхността при диспергиране се компенсира от нарастването на ентропията и от намаляването на енталпията. Тези разтвори са термодинамично устойчиви. ДФ и ДС са в термодинамично равновесие (G = 0) При определени условия е възможно те да преминават в друго равновесно състояние, образуване на гел - пространствено омрежена структура, клетките на която са изпълнени с ДС. Този процес е обратим, поради което лиофилните колоиди са обратими системи. Типични лиофилни колоиди са разтворите на ВМВ.

* Лиофобни колоиди са тези, при които междуфазното взаимодействие ДС/ДФ е слабо проявено, т.е. ДФ има "фобия" към ДС като разтворител. В тях ДФ не се диспергира спонтанно, тъй като ДС лошо я солватира. Лиофобните колоиди са хетерогенни, високодисперсни, неустойчиви системи. Взаимодействията между частиците на ДФ водят до процеса "коагулация" (необратимо агрегиране), който ускорява кинетична неустойчивост в системата и ДС и ДФ се разслояват напълно. Типични лиофобни колоиди са золите на металите и металните оксиди.
3. Получаване на колоидни разтвори
По предложение на Сведберг методите за получаване на колоидни разтвори се разделят на две големи групи: кондензационни и дисперсионни

3.1. Дисперсионни - тази група обединава всички методи, при които веществото на ДФ се раздробява (диспергира) до колоидни размери. Методите за диспергиране могат да бъдат механични, електрични и ултразвукови:
Механични :




Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Колоидна химия 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.