Kolloidse süsteemi määratlus: omadused, tüübid, omadused ja funktsioonid

Kolloidse süsteemi määratlus

Kolloid on heterogeenne ainete segu (kaks faasi) kahe või enama aine vahel, milles aine osakesed asuvad suurusega kolloid (dispergeeritud faas / jagunemine) jaotunud ühtlaselt teises aines (dispergeeriv keskkond / kaitselüliti). Kolloidse osakese suurus jääb vahemikku 1-100 nm. Kõnealune suurus võib olla osakese läbimõõdu, pikkuse, laiuse või paksuse kujul. Teine kolloidse süsteemi näide on tint, mis koosneb värvilistest pulbritest (tahketest ainetest) koos vedelikuga (veega). Peale tindi on palju muid kolloidseid süsteeme, nagu majonees, juukselakk, želee jne.

Kolloidne olek või kolloidne süsteem või kolloidne suspensioon või kolloidlahus või kolloid on faasisegu kaks, nimelt dispergeeritud faas ja dispergeeriv faas dispergeeritud osakeste suurusega vahemikus 10-7 kuni 10-4 cm. Hajutatud osakeste suurus ei selgita osakeste olekut. Osakesed võivad koosneda aatomitest, väikestest molekulidest või väga suurtest molekulidest. Kolloidne kuld koosneb erineva suurusega osakestest, millest igaüks sisaldab miljoneid või enam kuldaatomit. Kolloidne väävel koosneb osakestest, mis sisaldavad umbes tuhat S8 molekuli. Väga suure molekuli (mida nimetatakse ka makromolekuliks) näiteks on hemoglobiin. Selle molekuli molekulmass on 66800 s.m.a ja selle läbimõõt on umbes 6 x 10-7.

---

Kolloidse süsteemi määratlus ekspertide sõnul

Graham

Leiti, et naatriumkloriidi lahus difundeerub kergesti, samal ajal kui tärklis, želatiin ja munavalge levivad väga aeglaselt või üldse mitte. Aineid, mida on kerge kergendada, nimetatakse kolloidideks.

Ostwald (1907)

Kolloidne süsteem on heterogeenne segu kahest või enamast kolloidisuurusest osakesest (dispergeeritud faas), mis on ühtlaselt jaotunud teistesse ainetesse (dispersioonikeskkond).

Kolloidide tüübid

Kolloidne süsteem koosneb hajutatud faasist, mis jaotub ühtlaselt hajutavas keskkonnas. Dispergeeritud faas ja dispersioonikeskkond võivad olla tahked, vedelad ja gaasilised. Hajutatud faasi põhjal võib kolloidsed süsteemid rühmitada kolmeks:

Sool (tahke dispergeeritud faas)

• a. Tahke sool on sool dispergeerivas keskkonnas temperatuuril
  Näide: metallisulam, värviline klaas, must teemant
• b. Vedel sool on sool vedelas dispergeerivas keskkonnas
  Näide: värv, tint, jahu vees, savi
• c. Gaassool on sool gaasi dispergeerivas keskkonnas
  Näide: tolm õhus, põlemissuits

Emulsioon (vedel dispergeeritud faas)

• a. Tahke emulsioon on tahke dispergeeriva keskkonna emulsioon
  Näide: želee, juust, või, riis
• b. Vedel emulsioon on vedelas dispersioonikeskkonnas emulsioon
  Näide: piim, majonees, kätekreem
• c. Gaasiemulsioon on emulsioon gaasi dispergeerivas keskkonnas
  Näide: juukselakk ja putukatõrjevahend

Vaht (gaasiga hajutatud faas)

• a. Tahke vaht on tahkes dispergeerivas keskkonnas vaht.
  Näited: pimsskivi, vahukomm, poroloon, vahtpolüstüreen
• b. Vedel vaht on vedelas dispergeerivas keskkonnas vaht
  Näide: pekstud munavalged, seebivaht

Kui dispergeeritud faas ja dispersioonikeskkond on mõlemad gaasilised, liigitatakse segu vahu grupeerimiseks lahusena

Kolloidsed omadused

• Tyndalli efekt

Tyndalli efekt on nähtus, et kolloidosakesed hajutavad valguskiiri. Selle põhjuseks on kolloidmolekuli suur suurus. Tyndalli efekti avastas inglise füüsik John Tyndall (1820-1893). Seetõttu on nn Tyndalli efekti olemus.

Tyndalli efekt on efekt, mis tekib siis, kui lahus on valguse käes. Kui tõelist lahendust (vasakpoolset pilti) valgustatakse, ei hajuta lahus valgust, kolloidses süsteemis (parempoolne pilt) aga hajub valgus. See juhtub seetõttu, et kolloidosakestel on valguse hajutamiseks suhteliselt suured osakesed. Teiselt poolt on tõelises lahuses osakesed suhteliselt väikesed, nii et hajumine on väga väike ja seda on väga raske jälgida.

• Browni liikumine

Browni liikumine on kolloidosakeste liikumine, mis liiguvad alati sirgjooneliselt, kuid ebakorrapäraselt (juhuslik / ebaregulaarne liikumine). Kui jälgime kolloide ultramikroskoobi all, näeme, et need osakesed liiguvad siksakiliselt. Seda siksakilist liikumist nimetatakse Browni liikumiseks. Aine osakesed on alati liikumises.

Liikumine võib olla juhuslik nagu vedelike ja gaaside korral või lihtsalt vibreerida paigas nagu tahkistel. Vedeliku või gaasilise dispersioonikeskkonnaga kolloidide puhul põhjustab osakeste liikumine kokkupõrkeid kolloidosakeste endiga. Kokkupõrge toimus igast suunast. Kuna osakeste suurus on üsna väike, kipuvad tekkivad kokkupõrked olema tasakaalust väljas. Niisiis tekib tulemuslik kokkupõrge, mis põhjustab osakeste liikumise suuna muutuse, nii et toimub siksakiline või Browni liikumine. Mida väiksem on kolloidse osakese suurus, seda kiiremini toimub Browni liikumine. Sarnaselt, mida suurem on kolloidosakeste suurus, seda aeglasem toimub Browni liikumine. See seletab, miks Browni liikumist on lahuses raske jälgida ja seda ei leidu tahketes ainetes (suspensioonides). Browni liikumist mõjutab ka temperatuur. Mida kõrgem on kolloidse süsteemi temperatuur, seda suurem on dispergeeriva keskkonna osakeste kineetiline energia. Selle tulemusena kiireneb hajutatud faasi osakeste Browni liikumine. Vastupidi, mida madalam on kolloidse süsteemi temperatuur, seda aeglasem on Browni liikumine.

• Imendumine

Imendumine on osakeste või ioonide või muude ühendite neeldumine kolloidosakeste pinnal, mille põhjustab osakeste suur pind. (Märkus: Imendumist tuleb eristada absorptsioonist, mis tähendab absorptsiooni, mis toimub osakese sees.) Näide: (i) kolloidne Fe (OH) 3 on positiivselt laetud, kuna selle pind neelab H + ioone. (ii) kolloidne As2S3 on negatiivselt laetud, kuna selle pind neelab S2 ioone.

• Kolloidlaeng

Kolloide on kahte tüüpi, nimelt positiivselt laetud kolloidid ja negatiivselt laetud kolloidid.

• Kolloidne koagulatsioon

Hüübimine on kolloidsete osakeste kokkukleepumine ja moodustab sade. Koaguleerumise korral tähendab see, et hajutatud aine ei moodusta enam kolloide. Hüübimine võib toimuda füüsikaliselt, näiteks kuumutamine, jahutamine ja segamine, või keemiliselt, näiteks elektrolüütide lisamine, kolloidide segamine erinevate laengutega.

• Kaitsekolloid

Kaitsvad kolloidid on kolloidid, millel on omadused, mis võivad kaitsta teisi kolloide hüübimisprotsessi eest.

• Dialüüs

Dialüüs on kolloidide eraldamine häirivatest ioonidest, seda nimetatakse dialüüsiprotsessiks.

• Elektroforees

Elektroferees on laetud kolloidosakeste eraldamine elektrivoolu abil.

Kolloidse süsteemi valmistamine

Topelt lagunemisreaktsioon
Näiteks:

• As2S3 sool valmistatakse H2S aeglaselt läbi külma As2O3 lahuse voolamisega kuni
• moodustub erekollane As2S3 sool;
• As2O3 (vesilahus) + 3H2S (g) As2O3 (kolloid) + 3H2O (l)
• (As2S3 kolloid on negatiivselt laetud, kuna selle pind neelab S2-ioone)
• AgCl sool valmistatakse lahjendatud AgNO3 lahuse ja lahjendatud HCl lahuse segamise teel;
• AgNO3 (ag) + HCl (vesilahus) AgCl (kolloid) + HNO3 (vesilahus)

Nitraadiküte

Kuumutamisel kipub enamik nitraate lagunema, moodustades metalloksiidid, lämmastikdioksiid pruuni suitsu kujul ja hapnik.

Näiteks lihtsad 2. rühma nitraadid, näiteks magneesiumnitraat, lagunevad järgmise reaktsiooni abil:

1. rühmas läbib liitiumnitraat sama lagunemisprotsessi - tootes liitiumoksiidi, lämmastikdioksiidi ja hapnikku. Siiski ei ole 1. Rühma muude elementide kui liitium nitraadid täielikult lagunenud (vähemalt mitte laguneb Bunseni temperatuuril) - toodab metalli nitritit ja hapnikku, kuid ei sisalda lämmastikku oksiid. Kõik nitraadid naatriumist tseesiumini lagunevad vastavalt ülaltoodud reaktsioonile, ainus erinevus on reaktsiooni toimumiseks kogetav soojus. Mida allpool rühma on, seda raskem on lagunemine ja on vaja kõrgemaid temperatuure.

Karbonaatküte

Kuumutamisel kipub enamik karbonaate lagunema, moodustades metallioksiide ja süsinikdioksiidi. Näiteks lihtsad 2. rühma karbonaadid, näiteks kaltsiumkarbonaat, lagunevad järgmiselt:
1. rühmas läbib liitiumkarbonaat sama lagunemisprotsessi, et saada liitiumoksiidi ja süsinikdioksiidi.

1. rühma muude elementide kui liitium karbonaadid ei lagune Bunseni temperatuuril, kuigi kõrgematel temperatuuridel nad lagunevad. Lagunemistemperatuur tõuseb jälle grupis allapoole.

Kolloidse kasutamise funktsioonid

Kolloidseid süsteeme kasutatakse laialdaselt igapäevaelus, eriti igapäevaelus. Selle põhjuseks on olulised kolloidide omadused, mida saab segada ained, mis ei ole üksteises ühtlaselt lahustuvad ja on suures ulatuses stabiilsed suur.

Järgmine on kolloidsete rakenduste tabel:

Järgmine on kolloidrakenduste selgitus:

• Suhkru pleegitamine

Veel värvunud roosuhkrut saab pleegitada. Lahustades suhkrut vette, voolatakse lahus läbi diatomiit- või süsiniku kolloidse süsteemi. Kolloidosakesed adsorbeerivad värvaine. Kolloidosakesed adsorbeerivad roosuhkrust värvaine, nii et suhkur saab olla valge.

• Vere hüübimine

Veri sisaldab mitmeid negatiivselt laetud valgukolloide. Vigastuse korral saab haava ravida stiptpliiatsi või maarjaga, mis sisaldab Al3 + ja Fe3 + ioone. Need ioonid aitavad neutraliseerida valgus olevad kolloidosakesed, et vere hüübimisprotsessi saaks hõlpsamalt läbi viia.

• Veepuhastus

Praegune kraanivesi (PDAM) sisaldab savi, muda ja mitmesuguseid muid negatiivselt laetud osakesi. Seetõttu tuleb joogikõlbulikuks muutmiseks astuda mitu sammu, et kolloidosakesed saaksid eralduda. Selleks lisatakse maarja (Al2SO4) 3. Maarjas sisalduv Al3 + ioon hüdrolüüsitakse, moodustades reaktsiooni käigus positiivselt laetud Al (OH) 3 kolloidosakesed:

Al3 + + 3H2O Al (OH) 3 + 3H +

Pärast seda eemaldab Al (OH) 3 kolloidsetest savi / muda osakestest negatiivsed laengud ja mudas toimub koagulatsioon. Seejärel settib muda maarjaga, mis settib ka raskusjõu mõjul. Järgmine on veepuhastusprotsessi täielik skeem.