Opredelitev koloidnega sistema: lastnosti, vrste, značilnosti in funkcije
Opredelitev koloidnega sistema
Koloid je heterogena mešanica snovi (dve fazi) med dvema ali več snovmi, v katerih so delci snovi koloidna velikost (razpršena faza / ki je razpadla) je enakomerno razpršena v drugi snovi (disperzni medij / odklopnik). Velikost koloidnih delcev je od 1 do 100 nm. Zadevna velikost je lahko v obliki premera, dolžine, širine ali debeline delca. Drug primer koloidnega sistema je črnilo, ki je sestavljeno iz barvnih praškov (trdnih snovi) s tekočino (voda). Poleg črnila obstaja še veliko drugih koloidnih sistemov, kot so majoneza, lak za lase, žele itd.
Koloidno stanje ali koloidni sistem ali koloidna suspenzija ali raztopina koloida ali koloid je fazna zmes dve, in sicer dispergirana faza in disperzna faza z velikostjo dispergiranih delcev v razponu od 10-7 do 10-4 cm Velikost razpršenega delca ne pojasni stanja delca. Delci so lahko sestavljeni iz atomov, majhnih molekul ali zelo velikih molekul. Koloidno zlato sestavljajo delci različnih velikosti, od katerih vsak vsebuje milijone ali več atomov zlata. Koloidno žveplo sestavljajo delci, ki vsebujejo približno tisoč molekul S8. Primer zelo velike molekule (imenovane tudi makromolekula) je hemoglobin. Molekulska masa te molekule je 66800 s.m.a in ima premer približno 6 x 10-7.
Opredelitev koloidnega sistema po mnenju strokovnjakov
Graham
Ugotovili so, da raztopina natrijevega klorida zlahka difundira, medtem ko se škrob, želatina in jajčni beljak širijo zelo počasi ali pa se sploh ne širijo. Snovi, ki jih je težko osvetliti, imenujemo koloidi.
Ostwald (1907)
Koloidni sistem je heterogena mešanica dveh ali več delcev v koloidni velikosti (dispergirana faza), enakomerno porazdeljenih v drugih snoveh (disperzijski mediji).
Vrste koloidov
Koloidni sistem je sestavljen iz razpršene faze, ki je enakomerno porazdeljena v dispergirnem mediju. Razpršena faza in disperzijski medij sta lahko trdna, tekoča in plinasta. Na podlagi razpršene faze lahko koloidne sisteme razvrstimo v 3, in sicer:
Sol (trdna dispergirana faza)
- a. Trden sol je sol v dispergirnem mediju pri
Primer: kovinska zlitina, barvno steklo, črni diamant - b. Tekoči sol je sol v tekočem disperzivnem mediju
Primer: barva, črnilo, moka v vodi, glina - c. Plinski sol je sol v mediju za razprševanje plina
Primer: prah v zraku, zgorevalni dim
Emulzija (tekoče dispergirana faza)
- a. Trdna emulzija je emulzija v trdnem dispergirnem mediju
Primer: žele, sir, maslo, riž - b. Tekoča emulzija je emulzija v tekočem disperzijskem mediju
Primer: mleko, majoneza, krema za roke - c. Plinska emulzija je emulzija v mediju za razprševanje plina
Primer: lak za lase in sredstvo proti insektom
Pena (plin razpršena faza)
- a. Trdna pena je pena v trdnem dispergirnem mediju.
Primeri: Pumice, marshmallow, penasta guma, stiropor - b. Tekoča pena je pena v tekočem disperzivnem mediju
Primer: stepeni beljaki, milna pena
Če sta razpršena faza in disperzijski medij plinasto razvrščena v skupine za peno, je zmes razvrščena kot raztopina
Koloidne lastnosti
- Tyndallov učinek
Tyndallov učinek je pojav razprševanja svetlobnih žarkov s koloidnimi delci. To je posledica velike velikosti koloidne molekule. Tyndallov učinek je odkril John Tyndall (1820-1893), angleški fizik. Zato je narava tako imenovanega Tyndallovega učinka.
Tyndallov učinek je učinek, ki se pojavi, ko je raztopina izpostavljena svetlobi. Ko pravo raztopino (leva slika) osvetlimo s svetlobo, raztopina ne bo sipala svetlobe, medtem ko bo v koloidnem sistemu (desna slika) svetloba razpršena. To se zgodi, ker imajo koloidni delci razmeroma velike delce, da lahko razpršijo svetlobo. Po drugi strani pa so delci v resnični raztopini razmeroma majhni, zato je razpršitev zelo majhna in zelo težko opazna.
Brown's Motion
Brownovo gibanje je gibanje koloidnih delcev, ki se vedno gibljejo v ravni črti, vendar neredno (naključno / nepravilno gibanje). Če koloide opazujemo pod ultra mikroskopom, bomo videli, da se bodo ti delci gibali cikcak. To cik-cak gibanje se imenuje Brownovo gibanje. Delci snovi so vedno v gibanju.
Gibanje je lahko naključno kot pri tekočinah in plinih ali pa samo vibrira na mestu kot pri trdnih snoveh. Pri koloidih s tekočim ali plinskim disperzijskim medijem bo gibanje delcev povzročilo trke s samimi koloidnimi delci. Trčenje je potekalo iz vseh smeri. Ker je velikost delcev precej majhna, so trki, ki se pojavijo, ponavadi neuravnoteženi. Torej pride do trka, ki povzroči spremembo smeri gibanja delcev, tako da gre za cik-cak ali Brownovo gibanje. Manjša je velikost koloidnih delcev, hitrejše je Brownovo gibanje. Podobno večja je velikost koloidnih delcev, počasnejše je Brownovo gibanje. To pojasnjuje, zakaj je Brownovo gibanje težko opaziti v raztopini in ga ne najdemo v trdnih snoveh (suspenzijah). Na Brownovo gibanje vpliva tudi temperatura. Višja kot je temperatura koloidnega sistema, večja je kinetična energija delcev dispergirnega medija. Posledično se pospeši Brownovo gibanje delcev razpršene faze. Nasprotno, nižja kot je temperatura koloidnega sistema, počasnejše je Brownovo gibanje.
Absorpcija
Absorpcija je dogodek absorpcije delcev ali ionov ali drugih spojin na površini koloidnih delcev, ki ga povzroči velika površina delcev. (Opomba: Absorpcijo je treba razlikovati od absorpcije, kar pomeni absorpcijo, ki se pojavi znotraj delca). Primer: (i) Koloidni Fe (OH) 3 je pozitivno nabit, ker njegova površina absorbira ione H +. (ii) Koloidni As2S3 je negativno nabit, ker njegova površina absorbira ione S2.
Koloidni naboj
Obstajata dve vrsti koloidov, in sicer pozitivno nabiti koloidi in negativno nabiti koloidi.
Koloidna koagulacija
Koagulacija je kopičenje koloidnih delcev in tvori oborino. S pojavom koagulacije pomeni, da razpršena snov ne tvori več koloidov. Koagulacija se lahko pojavi fizično, kot je ogrevanje, hlajenje in mešanje, ali kemično, kot je dodajanje elektrolitov, mešanje koloidov z različnimi naboji.
Zaščitni koloid
Zaščitni koloidi so koloidi, ki imajo lastnosti, ki lahko zaščitijo druge koloide pred procesom strjevanja.
Dializa
Dializa je ločevanje koloidov od motečih ionov na ta način se imenuje postopek dialize.
Elektroforeza
Elektrofereza je ločevanje nabitih koloidnih delcev z uporabo električnega toka.
Izdelava koloidnega sistema
Reakcija dvojnega razkroja
Na primer:
- Sol As2S3 nastane tako, da H2S počasi teče skozi hladno raztopino As2O3 do
- nastane svetlo rumen sol As2S3;
- As2O3 (aq) + 3H2S (g) As2O3 (koloid) + 3H2O (l)
- (Koloid As2S3 je negativno nabit, ker njegova površina absorbira ione S2)
- Sol AgCl pripravimo z mešanjem razredčene raztopine AgNO3 in razredčene raztopine HCl;
- AgNO3 (ag) + HCl (vod.) AgCl (koloid) + HNO3 (vod.)
Nitratno ogrevanje
Pri segrevanju se večina nitratov ponavadi razgradi in tvori kovinske okside, dušikov dioksid v obliki rjavega dima in kisik.
Na primer, preprosti nitrati skupine 2, kot je magnezijev nitrat, se razgradijo z naslednjo reakcijo:
V skupini 1 se litijev nitrat podvrže enakemu postopku razgradnje - pri čemer nastane litijev oksid, dušikov dioksid in kisik. Vendar se nitrati elementov, ki niso litij v skupini 1, ne razgradijo popolnoma (vsaj ne razgradi se pri temperaturi Bunsena) - proizvaja kovinski nitrit in kisik, dušika pa ne oksid. Vsi nitrati od natrija do cezija se razgradijo v skladu z zgornjo reakcijo, edina razlika je v toploti, ki jo je treba izkusiti, da pride do reakcije. Čim dlje v skupini bo težje razpadanje in zahtevajo višje temperature.
Karbonatno ogrevanje
Pri segrevanju se večina karbonatov ponavadi razgradi in tvori kovinske okside in ogljikov dioksid. Na primer, preprosti karbonati skupine 2, kot je kalcijev karbonat, se razgradijo na naslednji način:
V skupini 1 se litijev karbonat podvrže enakemu postopku razgradnje, da nastane litijev oksid in ogljikov dioksid.
Karbonati elementov, ki niso litij v skupini 1, se pri Bunsenovi temperaturi ne razgradijo, čeprav pri višjih temperaturah. Temperatura razgradnje se ponovno zviša še naprej po skupini.
Funkcije koloidne uporabe
Koloidni sistemi se pogosto uporabljajo v vsakdanjem življenju, zlasti v vsakdanjem življenju. To je posledica pomembnih lastnosti koloidov, ki jih lahko uporabimo za mešanje snovi, ki so homogeno topne med seboj in so stabilne za proizvodnjo v velikem obsegu velik.
Sledi preglednica koloidnih aplikacij:
Sledi razlaga koloidnih aplikacij:
- Beljenje sladkorja
Trsni sladkor, ki je še vedno obarvan, je mogoče beliti. Z raztapljanjem sladkorja v vodi raztopina teče skozi koloidni sistem diatomejske zemlje ali ogljika. Koloidni delci bodo adsorbirali barvilo. Koloidni delci absorbirajo barvilo iz trsnega sladkorja, tako da lahko sladkor postane bel.
- Strjevanje krvi
Kri vsebuje številne negativno nabite beljakovinske koloide. Če pride do poškodbe, lahko rano zdravimo s stiptičnim svinčnikom ali alumom, ki vsebuje ione Al3 + in Fe3 +. Ti ioni pomagajo nevtralizirati koloidne delce v beljakovini, tako da je postopek strjevanja krvi lažje izvedljiv.
- Čiščenje vode
Obstoječa voda iz pipe (PDAM) vsebuje koloidne delce gline, blata in različne druge delce, ki so negativno nabiti. Zato je treba narediti več korakov, da je koloidne delce mogoče ločiti. To naredimo tako, da dodamo alum (Al2SO4) 3. Ioni Al3 +, ki jih vsebuje alum, se hidrolizirajo in v reakciji tvorijo pozitivno nabite koloidne delce Al (OH) 3:
Al3 + + 3H2O Al (OH) 3 + 3H +
Po tem Al (OH) 3 odstrani negativne naboje iz koloidnih delcev gline / blata in v blatu pride do koagulacije. Nato se blato usede z alumom, ki se prav tako usede zaradi vpliva gravitacije. Sledi celotna shema postopka čiščenja vode.