Koloidne raztopine: metode priprave in uporabe

Mnogi ljudje, ki se ne ukvarjajo s kemijo, ko slišijo izraz "koloidne raztopine", predstavljajo nekaj podobnega gelu, viskozni mešanici. Dejstvo je, da je to ime sprva izviralo iz grške besede, prevedeno kot "lepljivo". Ko sistem ravnotežja ni uravnotežen, se sol precipitirajo in spominjajo na žele.

Praviloma so koloidne raztopine popolnoma transparentne tekočine. Odvisno od sestave je lahko brezbarven ali obarvan. Na prvi pogled soli se ne razlikujejo od resničnih rešitev. Študija te vrste snovi se ukvarja s celim delom - koloidno kemijo.

Splošne značilnosti

Vsaka rešitev je enofazni sistem, ki obsega dve ali več komponent. Nasprotno pa je suspenzija ali emulzija manj stabilna. V tekočih raztopinah med skladiščenjem se lahko oborijo, če se na primer dajo v nepremično zaprto posodo in pride do izhlapevanja tekočine. V drugih primerih gre za inertni sistem, kjer komponente ne reagirajo med seboj, zato lahko ostanejo nespremenjene dolgo časa.

Lastnosti koloidnih raztopin

Molekule snovi so enakomerno porazdeljene po celotnem topilu, vendar stalno spreminjajo Brownovo (oscilacijsko) gibanje. Posledično pride do popolnega mešanja komponent sistema. Lastnosti koloidnih raztopin v tem procesu so nekoliko drugačne. Delce takšnega sistema imenujemo micele. Razpršujejo se iz ene plasti tekočine v drugo počasneje (100-krat). Razlog za majhno hitrost je večji volumen micelij v primerjavi z molekulami resničnih rešitev.

Koloidne raztopine se glede na velikost delcev, njihove količine razlikujejo po viskoznosti. Pogosto obstajajo sistemi, ki gredo v gelsko stanje z znižanjem temperature. Prisotnost prevelikih micel in preseganje meje topnosti vodi do motnosti.

Koloidni delci, za razliko od molekul, imajo večje velikosti in so zato sposobni razpršiti svetlobo. Tako je mogoče razločiti te rešitve od resničnih. Pri prehodu skozi takšen sistem bo viden žarek svetlobe.

Struktura Micelle

Priprava koloidnih raztopin temelji na nastajanju micelij, ki morajo ostati za ohranitev lastnosti sistema v stabilnem stanju. Delci imajo kompleksno strukturo, sestavljeno iz jedra, ki ga tvori rahlo topna snov. Okoli nje je porazdeljen sloj potencialno določljivih ionov. Ponavadi so enake kot v rahlo topni snovi, ki se nahaja v središču micele (pravilo Paneth - Faience). Takšni ioni določajo naboj jedra.

Na primer, v interakciji kalijevega jodida in srebrov nitrat nastajajo micele. Jedro takih delcev je srebrov jodid (AgI). Če prevlada druga komponenta, bodo potencialno določljivi ioni Ag ⁺ , če je prvi I ^- . Naslednji sloj je protiion snovi, ki je bil odvečen. Oblikujejo dve coni. Prvi se nahaja blizu površine jedra, je del adsorbirane plasti. Drugi je del difuzijske plasti, sestavljen iz prosto gibljivih ionov v bližini površine.

Koloidni delci so jedra z adsorbiranim slojem, ki vsebujejo potencialno določljive ione in proti-ione. Ta formacija ima dajatev. Micelle vključuje koloidne delce in difuzijski sloj proti-ionov in je nevtralen.

Kako nastane micelije

Vse metode pridobivanja koloidnih raztopin temeljijo na interakciji slabo topnih spojin z elektrolitom. Na primer, AgNO ₃ (srebrov nitrat) s KI (kalijev jodid). Kot rezultat reakcije dobimo AgI in KNO ₃ (kalijev nitrat). Strukturo micelov lahko shematsko predstavimo. Obstajata dve možnosti za tvorbo koloidnih delcev zgoraj navedenih spojin:

1. Z presežkom AgNO ₃ - {n (AgI) mAg ⁺ (mx) NO ₃ ¯} xNO ₃ ¯.
2. S prebitkom KI- {n (AgI) mpi (mx) K ⁺ } xK ⁺ .

Najprej je navedeno jedro, nato potencialno določljivi ioni in protiioni adsorbiranega in difuzijskega sloja. Elektrokinetični potencial, ki določa naboj koloidnega delca, je označen s črko "x". Nastane zaradi razlike v površinski energiji jedra delca s potencialno določljivimi ioni.

Stabilnost

Koloidne raztopine lahko dolgo ostanejo nespremenjene. Stabilnost takih sistemov je posledica enakega imena micelnih dajatev, ki vodijo do njihovega odbijanja drug od drugega. Vendar pa lahko s prevelikimi velikostmi in visoko koncentracijo delci trčijo in se združijo. Stabilnost koloidnih raztopin je relativni koncept. Lahko so shranjene nespremenjene dovolj dolgo.

Koagulacija koloidnih raztopin je postopek lepljenja med seboj. S stabilnim stanjem sistema se ta pojav pojavi počasi, kar mu omogoča, da traja dlje časa (do 100 let) v enofaznem stanju. Ta pojav imenujemo agregativna nestabilnost.

Stopnja koagulacije

Hitrost agregacije delcev in posledično ločevanje faz sta odvisna od številnih dejavnikov, vključno z velikostjo in koncentracijo micelov, temperaturo shranjevanja. Pospešek koagulacijskega procesa je posledica dodajanja elektrolita. Ta pojav je opažen v hidrofilnih sistemih. Znane so metode upočasnjevanja procesa agregacije delcev. Na primer, mešanje lipofilnega koloida z hidrofilnim. Na izgubo stabilnosti solov lahko vplivajo segrevanje ali hlajenje, mehanske obremenitve.

Koagulacija koloidnih raztopin z uporabo elektrolitov

Obstajajo določeni vzorci vpliva elektrolitov na koloidno raztopino. Torej, za začetek postopka, potrebujete določeno koncentracijo slednjega, ki ni pod določeno stopnjo - prag koagulacije. Elektrolit je snov, ki je sposobna vodenja električni tok kot rezultat disociacije v raztopini ali taljenja v ione. Na stanje koloidne raztopine vpliva ion, katerega naboj je nasproten naboru micele. Ukrep se poveča s stopnjo napolnjenosti (pravilo Schulze-Gardy).

Drugi dejavnik, ki določa stopnjo vpliva ionov, je njihova vodljivost. Delci z enakim nabojem imajo različno stopnjo delovanja na koagulacijski proces. Pri ločevanju koloidne raztopine so v sedimentu prisotni koagulacijski ioni. Pri dodajanju mešanice elektrolitov lahko njene komponente oslabijo učinek drug drugega (antagonizem) ali obratno okrepijo (sinergizem). Redko opazen neodvisen (aditivni) učinek.

Načine, kako priti

Metode za pridobivanje koloidnih raztopin so zmanjšane na dve. Ena od možnosti je disperzija (mletje) velikih delcev v velikosti, ki ustrezajo koloidnim. Takšen postopek se lahko izvede, na primer, z uporabo ultrazvočnih naprav (mehansko brušenje). Različne disperzne metode so nastajanje koloidnih delcev zaradi dodajanja elektrolitov, ki se adsorbirajo na površini koloidnih jeder in delce prenesejo v raztopljeno stanje.

Nasprotje disperzijski metodi je metoda kondenzacije, ki je sestavljena iz agregacije majhnih delcev v večje. Do tega pojava pride npr. Pri zamenjavi topila. Kako lahko dosežemo ta učinek? Zaradi sprememb v okolju se močno zmanjša topnost. Nadalje snov tvori koloidni delček. V njegovo tvorbo so vključene molekule topil, s katerimi se bolje meša. Ta učinek, na primer, se doseže s postopnim dodajanjem kolofonije, raztopljene v etanolu, v vodo.

Različne reakcije kondenzacije, vključno s tistimi, opisanimi zgoraj, veljajo tudi za agregacijske metode. Drugi primeri so lahko hidroliza soli kovine, zlasti železov klorid (FeCl3), nevtralizacijska reakcija, ki izhaja iz interakcije barijevega hidroksida (Ba (OH) ₂ ) z žveplovo kislino (H2S04).

Solubilizacija

Vrednost koloidnih raztopin v človeškem življenju je velika zaradi sposobnosti površinsko aktivnih snovi, da povečajo raztapljanje hidrofobnih spojin v vodi. Ta pojav imenujemo "solubilizacija". Ta proces v svojem jedru predstavlja raztapljanje spojin v micelih. Zaradi tega pojava lahko prah odstrani kontaminacijo iz tkanin, kar povzroči stabilne emulzije ogljikovodikov in barvil v vodi.

Solubilizacija lahko poteka na različne načine. Torej nepolarni ogljikovodiki prodrejo v jedro micel, spojine s hidrofilnimi in hidrofobnimi deli (amini, alkoholi) pa so vgrajene tako, da je prva zunaj, druga pa globoko v koloidni delci. Obstaja tudi pojav povratne solubilizacije, ki je sestavljena iz raztapljanja vode v olju. Pri neionskih površinsko aktivnih snoveh se ugotovi druga metoda za povečanje topnosti hidrofobnih spojin - pritrjevanje na površino micele skozi kemične vezi (zlasti vodik).

Vseprisotna distribucija

Koloidne raztopine so vedno prisotne znotraj in okoli osebe. Med njimi so kri, limfa, lepila in barve, ki se pogosto uporabljajo pri različnih gradbenih in zaključnih delih. Geli so pridobljeni iz koloidnih raztopin zaradi koagulacije in obarjanja. Sem spadajo na primer žele, marmelada, agar-agar, želatina, karagenani. Slednje se uporabljajo za izboljšanje strukture izdelkov, zlasti paste. Povsod v človeškem telesu so koloidne raztopine, obogatene z beljakovinami.

Uporaba v medicini

V medicini se povsod uporabljajo koloidne raztopine. Tukaj je nekaj primerov njihove uporabe. Koloidno srebro, ki je majhen kovinski delček, razpršen v vodi, se uporablja pri zdravljenju opeklin, želodčne razjede in duodenum, za pranje sluznice nosu, da bi preprečili širjenje virusnih okužb.

Farmacevtska industrija ponuja veliko izbiro koloidnih raztopin za različne namene. Med njimi so univerzalna zdravila, ki se lahko uporabljajo kot celjenje ran pri opeklinah, hemoroidih; protivnetno - z mrazom, vnetim grlom, sinusitisom; analgetiki - za lajšanje zobobolov in ne samo. Sem spadajo koloidna raztopina Millenium. Gel vsebuje aloe, pšenični protein, ginseng, vitamin E in druge koristne dodatke. Številna zdravila za zunanjo uporabo so dejansko koloidna raztopina. Za sklepe, na primer, se uporablja "Artro Complex", ki vsebuje tako uporabno komponento kot hrustanca morskega psa.

Uporaba v življenju in industriji

Koloidne raztopine so osnova za pranje in čiščenje površinsko aktivnih snovi. Kontaminanti prodrejo skozi micele in se tako odstranijo s površine.

Drug pomemben vidik uporabe površinsko aktivnih snovi, ki tvorijo micele, je proizvodnja polimerov, zlasti lateksov, polivinil alkohola in lepil rastlinskega izvora. Različne plastike, nadomestki usnja temeljijo na emulziji. Pri čiščenju se uporabljajo tudi površinsko aktivne snovi odplak in pitne vode.

Prednosti kozmetičnih izdelkov na osnovi koloidnih raztopin so prodiranje zdravilnih učinkovin skozi človeško kožo in strukturo las. Takšna sredstva se učinkovito uporabljajo proti staranju. Mednje spadajo predvsem neolitik Millennium Neo. Koloidna raztopina pomaga komponentam, ki jih vsebuje, doseči globlje plasti kože, mimo epidermisa.