Заобикалящата природа, както и ин виво, редки отделните вещества. Най-различни вещества, представляващи живот и неживата природа, при условие, като разтвори или като дисперсни системи. Колоидни (дисперсия) системи са широко разпространени в природата, и от древни времена играе огромна роля в живота на човека. Въпреки това, първите системни изследвания на такива системи са само в средата на ХIХ век. През последните 150 години, науката за колоиди е създадена като независим клон на физическа химия.
Дисперсни система е хетерогенна система, в която един фаза се състои от малки частици, разпределени равномерно в обема на друга на хомогенна фаза. Този ultramicroheterogeneous системи, състоящи се от частици от диспергираната фаза - заедно раздробени частици, чиито размер е в границите 10-9 - 10-5 М и непрекъснат дисперсионна среда, в която са разпределени частици.
За да се характеризира раздробяването на дисперсна фаза вътрешен физически химик AV Dumanskiy (1880 - 1967), въведена през 1913 г. концепцията на степента на дисперсия δ. която се измерва от реципрочната стойност на средния диаметър на несферични частици или средно количество обратна връзка еквивалентен диаметър г (m-1):
Частици, диспергирани системи могат да бъдат видяни с невъоръжено око или с помощта на инструменти. Saharinki, брашно частици и човешка коса за окото. Плаваща във въздуха, прах частици станат видими само когато в тъмна стая светлинен сноп прониква. Еритроцитите могат да се видят през микроскоп, най-малките частици могат да бъдат открити чрез електронна микроскопия. В съответствие с условията (1) най-високата диспергиране в еритроцитите и най-ниската - в saharinok и брашно частици.
В допълнение към частици като дисперсна фаза може да бъде нишки, влакна, капиляри и пори, както и филми и мембрани. Всички те имат едно или повече измерения, които определят дисперсията. Разграничаване три-, дву- и едномерна дисперсна фаза.
Ако размерът, който определя дисперсията, всички частици е същата, тогава подобна система, наречена монодисперсни. например, цветен прашец на някои растения. Значително по-често полидисперсни системи, характеризиращи се с различни размери на частиците, или дисперсия.
Характерна особеност на високо дисперсни системи е много голям в граничната повърхност между дисперсната фаза и дисперсна среда. Тя се характеризира с площ на специфична повърхност. която се определя като отношението на общата площ на диспергираната фаза Sd.f. към общия обем или тегло да:
С нарастване на финост на нейната система за специфична повърхност рязко се увеличава и достига област в колоидни огромни стойности.
Фрагментирането и голяма специфична повърхностна повърхност предизвика значителен излишък повърхностна енергия. Това от своя страна води до повърхностни явления. Повърхностно явления на всяка фаза повърхност определяне на границите, но рязко увеличаване на специфичната повърхност води до засилване поради излишък повърхностната енергия.
Фрагментирането включва образуването на частици с различна форма, която се характеризира със специфична повърхностна кривина. Кривината на повърхността в някои случаи е допълнителен фактор за засилване на процесите, които се случват в интерфейса.
По този начин, колоидно състояние на материята има две основни характеристики - способността за диспергиране и хетерогенност. Отличителна черта на фин системи е тяхната нестабилност, свързана с голям резерв от повърхността свободна енергия се дължи на големия фаза интерфейс. За да разпръсне системи, характеризиращи се с спонтанни процеси, които намаляват излишък повърхностна енергия поради загрубяване на диспергираната фаза. Осигуряване на относителната стабилност на системата се постига чрез осигуряване на повърхността на защитния слой на диспергираната фаза - електрическата двоен слой, който осигурява електростатично отблъскване на частиците, и адсорбция-солват слой, който предотвратява контакт и адхезия на частици. Стабилизиращи слоеве се появяват в резултат на адсорбция на йони или молекули.
* Класификацията разпръсне системи.
Разпръснете системи в природата е огромно разнообразие, така че е невъзможно да се създаде единна класификация за тях. Класификациите се основават на съществуващите различни свойства на дисперсни системи диспергирани размер на частиците фаза, агрегация състояние на дисперсната фаза и дисперсна среда, естеството на взаимодействието на дисперсната фаза с дисперсионната среда, структурни и механични свойства и др ...
^ Класификация системи за размера на частиците на дисперсната фаза.
В зависимост от размера на частиците D диференцират високо, средно - и грубо диспергирани системи.
Долната граница на размера на фин системи (1 пМ) се дължи на факта, че образуването на устройството трябва да бъде най-малко 20-30 молекули. Радиусът на молекула, като вода, е 0.138 пМ. Следователно, най-малката частица, която се образува от диспергирана фаза може да бъде по-малко от 1 пМ.
^ Класификация на състоянието на фаза агрегация.
Класификация на състоянието на агрегация, предложен от Волфганг Оствалд. По принцип, възможни комбинации на 9, но дисперсна система, в която дисперсната фаза и дисперсна среда са газове, не съществува, тъй като газовете неограничен разтворим във всяка друга. Всички възможни видове дисперсни системи са представени в таблица 2.
* Класификация чрез взаимодействие на дисперсната фаза и дисперсна среда (за повърхностна взаимодействие).
Тази класификация се отнася само за системи с течна дисперсионна среда. G.Freyndlih предложи да се разделят дисперсни системи на два типа:
Като lyophobic и на лиофилни колоидните разтвори структурни единици са мицели - микроструктура, образувани от взаимодействието на компоненти на дисперсната фаза и дисперсна среда. Различното естество на това взаимодействие води до различна структура на мицелите в lyophobic и лиофилни колоидните разтвори, както и условията за тяхното съществуване и стабилност.
Естеството на наблюдаваните явления зависи от размера на частиците на дисперсната фаза и връзката им с дължина на вълната (λ) на падаща светлина. Преминаването на светлина се наблюдава ясни системи, в които частиците са по-малки от дължината на вълната на падащата светлина (, Rl). Визуално явлението се изразява в помътняване на тези системи.
Разсейване на светлината се наблюдава за системи, в които частиците на дисперсната фаза е по-малко, но сравними с дължина на вълната инцидент (R ≈ 0,1 λ). Именно тази връзка се отнася и за колоиди. Пропуснатата светлина колоидни системи са прозрачни, и странична светлина разпръсна светлина инцидента върху тях, така че един куп хора в колоидна система се разглежда като ярко светещ конус (Тиндал конус - от името на учения, за първи път в подробности, за да разследва този феномен). Теорията за разсейване на светлината, създадена британски физик Рейли. Той се извлича уравнение, свързано интензитетът I на разсеяна светлина с интензитета на падащата светлина I0 на, падаща светлина дължина на вълната λ R и размера на диспергираните частици фаза на:
където V - обем на една частица, ν - частична концентрация (брой частици за единица обем), λ - дължина на вълната, N1, n0 - коефициентите на пречупване на частиците и среда, съответно.
Rayleigh уравнение се извършва при следните условия:
В случай на нарушение на агрегат коагулат стабилност - процесът на срастване на частици за образуване на по-големи агрегати. В резултат на системата на кръвосъсирване губи своята стабилност утаяване, защото частиците са твърде големи и не могат да участват в брауново движение.
Коагулацията е спонтанен процес, тъй като тя намалява междуфазова повърхност и по този начин до намаляване на повърхност свободна енергия.
Има две фази на коагулация.
Етап 1 - скрит коагулация. На този етап, частиците стават по-големи, но все още не губят своята стабилност утаяване.
Етап 2 - очевидно коагулация. На този етап частиците губят тяхната стабилност утаяване. Ако плътност на частиците по-голяма от плътността на средата за дисперсия, се образува утайка.
Причините са многобройни съсирване. Всяка намеса с достатъчен интензитет предизвиква коагулация. Такива реакции могат да включват:
Най-голямото практически интерес е коагулация с електролити.
Видове електролит коагулация.
Установено е, че който и да е електролит причинява коагулация на Сол. Когато коагулация зол разграничи концентрация електролити и неутрализация коагулация.
Концентрация на коагулацията настъпва под действието на поддържащи електролити. Той нарече безразличен електролит, което, когато се прилага Повърхностното потенциал φ не се променя. Електролитът не съдържа йони, които биха били способни на специфично адсорбция на частиците от правилото Панет фаянс т.е. не са в състояние да завърши изграждането на кристалната решетка на уреда. се наблюдава концентрация на кръвосъсирването, например, прибавяне на колоиден разтвор на нитрат с Agl положително заредена колоидни частици:
Тъй като концентрацията на добавен електролит (йони) концентрация на противойони в слоя се увеличава дифузия, което води до нарушаване на предварително установен разпределение на дифузията на противойони и подобряване на електростатично привличане сили между потенциалните-и противойони, в резултат на което част от дифузен слой на йони влиза адсорбцията. Когато тази дифузия слой се пресова, намаляване на заряд на колоидни частици и като следствие намалява ζ - потенциал.
Фиг. Промяна ζ - сграда добавяне поддържащ електролит. Граница DES 1-1 съответства на първоначалната колоиден разтвор; граница 2 - 2, 3 - 3 бяха получени след прибавяне на подходящи количества електролит (плъзгаща се повърхност съвпада с границата на адсорбция и дифузионни слоеве).
На фиг. и по-нататък за простота се приема, че приплъзване AB на съвпада с гранична повърхност адсорбция и дифузионни слоеве. С достатъчно повишаване на концентрацията на носещата електролита може да настъпи състояние, в което дифузен слой изчезва и колоидни частици става електронеутрални, т.е. идва изоелектрично състояние - състояние на колоидни частици, където зета потенциал (ζ) е нула, коагулация случи. Формула мицели в такова състояние става:
Неутрализация коагулацията настъпва в допълнение към зол neindifferentnogo електролит. Neindifferentnym нарича електролит интерфазата способна да се промени (φ) и линейно свързана с него зета (ζ) потенциал, т.е. електролитът съдържа йони способна специфично да адсорбира по повърхността на устройството, цялостно изграждане на кристалната решетка или химически взаимодействат с потенциалните-определяне йони. механизъм Неутрализирането се реализира само когато заряда на частиците е малък. противойони слоевете са малки и могат да бъдат незабавно адсорбционни коагулиращи йони върху повърхности на частиците, т.е. potentsialoopredelyayuschie неутрализира йони, намаляване на термодинамичен потенциала и съответно ξ - потенциал.
се наблюдава Неутрализация на кръвосъсирването, например, прибавяне на колоиден разтвор K2S с Agl с положително заредени колоидни частици. Между аниони и потенциални коагулация йони Ag + реакция настъпва с образуване на слабо разтворими съединения с Ag2S, което води до разрушаване на мицели с Agl:
В резултат на свързването на потенциал определяне йони и противойони брой, необходим за зареждане компенсация на повърхността на ядрото е намалена, което води до повърхностна потенциал капка и следователно Зета - (. Фиг) потенциал до нула.
Фиг. Промяна МФ и ζ - потенциали добавяне neindifferentnogo електролит.
ζ0). След това, при достигане на максималната адсорбция на потенциални Определящи йони ще настъпят дифузен слой компресия, което води до намаляване на зета - потенциал (както в случая на действието на носещата електролита) и, след достигане на своята критична стойност за коагулация на колоидна система.
Коагулация в някои случаи е обратим. Обратното процес, при който коагулира отново преминава в колоидно състояние или peptization наречена категоризация. Peptization толкова по-вероятно, отколкото по-малко време е изминало от коагулация. Изпирането може да причини коагулация коагулат от излишната вода, електролит, или добавяне на електролит, съдържащ потенциални Определящи йони, поради адсорбцията на което повишава повърхностния заряд на частиците. В двата случая, категоризация е поради увеличаване отблъскване на частиците енергия поради увеличаване на дебелината на дифузия слой или повърхностна потенциал.
Способността да коагулира е най-характерната черта на всички типични колоидни системи, и е от голямо практическо значение по биология, геология, селското стопанство и инженеринг.
Всички силни електролити се добавят към зол в достатъчно количество, за да предизвика неговото коагулация.
Минималната концентрация на електролита, което води до коагулация на сол за определен кратък период от време, наречен на прага на коагулация.
праг коагулация може да се изчисли концентрацията на електролит коагулатор С, количеството на електролита добавя V, и обема на зол Vzolya (обикновено 10 мл):
Обратното на прага на коагулация () се нарича способност електролит коагулиращ. Следователно, колкото по-малка от прага на коагулация, толкова по-електролит способността коагулиране.
Коагулиращ ефект е не всички електролита, но само заряд йон е същия знак като заряд на противойони мицели lyophobic золни (коагулация йонен заряд, обратна на заряд на колоидни частици). Това се нарича йон йон - коагулант.
Коагулация на способността на йони - коагулант е по-голяма, толкова по-голям заряд на йон. Количествено, този модел е описан по емпиричен правило Шулце - Харди, както теоретично обоснована връзка между обвинението и коагулация на прага на йонна коагулация дава Deryagina теория - Ландау:
В съответствие с уравнение 17, съотношението на коагулацията прагове за един - два - и тривалентни йони е равна на (валентност правило):
Следователно, способността на коагулация trohzaryadnogo йон до 729 пъти по-високи от способността коагулиращ на единично зареден йон.
Текущо инсталирани отклонения от правилата Шулце - Харди - Deryagina - Ландау (обикновено валентност). В допълнение радиус коагулация праг такса влияние за коагулация с адсорбция на капацитет и хидратация, както и естеството на йонна едновременното коагулация.
В случай на многократно заредени йони е възможно, и такъв ефект като презареждане на частиците, т.е. промяна на знака на зареждане и капацитет на колоидни частици. Добавените йони могат да обменят с противойони, и замяната им в адсорбция и дифузионни слоеве. Така, ако се размножават зареденият йон е достатъчно малък (например, Al3 +, Th4 + и т.н.), е замества повърхността на частиците (в адсорбционната слой) нон-еквивалентно количество заряд бивши йони (sverhekvivalentnaya адсорбция). Например, вместо 1-2 на К + йони може да бъде йонен Th4 +. Следователно, в достатъчно висока концентрация на тези йони, получени от заряда на повърхността може да бъде по-голяма в абсолютна стойност от заряда потенциални Определящи йони. Това означава промяна на знака на заряда и потенциала. Сега, това са потенциални Определящи йони (вместо) на частици ориентирани и около други противойони.
Адитивен ефект на електролити (линия 1, фиг.). Електролити действат като независимо един от друг, тяхното кумулативен ефект се състои от влиянието на всяка от електролити. Ако - концентрацията на първия електролит, концентрацията на зола, за да коагулира втори електролита трябва да е равен. Адитивност обикновено се наблюдава при сходството на способността коагулиране на двете електролити.
Фиг. Ко-коагулация на действие на двата електролита.
^ Взаимодействието на действие (линия 2). Електролити обичат да помагат един на друг - на нуждата им от коагулация по-малко, отколкото се изисква от върховенството на адитивност (
^ Антагонизъм действие (линия 3). Електролити обичат да си пречат взаимно и да коагулира те трябва да добавите повече отколкото се изисква по правилото за адитивност. Една от причините за това явление може да служи антагонизъм на взаимодействието между йони.
Colloid защита наречен зол увеличи общата стабилност чрез въвеждане в него IUD (високо молекулно съединение), или повърхностно активни вещества (повърхностно активно вещество). Защитното действие на тези вещества, поради образуването на повърхността на колоидни частици с определен адсорбция слой. Повърхностно с асиметричен молекулна структура, ориентирани вертикално в повърхностния слой. IUD с равномерно разпределени през молекулни полярни групи адсорбира хоризонтална повърхност, образуващи мрежа около колоидни частици. Полученият защитен слой предотвратява адхезията на частичките на диспергираната фаза.
Свързани статии