Çevremizdeki maddelerin çoğu çeşitli maddelerin karışımlarıdır, bu nedenle özelliklerinin incelenmesi kimya, tıp, gıda endüstrisi ve ekonominin diğer sektörlerinin gelişmesinde önemli bir rol oynar. Makale, dağılım derecesinin ne olduğu ve sistemin özelliklerini nasıl etkilediği konularını tartışıyor.
Dağılı sistemler nelerdir?
Dağılımın derecesini tartışmadan önce, bu kavramın hangi sistemlere uygulanabileceğini açıklığa kavuşturmak gerekir.
Kimyasal bileşimi birbirinden farklı olabilen iki farklı maddemiz olduğunu düşünelim, örneğin sofra tuzu ve saf su veya agregasyon halinde, örneğin sıvı ve katı halde aynı su (buz) durumları. Şimdi bu iki maddeyi alıp karıştırmanız ve yoğun bir şekilde karıştırmanız gerekiyor. Sonuç ne olacak? Kimyasal reaksiyonun karıştırma sırasında gerçekleşip gerçekleşmediğine bağlıdır. Dağınık sistemlerden bahsederken,oluşumda reaksiyon olmaz, yani ilk maddeler yapılarını mikro düzeyde ve yoğunluk, renk, elektriksel iletkenlik ve diğerleri gibi doğal fiziksel özelliklerini korurlar.
Dolayısıyla, dağılmış bir sistem, iki veya daha fazla maddenin birbiriyle karıştırılması sonucunda mekanik bir karışımdır. Oluştuğunda "dağılım ortamı" ve "faz" kavramları kullanılır. Birincisi, sistem içinde süreklilik özelliğine sahiptir ve kural olarak, içinde büyük bir nispi miktarda bulunur. İkinci (dağılmış faz) süreksizlik özelliği ile karakterize edilir, yani sistemde, onları ortamdan ayıran yüzey tarafından sınırlanan küçük parçacıklar şeklindedir.
Homojen ve heterojen sistemler
Dağınık sistemin bu iki bileşeninin fiziksel özelliklerinde farklılık göstereceği açıktır. Örneğin, suya kum atıp karıştırırsanız, kimyasal formülü SiO2 olan suda bulunan kum tanelerinin farklı olmayacağı açıktır. Devletten hiçbir şekilde suda değilken. Bu gibi durumlarda, heterojenlikten söz edilir. Başka bir deyişle, heterojen bir sistem birkaç (iki veya daha fazla) fazın bir karışımıdır. İkincisi, belirli özelliklerle karakterize edilen sistemin bazı sonlu hacmi olarak anlaşılır. Yukarıdaki örnekte iki aşamamız var: kum ve su.
Ancak, herhangi bir ortamda çözündüklerinde dağılmış fazın parçacıklarının boyutu o kadar küçük olabilir ki, bireysel özelliklerini göstermeyi bırakırlar. Bu durumda birinden bahsederhomojen veya homojen maddeler. Birkaç bileşen içermelerine rağmen, hepsi sistemin tüm hacmi boyunca bir faz oluşturur. Homojen bir sisteme bir örnek, sudaki bir NaCl çözeltisidir. Çözündüğünde, polar moleküller H2O ile etkileşim nedeniyle, NaCl kristali ayrı katyonlara (Na+) ve anyonlara (Cl) ayrışır.-). Su ile homojen bir şekilde karıştırılırlar ve böyle bir sistemde çözünen ile çözücü arasındaki ara yüzü bulmak artık mümkün değildir.
Parça boyutu
Dağılımın derecesi nedir? Bu değerin daha ayrıntılı olarak ele alınması gerekir. Neyi temsil ediyor? Dağınık fazın parçacık boyutu ile ters orantılıdır. İncelenen tüm maddelerin sınıflandırılmasının altında yatan bu özelliktir.
Dağılı sistemler üzerinde çalışırken, öğrenciler genellikle isimleri konusunda kafaları karışır, çünkü sınıflandırmalarının aynı zamanda toplama durumuna da bağlı olduğuna inanırlar. Bu doğru değil. Farklı kümelenme durumlarının karışımlarının gerçekten farklı isimleri vardır, örneğin emülsiyonlar su maddeleridir ve aerosoller zaten bir gaz fazının varlığını düşündürür. Bununla birlikte, dispers sistemlerin özellikleri esas olarak içlerinde çözünen fazın partikül boyutuna bağlıdır.
Genel olarak kabul edilen sınıflandırma
Dağılım derecesine göre dispers sistemlerin sınıflandırılması aşağıda verilmiştir:
- Koşullu parçacık boyutu 1 nm'den küçükse, bu tür sistemlere gerçek veya gerçek çözümler denir.
- Koşullu parçacık boyutu 1 nm ile100 nm, o zaman söz konusu madde kolloidal çözelti olarak adlandırılacaktır.
- Parçacıklar 100 nm'den büyükse, o zaman süspansiyonlardan veya süspansiyonlardan bahsediyoruz.
Yukarıdaki sınıflandırma ile ilgili olarak, iki noktayı açıklığa kavuşturalım: ilk olarak, verilen rakamlar gösterge niteliğindedir, yani partikül boyutunun 3 nm olduğu bir sistem mutlaka bir kolloid değildir, aynı zamanda doğru olabilir. çözüm. Bu, fiziksel özelliklerini inceleyerek kurulabilir. İkinci olarak, listenin "koşullu boyut" ifadesini kullandığını fark edebilirsiniz. Bunun nedeni, sistemdeki parçacıkların şeklinin tamamen keyfi olabilmesi ve genel durumda karmaşık bir geometriye sahip olmasıdır. Bu nedenle, ortalama (koşullu) bir boyuttan bahsederler.
Makalede daha sonra belirtilen dağınık sistem türlerinin kısa bir açıklamasını vereceğiz.
Gerçek çözümler
Yukarıda bahsedildiği gibi, partiküllerin gerçek çözeltilerdeki dağılım derecesi o kadar yüksektir (boyutları çok küçüktür, < 1 nm) ve solvent (ortam) arasında arayüz yoktur, yani orada tek fazlı homojen bir sistemdir. Bilginin eksiksiz olması için, bir atomun boyutunun bir angstrom (0,1 nm) düzeyinde olduğunu hatırlıyoruz. Son sayı, gerçek çözeltilerdeki parçacıkların atomik boyutta olduğunu gösterir.
Onları kolloidlerden ve süspansiyonlardan ayıran gerçek çözeltilerin ana özellikleri şunlardır:
- Çözümün durumu, keyfi olarak uzun bir süre değişmeden kalır, yani dağılmış fazın hiçbir çökeltisi oluşmaz.
- Çözünmüşmadde düz kağıttan süzülerek çözücüden ayrılamaz.
- Kimyada diyaliz denilen gözenekli zardan geçiş işlemi sonucunda madde de ayrılmaz.
- Bir çözücüyü bir çözücüden ayırmak, yalnızca çözücünün kümelenme durumunu değiştirerek, örneğin buharlaşma yoluyla mümkündür.
- İdeal çözümler için elektroliz yapılabilir, yani sisteme bir potansiyel farkı (iki elektrot) uygulanırsa bir elektrik akımı geçirilebilir.
- Işığı dağıtmazlar.
Gerçek çözümlere bir örnek, çeşitli tuzların suyla karıştırılmasıdır, örneğin, NaCl (sofra tuzu), NaHCO3 (kabartma tozu), KNO 3(potasyum nitrat) ve diğerleri.
Kolloid çözümler
Bunlar, gerçek çözümler ve süspansiyonlar arasındaki ara sistemlerdir. Bununla birlikte, bir takım benzersiz özelliklere sahiptirler. Bunları sıralayalım:
- Çevresel koşullar değişmezse, keyfi olarak uzun bir süre mekanik olarak kararlıdırlar. Kolloid pıhtılaştığı (çökeldiği) için sistemi ısıtmak veya asitliğini (pH değerini) değiştirmek yeterlidir.
- Filtre kağıdı kullanılarak ayrılmazlar, ancak diyaliz işlemi dağılan fazın ve ortamın ayrılmasına yol açar.
- Gerçek çözümlerde olduğu gibi elektrolize edilebilirler.
- Şeffaf kolloidal sistemler için, Tyndall etkisi denilen şey karakteristiktir: Bu sistemden bir ışık huzmesi geçirerek onu görebilirsiniz. İle bağlantılıdırspektrumun görünür kısmında elektromanyetik dalgaların her yöne saçılması.
- Diğer maddeleri adsorbe etme yeteneği.
Kolloidal sistemler, listelenen özelliklerinden dolayı insanlar tarafından çeşitli faaliyet alanlarında (gıda endüstrisi, kimya) yaygın olarak kullanılmaktadır ve genellikle doğada da bulunur. Bir kolloid örneği tereyağı, mayonezdir. Doğada bunlar sisler, bulutlar.
Son (üçüncü) sınıf dispers sistemlerin açıklamasına geçmeden önce, kolloidler için adlandırılmış bazı özellikleri daha ayrıntılı olarak açıklayalım.
Koloidal çözümler nelerdir?
Bu tür dispers sistemler için, ortamın farklı kümelenme durumları ve içinde çözünen faz dikkate alınarak sınıflandırma verilebilir. Aşağıda ilgili tablo/
| Çarşamba/Aşama | Gaz | Sıvı | Sert gövde |
| gaz | tüm gazlar birbirleri içinde sonsuz çözünürlüğe sahiptir, bu nedenle her zaman doğru çözümler oluştururlar | aerosol (sis, bulutlar) | aerosol (duman) |
| sıvı | köpük (tıraş, krem şanti) | emülsiyon (süt, mayonez, sos) | sol (suluboya) |
| sağlam gövde | köpük (pomza, gazlı çikolata) | jel (jelatin, peynir) | sol (yakut kristali, granit) |
Tablo kolloidal maddelerin hem günlük hayatta hem de doğada her yerde bulunduğunu göstermektedir. Süspansiyonlar için de benzer bir tablo verilebileceğini unutmayın,içlerindeki kolloidler sadece dağılmış fazın boyutundadır. Bununla birlikte, süspansiyonlar mekanik olarak kararsızdır ve bu nedenle kolloidal sistemlerden daha az pratik ilgiye sahiptir.
Koloidlerin mekanik stabilitesinin nedeni
Mayonez neden buzdolabında uzun süre kalabilir ve içindeki asılı parçacıklar çökelmez? Suda çözünen boya parçacıkları neden sonunda kabın dibine "düşmez"? Bu soruların cevabı Brownian hareketi olacaktır.
Bu tür hareket 19. yüzyılın ilk yarısında, mikroskop altında küçük polen parçacıklarının suda nasıl hareket ettiğini gözlemleyen İngiliz botanikçi Robert Brown tarafından keşfedildi. Fiziksel bir bakış açısından Brown hareketi, sıvı moleküllerin kaotik hareketinin bir tezahürüdür. Sıvının sıcaklığı yükseltilirse yoğunluğu artar. Küçük kolloidal çözelti parçacıklarının süspansiyon halinde olmasına neden olan bu hareket türüdür.
Adsorpsiyon özelliği
Dağılım, ortalama parçacık boyutunun tersidir. Kolloidlerdeki bu boyut 1 nm ila 100 nm aralığında olduğundan, çok gelişmiş bir yüzeye sahiptirler, yani S / m oranı büyük bir değerdir, burada S iki faz arasındaki toplam arayüz alanıdır (dağılım ortamı) ve parçacıklar), m - çözeltideki parçacıkların toplam kütlesi.
Dağılı fazdaki parçacıkların yüzeyinde bulunan atomlar doymamış kimyasal bağlara sahiptir. Bu, diğerleriyle bileşikler oluşturabilecekleri anlamına gelir.moleküller. Kural olarak, bu bileşikler van der Waals kuvvetleri veya hidrojen bağları nedeniyle ortaya çıkar. Kolloidal parçacıkların yüzeyinde birkaç molekül katmanını tutabilirler.
Adsorbanın klasik bir örneği aktif karbondur. Dağılım ortamının katı olduğu ve fazın bir gaz olduğu bir kolloiddir. Bunun için spesifik yüzey alanı 2500 m2/g'ye ulaşabilir.
İncelik derecesi ve spesifik yüzey alanı
S/m'yi hesaplamak kolay bir iş değildir. Gerçek şu ki, kolloidal bir çözeltideki partiküller farklı boyutlara, şekillere sahiptir ve her partikülün yüzeyi benzersiz bir kabartmaya sahiptir. Bu nedenle, bu sorunu çözmek için teorik yöntemler, nicel sonuçlara değil, nitel sonuçlara yol açar. Yine de, özgül yüzey alanı formülünü dispersiyon derecesinden vermekte fayda var.
Sistemin tüm parçacıklarının küresel bir şekle ve aynı boyuta sahip olduğunu varsayarsak, basit hesaplamalar sonucunda aşağıdaki ifade elde edilir: Sud=6/(dρ), burada Sud - yüzey alanı (spesifik), d - parçacık çapı, ρ - oluştuğu maddenin yoğunluğu. En küçük ve en ağır parçacıkların incelenen miktara en fazla katkıyı yapacağı formülden görülebilir.
Sud belirlemenin deneysel yolu, incelenen madde tarafından adsorbe edilen gazın hacmini hesaplamanın yanı sıra gözenek boyutunu (dağılmış faz) ölçmektir. içinde.
Dondurarak kurutma veliyofobik
Liyofilisite ve liyofobiklik - bunlar, aslında, yukarıda verildiği biçimde dağılmış sistemlerin sınıflandırılmasının varlığını belirleyen özelliklerdir. Her iki kavram da çözücü ve çözünen molekülleri arasındaki kuvvet bağını karakterize eder. Bu ilişki büyükse, liyofilisiteden bahsederler. Bu nedenle, sudaki tüm gerçek tuz çözeltileri, parçacıkları (iyonları) H2O polar molekülleri ile elektriksel olarak bağlı olduğundan, liyofiliktir. Tereyağı veya mayonez gibi sistemleri düşünürsek, bunlar tipik hidrofobik kolloidlerin temsilcileridir, çünkü içlerindeki yağ (lipit) molekülleri polar molekülleri iter H2O.
Liyofobik (çözücü su ise hidrofobik) sistemlerin termodinamik olarak kararsız olduğuna dikkat etmek önemlidir, bu da onları liyofilik olanlardan ayırır.
Askıya almanın özellikleri
Şimdi dağılma sistemlerinin son sınıfını düşünün - süspansiyonlar. İçlerindeki en küçük parçacığın 100 nm'den büyük veya mertebesinde olmasıyla karakterize olduklarını hatırlayın. Hangi özelliklere sahipler? İlgili liste aşağıda verilmiştir:
- Mekanik olarak kararsızdırlar, bu nedenle kısa sürede tortu oluştururlar.
- Bulutlu ve güneş ışığını geçirmezler.
- Faz filtre kağıdı ile ortamdan ayrılabilir.
Doğadaki süspansiyon örnekleri arasında nehirlerdeki çamurlu su veya volkanik kül bulunur. Süspansiyonların insan kullanımı aşağıdakilerle ilişkilidir:genellikle ilaçla (ilaç çözeltileri).
Pıhtılaşma
Farklı dağılım derecelerine sahip maddelerin karışımları hakkında ne söylenebilir? Kısmen, bu konu makalede zaten ele alınmıştır, çünkü herhangi bir dispersiyon sisteminde parçacıkların belirli sınırlar içinde kalan bir boyutu vardır. Burada sadece bir ilginç vakayı ele alıyoruz. Bir kolloid ve gerçek bir elektrolit solüsyonunu karıştırırsanız ne olur? Ağırlıklı sistem bozulacak ve pıhtılaşması gerçekleşecektir. Bunun nedeni, gerçek çözelti iyonlarının elektrik alanlarının kolloidal parçacıkların yüzey yükü üzerindeki etkisinde yatmaktadır.
