Kolloid sistemler herhangi bir kişinin hayatında son derece önemlidir. Bu, yalnızca canlı bir organizmadaki hemen hemen tüm biyolojik sıvıların kolloidler oluşturmasından kaynaklanmaz. Ancak birçok doğa olayı (sis, duman), toprak, mineraller, yiyecekler, ilaçlar da kolloidal sistemlerdir.
Bileşimlerini ve spesifik özelliklerini yansıtan bu tür oluşumların birimi, bir makromolekül veya misel olarak kabul edilir. İkincisinin yapısı bir dizi faktöre bağlıdır, ancak her zaman çok katmanlı bir parçacıktır. Modern moleküler kinetik teori, kolloidal çözeltileri, çözünen maddenin daha büyük parçacıkları ile gerçek çözümlerin özel bir durumu olarak kabul eder.
Koloidal çözeltiler elde etme yöntemleri
Bir kolloidal sistem ortaya çıktığında oluşan bir miselin yapısı, kısmen bu sürecin mekanizmasına bağlıdır. Kolloid elde etme yöntemleri temelde farklı iki gruba ayrılır.
Dispersiyon yöntemleri, oldukça büyük parçacıkların öğütülmesiyle ilişkilidir. Bu işlemin mekanizmasına bağlı olarak aşağıdaki yöntemler ayırt edilir.
- Arıtma. Kuru yapılabilir veyaıslak yol. İlk durumda, katı önce ezilir ve ancak o zaman sıvı eklenir. İkinci durumda, madde bir sıvı ile karıştırılır ve ancak bundan sonra homojen bir karışıma dönüştürülür. Öğütme özel değirmenlerde yapılmaktadır.
- Şişme. Öğütme, çözücü parçacıklarının dağılan faza nüfuz etmesi nedeniyle elde edilir, buna parçacıklarının ayrılmaya kadar genişlemesi eşlik eder.
- Ultrason tarafından dispersiyon. Öğütülecek malzeme bir sıvıya yerleştirilir ve seslendirilir.
- Elektrik çarpması dağılımı. Metal solların üretiminde talep edilir. Dağılabilir bir metalden yapılmış elektrotların bir sıvıya yerleştirilmesi ve ardından bunlara yüksek voltaj uygulanmasıyla gerçekleştirilir. Sonuç olarak, metalin püskürtüldüğü ve ardından bir çözelti halinde yoğunlaştığı bir voltaik ark oluşur.
Bu yöntemler hem liyofilik hem de liyofobik kolloidal partiküller için uygundur. Misel yapısı, katının orijinal yapısının yok edilmesiyle eş zamanlı olarak gerçekleştirilir.
Yoğunlaştırma yöntemleri
Parçacık büyütmeye dayalı ikinci yöntem grubuna yoğunlaştırma denir. Bu süreç, fiziksel veya kimyasal olaylara dayanabilir. Fiziksel yoğuşma yöntemleri aşağıdakileri içerir.
- Çözücünün değiştirilmesi. Bir maddenin, içinde çok iyi çözüldüğü bir çözücüden, çözünürlüğünün çok daha düşük olduğu bir başka çözücüye aktarılmasına iner. Sonuç olarak, küçük parçacıklardaha büyük kümeler halinde birleşecek ve kolloidal bir çözüm ortaya çıkacaktır.
- Buhar yoğunlaşması. Bir örnek, parçacıkları soğuk yüzeylere yerleşebilen ve yavaş yavaş büyüyebilen sislerdir.
Kimyasal yoğuşma yöntemleri, karmaşık bir yapının çökeltilmesiyle birlikte bazı kimyasal reaksiyonları içerir:
- İyon değişimi: NaCl + AgNO3=AgCl↓ + NaNO3.
- Redox işlemleri: 2H2S + O2=2S↓ + 2H2O.
- Hidroliz: Al2S3 + 6H2O=2Al(OH) 3↓ + 3H2S.
Kimyasal yoğunlaşma koşulları
Bu kimyasal reaksiyonlar sırasında oluşan misellerin yapısı, içlerinde yer alan maddelerin fazlalığına veya eksikliğine bağlıdır. Ayrıca, kolloidal çözeltilerin ortaya çıkması için, az çözünür bir bileşiğin çökelmesini önleyen bir dizi koşulun gözlemlenmesi gerekir:
- Karışık çözeltilerdeki madde içeriği düşük olmalıdır;
- karıştırma hızları düşük olmalıdır;
- çözümlerden biri fazla alınmalı.
Misel yapısı
Miselin ana kısmı çekirdektir. Çözünmeyen bir bileşiğin çok sayıda atomu, iyonu ve molekülü tarafından oluşturulur. Genellikle çekirdek, kristal bir yapı ile karakterize edilir. Çekirdeğin yüzeyi, iyonları çevreden seçici olarak adsorbe etmeyi mümkün kılan bir serbest enerji rezervine sahiptir. Bu süreçPeskov kuralına uyar: bir katının yüzeyinde, kendi kristal kafesini tamamlayabilen bu iyonlar ağırlıklı olarak adsorbe edilir. Bu, bu iyonların doğa ve şekil (boyut) bakımından ilişkili veya benzer olması durumunda mümkündür.
Adsorpsiyon sırasında, misel çekirdeğinde potansiyel belirleyici iyonlar adı verilen pozitif veya negatif yüklü iyonlardan oluşan bir tabaka oluşur. Elektrostatik kuvvetler nedeniyle, ortaya çıkan yüklü agrega, çözeltiden karşı iyonları (zıt yüklü iyonları) çeker. Böylece kolloidal bir partikül çok katmanlı bir yapıya sahiptir. Misel, iki tür zıt yüklü iyondan oluşan bir dielektrik katman elde eder.
Hidrosol BaSO4
Örnek olarak, aşırı baryum klorürde hazırlanan kolloidal bir çözeltideki bir baryum sülfat miselinin yapısını düşünmek uygundur. Bu işlem, reaksiyon denklemine karşılık gelir:
BaCl2(p) + Na2SO4(p)=BaSO 4(t) + 2NaCl(p).
Suda az çözünür, baryum sülfat, m'inci sayıda BaSO molekülünden oluşan bir mikrokristalin agrega oluşturur4. Bu agreganın yüzeyi Ba2+ iyonlarının n'inci miktarını adsorbe eder. 2(n - x) Cl- iyonları, potansiyel belirleyici iyonların katmanına bağlanır. Ve karşı iyonların geri kalanı (2x) dağınık katmanda bulunur. Yani bu miselin granülü pozitif olarak yüklenecektir.
Sodyum sülfat fazla alınırsa,potansiyel belirleyici iyonlar SO42- iyonları olacak ve karşı iyonlar Na+ olacaktır. Bu durumda granülün yükü negatif olacaktır.
Bu örnek, bir misel granülünün yükünün işaretinin doğrudan hazırlanma koşullarına bağlı olduğunu açıkça göstermektedir.
Miselleri kaydetme
Önceki örnek, misellerin kimyasal yapısının ve bunu yansıtan formülün fazla alınan madde tarafından belirlendiğini gösterdi. Bakır sülfür hidrosol örneğini kullanarak bir kolloidal parçacığın tek tek parçalarının adlarını yazmanın yollarını düşünelim. Hazırlamak için, sodyum sülfür çözeltisi yavaş yavaş fazla miktarda bakır klorür çözeltisine dökülür:
CuCl2 + Na2S=CuS↓ + 2NaCl.
CuCl2'den fazla elde edilen bir CuS miselinin yapısı aşağıdaki gibi yazılır:
{[mCuS]·nCu2+·xCl-}+(2n-x)·(2n-x)Cl-.
Koloidal bir parçacığın yapısal parçaları
Tüm parçacığın temeli olan, az çözünür bir bileşiğin formülünü köşeli parantez içinde yazın. Genellikle agrega olarak adlandırılır. Genellikle agregayı oluşturan moleküllerin sayısı Latince m harfiyle yazılır.
Potansiyel belirleyici iyonlar çözeltide fazla miktarda bulunur. Agreganın yüzeyinde bulunurlar ve formülde köşeli parantezlerden hemen sonra yazılırlar. Bu iyonların sayısı n sembolü ile gösterilir. Bu iyonların adı, yüklerinin misel granülünün yükünü belirlediğini gösterir.
Bir granül, bir çekirdek ve bir parçadan oluşurAdsorpsiyon tabakasındaki karşı iyonlar. Granül yükünün değeri, potansiyel belirleyici ve adsorbe edilmiş karşı iyonların yüklerinin toplamına eşittir: +(2n – x). Karşı iyonların geri kalan kısmı dağınık katmandadır ve granülün yükünü telafi eder.
Eğer Na2S fazla alınırsa, oluşan kolloidal misel için yapı şeması şöyle görünür:
{[m(CuS)]∙nS2–∙xNa+}–(2n – x) ∙(2n – x)Na+.
Sürfaktan miseller
Sudaki yüzey aktif maddelerin (yüzey aktif maddelerin) konsantrasyonunun çok yüksek olması durumunda, moleküllerinin (veya iyonlarının) kümeleri oluşmaya başlayabilir. Bu büyütülmüş parçacıklar bir küre şeklindedir ve Gartley-Rebinder miselleri olarak adlandırılır. Tüm yüzey aktif maddelerin bu yeteneğe sahip olmadığı, sadece hidrofobik ve hidrofilik kısımların oranının optimal olduğu maddeler olduğu belirtilmelidir. Bu orana hidrofilik-lipofilik denge denir. Polar gruplarının hidrokarbon çekirdeğini sudan koruma yeteneği de önemli bir rol oynar.
Sürfaktan moleküllerinin kümeleri belirli yasalara göre oluşturulur:
- Agregaları farklı sayıda molekül içerebilen düşük moleküler maddelerin aksine, yüzey aktif madde misellerinin varlığı kesin olarak tanımlanmış sayıda molekülle mümkündür;
- inorganik maddeler için miselleşmenin başlangıcı çözünürlük limiti ile belirlenirse, o zaman organik yüzey aktif maddeler için kritik miselleşme konsantrasyonlarının elde edilmesi ile belirlenir;
- önce çözeltideki misel sayısı artar ve ardından boyutları artar.
Konsantrasyonun misel şekli üzerindeki etkisi
Sürfaktan misellerinin yapısı, çözeltideki konsantrasyonlarından etkilenir. Bazı değerlerine ulaştıktan sonra kolloidal parçacıklar birbirleriyle etkileşime girmeye başlar. Bu, şekillerinin şu şekilde değişmesine neden olur:
- küre bir elipsoide ve sonra bir silindire dönüşür;
- yüksek konsantrasyonlu silindirler altıgen bir faz oluşumuna yol açar;
- bazı durumlarda, katmanlı bir faz ve katı bir kristal (sabun parçacıkları) görünür.
Misel türleri
İç yapının organizasyonunun özelliklerine göre üç tip kolloidal sistem ayırt edilir: suspensoidler, misel kolloidler, moleküler kolloidler.
Suspensoidler, liyofobik kolloidlerin yanı sıra geri dönüşü olmayan kolloidler olabilir. Bu yapı, metallerin yanı sıra bileşikleri (çeşitli oksitler ve tuzlar) için tipiktir. Süspansoidlerin oluşturduğu dağınık fazın yapısı, kompakt bir maddenin yapısından farklı değildir. Moleküler veya iyonik bir kristal kafese sahiptir. Süspansiyonlardan farkı daha yüksek bir dağılımdır. Tersinmezlik, çözeltilerinin buharlaşmadan sonra kuru bir çökelti oluşturma yeteneğinde kendini gösterir; bu, basit çözünme ile bir sola dönüştürülemez. Dağınık faz ve dağılım ortamı arasındaki zayıf etkileşim nedeniyle liyofobik olarak adlandırılırlar.
Misel kolloidleri, kolloidal parçacıkları oluşan çözeltilerdir.polar atom grupları ve polar olmayan radikaller içeren difilik molekülleri yapıştırırken. Örnekler sabunlar ve yüzey aktif maddelerdir. Bu tür misellerdeki moleküller, dağılma kuvvetleri tarafından tutulur. Bu kolloidlerin şekli sadece küresel değil, aynı zamanda katmanlı da olabilir.
Moleküler kolloidler stabilizatör olmadan oldukça kararlıdır. Yapısal birimleri bireysel makromoleküllerdir. Bir kolloid partikülün şekli, molekülün özelliklerine ve molekül içi etkileşimlere bağlı olarak değişebilir. Yani lineer bir molekül bir çubuk veya bir bobin oluşturabilir.
