Koloidālo šķīdumu attīrīšanas metodes. Koloidālo sistēmu attīrīšana. Koloidālo sistēmu iegūšanas metodes

Nosūtiet savu labo darbu zināšanu bāzē ir vienkārši. Izmantojiet zemāk esošo veidlapu

Studenti, maģistranti, jaunie zinātnieki, kuri izmanto zināšanu bāzi savās studijās un darbā, būs jums ļoti pateicīgi.

Koloidālo šķīdumu iegūšanas un attīrīšanas metodes

Kondensācijas metodes koloidālo sistēmu iegūšanai

No disperso sistēmu klasifikācijas pēc daļiņu izmēra izriet, ka koloidālie šķīdumi (sols) ieņem starpstāvokli starp molekulārajām un rupjām sistēmām. Tas nosaka divus iespējamos koloidālo šķīdumu iegūšanas veidus. Viens veids ir palielināt daļiņas molekulu vai jonu agregācijas laikā - šo metodi sauc kondensāts. Otrs veids ir sasmalcināt lielas daļiņas līdz koloidālai dispersijai, to veic ar metodi dispersija.

Kondensācija var notikt gan ķīmiski, gan fiziskais process. Abos gadījumos kondensācijas metodes pamatā ir jaunas fāzes veidošanās viendabīgā vidē, kurai ir koloidāla dispersitāte. Jaunas fāzes veidošanās vispārējais nosacījums ir šķīduma vai tvaika pārsātinājuma stāvoklis. Kad dažās šķīduma daļās rodas lokāli pārsātinājumi, veidojas vairāku molekulu agregāti, kas kļūst par jaunas fāzes kodoliem. Kodolu lomu var pildīt sistēmā esošie vai ievadītie kristalizācijas centri - putekļu daļiņas, nelielas gatavā sola piedevas utt. Jo lielāks ir kristalizācijas centru skaits un mazāks kristāla augšanas ātrums, jo augstāka ir kristalizācijas dispersija. iegūtie soli.

Saskaņā ar mūsdienu teorija jaunas fāzes kodolu veidošanās viendabīgā vidē, šis process ir svārstīgs. Cietās fāzes kodolu veidošanās nosacījumus izsaka vienādojums

r=2 vm/ RTln (c r/ Dūdot)

kur r ir kristāla rādiuss; y ir virsmas spraigums uz kristāla šķīduma robežas; Vm ir kristāliskās fāzes molārais tilpums; Ar ir piesātinātā šķīduma koncentrācija; Ar r ir pārsātinātā šķīduma koncentrācija, kas nepieciešama mazu kristālu veidošanai ar rādiusu r.

Kodolu veidošanās iespējama ar nosacījumu, ka Ar r> s.Ļoti izkliedētu sistēmu var iegūt no pārsātināta šķīduma tikai tad, ja ir nukleācijas ātrums v\ daudz vairāk nekā to pieauguma temps V2, t.i., j>i^>^2. Pretējā gadījumā veidojas lielas daļiņas, kurām nav kinētiskās stabilitātes un nogulsnējas.

Ķīmiskās kondensācijas gadījumā reakciju gaitā rodas jauna fāze, kuras rezultātā veidojas noteiktā vidē nešķīstošas ​​vielas. Tās var būt reducēšanās, oksidēšanās, apmaiņas, hidrolīzes reakcijas.

Dažādām ķīmiskām reakcijām, ko izmanto solu pagatavošanā, empīriski tiek izvēlēti optimālie apstākļi kodolu veidošanās un augšanai. Parasti ļoti izkliedētus solus iegūst, pievienojot nelielu daudzumu koncentrēta otrā reaģenta šķīduma viena reaģenta atšķaidītam šķīdumam, intensīvi maisot. Izmantojot šo paņēmienu, izveidotie cietās fāzes kodoli ātri pārstāj augt, jo atšķaidītais šķīdums drīz tiek iztērēts. Svaigi izveidotajai dispersajai fāzei, kas sastāv no nešķīstošu vielu agregātiem, bieži ir amorfa struktūra. Laika gaitā (no dažām minūtēm līdz dienai). notiek nešķīstošo daļiņu kristalizācijas process un tās iegūst kristālisku struktūru.

atveseļošanās reakcijas. Reducēšanas reakcijas parasti izmanto, lai iegūtu cēlmetālu (platīna, zelta, sudraba) solus. Restaurāciju var veikt ar aizsargkoloīdiem vai bez tiem. HMW izmanto kā aizsargkoloīdus, kas adsorbējas uz koloidālo daļiņu virsmas un veido aizsargplēves. Farmaceitiskajā praksē aizsargkoloīdu klātbūtnē iegūst preparātu kolargolu, kas ir koloidāls sudraba šķīdums, ko aizsargā lizalbīnskābes un protalbskābes sāļi.

Saņemot zelta solu, hloraurīnskābe reakcijas rezultātā tiek pārveidota par kālija aurātu

2NAuC1 4 + 5K 2 CO 3 \u003d 2KAuO 2 + 5CO 2 + 8KS1 + H 2 O

Kālija aurāta reducēšanās reakcija ar formaldehīdu notiek saskaņā ar vienādojumu

2KAuO 2 + ZNSNO + K 2 CO 3 \u003d 2Au + ZNSOOK + KHSOz + H 2 O

Aurātu joni, kas ir potenciālu veidojošie joni, tiek adsorbēti uz izveidotajiem zelta mikrokristāliem. K + joni kalpo kā pretjoni.

hidrolīzes metodes. Hidrolīzi izmanto, lai iegūtu smago metālu hidroksīda solus.

Metālisku sudraba solu var iegūt, reducējot atšķaidītus sudraba sāļu šķīdumus sārmainā vidē ar tanīnu. Tanīns (pentadigalloilglikoze) C 76 H 52 O 46, oksidē, dod nešķīstošas ​​vielas - flobafēnus C 76 H 52 O 49

Oksidācijas procesi.

Kopā ar sēru oksidācijas reakcijās parasti veidojas politionskābes, galvenokārt pentationskābe H 2 S 5 O 6

Dubultās apmaiņas reakcijas. Dubultās apmaiņas reakcijas ļauj iegūt daudzus slikti šķīstošu savienojumu solus. Piemēram, sajaucot atšķaidītus bārija nitrāta un kālija sulfāta šķīdumus, ar nosacījumu, ka kāds no reaģentiem ir pārāk daudz, bārija sulfāts neizgulsnējas, bet veido koloidālu šķīdumu.

Reakcija starp bārija nitrātu un kālija sulfātu notiek saskaņā ar shēmu

Ba (NO 3) 2 + K 2 SO 4 \u003d BaSO 4 + 2KNO 3

Iegūstot solus ar ķīmiskās kondensācijas metodēm, priekšroka jādod reakcijām, kurās kopā ar slikti šķīstošu savienojumu veidojas vielas, kas ir neelektrolīti vai vāji elektrolīti. Tas veicina stabilāku solu iegūšanu, jo sistēmā neveidojas lieki elektrolīti, kas astabilizē solu. Šādas reakcijas piemērs ir sērūdeņraža oksidēšana ar atmosfēras skābekli.

Šķīdinātāja nomaiņa.Šī solu iegūšanas metode, atšķirībā no iepriekšējām, attiecas uz fizisko kondensāciju. Tas ir balstīts uz faktu, ka vielas šķīdumu pamazām pievieno šķidrumam, kas labi sajaucas ar šķīdinātāju, bet kurā izšķīdinātā viela ir tik vāji šķīstoša, ka izdalās kā ļoti izkliedēta fāze. Piemērs ir sēra, holesterīna vai kolofonija hidrosoli, ko iegūst, ielejot ūdenī šo vielu spirta šķīdumus.

tvaiku kondensācija. Tā ir arī metode solu iegūšanai ar fizisku kondensāciju. Kad vienkāršas vielas tvaiki nonāk šķidrumā, kondensācijas rezultātā var veidoties stabili zoli. Tie ietver elektriskās metodes metāla dispersiju iegūšanai, kas izsmidzina zem ūdens vai organiskā šķidrumā volta lokā (Brediga metode) un augstfrekvences dzirksteles izlādē (Svedberga metode). To pašu metālu oksīdi, kas ir izsmidzināšanas procesa blakusprodukti, kalpo par stabilizatoriem dispersijām, kas veidojas tvaiku kondensācijas laikā. Oksīdi adsorbējas uz metāla daļiņām un veido aizsargslāni.

Dabā, atmosfērā kondensējoties ūdens tvaikiem, veidojas migla un mākoņi.

S. Z. Roginskis un A. I. Šalņikovs izstrādāja efektīvu metodi solu iegūšanai no tā sauktajiem molekulārajiem stariem. Metodes būtība ir tajā, ka izkliedējamā viela un šķīdinātājs tiek iztvaicēti kopā vakuumā. Jauktie tvaiki kondensējas un sasalst uz atdzesētas virsmas. Pēc tam maisījumu atkausē un savāc traukā. Tādā veidā tika iegūti daudzu vielu grūti sasniedzami soli. Metode nodrošina iegūto solu augstu tīrību.

Koloidālo sistēmu iegūšana ar dispersijas metodēm

Dispersija ir cietu materiālu vai šķidrumu smalka malšana un to daļiņu sadalīšana šķidrā vai gāzveida vidē, kā rezultātā veidojas izkliedētas sistēmas: pulveri, suspensijas, emulsijas, aerosoli.

Lielu veidojumu slīpēšanas metodes līdz koloidālam stāvoklim iedala mehāniskās, fizikālās un fizikāli ķīmiskās.

mehāniskā dispersija. Tas ir viens no galvenajiem koloidālo sistēmu veidošanās veidiem dabā: sabrukšanas, laikapstākļu, augsnes erozijas uc laikā. Mākslīgā mehāniskā izkliedēšana tiek veikta, izmantojot Dažādi ceļi slīpēšana. Šis process ietver rupju, vidēju un smalku drupināšanu. Slīpmašīnu darbība balstās uz drupināšanas, šķelšanas, noberšanās, trieciena uc principiem. Materiāla īpašību pretoties iznīcināšanai sauc par izturību. Slīpēšanas procesā ciets korpuss piedzīvo elastīgas un plastiskas deformācijas. Elastīgās (atgriezeniskās) deformācijas gandrīz pilnībā izzūd pēc slodzes noņemšanas. Plastisku (neatgriezenisku) deformāciju gadījumā ārējās darbības pārtraukšana neizraisa cietā ķermeņa formas un izmēru atjaunošanos. Materiāla izturība ir salauzta, tā forma mainās.

Saskaņā ar P. A. Rebindera idejām materiāla slīpēšana patērē enerģiju, kas vienāda ar cieta ķermeņa deformācijas un jaunu virsmu veidošanas darba summu:

W= W def+ W n = kV+ tu?S,

kur W -- pilns slīpēšanas darbs; k -- proporcionalitātes koeficients, vienāds ar smalcinātas ķermeņa tilpuma vienības deformācijas darbu; V - ķermeņa apjoms; y -- virsmas spraigums (virsmas vienības veidošanās enerģija); ?S ir jauna virsma, kas veidojas ķermeņa iznīcināšanas laikā.

No formulas izriet, ka slīpēšanas darbs palielinās proporcionāli gan drupinātā materiāla tilpumam, gan iegūtā vērtībai. jauna virsma. Tas nozīmē, ka, samazinoties galīgajam daļiņu izmēram, enerģijas patēriņš strauji palielinās. Lai samazinātu enerģijas izmaksas slīpēšanai un panāktu lielāku materiāla izkliedi slīpēšanas procesos, tiek izmantots Rebinder efekts - cietības samazināšanās svešu vielu pievienošanas dēļ, ko sauc par cietības reduktoriem. Kā cietības reducētāji var darboties daudzi elektrolīti – sāļi un sārmi, virsmaktīvās vielas (sārma ziepju šķīdumi, sulfolīnskābes un sulfonaftēnskābes, tanīnu ekstrakti).

Cietības samazināšanās fenomens jau sen tiek izmantots praksē, piemēram, javā samaļot cietas vielas (sēru, dzelzs oksīdu, metālu sulfīdus) dažu vienaldzīgu savienojumu klātbūtnē: cukura, urīnvielas u.c. Rehbindera darbos atklājās šīs parādības mehānisms, kas sastāv no tā, ka pievienotās vielas adsorbējas cietvielu kristāliskā režģa defektu vietās, piemēram, mikroplaisās. Piedevu vielu adsorbcija, no vienas puses, izraisa virsmas enerģijas samazināšanos, kas veicina izkliedi, un, no otras puses, izraisa savstarpējas elektrostatiskās atgrūšanas spēku rašanos adsorbcijas slāņiem, kas atrodas uz pretējām mikroplaisu sienām. Rezultātā rodas ķīļveida efekts, kas pastiprina destruktīvo efektu. Šī efekta rezultātā ievērojami samazinās ārējās enerģijas izmaksas slīpēšanas procesam. Piedevu pozitīvā loma slēpjas arī tajā, ka to adsorbcijas slāņi neļauj salipt jaunizveidotajām daļiņām.Līdzīga iedarbība kā vielu - cietības reducētāju ievadīšanai tiek panākta arī ar šķidrumu pievienošanu. Slapjā slīpēšana (ja iespējams) vienmēr ir efektīvāka nekā sausā slīpēšana. Materiālu slīpēšana tiek veikta, izmantojot tādus mehānismus kā pirmssasmalcināšanas mašīnas un mašīnas galīgai (smalkai) slīpēšanai. Iepriekšējai slīpēšanai tiek izmantoti mehānismi atšķirīgs dizains griešanas, zāģēšanas vai skaldīšanas darbība. Sasmalcināšanas metodes izvēle ir atkarīga no izejvielu fiziskā stāvokļa. Trausli materiāli trieciena rezultātā viegli sadalās, plastmasai, viskoziem priekšmetiem ir nepieciešams vienlaicīgs trieciens un nobrāzums utt.

Farmaceitiskajā ražošanā, kur galvenokārt tiek slīpētas augu izejvielas, tiek izmantoti zāles un sakņu griezēji, tiek izmantotas mašīnas ar ripzāģiem. Pēc vairākiem sasmalcināšanas posmiem tiek iegūti pulveri ar daļiņu izmēru aptuveni 10 ~ 4 m.

Galīgo slīpēšanu - pulvera malšanu (smalko slīpēšanu) ~ - veic, izmantojot dažāda dizaina dzirnavas: rullīti, disku, āmuru, dažādus dezintegratorus, strūklas dzirnaviņas. Daudzu materiālu slīpēšanai efektīvas ir lodīšu dzirnavas, kas apvieno triecienu un abrazīvu darbību.

Smalko un īpaši smalko malšanu veic vibrācijas dzirnavās, koloidālās dzirnavās utt. Šos mehānismus izmanto arī cietu materiālu un šķidrumu izkliedēšanai šķidrā vidē, gatavojot suspensijas un emulsijas.

Koloīda dzirnavas pirmo reizi projektēja krievu inženieris K. Plausons (1920).

Koloidālo un citu dzirnavu konstrukcijas ir balstītas uz statora un rotora sistēmu, kas rotē ar frekvenci līdz 20 000 apgr./min. Statora un rotora virsmas, kas vērstas viena pret otru, tiek apgādātas ar dažādiem triecienelementiem - sitējiem, izvirzījumiem, spraugām. Citos modeļos starp statoru un rotoru tiek izveidota ļoti šaura sprauga, kas iet cauri, caur kuru zem spiediena cietas vai šķidruma daļiņas piedzīvo plīsuma spēku un tiek izkliedētas, veidojot suspensiju vai emulsiju.

Lai palielinātu emulsiju izkliedi, tiek izmantotas īpašas ierīces - homogenizatori. Homogenizatoru darbības pamatā ir emulsiju izspiešana zem augsta spiediena caur šauriem kanāliem un spraugām.

Ultraskaņas dispersija ir izmantošanas piemērs fiziskās metodes slīpēšana. Ultraskaņas viļņi ar frekvenci no 20 tūkstošiem līdz 1 miljonam svārstību sekundē tiek iegūti, izmantojot pjezoelektrisko oscilatoru. Ultraskaņas izkliedējošā iedarbība ir saistīta ar to, ka, skaņas viļņam pārejot šķidrumā, rodas lokāla strauji mainīga saspiešana un spriedze, kas rada pārrāvuma spēku un noved pie suspendēto daļiņu izkliedes. Tomēr noteicošā loma ir kavitācijas fenomenam; mainot kompresijas un retināšanas šķidrumā, nepārtraukti veidojas tukšumi (dobumi) un atkal sabrūk (sabrukums). Kad dobumi sabrūk, attīstās ļoti lokāli augsts spiediens. Tas izraisa spēcīgus mehāniskus destruktīvus spēkus, kas spēj izkliedēt ne tikai šķidrumus, bet arī cietās daļiņas. Tādā veidā tiek iegūtas ļoti izkliedētas emulsijas un suspensijas, tostarp tās, kas piemērotas intravenozai ievadīšanai. Turklāt, iedarbojoties uz ultraskaņu uz koloidālajiem šķīdumiem, emulsijām, suspensijām, tie tiek sterilizēti, jo kavitācija izraisa mikroorganismu ķermeņu un to sporu iznīcināšanu.

Lai gan dispersijas metodes tiek pilnveidotas arvien vairāk, salīdzinājums ar kondensācijas metodēm disperso sistēmu iegūšanai parāda, ka tikai kondensācijas metodes ir piemērotas, lai sasniegtu maksimālo dispersiju 1 * 10~7 -1 * 10~9 m. Papildus tam, ka ar kondensācijas metodēm tiek iegūtas augstākas dispersijas sistēmas nekā dispersijas gadījumā, kondensācijas metodes praktiski neprasa enerģijas izmaksas. Tomēr dispersijas metodēm ir lielāka praktiska nozīme.

Fizikāli ķīmiskā dispersija vai peptizācija. Svaigas (irdenas) nogulsnes pārvērš solā, apstrādājot ar peptizatoriem: elektrolīta šķīdumu, virsmaktīvās vielas šķīdumu vai šķīdinātāju. Jēdziens "svaigi" nogulumi attiecas uz irdenas struktūras nogulumiem, starp kuru daļiņām atrodas dispersijas vides starpslāņi, neatkarīgi no nogulumu pastāvēšanas ilguma. Salipušos nogulumus ar lipīgām daļiņām nevar izkliedēt ar peptizāciju. Faktiski peptizācija nav izkliedēšana, bet gan esošo daļiņu sadalīšana. Ir trīs peptizācijas metodes: 1) adsorbcijas peptizācija; 2) šķīdināšanas (vai ķīmiskā) peptizācija; 3) nogulšņu mazgāšana ar šķīdinātāju (dispersijas vidi).

Peptizācijas metodes izvēli nosaka sagatavošanas apstākļi un nogulsnes īpašības. Peptizācijas rezultātam visos gadījumos jābūt daļiņu atdalīšanai un to sadalījumam visā dispersijas vides tilpumā. Iedomājieties, ka ķīmiskās reakcijas laikā ar reaģentu stehiometrisko attiecību tika iegūtas slikti šķīstoša dzelzs(III)heksaciano(II)ferāta (Prūsijas zilā) savienojuma nogulsnes.

K 4 + FeCl 3 \u003d KFe + 3KC1

Reakcijas rezultātā veidojas irdenas Prūsijas zilās KFe nogulsnes, uz kurām daļiņām nav dubultā elektriskā slāņa, jo sistēmā nav jonu, kas varētu selektīvi adsorbēties uz nogulumu daļiņām un veidot DES. Lai notiktu peptizācija, uz nogulumu daļiņu virsmas ir jārada elektrostatiski atgrūdoši spēki, kas liktu daļiņām attālināties vienai no otras un vienmērīgi sadalītos pa visu šķīduma tilpumu, t.i., veidotu sol. To var izdarīt ar adsorbcijas peptizāciju, t.i., apstrādājot nogulsnes ar elektrolīta šķīdumu, kas satur peptizējošo jonu, kas spēj selektīvi adsorbēt (saskaņā ar Panet-Fajans noteikumu). Kā elektrolītu ar peptizējošo jonu var ņemt FeCl-3 vai K4 šķīdumu. FeCl 3 šķīdumā peptizējošs jons ir Fe 3 + jons, bet K4Fe(CN) 6 šķīdumā jons 4 ir. Katrs no šiem joniem var tikt adsorbēts uz KFe kristāliem, pabeidzot to kristāla režģi un veidojot potenciālu veidojošu jonu slāni. Šajā gadījumā dzelzs jonu adsorbcija rada pozitīvu lādiņu visām nogulšņu daļiņām, un jonu adsorbcija rada negatīvu lādiņu. Bet abos gadījumos veidojas sols. Sola micellas struktūru var attēlot ar diagrammām:

1. Peptējot ar FeCI 3 šķīdumu, veidojas zaļš KFe sols ar pozitīvi lādētām daļiņām.

2. Peptizējot ar K 4 šķīdumu, veidojas tumši zils KFe sols ar negatīvi lādētām daļiņām.

Šķīdināšanu jeb ķīmisko peptizāciju piemēro arī nogulumiem, uz kuriem daļiņas nav DES, gadījumos, kad elektrolītu-peptizētājs nav pieejams gatavā veidā. Šajā gadījumā filtra kūku apstrādā ar nelielu daļu reaģenta, kas izšķīdina nogulumu graudu virsmas slāni, kā rezultātā veidojas noteikts daudzums elektrolīta, kas nepieciešams pārējo nogulumu peptizācijai. Piemēram, Fe (OH) 3 nogulsnes var iegūt ar reaģentu stehiometrisko attiecību atbilstoši reakcijai.

Peptizācija, mazgājot ar šķīdinātāju, tiek pakļauta nogulsnēšanai, kas iegūta ievērojama viena reaģenta pārpalikuma klātbūtnē. Šajā gadījumā nogulumu daļiņām ir dubults elektriskais slānis, taču tas ir stipri saspiests augstās elektrolīta koncentrācijas dēļ. Šajā DEL stāvoklī Kulona atgrūšanas spēki starp nogulšņu daļiņām neparādās. Lai atjaunotu daļiņu elektrostatiskās atgrūšanas spēkus un normālu DEL struktūru, nepieciešams pazemināt elektrolītu koncentrāciju nogulsnēs. Šim nolūkam filtra kūku mazgā ar tīru šķīdinātāju vai dispersijas vidi. Pārmērīgs elektrolīta pārpalikums tiek izskalots, un caur filtru sāk iziet stabils zols.

Koloidālo daļiņu lādiņi (3x--f~) rada starp tām atgrūdošus spēkus un veicina nogulšņu pāreju koloidālā šķīdumā. V. Ostvalds, pētot peptizācijas procesu, empīriski atvasināja vairākas likumsakarības, kuras tiek nosauktas Ostvalda nokrišņu likums. Viņš atklāja, ka noteiktas nogulšņu masas peptizēšanai ir nepieciešama precīzi definēta optimālā koncentrācija. Ar / elect.rollita-peptizētājs. Grafiski to izsaka ar peptizēto nogulšņu Q proporcijas atkarības līkni no stabilizatora koncentrācijas, kas iet caur maksimumu, kas atbilst optimālajai attiecībai starp ņemto nogulšņu masu un elektrolīta koncentrāciju.

Ja šī elektrolīta koncentrācija tiek pārsniegta, peptizācijas process pāriet uz apgriezto procesu, koagulāciju vai daļiņu agregāciju, jo elektrolīta pārpalikums saspiež DEL uz nogulšņu daļiņām un pasliktina sadalīšanās apstākļus. Jāatzīmē, ka, ja virsmaktīvā viela kalpo kā peptizators, tad tādas nav kritiskā vērtība koncentrācija un virsmaktīvo vielu satura palielināšanās nekaitē peptizācijai.

No otras puses, pie nemainīgas elektrolīta koncentrācijas peptizēto nogulšņu īpatsvars palielinās līdz maksimālajai vērtībai pie noteiktas masas attiecības gp"ņemta nogulumu un elektrolītu koncentrācija. Pārmērīgs elektrolīta šķīdumā ievadīto nogulšņu svara pieaugums pasliktina peptizācijas apstākļus, kā rezultātā vērtība J samazinās. To var izskaidrot ar to, ka ar pieejamo elektrolītu nepietiek, lai radītu efektīvu DEL nogulšņu daļiņām, kas uzņemtas pārmērīgi.

Koloidālo šķīdumu attīrīšanas metodes

Iegūstot koloidālos šķīdumus ar vienu vai otru metodi, īpaši ar ķīmisko reakciju palīdzību, ir gandrīz neiespējami precīzi paredzēt nepieciešamo reaģentu kvantitatīvo attiecību. Šī iemesla dēļ izveidotajos solos var būt pārmērīgs elektrolītu pārpalikums, kas samazina koloidālo šķīdumu stabilitāti. Lai iegūtu ļoti stabilas sistēmas un pētītu to īpašības, zoli tiek attīrīti gan no elektrolītiem, gan no visa veida citiem mazmolekulārajiem piemaisījumiem.

Koloidālo šķīdumu attīrīšanu var veikt ar dialīzi vai ultrafiltrāciju.

Dialīze sastāv no zemas molekulmasas vielu ekstrahēšanas no soliem ar tīru šķīdinātāju, izmantojot puscaurlaidīgu starpsienu (membrānu), caur kuru neiziet koloidālās daļiņas. Periodiski vai nepārtraukti mainot šķīdinātāju dialīzes ierīcē - dializatorā, no koloidālā šķīduma ir iespējams gandrīz pilnībā noņemt elektrolītu piemaisījumus un zemas molekulmasas neelektrolītus.

Metodes trūkums ir ilgs tīrīšanas procesa ilgums (nedēļas, mēneši).

Elektrodialīze ir dialīzes process, ko paātrina elektriskā strāva. Ierīci tās ieviešanai sauc par elektrodializatoru. Vienkāršākais elektrodializators ir trauks, kas sadalīts ar divām membrānām trīs kamerās. Attīrāmo koloidālo šķīdumu ielej vidējā kamerā. Sānu kamerās tiek ievietoti līdzstrāvas avota elektrodi un tiek piegādāts un noņemts šķīdinātājs (ūdens). Elektriskā lauka iedarbībā katjoni tiek pārnesti no vidējās kameras uz katoda kameru, bet anjoni - uz anoda kameru. Šķīdumu vidējā kamerā var attīrīt no izšķīdušajiem sāļiem īsā laikā (minūtēs, stundās).

Kompensējošā dialīze un vividialīze-- metodes, kas izstrādātas bioloģisko šķidrumu, kas ir koloidālās sistēmas, izpētei. Kompensējošās dialīzes metodes princips ir tāds, ka dializatorā tīra šķīdinātāja vietā izmanto dažādu koncentrāciju zemas molekulmasas vielu šķīdumus. Piemēram, lai noteiktu neolbaltumvielu, t.i., brīvo cukuru asins serumā, to dializē pret izotonisku sāls šķīdumu, kas satur dažādas cukura koncentrācijas. Tādā risinājumā

Vividialīzes (vividifūzijas) metode ir tuva šai metodei zemas molekulmasas sastāvdaļu noteikšanai asinīs. Analīzei izgrieztā asinsvada galos tiek ievietotas stikla kanulas, kuru sazarotās daļas ir savstarpēji savienotas ar puscaurlaidīga materiāla caurulēm, un visa sistēma tiek ievietota traukā, kas piepildīts ar fizioloģisko šķīdumu vai ūdeni. Tādā veidā tika konstatēts, ka bez brīvās glikozes asinīs ir arī brīvās aminoskābes.

Kompensējošās vividializācijas princips tika izmantots, lai izveidotu aparātu, ko sauc par "mākslīgo nieri". Ar “mākslīgās nieres” palīdzību iespējams attīrīt asinis no vielmaiņas produktiem, īslaicīgi aizvietojot slimas nieres darbību tādu indikāciju gadījumā kā akūta nieru mazspēja saindēšanās rezultātā, smagi apdegumi u.c.

Ultrafiltrācija-- koloidālā šķīduma filtrēšana caur puscaurlaidīgu membrānu, kas šķērso dispersijas vidi ar zemas molekulmasas piemaisījumiem un saglabā izkliedētās fāzes daļiņas vai makromolekulas. Lai paātrinātu ultrafiltrācijas procesu, to veic ar spiediena kritumu abās membrānas pusēs: vakuumā (vakuumā) vai zem augsta spiediena. Vakuums tiek izveidots, sūknējot gaisu no tvertnes, kas atrodas zem filtra, augsts asinsspiediens- piespiežot gaisu traukā, kas atrodas virs filtra. Lai novērstu membrānas plīsumu, to novieto uz cietas porainas plāksnes. Ultrafiltrācija ļauj ātri atdalīt elektrolītus un citus piemaisījumus (zemas molekulmasas organiskos savienojumus) no koloidālā šķīduma, salīdzinot ar dialīzi. Ultrafiltrācijas laikā tiek sasniegta augsta sola attīrīšanas pakāpe, to periodiski atšķaidot ar ūdeni. Pēdējā posmā, iesūcot dispersijas vidi, koloidālo šķīdumu var koncentrēt. Ultrafiltrāciju var izmantot kombinācijā ar elektrodialīzi (elektroultrafiltrāciju), kas ievērojami paātrina sāļu izvadīšanu no koloidālā šķīduma.

Tā kā parastā filtrpapīra poras viegli iziet cauri koloidālajām daļiņām, ultrafiltrācijas laikā kā membrānas tiek izmantoti speciāli filtri (celofāns, pergaments, azbests, keramikas filtri utt.). Membrānas ar noteiktu poru izmēru izmantošana ļauj sadalīt koloidālās daļiņas frakcijās pēc izmēra un aptuveni noteikt šos izmērus. Tātad tika atrasti dažu vīrusu un bakteriofāgu izmēri. Tas viss liecina, ka ultrafiltrācija ir ne tikai koloidālo šķīdumu attīrīšanas metode, bet to var izmantot dispersijas analīzei un disperso sistēmu preparatīvai atdalīšanai.

Dažas dialīzes un ultrafiltrācijas membrānu īpašības

Porainas puscaurlaidīgas membrānas, ko izmanto dialīzē, elektrodialīzē, ultrafiltrācijā un osmometrijā, parasti nav inerti tīri mehāniski "sieti" izšķīdušām vai suspendētām daļiņām. Membrānu loma ir daudz sarežģītāka, un to nosaka vairākas to īpašības. Tātad membrānas caurlaidību var izraisīt ne tik daudz poru un kapilāru klātbūtne tajā, bet gan caur to pārnesto vielu izšķīšana pašas membrānas vielā. Tādu caurlaidības mehānismu sauc fāze vai viendabīgs.Šis caurlaidības mehānisms ir īpaši izteikts smalki porainiem, lēni filtrējošiem materiāliem.

Vēl viena membrānu īpašība ir to spēja uzlādēties, saskaroties ar šķidrumiem. Membrānas lādiņš rodas tāpat kā jebkuras cietas virsmas lādiņš: vai nu membrānas vielas disociācijas rezultātā, vai jonu adsorbcijas rezultātā no šķīduma. Atkarībā no materiāla rakstura membrānai var būt pozitīvs vai negatīvs lādiņš. Negatīvi lādētas membrānas ir daudz biežākas nekā pozitīvi lādētas. Vielas, kas veido negatīvi lādētas membrānas, ir celuloze, pergaments, keramikas materiāli un azbests. Pozitīvi lādētas membrānas var iegūt no miecēta želatīna, ādas un īpaši apstrādāta papīra. Jāpatur prātā, ka olbaltumvielu membrānu lādiņš ir atkarīgs no barotnes pH: pie H + jonu koncentrācijas, kas lielāka nekā proteīna izoelektriskajā punktā, membrāna ir pozitīvi uzlādēta, sārmainākā vidē tā ir negatīvi uzlādēts. Membrānu lādiņš būtiski ietekmē jonu difūzijas ātrumu caur tām. Pozitīvi lādētas membrānas ir ļoti caurlaidīgas anjoniem un nedaudz caurlaidīgas katjoniem; un, otrādi, membrānas ar negatīvu lādiņu ir labāk caurlaidīgas katjoniem. Tāpēc ir vēlams izmantot membrānas dažādi materiāli elektrodializatora katoda un anoda kamerām: katoda membrānai jābūt izgatavotai no negatīvi lādētiem materiāliem, anoda membrānai jābūt izgatavotai no pozitīvi lādētiem materiāliem. Šādās membrānās jonu transportēšanas skaitļi mainās, tāpēc tās sauc par elektroķīmiski aktīvām. Dzīvu organismu audiem, kas būtībā ir puscaurlaidīgas membrānas, ir elektroķīmiska aktivitāte. Uz šo audu īpašību balstās tāda ārstēšanas metode kā jonoforēze - ārstniecisko vielu ievadīšana pacienta organismā caur ādu. Membrānas, kas neietekmē jonu transportēšanas skaitļus, sauc par elektroķīmiski neaktīvām. Rūpnieciskos apstākļos tos izmanto visplašāk.

Bibliogrāfija:

Laitinens G.A., Hariss V.E. Ķīmiskā analīze. -- M.: Ķīmija, 1979.

Petere D., Hayes J., Khiftje G. Ķīmiskā atdalīšana un mērīšana. Analītiskās ķīmijas teorija un prakse. -- M.: Ķīmija, 1978. 1., 2. sēj.

Vasiļjevs VP Elektrolītu šķīdumu termodinamiskās īpašības. -- M.: Augstskola, 1982.g.

Līdzīgi dokumenti

Izkliedēto sistēmu klasifikācija. Galvenie koloidālo šķīdumu stabilitātes faktori. To iegūšanas metodes (dispersija, kondensācija) un attīrīšana (dialīze, ultrafiltrācija). Micelārā teorija par koloidālo daļiņu uzbūvi. Koagulācija ar elektrolītu maisījumiem.

prezentācija, pievienota 28.11.2013


Koloidālā ķīmija kā zinātne, kas pēta neviendabīgu, ļoti izkliedētu sistēmu un lielmolekulāru savienojumu fizikāli ķīmiskās īpašības. Koloidālo šķīdumu ražošana un attīrīšanas metodes. Gēlu izmantošana pārtikas rūpniecībā, kosmētikā un medicīnā.

prezentācija, pievienota 26.01.2015


Koloidālo sistēmu būtība un raksturīgās iezīmes. Šāda veida risinājumu galvenās īpašības un struktūra. Tyndall efekta raksturojums. Atšķirības starp hidrosoliem un organosoliem. Koloidālo sistēmu veidošanas metodes, specifiskās īpašības, apjoms.

prezentācija, pievienota 22.05.2014


Metodes koloidālo sistēmu iegūšanai; faktori, kas ietekmē atsevišķo procesa posmu ātrumu, koagulācijas noteikumi. Mazmolekulāro piemaisījumu stabilizējošā iedarbība koloidālajos šķīdumos, to noņemšanas metodes: dialīze, elektrodialīze un ultrafiltrācija.

prezentācija, pievienota 17.09.2013


Koloidālo sistēmu iegūšanas iezīmes. Kvarca stiklu veidošanās procesu teorētiskā analīze ar sola gēla metodi. Solkoloidālo sistēmu sagatavošana ar "hibrīda" metodi. Eiropija jonu aktivēto kvantu stiklu īpašību raksturojums.

kursa darbs, pievienots 14.02.2010


Pirmā praktiskā informācija par koloīdiem. Neviendabīgu maisījumu īpašības. Attiecība starp koloidālās daļiņas virsmu un koloidālās daļiņas tilpumu. Izkliedēto sistēmu īpatnības. Koloidālo šķīdumu īpašības. Izkliedēto sistēmu klasifikācija.

prezentācija, pievienota 17.08.2015


Koloidālie šķīdumi (sols) kā ļoti dispersas koloidālās sistēmas šķidrā vai gāzveida dispersijas vidē. Želejas vai želejas. Koloidālo micellu uzbūve un īpašības. Tyndall efekts. koagulācijas process. Koloidālo šķīdumu stabilitātes parametri.

prezentācija, pievienota 15.09.2013


Elektrisko dubultslāņu un koloidālo sistēmu mijiedarbība. Puasona-Bolcmana vienādojums. Kontaktu teorēma un osmotiskais spiediens. Sāls pievienošana un "vāja pārklāšanās tuvinājums". Van der Vālsa mijiedarbība un Hamakera konstante.

tests, pievienots 09.06.2009


Liofobisko koloidālo sistēmu iegūšana, to optiskās īpašības. Virsmaktīvās vielas šķīdumu virsmas spraiguma un saskarnes spraiguma noteikšana divu nesajaucamu šķidrumu robežās ar stalagmometrisko metodi. Solu koloidālā aizsardzība ar HMS šķīdumiem.

abstrakts, pievienots 15.02.2016


Elektromembrānu tehnoloģiju metožu izpēte: elektrodialīze un elektrolīze. Koloidālo šķīdumu izdalīšanās analīze no tajos izšķīdinātiem zemas molekulmasas savienojumiem, izmantojot puscaurlaidīgu membrānu. Membrānu morfoloģijas un klasifikācijas apskats.

Pamatā tiek izmantotas 2 metodes:

1. Dispersijas metode - izmantot cietas vielas sasmalcināšanu līdz daļiņām, kuru izmērs atbilst koloīdiem. Slīpēšana tiek veikta:

• mehāniski izmantojot lodīšu dzirnavas, homogenizatorus vai ultraskaņas dezintegratorus;
• izmantojot fizikālās un ķīmiskās metodes piemēram, peptizācija, virsmaktīvo vielu pievienošana.

1. kondensācijas metode- daļiņu palielināšana, agregējot molekulas vai jonus, līdz izmēriem, kas atbilst koloīdiem. To var izdarīt šādos veidos:

• šķīdinātāja iztvaikošana;
• šķīdinātāja aizstāšana;
• tādu reakciju īstenošana, kuru rezultātā veidojas slikti šķīstošas ​​vai nešķīstošas ​​vielas - sadalīšanās, hidrolīze utt.

Koloidālo sistēmu tīrīšanas metodes

Koloidālie šķīdumi var saturēt piemaisījumus, kas samazina to stabilitāti, kā rezultātā tie tiek attīrīti. Šim nolūkam tiek izmantotas tādas metodes kā dialīze, elektrodialīze, filtrēšana un ultrafiltrācija.

Koloidālo šķīdumu ielej traukā, kura apakšējā daļā ir membrāna, un ievieto traukā ar ūdeni. Šķīdinātājā iekļūst tikai zemas molekulmasas piemaisījumu joni un molekulas.

Dialīzes process ir lēns, un tā paātrināšanai tiek izmantots elektriskais lauks.

Kategorijas

Vispārīgas idejas par dispersām sistēmām

Ķīmiskā mijiedarbība homogēnās reakcijās notiek ar efektīvām aktīvo daļiņu sadursmēm un neviendabīgās reakcijās fāzu saskarsmē, kad reaģenti saskaras, turklāt reakcijas ātrums un mehānisms ir atkarīgs no virsmas laukuma, kas ir lielāks. , jo vairāk attīstīta virsma. No šī viedokļa īpaši interesantas ir izkliedētās sistēmas ar lielu īpatnējo virsmu.

Disperģēta sistēma ir maisījums, kas sastāv no vismaz divām vielām, kas savā starpā ķīmiski nereaģē un kurām ir gandrīz pilnīga savstarpēja nešķīstība. Izkliedes sistēma - Šī ir sistēma, kurā vienas vielas ļoti smalkas daļiņas ir vienmērīgi sadalītas citas vielas tilpumā.

Aplūkojot dispersās sistēmas, tiek izdalīti divi jēdzieni: dispersā fāze un dispersijas vide (10.1. att.).

Izkliedētā fāze - Šī ir mazos izmēros izkliedētas vielas daļiņu kolekcija, kas vienmērīgi sadalīta citas vielas tilpumā. Izkliedētās fāzes pazīmes ir sadrumstalotība un pārtraukums.

Dispersijas videir viela, kurā izkliedētās fāzes daļiņas ir vienmērīgi sadalītas. Dispersijas vides pazīme ir tās nepārtrauktība.

Disperģēto fāzi var atdalīt no dispersijas vides ar fizikālu metodi (centrifugēšana, atdalīšana, nostādināšana utt.).

10.1. attēls. Disperģētā sistēma: izkliedētās fāzes s daļiņas (mazu cietu daļiņu, kristālu, šķidruma pilienu, gāzes burbuļu, molekulu vai jonu asociēto savienojumu veidā), kam ir adsorbcijas slānis d, tiek sadalītas viendabīgā nepārtrauktā dispersijas vidē f.

Izkliedētās sistēmas tiek klasificētas pēc dažādām atšķirīgām pazīmēm: dispersija, izkliedētās fāzes un dispersijas vides agregācijas stāvoklis, mijiedarbības intensitāte starp tām, struktūru neesamība vai veidošanās dispersās sistēmās.

Klasifikācija pēc dispersijas pakāpes

Atkarībā no dispersās fāzes daļiņu lieluma visas dispersās sistēmas nosacīti iedala trīs grupās (10.2. att.).

10.2. attēls. Izkliedēto sistēmu klasifikācija pēc daļiņu izmēra (salīdzinājumam ir doti daļiņu izmēri patiesajos šķīdumos)

1. Rupji izkliedētas sistēmas , kurā daļiņu izmērs ir lielāks par 1 µm (10 –5 m). Šai disperso sistēmu grupai raksturīgas šādas pazīmes: dispersās fāzes daļiņas nosēžas (vai peld) gravitācijas spēku laukā, neiziet cauri papīra filtriem; tos var apskatīt ar parasto mikroskopu. Rupjās sistēmās ietilpst suspensijas, emulsijas, putekļi, putas, aerosoli utt.

Apturēšana - ir izkliedēta sistēma, kurā izkliedētifāze ir ciets, un dispersijas vide ir šķidrums.

Suspensijas piemērs var būt sistēma, kas izveidota, kratot mālu vai krītu ūdenī, krāsā, pastā.

Emulsija - šī ir dispersa sistēma, kurā šķidrā izkliedētā fāze ir vienmērīgi sadalīta šķidrās dispersijas vides tilpumā, t.i. Emulsija sastāv no diviem savstarpēji nešķīstošiem šķidrumiem.

Emulsiju piemēri ir piens (šķidro tauku pilieni ir tajā izkliedētā fāze, un ūdens ir dispersijas vide), krējums, majonēze, margarīns, saldējums.

Nostādot, suspensijas un emulsijas tiek atdalītas (atdalītas) to sastāvdaļās: dispersajā fāzē un dispersijas vidē. Tātad, ja benzolu enerģiski sakrata ar ūdeni, veidojas emulsija, kas pēc kāda laika sadalās divos slāņos: augšējā benzolā un apakšējā ūdenī. Lai novērstu emulsiju atdalīšanu, tās pievieno emulgatori- vielas, kas emulsijām nodrošina pildvielu stabilitāti.

Putas - rupji izkliedēta šūnu sistēma, kurā izkliedētā fāze ir gāzes (vai tvaika) burbuļu kopums, bet dispersijas vide ir šķidrums.

Putās kopējais gāzes tilpums burbuļos var būt simtiem reižu lielāks nekā šķidrās dispersijas vides tilpums, kas atrodas starpslāņos starp gāzes burbuļiem.

2. Mikroheterogēns (vaismalki izkliedēts ) starpposma sistēmas, kurās daļiņu izmērs svārstās no 10 – 5 –10 –7 m. Tie ietver smalkas suspensijas, dūmus, porainas cietas vielas.

3. Ultramikroheterogēns (vaikoloidāli izkliedēti ) sistēmas, kurās daļiņas ar izmēru 1–100 nm (10–9 –10 –7 m) sastāv no 10 3_ 10 9 atomi un ir atdalīti no šķīdinātāja ar saskarni. Koloidālajiem šķīdumiem raksturīgs ierobežojošs ļoti izkliedēts stāvoklis, tos parasti sauc pelni, vai bieži lizolilai uzsvērtu, ka dispersijas vide ir šķidrums. Ja par dispersijas vidi tiek ņemts ūdens, tad šādus solus sauchidrosoli, un ja organiskais šķidrums -organosoli.

Lielākajai daļai smalki izkliedētu sistēmu ir raksturīgas noteiktas funkcijas:

zems difūzijas ātrums;

izkliedētās fāzes daļiņas (t.i., koloidālās daļiņas) var izmeklēt tikai ar ultramikroskopu vai elektronmikroskopu;

gaismas izkliede ar koloidālām daļiņām, kā rezultātā tās ultramikroskopā iegūst gaismas plankumu formu - Tindala efekts (10.3. att.);

10.3. attēls - Ultramikroheterogēna (smalki izkliedēta) sistēma: a) koloidāls šķīdums; b) šaura gaismas stara novirzes shēma, ejot cauri koloidālam šķīdumam; c) gaismas izkliede ar koloidālu šķīdumu (Tyndall efekts)

• uz fāzes saskarnes stabilizatoru (elektrolītu jonu) klātbūtnē veidojas jonu slānis vai solvatācijas apvalks, kas veicina daļiņu pastāvēšanu suspendētā veidā;
• izkliedētā fāze ir vai nu pilnīgi nešķīstoša, vai nedaudz šķīstoša dispersijas vidē.

Koloidālo daļiņu piemēri ir ciete, olbaltumvielas, polimēri, gumija, ziepes, alumīnija un fēra (III) hidroksīdi.

Disperģēto sistēmu klasifikācija pēc dispersās fāzes un dispersijas vides agregātu stāvokļu attiecības

Šo klasifikāciju piedāvāja Ostavld (10.1. tabula). Shematiski ierakstot izkliedēto sistēmu kopējo stāvokli, izkliedētās fāzes kopējo stāvokli vispirms norāda ar burtiem G (gāze), F (šķidrums) vai T (ciets), un pēc tam tiek likta domuzīme (vai frakcijas zīme). un tiek reģistrēts dispersijas vides kopējais stāvoklis.

10.1. tabula. Izkliedēto sistēmu klasifikācija

Disperģēto sistēmu klasifikācija pēc molekulārās mijiedarbības intensitātes

Šo klasifikāciju ierosināja G. Freindlihs, un to izmanto tikai sistēmām ar šķidru dispersijas vidi.

1. Liofīlās sistēmas , kurā izkliedētā fāze mijiedarbojas ar dispersijas vidi un noteiktos apstākļos spēj tajā izšķīst - tie ir koloidālo virsmaktīvo vielu (virsmaktīvās vielas), makromolekulāro savienojumu (HMC) šķīdumi. No dažādām liofilajām sistēmām praktiski svarīgākās ir virsmaktīvās vielas, kas var būt gan molekulāri izšķīdinātā stāvoklī, gan agregātu (micellu) veidā, kas sastāv no desmitiem, simtiem vai vairāk molekulu.
2. Liofobās sistēmas , kurā izkliedētā fāze nespēj mijiedarboties ar dispersijas vidi un tajā izšķīst. Liofobās sistēmās mijiedarbība starp dažādu fāžu molekulām ir daudz vājāka nekā liofilo sistēmu gadījumā; saskarnes virsmas spraigums ir augsts, kā rezultātā sistēmai ir tendence uz izkliedētās fāzes daļiņu spontānu rupjību.

Izkliedēto sistēmu klasifikācija pēc agregātstāvokļa

Klasifikācijas autors ir P. Rebinders. Saskaņā ar šo klasifikāciju disperso sistēmu apzīmē ar daļskaitli, kurā izkliedētā fāze ir novietota skaitītājā, bet dispersijas vide atrodas saucējā. Piemēram: T 1 /W 2 apzīmē izkliedētu sistēmu ar cieto fāzi (indekss 1) un šķidru dispersijas vidi (indekss 2). Rehbinder klasifikācija iedala dispersās sistēmas divās klasēs:

1. Brīvi izkliedētas sistēmas – soli, kuros izkliedētā fāze neveido nepārtrauktas stingras struktūras (režģi, kopnes vai karkasus), ir plūstoša un izkliedētās fāzes daļiņas nesaskaras viena ar otru, piedalās nejaušā termiskā kustībā un brīvi pārvietojas gravitācijas ietekmē . Tie ietver aerosolus, liosolus, atšķaidītas suspensijas un emulsijas.

Brīvi izkliedētu sistēmu piemēri:

• Izkliedētas sistēmas gāzēs ar koloidālu izkliedi (T 1 /G 2 - putekļi atmosfēras augšējos slāņos, aerosoli), ar rupju dispersiju (T 1 /G 2 - dūmi un Zh 1 /G 2 - miglas);
• Dispersās sistēmas šķidrumos ar koloidālu dispersiju (T 1 /L 2 - liozoli, dispersas krāsvielas ūdenī, sintētisko polimēru lateksi), ar rupju dispersiju (T 1 /L 2 - suspensijas; L 1 /L 2 - šķidras emulsijas; G 1 / Zh 2 - gāzes emulsijas);
• Disperģētās sistēmas cietās vielās: T 1 /T 2 - cietie zoli, piemēram, dzeltenā metāla zols stiklā, pigmentētas šķiedras, pildīti polimēri.

2. Kohēzijas-dispersas (vai nepārtrauktas) sistēmas . Nepārtrauktās (saskaņoti izkliedētās) sistēmās izkliedētās fāzes daļiņas veido stingras telpiskas struktūras. Šādas sistēmas ir izturīgas pret bīdes deformāciju. Kohēzijas-izkliedētas sistēmas ir cietas; tie rodas, saskaroties izkliedētās fāzes daļiņām, kā rezultātā veidojas struktūra skeleta vai tīkla formā, kas ierobežo izkliedētās sistēmas plūstamību un dod tai spēju saglabāt savu formu. Šādas strukturētas koloidālās sistēmas sauc par želejām.

Savienoto izkliedēto sistēmu piemēri:

• Izkliedētas sistēmas ar šķidruma saskarni (G 1 / Zh 2 - putas; Zh1 / Zh 2 - putu emulsijas);
• Dispersās sistēmas ar cietfāzes saskarni (G 1 /T 2 - poraini ķermeņi, dabiskās šķiedras, pumeks, sūklis, kokogles; W 1 /T 2 - mitrums granītā; T 1 /T 2 - polimēru savstarpēji šķērsojoši tīkli).

Koloidālo šķīdumu sagatavošana un attīrīšana

Koloidālo šķīdumu iegūšana

Var iegūt koloidālus šķīdumusizkliedējošs vai uz kondensāts metodes.

1. Dispersijas metodes- tās ir metodes liofobisku solu iegūšanai, sasmalcinot lielus gabalus līdz koloidāla izmēra agregātiem.

mehānisks rupji izkliedētu sistēmu smalcināšana tiek veikta: drupināšana, trieciens, noberšana, šķelšana. Daļiņu slīpēšana līdz vairāku desmitu mikronu izmēram tiek veikta, izmantojot lodīšu dzirnavas.Ļoti smalka drupināšana (līdz 0,1-1 mikronam) tiek panākta uz speciāliemkoloīdu dzirnavasar šauru atstarpi starp strauji rotējošu rotoru (10-20 tūkst. apgr./min.) un nekustīgu korpusu, un daļiņas spraugā ir saplēstas vai noberztas.P. A. Rebindera darbi noteica cietvielu pretestības samazināšanās fenomenu elastīgām un plastiskām deformācijām, kā arī mehānisku iznīcināšanu virsmaktīvo vielu adsorbcijas ietekmē. Virsmaktīvās vielas veicina izkliedi un ievērojami palielina dispersijas pakāpi.

2. Kondensācijas metodes- tās ir metodes koloidālu šķīdumu iegūšanai, apvienojot (kondensējot) molekulas un jonus koloidāla izmēra agregātos. Sistēma no viendabīgas pārvēršas neviendabīgā, t.i., parādās jauna fāze (izkliedētā fāze). Priekšnoteikums ir pārsātinājums oriģinālā sistēma.

Kondensācijas metodes tiek klasificētas pēc kondensāciju izraisošo spēku rakstura fizikālā un ķīmiskā kondensācijā.

fiziska kondensācija var veikt no tvaikiem vai mainot šķīdinātāju.

tvaiku kondensācija. Izejmateriāls ir pa pāriem. Temperatūrai pazeminoties, tvaiki kļūst pārsātināti un daļēji kondensējas, veidojot izkliedētu fāzi. Tādā veidā tiek iegūti dzīvsudraba un dažu citu metālu hidrosoli.

Šķīdinātāja aizstāšanas metode. Metodes pamatā ir dispersijas vides sastāva un īpašību maiņa. Piemēram, sēra, fosfora vai kolofonija spirta šķīdumu ielej ūdenī, jo samazinās vielas šķīdība jaunajā šķīdinātājā, šķīdums kļūst pārsātināts un daļa vielas kondensējas, veidojot izkliedētās fāzes daļiņas.

Ķīmiskā kondensācija sastāv no tā, ka viela, kas veido izkliedēto fāzi, tiek iegūta ķīmiskas reakcijas rezultātā. Lai reakcija veidotu koloidālu šķīdumu, nevis īstu šķīdumu vai nogulsnes, ir jāievēro vismaz trīs nosacījumi:

1. dispersās fāzes viela dispersijas vidē nešķīst;
2. izkliedētās fāzes kristālu kodolu veidošanās ātrums ir daudz lielāks nekā kristālu augšanas ātrums; šis nosacījums parasti ir izpildīts, ja viena komponenta koncentrētu šķīdumu enerģiski maisot ielej ļoti atšķaidītā cita komponenta šķīdumā;
3. viens no izejmateriāliem tiek ņemts pārāk daudz, tas ir stabilizators.

Koloidālo šķīdumu attīrīšanas metodes.

Koloidālos šķīdumus, kas iegūti vienā vai otrā veidā, parasti attīra no mazmolekulāriem piemaisījumiem (molekulām un joniem). Šo piemaisījumu noņemšana tiek veikta ar dialīzes, (elektrodialīzes), ultrafiltrācijas metodēm.

Dialīze– tīrīšanas metode, izmantojot puscaurlaidīgu membrānu, kas atdala koloidālo šķīdumu no tīras dispersijas vides. Kā puscaurlaidīgs (t.i., caurlaidīgs molekulām un joniem, bet necaurlaidīgs dispersās fāzes daļiņām) tiek izmantotas membrānas, pergaments, celofāns, kolodijs, keramikas filtri un citi smalki poraini materiāli. Difūzijas rezultātā mazmolekulārie piemaisījumi nonāk ārējā šķīdumā.

Ultrafiltrācija sauc par dialīzi, ko veic zem spiediena iekšējā kamerā. Būtībā ultrafiltrācija nav metode solu attīrīšanai, bet tikai metode to koncentrēšanai.

Koloidālo šķīdumu optiskās īpašības

Kad gaisma krīt uz izkliedētu sistēmu, var novērot šādas parādības:

• gaismas iekļūšana caur sistēmu;
• gaismas laušana ar izkliedētās fāzes daļiņām (ja šīs daļiņas ir caurspīdīgas);
• gaismas atstarošana no izkliedētās fāzes daļiņām (ja daļiņas ir necaurspīdīgas);
• gaismas izkliede;
• absorbcija ( gaismas absorbcija) izkliedētajā fāzē.

gaismas izkliede novērots sistēmām, kurās izkliedētās fāzes daļiņas ir mazākas vai samērīgas ar krītošās gaismas viļņa garumu. Atgādiniet, ka dispersās fāzes daļiņu izmērs koloidālajos šķīdumos ir 10 -7 -10 -9 m. Līdz ar to gaismas izkliede ir raksturīga parādība mūsu pētāmajām koloidālajām sistēmām.

Rayleigh radīja gaismas izkliedes teoriju. Viņš atvasināja vienādojumu, kas saista izkliedētās gaismas intensitāti I ar krītošās gaismas intensitāti I 0 . godīgi, ja:

• daļiņas ir sfēriskas;
• daļiņas nevada elektrība(t.i., nav no metāla);
• daļiņas neuzsūc gaismu, tas ir, tās ir bezkrāsainas;
• koloidālais šķīdums tiek atšķaidīts tādā mērā, ka attālums starp daļiņām ir lielāks par krītošās gaismas viļņa garumu.

Reilija vienādojums:

• kur V ir vienas daļiņas tilpums,
• λ - viļņa garums;
• n 1 ir daļiņas refrakcijas indekss;
• n o ir vides refrakcijas indekss.

No Rayleigh vienādojuma izriet šādi secinājumi:

1. Jo lielāka ir izkliedētās gaismas intensitāte, jo vairāk atšķiras daļiņas un vides refrakcijas rādītāji (n 1 - P 0 ).
2. Ja refrakcijas rādītāji P 1 un n 0 ir vienādi, tad neviendabīgā vidē gaismas izkliedes nebūs.
3. Jo lielāka ir izkliedētās gaismas intensitāte, jo lielāka ir daļēja koncentrācija v. Masu koncentrācija c, g / dm 3, ko parasti izmanto šķīdumu pagatavošanā, ar daļēju koncentrāciju saista ar izteiksmi:

kur ρ ir daļiņu blīvums.

Jāatzīmē, ka šī atkarība tiek saglabāta tikai nelielu daļiņu izmēru reģionā. Spektra redzamajai daļai šis nosacījums atbilst vērtībām 2 10 -6 cm< r < 4 10 -6 см. С увеличением r рост es palēninās, un, ja r > λ, izkliede tiek aizstāta ar atspulgu. Izkliedētās gaismas intensitāte ir tieši proporcionāla koncentrācijai.

4. Izkliedētās gaismas intensitāte ir apgriezti proporcionāla viļņa garumam līdz ceturtajai pakāpei.

Tas nozīmē, ka tad, kad balts gaismas stars iziet cauri koloidālajam šķīdumam, pārsvarā tiek izkliedēti īsie viļņi - spektra zilā un violetā daļa. Tāpēc bezkrāsainam solam ir zilgana krāsa izkliedētā gaismā un sarkanīga krāsa caurlaidīgā gaismā. Debesu zilā krāsa ir saistīta arī ar gaismas izkliedi ar sīkiem ūdens pilieniem atmosfērā. Debesu oranžā vai sarkanā krāsa saullēktā vai saulrietā ir saistīta ar to, ka no rīta vai vakarā galvenokārt ir gaisma, kas ir izgājusi cauri atmosfērai.

gaismas absorbcija. Reilija vienādojums tika iegūts nekrāsotām zolēm, t.i., neabsorbē gaismu. Tomēr daudziem koloidālajiem šķīdumiem ir noteikta krāsa, t.i. absorbē gaismu attiecīgajā spektra apgabalā - sols vienmēr ir krāsots tādā krāsā, kas papildina absorbēto. Tātad, absorbējot spektra zilo daļu (435-480 nm), sols kļūst dzeltens; absorbējot zilgani zaļo daļu (490-500 nm), tā iegūst sarkanu krāsu.Ja visa redzamā spektra stari iziet cauri caurspīdīgam ķermenim vai atstarojas no necaurspīdīga ķermeņa, tad caurspīdīgais ķermenis šķiet bezkrāsains, bet necaurspīdīgais ķermenis ir balts. Ja ķermenis absorbē starojumu no visa redzamā spektra, tas šķiet melns.Koloidālo šķīdumu, kas spēj absorbēt gaismu, optiskās īpašības var raksturot ar gaismas intensitātes izmaiņām, kad tā iet cauri sistēmai. Lai to izdarītu, izmantojiet Bouguer-Lambert-Beer likumu:

kur es 0 - krītošās gaismas intensitāte ; es utt ir caur soli izstarotās gaismas intensitāte; k - absorbcijas koeficients; l- sola slāņa biezums; Ar- sola koncentrācija.

Ja ņemam izteiksmes logaritmu, mēs iegūstam:

Vērtība tiek saukta optiskais blīvums risinājums . Strādājot ar monohromatisko gaismu, tie vienmēr norāda, pie kāda viļņa garuma tika noteikts optiskais blīvums, apzīmējot to D λ .

Koloidālo sistēmu uzbūves micelārā teorija

Apskatīsim hidrofobās koloidālās daļiņas struktūru, izmantojot piemēru par AgI sola veidošanos apmaiņas reakcijā

AgNO 3 + KI → AgI + KNO 3.

Ja vielas ņem līdzvērtīgos daudzumos, tad izgulsnējas kristāliskas AgI nogulsnes. Bet, ja viena no sākotnējām vielām ir pārpalikumā, piemēram, KI, AgI kristalizācijas process noved pie koloidālā šķīduma - AgI micellu veidošanās.

AgI hidrosola micellu struktūras diagramma parādīta 10.4.

10.4. attēls. AgI hidrosola micellas shēma, kas izveidota ar KI pārpalikumu

100-1000 molekulu [ mAgI ] agregāts (mikrokristāli) - kodols, ir jaunas fāzes kodols, uz kura virsmas notiek elektrolītu jonu adsorbcija dispersijas vidē. Saskaņā ar Panet-Fajans likumu joni ir labāk adsorbēti, tāpat kā joni, kas nonāk kodola kristāliskajā režģī un pabeidz šo režģi. Jonus, kas adsorbējas tieši kodolā, sauc potenciālu noteicošs, jo tie nosaka potenciāla lielumu un virsmas lādiņa zīmi, kā arī visas daļiņas lādiņa zīmi. Potenciālu noteicošie joni šajā sistēmā ir I - joni, kas ir pārpalikumā, ir daļa no AgI kodola kristāliskā režģa, darbojas kā stabilizatori un veido iekšējo apvalku dubultā elektriskā slāņa (EDL) cietajā daļā. micella. Agregāts ar adsorbētajiem joniem I - veido micellas kodolu.

Uz AgI daļiņu negatīvi lādētas virsmas attālumā tuvu hidratētā jona rādiusam no šķīduma tiek piesaistīti pretējās zīmes joni (pretjoni) - pozitīvi lādēti K + joni. Pretjonu slāni - dubultā elektriskā slāņa (EDL) ārējo apvalku - notur gan elektrostatiskie spēki, gan adsorbcijas pievilkšanas spēki. Molekulu agregātu kopā ar cietu dubultslāni sauc par koloidālo daļiņu - granulu.

Daļa termiskās kustības radīto pretjonu atrodas difūzā veidā ap granulu un ir ar to saistīti tikai elektrostatisko spēku dēļ. Koloidālās daļiņas kopā ar difūzo slāni, kas to ieskauj, sauc par micellām. Micella ir elektriski neitrāla, jo kodola lādiņš ir vienāds ar visu pretjonu lādiņu, un granulai parasti ir lādiņš, ko sauc par elektrokinētisko jeb ξ - zeta - potenciālu. Saīsinātā veidā šī piemēra micellu struktūras shēmu var uzrakstīt šādi:

Viens no galvenajiem koloidālo daļiņu struktūras teorijas noteikumiem ir dubultā elektriskā slāņa (EDL) struktūras jēdziens. Saskaņā ar mūsdienu idejām, dubultā elektriskā slāņa DELsastāv no adsorbcijas un difūzijas slāņiem. Adsorbcijas slānis sastāv no:

• micellas kodola uzlādētā virsma, uz tās adsorbējot potenciālu noteicošos jonus, kas nosaka virsmas potenciāla lielumu un tā zīmi;
• pretējās zīmes jonu slānis - pretjoni, kas tiek piesaistīti no šķīduma uz lādētu virsmu. Pretjonu adsorbcijas slānis kas atrodas molekulārā rādiusa attālumā no uzlādētās virsmas. Starp šo virsmu un adsorbcijas slāņa pretjoniem pastāv gan elektrostatiskie, gan adsorbcijas spēki, un tāpēc šie pretjoni ir īpaši cieši saistīti ar serdi. Adsorbcijas slānis ir ļoti blīvs, tā biezums ir nemainīgs un nav atkarīgs no ārējo apstākļu (elektrolītu koncentrācijas, temperatūras) izmaiņām.

Termiskās kustības dēļ daļa pretjonu dziļi iesūcas dispersijas vidē, un to piesaiste granulas lādētajai virsmai tiek veikta tikai elektrostatisko spēku ietekmē. Šie pretjoni veido difūzo slāni, kas ir mazāk cieši saistīts ar virsmu. Difūzajam slānim ir mainīgs biezums, kas ir atkarīgs no elektrolītu koncentrācijas dispersijas vidē.

Kad cietā un šķidrā fāze pārvietojas vienai pret otru, difūzajā daļā notiek DEL pārrāvums un fāzes saskarnē notiek potenciāls lēciens, ko sauc. elektrokinētiskais ξ - potenciāls(zeta - potenciāls). Tās vērtību nosaka starpība starp potenciālu noteicošo jonu kopējo lādiņu skaitu (φ) un adsorbcijas slānī ietverto pretjonu lādiņu skaitu (ε), t.i. ξ = φ - ε. Interfeisa potenciāla kritums ar attālumu no cietās fāzes dziļi šķīdumā parādīts 10.5. attēlā.

10.5. attēls DPP struktūra

Potenciālu starpības klātbūtne ap hidrofobā sola daļiņām neļauj tām salipt sadursmes laikā, tas ir, tie ir sola kopējās stabilitātes faktors. Ja difūzo jonu skaits samazinās vai tiecas līdz nullei, tad granula kļūst elektriski neitrāla (izoelektriskā stāvoklī) un tai ir vismazākā stabilitāte.

Tādējādi elektrokinētiskā potenciāla lielums nosaka atgrūšanas spēkus un līdz ar to arī koloidālā šķīduma kopējo stabilitāti. Pietiekama koloidālā šķīduma stabilitāte tiek nodrošināta pie elektrokinētiskā potenciāla vērtības ξ = 0,07 V, pie vērtībām, kas mazākas par ξ = 0,03 V, atgrūšanas spēki ir pārāk vāji, lai pretotos agregācijai, un tāpēc notiek koagulācija, kas neizbēgami beidzas ar sedimentācija.

Elektrokinētiskā potenciāla lielumu var noteikt, izmantojot elektroforēzes ierīci, izmantojot formulu (10.5):

kur η ir viskozitāte; ϑ - daļiņu kustības ātrums; l ir attālums starp elektrodiem gar šķīdumu; E - elektromotora spēks, D - dielektriskā konstante.

Faktori, kas ietekmē ξ potenciālu:

1. Vienaldzīga elektrolīta - elektrolīta, kas nesatur potenciālu noteicošo jonu, klātbūtne šķīdumā.

• Vienaldzīgais elektrolīts satur pretjonu. Šajā gadījumā difūzijas slānis tiek saspiests un ξ nokrīt, kā rezultātā notiek koagulācija.
• Vienaldzīgs elektrolīts satur tādas pašas zīmes jonu kā pretjons, bet ne pats pretjons. Šajā gadījumā notiek jonu apmaiņa: pretjonu aizstāj ar vienaldzīga elektrolīta joniem. Tiek novērots ξ kritums, bet krituma pakāpe būs atkarīga no aizvietotā jona rakstura, tā valences un hidratācijas pakāpes. Liotropās katjonu un anjonu sērijas - sērijas, kurās joni ir sakārtoti atbilstoši to spējai saspiest difūzo slāni un izraisīt ξ potenciāla kritumu.

Li + - Na + - NH 4 + - K + - Rb + - Cs + - Mg 2+ - Ca 2+ - Ba 2+ ...

CH 3 COO - - F - - NO 3 - - Cl - - I - - Br - - SCN - - OH - - SO 4 2 -

2. Šķīduma pievienošana stabilizatora elektrolīts- elektrolīts, kas satur potenciāla noteiktu jonu, izraisa ξ - potenciāla pieaugumu, un tāpēc veicina koloidālās sistēmas stabilitāti, bet līdz noteiktai robežai.

Koloidālo sistēmu stabilitāte un koagulācija

Mūsdienu koloidālo sistēmu stabilitātes un koagulācijas teoriju radīja vairāki pazīstami zinātnieki: Deryagina, Landau, Verwey, Overbeck, un tāpēc tā tiek saīsināta kā DLVO teorija . Saskaņā ar šo teoriju dispersas sistēmas stabilitāti nosaka pievilcīgo un atgrūdošo spēku līdzsvars, kas rodas starp daļiņām, tuvojoties viena otrai Brauna kustības rezultātā. Pastāv koloidālo sistēmu kinētiskā un agregāta stabilitāte.

1. Kinētiskā (sedimentācijas) stabilitāte- izkliedēto daļiņu spēja būt suspensijā un nenosēsties (nevis nogulsnēs). Izkliedētās sistēmās, tāpat kā dabiskos risinājumos, ir Brauna kustība. Brauna kustība ir atkarīga no daļiņu izmēra, dispersijas vides viskozitātes, temperatūras utt. Smalki izkliedētas sistēmas (sols), kuru daļiņas gravitācijas ietekmē praktiski nenosēžas, ir kinētiski (sedimentācijas) stabilas. Tajos ietilpst arī hidrofilie zoli - polimēru, olbaltumvielu u.c. šķīdumi. Hidrofobi soli, rupjas sistēmas (suspensijas, emulsijas) ir kinētiski nestabilas. Tajos fāzes un barotnes atdalīšana notiek diezgan ātri.
2. Agregāta stabilitāte- izkliedētās fāzes daļiņu spēja saglabāt noteiktu dispersijas pakāpi nemainīgu. Agregātu stabilās sistēmās izkliedētās fāzes daļiņas sadursmes laikā nesalīp kopā un neveido agregātus. Bet, ja tiek pārkāpta agregāta stabilitāte, koloidālās daļiņas veido lielus agregātus, kam seko izkliedētās fāzes nogulsnēšanās. Tādu procesu sauc koagulācija, un tas notiek spontāni, jo sistēmas brīvā enerģija samazinās (Δ G<0) .

Faktori, kas ietekmē koloidālo sistēmu stabilitāti, ir:

1. Izkliedētu daļiņu elektriskā lādiņa klātbūtne. Liofobisko solu izkliedētajām daļiņām ir vienāds lādiņš, un tāpēc sadursmē tās viena otru atgrūž, jo spēcīgāka, jo augstāks ir zeta potenciāls. Tomēr elektriskais faktors ne vienmēr ir noteicošais.
2. Spēja solvatēt (hidrēt) stabilizējošos jonus. Jo vairāk hidratēto (solvatēto) pretjonu difūzajā slānī, jo lielāks ir kopējais hidratēto (solvātu) apvalks ap granulām un stabilāka ir izkliedētā sistēma.

Saskaņā ar teoriju Brauna kustības laikā koloidālās daļiņas brīvi tuvojas viena otrai attālumā līdz 10 -5 skat.. Van der Vāla pievilkšanās spēku (1) un elektrostatisko atgrūšanas spēku (2) izmaiņu raksturs starp koloidālajām daļiņām parādīts att. 10.6. Iegūtā līkne (3) tika iegūta, ģeometriski pievienojot atbilstošās ordinātas. Minimālos un lielos attālumos starp daļiņām dominē pievilkšanās enerģija (I un II enerģijas minimumi). Otrajā enerģijas minimumā daļiņu kohēzijas enerģija nav pietiekama, lai tās saglabātu agregētā stāvoklī. Vidējos attālumos, kas atbilst elektriskā dubultā slāņa biezumam, dominē atgrūšanas enerģija ar potenciāla barjeru AB, kas neļauj daļiņām salipt kopā. Prakse rāda, ka pie zeta potenciāla ξ = 70 mV koloidālajām sistēmām ir raksturīga augsta potenciāla barjera un augsta agregācijas stabilitāte. Lai destabilizētu koloidālo sistēmu, t.i. koagulācijas procesa īstenošana, ir nepieciešams samazināt - potenciāls līdz vērtībām 0 - 3 mV.

10.6.attēls. Koloidālo daļiņu mijiedarbības potenciālās līknes

Izkliedētu sistēmu koagulācija

Koagulācija - koloidālo daļiņu saķeres process. Šis process norit salīdzinoši viegli dažādu faktoru ietekmē: elektrolītu, neelektrolītu ievadīšana, sasaldēšana, vārīšana, sajaukšana, saules gaismas iedarbība utt. elektrolītiskā koagulācija (elektrolītu ietekmē) Bieži tiek novērota jonu apmaiņas adsorbcija: koagulantu joni ar lielāku valenci vai lielāku adsorbcijas potenciālu izspiež pretjonus vispirms no difūzā slāņa un pēc tam no adsorbcijas slāņa. Apmaiņa notiek līdzvērtīgā daudzumā, bet pretjonu aizstāšana noved pie tā, ka pie pietiekamas elektrolītu koncentrācijas izkliedētā vidē daļiņas zaudē savu stabilitāti un saduras kopā.

Elektrolītiskajai koagulācijai ir noteikti vairāki eksperimentāli vispārīgi noteikumi:

1. Liofobisko solu koagulāciju izraisa jebkuri elektrolīti, taču tā tiek novērota ar ievērojamu ātrumu, kad tiek sasniegta noteikta elektrolīta koncentrācija. Koagulācijas slieksnis(C līdz) ir minimālā elektrolīta koncentrācija, kas nepieciešama, lai sāktu sola koagulāciju. Šajā gadījumā tiek novērotas ārējas izmaiņas, piemēram, šķīduma duļķainība, tā krāsas maiņa utt.

• kur Sal ir elektrolīta molārā koncentrācija, mmol/l;
• Vel - elektrolīta šķīduma tilpums, l;
• Vz ir sola tilpums, l.

Koagulācijas sliekšņa apgriezto vērtību sauc par elektrolīta koagulācijas spēju ():

kur Ck ir koagulācijas slieksnis.

2. Šulca-Hurdy likums:

• koagulācijas efektu uzrāda tas jons, kura lādiņš pēc zīmes ir pretējs koloidālo daļiņu virsmas lādiņam (granulas lādiņam), un šis efekts palielinās, palielinoties jona valencei;
• jonu koagulācijas efekts daudzkārt palielinās, palielinoties jonu valencei. Viena-divu un trīsvērtīgo jonu koagulācijas efekts ir aptuveni 1:50:500.

Tas izskaidrojams ar to, ka daudzvērtīgos augsti lādētos koagulantu jonus daudz spēcīgāk pievelk koloidālās daļiņas lādētā virsma nekā monovalentos, un daudz vieglāk izspiest pretjonus no difūzā un vienmērīgā adsorbcijas slāņa.

3. Organisko jonu koagulācijas efekts ir daudz lielāks nekā neorganiskajiem. Tas ir saistīts ar to augsto adsorbcijas spēju, spēju adsorbēties superekvivalentā daudzumā, kā arī izraisīt koloidālo daļiņu virsmas uzlādi.

4. Vairākos neorganiskos jonos ar vienādiem lādiņiem koagulācijas spēja ir atkarīga no jona - koagulanta rādiusa: jo lielāks rādiuss, jo lielāka ir koagulācijas spēja (sk. liotropiskā sērija). Tas izskaidrojams ar to, ka jonu hidratācijas pakāpe samazinās, piemēram, no L + uz Cs +, un tas atvieglo tā iekļaušanos dubultjonu slānī.

5. Liofobisko koloidālo solu elektriski neitrālas daļiņas koagulējas ar vislielāko ātrumu.

6. Solatkarības fenomens. Ja zolam ātri pievieno koagulantu, tad notiek koagulācija, ja lēni, koagulācijas nav. Tas izskaidrojams ar to, ka starp elektrolītu un solu notiek reakcija, kuras rezultātā veidojas peptizētāji, kas stabilizē disperso sistēmu:

Fe (OH) 3 + HCl → FeOCl + 2H 2 O,

FeOCl → FeO + + Cl - ,

kur FeO + ir Fe (OH) 3 sola peptizētājs.

Elektrolītu maisījuma koagulējošais efekts izpaužas dažādi atkarībā no jona - koagulatora rakstura. Elektrolītu maisījumā darbību var pievienot katra elektrolīta koagulācijas darbībai. Šo fenomenu sauc aditivitāte joni (NaCl, KCl). Ja elektrolītu jonu koagulācijas efekts samazinās, ievadot cita elektrolīta jonus, jonu antagonisms (LiCl, MgCl 2 ). Gadījumā, ja elektrolītu jonu koagulācijas efekts palielinās, ievadot cita elektrolīta jonus, šo parādību sauc sinerģija joni.

Piemēram, 10 ml 10% NaCl šķīduma ievadīšana 10 ml Fe (OH) 3 sola noved pie šī sola koagulācijas. Bet no tā var izvairīties, ja sola šķīdumam pievieno kādu no aizsargvielām: 5 ml želatīna, 15 ml olu albumīna, 20 ml dekstrīna.

Koloidālo daļiņu aizsardzība

Koloidālā aizsardzība- sola agregāta stabilitātes palielināšana, ievadot tajā makromolekulāru savienojumu (HMC). Hidrofobiem zoliem kā spirāli parasti izmanto olbaltumvielas, ogļhidrātus, pektīnus; neūdens zolēm - gumijas.

IUD aizsargājošais efekts ir saistīts ar noteikta adsorbcijas slāņa veidošanos uz koloidālo daļiņu virsmas (10.7. Attēls). Koagulācijas reversu sauc par peptizāciju.

10.7. attēls. Peptizācijas mehānisms

Lai raksturotu dažādu jūras spēku aizsardzības efektu, Zsigmondijs ierosināja izmantot zelta numuru.zelta skaitlisir spirāles miligramu skaits, kas jāpievieno 10 cm 3 0,0006% sarkanā zelta sols, lai tas nekrāsotos zilā krāsā (koagulācija), pievienojot tam 1 cm 3 10% NaCl šķīdums. Reizēm spirāles aizsargājošā efekta raksturošanai zelta sola vietā izmanto sudraba (sudraba skaitlis), dzelzs hidroksīda (dzelzs skaitlis) uc koloidālos šķīdumus.10.2. tabulā parādīta šo skaitļu nozīme dažiem IUD.

10.2. tabula IUD aizsargājošā darbība

Pēc koloidālo šķīdumu iegūšanas tie gandrīz vienmēr ir piesārņoti ar piemaisījumiem - sākotnējā elektrolīta vai stabilizatora pārpalikumu. Lai iegūtu stabilus koloidālos šķīdumus, kas spēj ilgstoši uzglabāt, vakcīnas un serumus, kas ir piemēroti lietošanai medicīnā, tos attīra. Šim nolūkam tiek izmantota filtrēšana, dialīze, elektrodialīze un ultrafiltrācija.

Filtrēšana caur papīra filtriem - tā ir attīrīšana no rupjiem piemaisījumiem.

Dialīze- tas ir sola attīrīšanas process no zemas molekulmasas piemaisījumiem, kas viegli nokļūst caur puscaurlaidīgu membrānu tīrā šķīdinātājā, savukārt lielākas koloidālās daļiņas netiek cauri un paliek dialīzes maisā (2.3.a att.). Membrānas ir dabiskas un mākslīgas – no celofāna, liellopu vai zivju pūšļa, kolodija u.c. Dialīzes process ir ilgs, tāpēc tas tiek paātrināts, tiek izmantota elektrodialīze.

Elektrodialīze- dialīze, izmantojot elektrisko strāvu, kas rada zemas molekulmasas jonu virzītu kustību caur puscaurlaidīgu membrānu, kas paātrina attīrīšanos no mazmolekulāriem elektrolītiem un piemaisījumiem (2.3.b att.).

Ultrafiltrācija(dispersās fāzes atdalīšana no barotnes) ir filtrēšana caur puscaurlaidīgu membrānu zem spiediena vai ar vakuuma palīdzību, kā rezultātā abās membrānas pusēs veidojas spiediena starpība, kas paātrina dialīzi. "Mākslīgās nieres" aparātā tiek izmantota ultrafiltrācija un elektrodialīze. Organismā saskaņā ar ultrafiltrācijas principu nieru nefronos notiek pastāvīga asiņu attīrīšana no mazmolekulāriem vielmaiņas produktiem (amonjaks, fosfāti, hlorīdi, ksenobiotikas).

Rīsi. 2.3. Koloidālo šķīdumu attīrīšana

1 - šķīdinātājs (ūdens)

2 - koloidāls šķīdums

3 - membrāna

a. Dialīze b. Elektrodialīze 4 - elektrodi

2.4. Koloidālo daļiņu struktūra ir micellas.

Atsevišķas koloidālo šķīdumu daļiņas sauc micellas. Micellām ir sarežģīta struktūra. Micelārā teorija balstās uz dubultā elektriskā slāņa klātbūtni micellās. Tas var veidoties:

– vai nu selektīvās jonu adsorbcijas dēļ uz virsmas;

– vai cietās fāzes molekulu jonizācijas rezultātā.

Apskatīsim micellu veidošanos koloidālā sudraba jodīda šķīdumā, kas iegūts ar ķīmiskās kondensācijas metodi atbilstoši apmaiņas reakcijai: AgNO 3 + KJ = AgJ↓ + KNO 3

Atkarībā no izejvielu attiecības var būt trīs gadījumi:

a) ar līdzvērtīgu attiecību reaģenti, nevar veidoties koloidāls šķīdums, sistēmas stabilizācija notiek virsmas laukuma samazināšanās dēļ, t.i. AgJ kristālu augšana un nokrišņi.

b) apsveriet micellas veidošanos ar nelielu KJ pārsvaru. Šajā gadījumā virsmas enerģijas samazināšanās var būt saistīta ar jonu adsorbciju no šķīduma. Saskaņā ar Paneta-Fajansa likumu no elektrolīta šķīduma uz mikrokristālu virsmas adsorbējas jons, kas ir cietās vielas daļa un spēj pabeigt savu kristālisko režģi. Mūsu gadījumā šķīdums satur K + un J - jonus. Agregāta kristāliskā režģa pabeigšana ir saistīta ar joniem J - , kas ir kristāla daļa. Jodīda joni "n" daudzumā adsorbējas uz mikrokristālu virsmas (micellu agregāts), un virsma iegūst negatīvu lādiņu: m nJ -, tāpēc tos sauc potenciālu veidojošs. Veidojas kodols micellas. Atlikušās daļiņas no šķīduma tiek piesaistītas kodola virsmai. pretjoni kālijs, K + (bet ne visi, bet "n - x" daudzumā).

Ap kodolu veidojas potenciāli veidojošie joni J - un saistītie pretjoni K + blīvs adsorbcijas slānis. Viņam ir maksa. Tās potenciālu sauc par zeta potenciālu. Vienība ar adsorbcijas slāni ir granulas: ( m nJ - (n-x) K + ) x-

Tā kā adsorbcijas slānī ir vairāk potenciālu veidojošo jonu nekā pretjonu, granulām ir lādiņš, kas zīmē sakrīt ar potenciālu veidojošo jonu lādiņu.

Granulas adsorbcijas slānis neietver visus K + pretjonus, bet tikai daļu, (n-x), un atlikušie K + (x) pretjoni atrodas tālāk - irdenā difūzā slānī. Kāpēc? Pretspēki piedzīvo divu pretēju spēku darbību:

1. piesaiste kodola lādētajai virsmai;

2. termiskā kustība, cenšoties tos vienmērīgi sadalīt apjomā.

Tāpēc pretjonu slāņa blīvums samazinās līdz ar attālumu no granulas uzlādētās virsmas.

elektriskais dubultslānis, DES

{ m nJ - (n-x) K + } x-xK + ∙ l H2O

kodola potenciālie pretjoni zaudē hidratāciju

veidojot difūzu apvalku

Jonu slānis

blīvs adsorbcijas slānis

Izveidojas granula ar difūzu slāni micella. Micella ir elektriski neitrāla. Atkarībā no šķīdumu sākotnējās koncentrācijas, apstākļiem un citiem faktoriem skaitļi m, n un x var atšķirties. Ārpus micellu ieskauj hidratēts apvalks. Pārmērīgs KJ tika adsorbēts uz nešķīstošā sudraba jodīda mikrokristālu virsmas un veidojas elektriskais dubultslānis (DES). Šis aizsargslānis novērš kristālu augšanu un nokrišņu veidošanos. Tāpēc elektrolīta pārpalikums, no kura veidojas dubults elektriskais slānis, ir stabilizators.

c) ja ir neliels cita elektrolīta AgNO 3 pārpalikums, tad koloidālās micellas sastāvs būs atšķirīgs. Agregāts joprojām sastāvēs no sudraba jodīda molekulām, AgJ. Bet pēc nelielu AgJ nogulšņu kristālu - kodolu veidošanās šķīdumā palika tikai Ag + un NO 3 - joni. Saskaņā ar Panet-Fajans likumu tikai Ag + joni var tikt adsorbēti uz virsmas, pabeidzot tās kristālisko režģi.

Ag + - potenciālu veidojošie joni. Izveidojas kodols - mnAg + . Tas nozīmē, ka NO 3 - joni būs pretjoni. Kopā ar Ag+ joniem tie veido adsorbcijas slāni un kopā ar agregātu veido pozitīvi lādētu granulu:

( m nAg + (n-x) NO 3 - ) x +

Atlikušie x joni NO 3 - ir iekļauti micellu difūzajā slānī. Tie ir atrisināti

( m nAg + (n-x) NO 3 - ) x + xNO 3 - l H 2 O

2.4. att. Sudraba jodīda sola koloidālās micellas struktūras shēma

a) iegūts ar KJ pārsniegumu

b) iegūts ar AgNO 3 pārpalikumu

2.5. Elektrokinētiskās parādības solos - elektroforēze un elektroosmoze

Micella gan nav lādēta, bet ja to ievieto elektriskajā laukā, tad irdenā difūzā slāņa joni nolūzīs un virzīsies uz elektrodu ar pretēju zīmi, bet uzlādētā granula uz otru elektrodu.

Tiek saukta cietas izkliedētas fāzes kustība attiecībā pret stacionāru dispersijas vidi elektriskajā laukā elektroforēze.

Tādējādi ar KJ stabilizēta sudraba jodīda sola elektroforēzes laikā brīvā difūzā slāņa katjoni atdalās un migrē uz katodu (“–” elektrodu), un negatīvi lādētā granula pārvietojas uz anodu (“+” elektrodu).

Tiek saukta šķidras vides kustība attiecībā pret cieto izkliedēto fāzi elektriskā lauka iedarbībā elektroosmoze. Pirmo reizi šīs parādības 1808. gadā novēroja F.F. Lidojums.

Šīs elektrokinētiskās parādības nevarētu novērot, ja micelē nebūtu elektriskā dubultā slāņa.

Ja visi difūzā slāņa joni nonāk adsorbcijas slānī, tad pretjonu lādiņš blīvajā adsorbcijas slānī būs vienāds ar potenciālu veidojošo jonu lādiņu, un granulai nebūs lādiņa. Šo koloidālā šķīduma stāvokli sauc izoelektrisks- IES. Šis koloidālās sistēmas stāvoklis ir vismazāk stabils.

Elektroforēzi un elektroosmozi plaši izmanto praksē:

– proteīnu, α-aminoskābju, nukleīnskābju, antibiotiku atdalīšana;

– gumijas vai krāsu koloidālo daļiņu uzklāšana uz metāla virsmām;

– porainu materiālu dehidratācija;

– daudzu slimību diagnostika;

Iegūstot koloidālos šķīdumus ar vienu vai otru metodi, īpaši ar ķīmisko reakciju palīdzību, ir gandrīz neiespējami precīzi paredzēt nepieciešamo reaģentu kvantitatīvo attiecību. Šī iemesla dēļ iegūtajos solos var būt pārmērīgs elektrolītu daudzums, kas samazina koloidālo šķīdumu stabilitāti. Lai iegūtu ļoti stabilas sistēmas un pētītu to īpašības, zoli tiek attīrīti gan no elektrolītiem, gan no visa veida citiem mazmolekulārajiem piemaisījumiem.

Koloidālo šķīdumu attīrīšanu var veikt ar dialīzi vai ultrafiltrāciju.

Dialīze sastāv no zemas molekulmasas vielu ekstrahēšanas no soliem ar tīru šķīdinātāju, izmantojot puscaurlaidīgu starpsienu (membrānu), caur kuru neiziet koloidālās daļiņas. Periodiski vai nepārtraukti mainot šķīdinātāju dialīzes ierīcē - dializatorā, no koloidālā šķīduma ir iespējams gandrīz pilnībā noņemt elektrolītu piemaisījumus un zemas molekulmasas neelektrolītus.

Metodes trūkums ir ilgs tīrīšanas procesa ilgums (nedēļas, mēneši).

Elektrodialīze ir dialīzes process, ko paātrina elektriskā strāva. Ierīci tās ieviešanai sauc par elektrodializatoru. Vienkāršākais elektrodializators ir trauks, kas sadalīts ar divām membrānām trīs kamerās. Attīrāmo koloidālo šķīdumu ielej vidējā kamerā. Sānu kamerās tiek ievietoti līdzstrāvas avota elektrodi un tiek piegādāts un noņemts šķīdinātājs (ūdens). Elektriskā lauka iedarbībā katjoni tiek pārnesti no vidējās kameras uz katoda kameru, bet anjoni - uz anoda kameru. Šķīdumu vidējā kamerā var attīrīt no izšķīdušajiem sāļiem īsā laikā (minūtēs, stundās).

Kompensējošā dialīze un vividialīze- metodes, kas izstrādātas bioloģisko šķidrumu, kas ir koloidālās sistēmas, izpētei. Kompensējošās dialīzes metodes princips ir tāds, ka dializatorā tīra šķīdinātāja vietā tiek izmantoti dažādu koncentrāciju noteiktu zemas molekulmasas vielu šķīdumi. Piemēram, lai noteiktu neolbaltumvielu, t.i., brīvo cukuru asins serumā, to dializē pret izotonisku sāls šķīdumu, kas satur dažādas cukura koncentrācijas. Tādā risinājumā

Šai metodei tuva ir vividialīzes (vividifūzijas) metode, lai in vivo noteiktu zemas molekulmasas sastāvdaļas asinīs. Analīzei izgrieztā asinsvada galos tiek ievietotas stikla kanulas, kuru sazarotās daļas ir savstarpēji savienotas ar puscaurlaidīga materiāla caurulēm, un visa sistēma tiek ievietota traukā, kas piepildīts ar fizioloģisko šķīdumu vai ūdeni. Tādā veidā tika konstatēts, ka bez brīvās glikozes asinīs ir arī brīvās aminoskābes.

Kompensējošās vividializācijas princips tika izmantots, lai izveidotu aparātu, ko sauc par "mākslīgo nieri". Ar “mākslīgās nieres” palīdzību iespējams attīrīt asinis no vielmaiņas produktiem, īslaicīgi aizvietojot slimas nieres darbību tādu indikāciju gadījumā kā akūta nieru mazspēja saindēšanās rezultātā, smagi apdegumi u.c.

Ultrafiltrācija- koloidālā šķīduma filtrēšana caur puscaurlaidīgu membrānu, kas šķērso dispersijas vidi ar zemas molekulmasas piemaisījumiem un saglabā izkliedētās fāzes daļiņas vai makromolekulas. Lai paātrinātu ultrafiltrācijas procesu, to veic ar spiediena kritumu abās membrānas pusēs: vakuumā (vakuumā) vai zem augsta spiediena. Vakuums tiek izveidots, evakuējot gaisu no tvertnes, kas atrodas zem filtra, paaugstināts spiediens tiek radīts, iespiežot gaisu traukā, kas atrodas virs filtra. Lai novērstu membrānas plīsumu, to novieto uz cietas porainas plāksnes. Ultrafiltrācija ļauj ātri atdalīt elektrolītus un citus piemaisījumus (zemas molekulmasas organiskos savienojumus) no koloidālā šķīduma, salīdzinot ar dialīzi. Ultrafiltrācijas laikā tiek sasniegta augsta sola attīrīšanas pakāpe, to periodiski atšķaidot ar ūdeni. Pēdējā posmā koloidālo šķīdumu var koncentrēt, sūknējot dispersijas vidi. Ultrafiltrāciju var izmantot kombinācijā ar elektrodialīzi (elektroultrafiltrāciju), kas ievērojami paātrina sāļu izvadīšanu no koloidālā šķīduma.

Tā kā parastā filtrpapīra poras viegli šķērso koloidālās daļiņas, ultrafiltrācijā kā membrānas tiek izmantoti speciāli filtri (celofāns, pergaments, azbests, keramikas filtri utt.). Membrānas ar noteiktu poru izmēru izmantošana ļauj sadalīt koloidālās daļiņas frakcijās pēc izmēra un aptuveni noteikt šos izmērus. Tātad tika atrasti dažu vīrusu un bakteriofāgu izmēri. Tas viss liecina, ka ultrafiltrācija ir ne tikai koloidālo šķīdumu attīrīšanas metode, bet to var izmantot dispersijas analīzei un disperso sistēmu preparatīvai atdalīšanai.