Metode čiščenja koloidnih raztopin. Čiščenje koloidnih sistemov. Metode pridobivanja koloidnih sistemov

Pošljite svoje dobro delo v bazo znanja je preprosto. Uporabite spodnji obrazec

Študenti, podiplomski študenti, mladi znanstveniki, ki bazo znanja uporabljajo pri študiju in delu, vam bodo zelo hvaležni.

Metode pridobivanja in čiščenja koloidnih raztopin

Kondenzacijske metode za pridobivanje koloidnih sistemov

Iz razvrstitve disperznih sistemov po velikosti delcev sledi, da koloidne raztopine (soli) zasedajo vmesni položaj med molekularnimi in grobimi sistemi. To določa dva možna načina za pridobivanje koloidnih raztopin. Eden od načinov je povečanje delcev med združevanjem molekul ali ionov - ta metoda se imenuje kondenzacija Drugi način je mletje velikih delcev do koloidne disperzije, izvaja se po metodi disperzija.

Kondenzacija lahko nastane bodisi kemično oz fizični proces. V obeh primerih kondenzacijska metoda temelji na tvorbi nove faze s koloidno disperzijo v homogenem mediju. Splošni pogoj za nastanek nove faze je stanje prenasičenosti raztopine ali pare. Ko na nekaterih območjih raztopine pride do lokalne prenasičenosti, nastanejo agregati več molekul, ki postanejo jedra nove faze. Vlogo jeder lahko igrajo kristalizacijski centri, ki obstajajo ali so vneseni v sistem - prašni delci, majhni dodatki končnega sola itd. Večje kot je število kristalizacijskih centrov in nižja je stopnja rasti kristalov, večja je disperzija nastale sole.

Po navedbah sodobna teorija nastajanje jeder nove faze v homogenem okolju je ta proces nihalen. Pogoje za nastanek jeder trdne faze izraža enačba

r=2 yVm/ RTln (c r/ guganje)

kjer je r polmer kristala; y je površinska napetost na meji kristal-raztopina; Vm -- molski volumen kristalne faze; z-- koncentracija nasičene raztopine; z r -- koncentracija prenasičene raztopine, potrebna za nastanek majhnih kristalov s polmerom r.

Tvorjenje zarodkov je možno pod pogojem, da z r> s. Visoko dispergiran sistem lahko dobimo iz prenasičene raztopine le, če je hitrost tvorbe jeder enaka v\ veliko večja od njihove stopnje rasti V2, tj. Ј>i^>^2. V nasprotnem primeru nastanejo veliki delci, ki nimajo kinetične stabilnosti in se izločijo.

V primeru kemične kondenzacije nastane nova faza, ko pride do reakcij, ki vodijo do nastanka snovi, netopnih v danem mediju. To so lahko reakcije redukcije, oksidacije, izmenjave, hidrolize.

Za različne kemične reakcije, ki se uporabljajo pri pripravi solov, so optimalni pogoji za nastanek in rast jeder izbrani eksperimentalno. Visoko dispergirane sole praviloma dobimo z dodajanjem majhne količine koncentrirane raztopine drugega reagenta k razredčeni raztopini enega od reagentov ob močnem mešanju. S to tehniko se oblikovana jedra trdne faze hitro ustavijo v rasti, saj se razredčena raztopina kmalu izčrpa. Sveže oblikovana dispergirana faza, sestavljena iz agregatov netopnih snovi, ima pogosto amorfno strukturo. Sčasoma (od nekaj minut do enega dneva). pride do procesa kristalizacije netopnih delcev in ti dobijo kristalno strukturo.

Reakcije okrevanja. Za pridobivanje solov plemenitih kovin (platina, zlato, srebro) se običajno uporabljajo redukcijske reakcije. Rekonstrukcijo lahko izvedemo z ali brez uporabe zaščitnih koloidov. EMV se uporabljajo kot zaščitni koloidi, ki se adsorbirajo na površini koloidnih delcev in tvorijo zaščitne filme. V farmacevtski praksi v prisotnosti zaščitnih koloidov dobimo zdravilo kolargol, ki je koloidna raztopina srebra, zaščitena s solmi lizilbinske in protalbinske kisline.

Pri pripravi zlatega sola se kloroavrična kislina z reakcijo pretvori v kalijev aurat

2HAuC1 4 + 5K 2 CO 3 = 2KAuO 2 + 5CO 2 + 8KS1 + H 2 O

Reakcija redukcije kalijevega aurata s formaldehidom poteka po enačbi

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

Auratni ioni, ki so ioni, ki tvorijo potencial, se adsorbirajo na nastale zlate mikrokristale. Ioni K+ služijo kot protiioni.

Metode hidrolize. Hidroliza se uporablja za pridobivanje solov hidroksidov težkih kovin.

Sol kovinskega srebra lahko dobimo z redukcijo razredčenih raztopin srebrovih soli v alkalnem mediju s taninom. Tanin (pentadigaloil glukoza) C 76 H 52 O 46, ko oksidira, daje netopne snovi - flobafene C 76 H 52 O 49

Oksidacijski procesi.

Poleg žvepla oksidacijske reakcije običajno proizvajajo politionske kisline, predvsem pentationsko kislino H 2 S 5 O 6

Reakcije dvojne izmenjave. Reakcije dvojne izmenjave omogočajo pridobivanje številnih solov težko topnih spojin. Na primer, pri mešanju razredčenih raztopin barijevega nitrata in kalijevega sulfata, če je eden od reagentov presežek, se barijev sulfat ne obori, ampak tvori koloidno raztopino.

Reakcija med barijevim nitratom in kalijevim sulfatom poteka po shemi

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

Pri proizvodnji solov z metodami kemijske kondenzacije je treba dati prednost reakcijam, pri katerih skupaj z zmerno topno spojino nastanejo snovi, ki niso elektroliti ali šibki elektroliti. To pomaga pridobiti stabilnejše sole, saj v sistemu ne nastajajo odvečni elektroliti, ki astabilizirajo sol. Primer takšne reakcije je oksidacija vodikovega sulfida z atmosferskim kisikom.

Zamenjava topila. Ta metoda pridobivanja solov se za razliko od prejšnjih nanaša na fizično kondenzacijo. Temelji na dejstvu, da se raztopina snovi postopoma dodaja tekočini, ki se dobro premeša s topilom, vendar je v njej raztopljena snov tako slabo topna, da se sprosti kot visoko dispergirana faza. Primer so hidrosoli žvepla, holesterola ali kolofonije, ki jih dobimo z vlivanjem alkoholnih raztopin teh snovi v vodo.

Kondenzacija hlapov. To je tudi metoda pridobivanja solov s fizikalno kondenzacijo. Ko hlapi katere koli preproste snovi prehajajo v tekočino, lahko zaradi kondenzacije nastanejo obstojni soli. Sem spadajo električne metode za proizvodnjo kovinskih disperzij, razpršenih pod vodo ali v organski tekočini v voltaičnem obloku (Bredigova metoda) in pri visokofrekvenčnem iskrenju (Svedbergova metoda). Stabilizatorji disperzij, ki nastanejo pri kondenzaciji hlapov, so oksidi istih kovin, ki so stranski produkti procesa brizganja. Oksidi se adsorbirajo na kovinske delce in ustvarijo zaščitno plast.

V naravi ob kondenzaciji vodne pare v ozračju nastanejo megla in oblaki.

S. Z. Roginsky in A. I. Shalnikov sta razvila učinkovito metodo za proizvodnjo solov iz tako imenovanih molekularnih žarkov. Bistvo metode je, da disperzibilno snov in topilo skupaj uparimo v vakuumu. Mešane pare kondenzirajo in zmrznejo na ohlajeni površini. Zmes nato odmrznemo in zberemo v posodo. Na ta način so dobili težko dostopne sole mnogih snovi. Metoda zagotavlja visoko čistost nastalih solov.

Priprava koloidnih sistemov z disperzijskimi metodami

Disperzija je fino mletje trdnih snovi ali tekočin in porazdelitev njihovih delcev v tekočem ali plinastem mediju, pri čemer nastanejo disperzni sistemi: praški, suspenzije, emulzije, aerosoli.

Metode mletja velikih formacij v koloidno stanje so razdeljene na mehanske, fizikalne in fizikalno-kemijske.

Mehanska disperzija. To je eden od glavnih načinov nastanka koloidnih sistemov v naravi: med plazovi, vremenskimi vplivi, erozijo tal itd. Umetno mehansko razprševanje se izvaja z uporabo na različne načine mletje. Ta postopek vključuje grobo, srednje in fino drobljenje. Delovanje drobilnikov temelji na principih drobljenja, cepljenja, abrazije, udarca itd. Lastnost materiala, da se upira uničenju, imenujemo trdnost. Med postopkom brušenja trdno telo doživlja elastične in plastične deformacije. Elastične (reverzibilne) deformacije skoraj popolnoma izginejo po odstranitvi bremena. Pri plastičnih (nepopravljivih) deformacijah prenehanje zunanjih vplivov ne vodi do ponovne vzpostavitve oblike in velikosti trdnega telesa. Trdnost materiala je oslabljena, njegova oblika se spremeni.

Po zamislih P. A. Rebinderja se za mletje materiala porabi energija, ki je enaka vsoti dela deformacije trdnega telesa in dela tvorbe novih površin:

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

Kje W -- kompletno brušenje; k -- sorazmernostni koeficient, ki je enak delu deformacije enote prostornine tlačenega telesa; V -- obseg telesa; y -- površinska napetost (energija tvorbe enote površine); ?S je nova površina, ki nastane pri uničenju telesa.

Iz formule sledi, da se delo mletja povečuje sorazmerno z volumnom zdrobljenega materiala in velikostjo nastalega novo površino. To pomeni, da se z zmanjšanjem končne velikosti delcev poraba energije močno poveča. Za znižanje stroškov energije za brušenje in doseganje večje razpršenosti materiala v postopkih brušenja se uporablja Rebinderjev učinek - zmanjšanje trdote zaradi dodajanja tujkov, imenovanih reduktorji trdote. Številni elektroliti - soli in alkalije, površinsko aktivne snovi (raztopine alkalnega mila, sulfolignin in sulfonaftenske kisline, strojilni ekstrakti) lahko delujejo kot reduktorji trdote.

Pojav zmanjšane trdote se že dolgo uporablja v praksi, na primer pri mletju trdnih snovi (žveplo, železov oksid, kovinski sulfidi) v malti v prisotnosti nekaterih indiferentnih spojin: sladkorja, sečnine itd. Rebinderjevo delo je razkrilo mehanizem tega pojava, ki je sestavljen iz dejstva, da se dodane snovi adsorbirajo na mestih napak v kristalni mreži trdnih snovi, na primer v mikrorazpokah. Adsorpcija aditivnih snovi na eni strani povzroči zmanjšanje površinske energije, kar olajša disperzijo, na drugi strani pa povzroči nastanek sil medsebojnega elektrostatičnega odbijanja adsorpcijskih plasti, ki se nahajajo na nasprotnih stenah mikrorazpok. Posledično pride do zagozditvenega učinka, ki poveča destruktivni učinek. Zaradi tega učinka se bistveno zmanjšajo stroški zunanje energije za proces mletja. Pozitivna vloga aditivov je v tem, da njihove adsorpcijske plasti preprečujejo oprijem novo nastalih delcev.Tudi dodajanje tekočin ima podoben učinek kot vnašanje snovi - reduktorjev trdote. Mokro mletje (kjer je možno) je vedno učinkovitejše od suhega mletja. Mletje materialov se izvaja z mehanizmi, kot so stroji za predhodno drobljenje in stroji za končno (fino) mletje. Za predhodno mletje se uporabljajo mehanizmi različne oblike rezanje, žaganje ali cepljenje. Izbira metode drobljenja je odvisna od agregatnega stanja izvornih materialov. Krhki materiali se ob udarcu zlahka razcepijo; plastični, viskozni predmeti zahtevajo hkraten udarec in odrgnjenje itd.

V farmacevtski proizvodnji, kjer se drobijo predvsem rastlinske surovine, se uporabljajo freze za travo in korenje ter stroji s krožnimi žagami. Po seriji stopenj drobljenja dobimo prah z velikostjo delcev približno 10 ~ 4 m.

Končno mletje - prašenje (fino mletje) - se izvaja z mlini različnih izvedb: valjčnimi, diskastimi, kladivnimi, različnimi dezintegratorji, brizgalnimi mlini. Kroglični mlini, ki združujejo udarno in abrazivno delovanje, so učinkoviti za mletje številnih materialov.

Fino in ultrafino mletje se izvaja v vibracijskih mlinih, koloidnih mlinih itd. Ti mehanizmi se uporabljajo tudi za dispergiranje trdnih materialov in tekočin v tekočem mediju za proizvodnjo suspenzij in emulzij.

Koloidni mlin je prvi zasnoval ruski inženir K. Plausson (1920).

Konstrukcije koloidnih in drugih mlinov temeljijo na sistemu statorja in rotorja, ki se vrtita s frekvenco do 20 tisoč vrtljajev na minuto. Površine statorja in rotorja, obrnjene drug proti drugemu, so opremljene z različnimi udarnimi elementi - udarci, izboklinami, režami. Pri drugih modelih je med statorjem in rotorjem narejena zelo ozka reža, skozi katero pod pritiskom delci trdne ali tekočine doživijo prelomno silo in se razpršijo ter tvorijo suspenzijo ali emulzijo.

Za povečanje disperzije emulzij se uporabljajo posebne naprave - homogenizatorji. Delovanje homogenizatorjev temelji na stiskanju emulzij pod visokim pritiskom skozi ozke kanale in razpoke.

Ultrazvočna disperzija je primer uporabe fizikalne metode mletje. Ultrazvočne valove s frekvenco od 20 tisoč do 1 milijona nihajev na sekundo dobimo s pomočjo piezoelektričnega oscilatorja. Disperzijski učinek ultrazvoka je posledica dejstva, da pri prehodu zvočnega valovanja skozi tekočino pride do lokalnega hitro izmeničnega stiskanja in raztezanja, ki ustvarja prelomno silo in vodi do disperzije suspendiranih delcev. Vendar ima pojav kavitacije odločilno vlogo; z izmeničnimi stiskanji in redčenjem v tekočini nastajajo praznine (votline) nenehno in se ponovno zrušijo (zrušijo). Ko se kavitete zrušijo, se razvijejo lokalno visok pritisk. To povzroči močne mehanske destruktivne sile, ki lahko razpršijo ne le tekočine, ampak tudi trdne delce. Na ta način dobimo visoko dispergirane emulzije in suspenzije, tudi primerne za intravensko dajanje. Poleg tega se pri ultrazvočnem delovanju na koloidne raztopine, emulzije in suspenzije le-te sterilizirajo, saj kavitacija povzroči uničenje teles mikroorganizmov in njihovih spor.

Čeprav se disperzijske metode vedno bolj izboljšujejo, njihova primerjava s kondenzacijskimi metodami za izdelavo disperznih sistemov pokaže, da so za doseganje maksimalne disperzije 1 * 10~ 7 -1 * 10~ 9 m primerne le kondenzacijske metode. Poleg tega, da kondenzacijske metode proizvajajo bolj visoko dispergirane sisteme kot pri disperziji, kondenzacijske metode praktično ne zahtevajo stroškov energije. Vendar pa imajo disperzijske metode pomembnejši praktični pomen.

Fizikalno-kemična disperzija ali peptizacija. Sveža (ohlapna) oborina se pretvori v sol z obdelavo s peptizatorji: raztopino elektrolita, raztopino površinsko aktivne snovi ali topilom. Koncept "sveže" usedline se nanaša na usedlino ohlapne strukture, med delci katere so plasti disperzijskega medija, ne glede na trajanje obstoja usedline. Zloženih usedlin s sprijetimi delci ni mogoče razpršiti s peptizacijo. Pravzaprav peptizacija ni disperzija, ampak razčlenitev obstoječih delcev. Poznamo tri metode peptizacije: 1) adsorpcijska peptizacija; 2) raztapljanje (ali kemična) peptizacija; 3) izpiranje oborine s topilom (disperzijski medij).

Izbira metode peptizacije je odvisna od proizvodnih pogojev in lastnosti oborine. Rezultat peptizacije mora biti v vseh primerih ločitev delcev in njihova porazdelitev po celotnem volumnu disperzijskega medija. Predstavljajmo si, da je pri kemijski reakciji s stehiometričnim razmerjem reagentov nastala oborina težko topne spojine železov(III) heksaciano(II) ferat (prusko modro).

K 4 +FeCl 3 = KFe +3KC1

Kot rezultat reakcije nastane ohlapna oborina prusko modrega KFe, katere delci nimajo dvojne električne plasti, saj sistem ne vsebuje ionov, ki bi lahko selektivno adsorbirali delce oborine in tvorili EDL. Da bi prišlo do peptizacije, je potrebno na površini delcev usedline ustvariti elektrostatične odbojne sile, ki bi prisilile delce, da se oddaljujejo drug od drugega in enakomerno porazdelijo po celotnem volumnu raztopine, tj. sol. To lahko storimo z adsorpcijsko peptizacijo, tj. z obdelavo oborine z raztopino elektrolita, ki vsebuje peptizirajoči ion, ki je sposoben selektivne adsorpcije (v skladu s Paneth-Fajansovim pravilom). Kot elektrolit, ki vsebuje peptizacijski ion, lahko vzamete raztopino FeCl-3 ali K4. V raztopini FeCl 3 je peptizirajoči ion Fe 3 + ion, v raztopini K4Fe(CN) 6 4 ion. Vsak od teh ionov se lahko adsorbira na kristalih KFe, s čimer se dokonča njihova kristalna mreža in tvori plast ionov, ki tvorijo potencial. V tem primeru daje adsorpcija železovih ionov vsem delcem usedline pozitiven naboj, adsorpcija ionov pa negativni naboj. Toda v obeh primerih nastane sol. Strukturo sol micele lahko prikažemo z diagrami:

1. Pri peptizaciji z raztopino FeCI 3 nastane zeleni sol KFe s pozitivno nabitimi delci

2. Pri peptizaciji z raztopino K4 nastane temno moder sol KFe z negativno nabitimi delci

Raztapljanje ali kemična peptizacija se uporablja tudi za usedline, ki nimajo DES na svojih delcih, v primerih, ko elektrolit-peptizator ni na voljo v končni obliki. V tem primeru se filtrirna pogača obdela z majhno količino reagenta, ki raztopi površinsko plast zrn pogače, zaradi česar nastane določena količina elektrolita, potrebnega za peptizacijo preostale pogače. Na primer, oborino Fe(OH) 3 lahko dobimo s stehiometričnim razmerjem reagentov v reakciji

Oborine, ki so nastale v prisotnosti znatnega presežka enega od reagentov, se peptizirajo s spiranjem s topilom. V tem primeru je na delcih usedline dvojna električna plast, ki pa je zaradi visoke koncentracije elektrolita močno stisnjena. V tem stanju EDL se Coulombove odbojne sile med delci usedline ne pojavijo. Za ponovno vzpostavitev sil elektrostatičnega odboja delcev in normalne strukture EDL je treba zmanjšati koncentracijo elektrolita v usedlini. V ta namen se filtrska pogača spere s čistim topilom ali disperzijskim medijem. Prekomerni odvečni elektrolitski tok se izpere in stabilen sol začne prehajati skozi filter.

Naboji (3x--f~) koloidnih delcev ustvarjajo med njimi odbojne sile in prispevajo k prehodu usedline v koloidno raztopino. W. Ostwald, ki je preučeval proces peptizacije, je empirično izpeljal številne vzorce, ki se imenujejo Ostwaldovo pravilo padavin. Ugotovil je, da je za peptizacijo določene mase sedimenta potrebna točno določena optimalna koncentracija z / elektr.rolite-peptizator. Grafično je to izraženo s krivuljo odvisnosti deleža peptiziranega sedimenta Q od koncentracije stabilizatorja, ki gre skozi maksimum, ki ustreza optimalnemu razmerju med maso odvzetega sedimenta in koncentracijo elektrolita.

Ko je ta koncentracija elektrolita presežena, se proces peptizacije premakne proti obratnemu procesu - koagulaciji ali agregaciji delcev, saj presežek elektrolita stisne DES na delce usedline in poslabša pogoje razgradnje. Treba je opozoriti, da če površinsko aktivna snov služi kot peptizator, potem takega ni kritična vrednost koncentracija in povečanje vsebnosti površinsko aktivne snovi ne škoduje peptizaciji.

Po drugi strani pa se pri konstantni koncentraciji elektrolita delež peptiziranega sedimenta poveča do največje vrednosti pri določenem masnem razmerju gp" odvzeto usedlino in koncentracijo elektrolita. Prekomerno povečanje mase oborine, dodane raztopini elektrolita, poslabša pogoje peptizacije, kar povzroči vrednost Q zmanjša. To je mogoče razložiti z dejstvom, da razpoložljivi elektrolit ne zadostuje za ustvarjanje učinkovitega DES na delcih usedlin, vzetih v presežku.

Metode čiščenja koloidnih raztopin

Pri pripravi koloidnih raztopin po eni ali drugi metodi, zlasti z uporabo kemičnih reakcij, je skoraj nemogoče natančno napovedati zahtevano količinsko razmerje reagentov. Zaradi tega lahko nastali soli vsebujejo prevelik presežek elektrolitov, kar zmanjša stabilnost koloidnih raztopin. Za pridobitev zelo stabilnih sistemov in za preučevanje njihovih lastnosti se soli očistijo tako iz elektrolitov kot iz vseh vrst drugih nizkomolekularnih nečistoč.

Čiščenje koloidnih raztopin lahko izvedemo z dializo ali ultrafiltracijo.

Dializa sestoji iz ekstrakcije nizkomolekularnih snovi iz solov s čistim topilom z uporabo polprepustne pregrade (membrane), skozi katero ne prehajajo koloidni delci. Z občasno ali kontinuirano menjavo topila v dializni napravi - dializatorju je možno iz koloidne raztopine skoraj v celoti odstraniti nečistoče elektrolitov in nizkomolekularnih neelektrolitov.

Pomanjkljivost te metode je dolgotrajnost postopka čiščenja (tedni, meseci).

elektrodializa je dializni proces, pospešen z uporabo električnega toka. Naprava za njegovo izvajanje se imenuje elektrodializator. Najenostavnejši elektrodializator je posoda, razdeljena z dvema membranama na tri komore. Koloidna raztopina, ki jo je treba očistiti, se vlije v srednjo komoro. V stranske komore so nameščene elektrode iz vira enosmernega toka, dovaja se in odvaja topilo (voda). Pod vplivom električnega polja se kationi prenesejo iz srednje komore v katodno komoro, anioni pa v anodno komoro. Raztopino v srednji komori lahko za kratek čas (minute, ure) očistimo raztopljenih soli.

Kompenzatorna dializa in vividializa-- metode, razvite za preučevanje bioloških tekočin, ki so koloidni sistemi. Načelo metode kompenzacijske dialize je, da se v dializatorju namesto čistega topila uporabljajo raztopine določenih nizkomolekularnih snovi različnih koncentracij. Na primer, za določitev nevezanega na beljakovine, tj. prostega sladkorja v krvnem serumu, ga dializiramo z izotonično fiziološko raztopino, ki vsebuje različne koncentracije sladkorja. V tej rešitvi

Tej metodi je blizu metoda vividialize (vividifuzija) za intravitalno določanje nizkomolekularnih spojin v krvi. Za izvedbo analize v konce prerezane žile vstavimo steklene kanile, katerih razvejani deli so med seboj povezani s cevkami iz polprepustnega materiala, in celoten sistem postavimo v posodo, napolnjeno s fiziološko fiziološko raztopino ali vodo. Na ta način so ugotovili, da so v krvi poleg proste glukoze tudi proste aminokisline.

Načelo kompenzacijske vividialize je bilo uporabljeno za izdelavo naprave, imenovane "umetna ledvica". S pomočjo "umetne ledvice" je mogoče očistiti kri presnovnih produktov, začasno nadomestiti delovanje obolele ledvice za takšne indikacije, kot so akutna odpoved ledvic kot posledica zastrupitve, hude opekline itd.

Ultrafiltracija-- filtriranje koloidne raztopine skozi polprepustno membrano, ki prepušča disperzijski medij z nizkomolekularnimi primesmi in zadržuje delce disperzne faze ali makromolekul. Da bi pospešili proces ultrafiltracije, se izvaja z razliko v tlaku na obeh straneh membrane: pod redčenjem (vakuum) ali pod povečanim tlakom. Vakuum nastane s črpanjem zraka iz posode, ki se nahaja pod filtrom, visok krvni pritisk-- s črpanjem zraka v posodo nad filtrom. Da preprečimo pretrganje membrane, jo položimo na trdno porozno ploščo. Ultrafiltracija omogoča hitrejše ločevanje elektrolitov in drugih nečistoč (organskih spojin z nizko molekulsko maso) iz koloidne raztopine, kot se to zgodi med dializo. Z ultrafiltracijo dosežemo visoko stopnjo čiščenja sola z občasnim redčenjem slednjega z vodo. Na zadnji stopnji z izsesavanjem disperzijskega medija lahko koloidno raztopino koncentriramo. Ultrafiltracijo lahko uporabljamo v kombinaciji z elektrodializo (elektroultrafiltracija), zaradi česar se bistveno pospeši odstranjevanje soli iz koloidne raztopine.

Ker pore navadnega filtrirnega papirja zlahka prepuščajo koloidnim delcem, se pri ultrafiltraciji kot membrane uporabljajo posebni filtri (celofan, pergament, azbest, keramični filtri itd.). Uporaba membrane z določeno velikostjo por omogoča ločevanje koloidnih delcev na frakcije po velikosti in približno določanje teh velikosti. Tako so bile ugotovljene velikosti nekaterih virusov in bakteriofagov. Vse to nakazuje, da ultrafiltracija ni samo metoda čiščenja koloidnih raztopin, temveč jo lahko uporabljamo za disperzijsko analizo in preparativno ločevanje disperznih sistemov.

Nekatere lastnosti membran za dializo in ultrafiltracijo

Porozne polprepustne membrane, ki se uporabljajo za dializo, elektrodializo, ultrafiltracijo in osmometrijo, praviloma niso inertna čisto mehanska "sita" za raztopljene ali suspendirane delce. Vloga membran je veliko bolj kompleksna in jo določajo številne njihove lastnosti. Tako lahko prepustnost membrane določimo ne toliko s prisotnostjo por in kapilar v njej, temveč z raztapljanjem snovi, ki se prenašajo skozi njo, v sami snovi membrane. Ta mehanizem prepustnosti se imenuje faza oz homogena. Ta mehanizem prepustnosti je še posebej izrazit pri fino poroznih, počasi filtrirnih materialih.

Druga lastnost membran je njihova sposobnost polnjenja ob stiku s tekočinami. Naboj na membrani nastane na enak način kot naboj na kateri koli trdni površini: bodisi kot posledica disociacije membranske snovi bodisi zaradi adsorpcije ionov iz raztopine. Odvisno od narave materiala ima membrana lahko pozitiven ali negativen naboj. Negativno nabite membrane so veliko bolj pogoste kot pozitivno nabite. Snovi, ki tvorijo negativno nabite membrane, vključujejo celulozo, pergament, keramične materiale in azbest. Pozitivno nabite membrane lahko dobimo iz strojene želatine, usnja in posebej obdelanega papirja. Upoštevati je treba, da je naboj proteinskih membran odvisen od pH medija: ko je koncentracija H + ionov večja kot v izoelektrični točki proteina, je membrana pozitivno nabita, v bolj alkalnem okolju pa je negativno nabit. Naboj membran pomembno vpliva na hitrost difuzije ionov skozi njih. Pozitivno nabite membrane so zelo prepustne za anione in slabo prepustne za katione; in obratno, membrane z negativnim nabojem so bolje prepustne za katione. Zato je priporočljivo uporabljati membrane iz različne materiale za katodne in anodne komore elektrodializatorja: katodna membrana mora biti izdelana iz negativno nabitih materialov, anodna membrana mora biti izdelana iz pozitivno nabitih materialov. V takšnih membranah se spreminjajo transportna števila ionov, zato jih imenujemo elektrokemično aktivne. Tkiva živih organizmov, ki so v bistvu polprepustne membrane, imajo elektrokemično aktivnost. Ta lastnost tkiva je osnova takšne metode zdravljenja, kot je iontoforeza - vnos zdravilnih učinkovin v bolnikovo telo skozi kožo. Membrane, ki ne vplivajo na transportna števila ionov, imenujemo elektrokemično neaktivne. V proizvodnih pogojih imajo najširšo uporabo.

Bibliografija:

Laitinen G. A., Harris V. E. Kemijska analiza. - M.: Kemija, 1979.

Petere D., Hayes J., Hiftje G. Kemijska separacija in merjenje. Teorija in praksa analizne kemije. - M.: Kemija, 1978. T. 1, 2.

Vasiliev V.P. Termodinamične lastnosti raztopin elektrolitov. - M.: Višja šola, 1982.

Podobni dokumenti

Klasifikacija disperznih sistemov. Glavni dejavniki stabilnosti koloidnih raztopin. Metode njihove priprave (dispergiranje, kondenzacija) in čiščenja (dializa, ultrafiltracija). Micelarna teorija zgradbe koloidnih delcev. Koagulacija z mešanicami elektrolitov.

predstavitev, dodana 28.11.2013


Koloidna kemija kot veda, ki proučuje fizikalno-kemijske lastnosti heterogenih visoko dispergiranih sistemov in visokomolekularnih spojin. Proizvodnja in metode čiščenja koloidnih raztopin. Uporaba gelov v prehrambeni industriji, kozmetiki in medicini.

predstavitev, dodana 26.01.2015


Bistvo in značilnosti koloidnih sistemov. Osnovne lastnosti in zgradba tovrstnih raztopin. Značilnosti Tyndallovega učinka. Razlike med hidrosoli in organosoli. Metode tvorbe koloidnih sistemov, specifične lastnosti, področje uporabe.

predstavitev, dodana 22.05.2014


Metode za proizvodnjo koloidnih sistemov; dejavniki, ki vplivajo na hitrost posameznih faz procesa, pravila koagulacije. Astabilizacijski učinek nizkomolekularnih primesi v koloidnih raztopinah, metode za njihovo odstranjevanje: dializa, elektrodializa in ultrafiltracija.

predstavitev, dodana 17.09.2013


Značilnosti pridobivanja koloidnih sistemov. Teoretična analiza procesov nastajanja kremenčevih stekel po sol-gel metodi. Priprava sol-koloidnih sistemov po “hibridni” metodi. Značilnosti lastnosti kvantnih stekel, aktiviranih z evropijevimi ioni.

tečajna naloga, dodana 14.02.2010


Prve praktične informacije o koloidih. Lastnosti heterogenih mešanic. Razmerje med površino koloidnega delca in prostornino koloidnega delca. Posebnost disperznih sistemov. Značilnosti koloidnih raztopin. Klasifikacija disperznih sistemov.

predstavitev, dodana 17.08.2015


Koloidne raztopine (soli), kot visoko dispergirani koloidni sistemi s tekočim ali plinastim disperzijskim medijem. Geli ali želeji. Zgradba in lastnosti koloidnih micel. Tyndallov učinek. Postopek koagulacije. Parametri stabilnosti koloidnih raztopin.

predstavitev, dodana 15.09.2013


Interakcija dvojnih električnih plasti in koloidnih sistemov. Poisson-Boltzmannova enačba. Kontaktni izrek in osmotski tlak. Dosoljevanje in "približevanje nizkega prekrivanja". Van der Waalsove interakcije in Hamakerjeva konstanta.

test, dodan 06.09.2009


Priprava liofobnih koloidnih sistemov, njihove optične lastnosti. Določanje površinske napetosti površinsko aktivnih raztopin in medfazne napetosti na meji dveh nemešljivih tekočin s stalagmometrično metodo. Koloidna zaščita solov z raztopinami IUD.

povzetek, dodan 15.02.2016


Raziskovanje metod elektromembranske tehnologije: elektrodializa in elektroliza. Analiza sproščanja koloidnih raztopin iz nizkomolekularnih spojin, raztopljenih v njih s pomočjo polprepustne membrane. Pregled morfologije in klasifikacije membran.

Uporabljata se predvsem 2 načina:

1. Disperzijska metoda – uporabite drobljenje trdne snovi v delce velikosti, ki ustreza koloidom. Mletje se izvaja:

• mehansko z uporabo krogličnih mlinov, homogenizatorjev ali ultrazvočnih dezintegratorjev;
• z uporabo fizikalne in kemične metode, kot je peptizacija, dodajanje površinsko aktivnih snovi.

1. Metoda kondenzacije— povečanje delcev z združevanjem molekul ali ionov do velikosti, ki ustreza koloidom. To je mogoče storiti na naslednje načine:

• izhlapevanje topila;
• zamenjava topila;
• izvajanje reakcij, pri katerih nastanejo slabo topne ali netopne snovi - razgradnja, hidroliza itd.

Metode čiščenja koloidnih sistemov

Koloidne raztopine lahko vsebujejo primesi, ki zmanjšujejo njihovo stabilnost, zaradi česar se prečistijo. V ta namen se uporabljajo metode, kot so dializa, elektrodializa, filtracija in ultrafiltracija.

Koloidno raztopino vlijemo v posodo, v spodnjem delu katere je membrana in jo postavimo v posodo z vodo. V topilo prodrejo le ioni in molekule nečistoč z nizko molekulsko maso.

Postopek dialize je počasen in za njegovo pospešitev se uporablja električno polje.

kategorije

Splošne predstave o razpršenih sistemih

Kemijska interakcija pri homogenih reakcijah se pojavi med učinkovitimi trki aktivnih delcev, pri heterogenih reakcijah pa na meji faz ob stiku reagirajočih snovi, hitrost in mehanizem reakcije pa sta odvisna od površine, ki je večja, bolj razvita. površina je. S tega vidika so zanimivi predvsem disperzni sistemi z visoko specifično površino.

Disperzni sistem je zmes, sestavljena iz vsaj dveh snovi, ki med seboj kemično ne reagirata in sta medsebojno skoraj popolnoma netopni. Razpršeni sistem - To je sistem, v katerem so zelo zdrobljeni delci ene snovi enakomerno porazdeljeni v prostornini druge.

Pri obravnavi razpršenih sistemov ločimo dva pojma: razpršena faza in disperzijski medij (slika 10.1).

Razpršena faza – To je zbirka delcev snovi, razpršenih na majhne velikosti, enakomerno porazdeljenih v prostornini druge snovi. Znaki razpršene faze so razdrobljenost in diskontinuiteta.

Disperzivni medijje snov, v kateri so delci disperzne faze enakomerno porazdeljeni. Znak disperzijskega medija je njegova kontinuiteta.

Disperzno fazo lahko fizikalno ločimo od disperzijskega medija (centrifugiranje, separacija, usedanje itd.).

Slika 10.1 – Disperzni sistem: delci disperzne faze s (v obliki majhnih trdnih delcev, kristalov, kapljic tekočine, plinskih mehurčkov, asocijatov molekul ali ionov), ki imajo adsorpcijsko plast d, so porazdeljeni v homogenem neprekinjenem disperzijskem mediju. f.

Razpršene sisteme razvrščamo glede na različne značilnosti: disperznost, agregatno stanje disperzne faze in disperzijskega medija, intenzivnost interakcije med njima, odsotnost ali nastanek struktur v disperzijskih sistemih.

Razvrstitev po stopnji razpršenosti

Glede na velikost delcev disperzne faze vse disperzne sisteme običajno razdelimo v tri skupine (slika 10.2).

Slika 10.2 – Razvrstitev disperznih sistemov po velikosti delcev (za primerjavo so podane velikosti delcev v pravih raztopinah)

1. Grobi sistemi , pri katerih je velikost delcev večja od 1 µm (10 –5 m). Za to skupino razpršenih sistemov so značilne naslednje značilnosti: delci razpršene faze se usedejo (ali priplavajo) v polju gravitacijskih sil in ne prehajajo skozi papirnate filtre; jih je mogoče videti pod navadnim mikroskopom. Grobi sistemi vključujejo suspenzije, emulzije, prah, peno, aerosole itd.

Vzmetenje – je razpršen sistem, v katerem razpršenofaza je trdna, disperzijski medij pa je tekočina.

Primer suspenzije je lahko sistem, ki nastane s stresanjem gline ali krede v vodi, barvi ali pasti.

Emulzija – To je disperzni sistem, v katerem je tekoča disperzna faza enakomerno porazdeljena po volumnu tekočega disperzijskega medija, t.j. emulzija je sestavljena iz dveh medsebojno netopnih tekočin.

Primeri emulzij so mleko (v katerem so dispergirana faza kapljice tekoče maščobe, disperzijski medij pa voda), smetana, majoneza, margarina in sladoled.

Pri usedanju se suspenzije in emulzije ločijo (stratificirajo) na sestavne dele: disperzno fazo in disperzijski medij. Torej, če močno stresate benzen z vodo, nastane emulzija, ki se čez nekaj časa loči na dve plasti: zgornjo benzensko in spodnjo vodno. Da se emulzije ne bodo ločevale, jim dodajte emulgatorji– snovi, ki emulzijam dajejo agregatno stabilnost.

Pena – celični grobo disperzni sistem, v katerem je disperzna faza skupek plinskih (ali parnih) mehurčkov, disperzijski medij pa tekočina.

V penah je skupna prostornina plina v mehurčkih lahko stokrat večja od prostornine tekočega disperzijskega medija v plasteh med plinskimi mehurčki.

2. Mikroheterogena (ozfino razpršen ) vmesni sistemi, v katerih se velikost delcev spreminja znotraj 10 – 5 –10 –7 m Sem spadajo tanke suspenzije, hlapi in porozne trdne snovi.

3. Ultramikroheterogena (ozkoloidno dispergiran ) sistemi, v katerih so delci velikosti 1–100 nm (10–9 –10 –7 m) je sestavljen iz 10 3_ 10 9 atomi in so ločeni od topila z vmesnikom. Za koloidne raztopine je značilno izjemno visoko dispergirano stanje, običajno jih imenujemo sol, ali pogosto liosolipoudariti, da je disperzijski medij tekočina. Če kot disperzijski medij vzamemo vodo, se takšni soli imenujejohidrosoli, in če je organska tekočina -organosoli.

Večina fino razpršenih sistemov ima nekatere značilnosti:

nizka stopnja difuzije;

delce disperzne faze (tj. koloidne delce) lahko pregledamo samo z ultramikroskopom ali elektronskim mikroskopom;

sipanje svetlobe s koloidnimi delci, zaradi česar v ultramikroskopu prevzamejo videz svetlobnih madežev - Tyndallov učinek (slika 10.3);

Slika 10.3 – Ultramikroheterogen (fino disperziran) sistem: a) koloidna raztopina; b) diagram odklona ozkega snopa svetlobe pri prehodu skozi koloidno raztopino; c) sipanje svetlobe na koloidni raztopini (Tyndallov učinek)

• na fazni meji v prisotnosti stabilizatorjev (ioni elektrolitov) nastane ionska plast ali solvatna lupina, ki spodbuja obstoj suspendiranih delcev;
• disperzna faza je popolnoma netopna ali slabo topna v disperzijskem mediju.

Primeri koloidnih delcev vključujejo škrob, beljakovine, polimere, gumo, mila, aluminijev in ferum (III) hidroksid.

Klasifikacija disperznih sistemov na podlagi razmerja med agregatnimi stanji disperzne faze in disperzijskega medija

To razvrstitev je predlagal Ostavld (tabela 10.1). Pri shematičnem zapisu agregatnega stanja disperznih sistemov najprej s črkami G (plin), L (tekočina) ali T (trdno) označite agregatno stanje disperzne faze, nato pa postavite pomišljaj (ali znak za ulomek) in zapiši agregatno stanje disperzijskega medija.

Tabela 10.1 – Klasifikacija disperznih sistemov

Razvrstitev disperznih sistemov glede na intenzivnost molekularnih interakcij

To klasifikacijo je predlagal G. Freundlich in se uporablja izključno za sisteme s tekočim disperzijskim medijem.

1. Liofilni sistemi , v katerih dispergirana faza medsebojno deluje z disperzijskim medijem in se pod določenimi pogoji lahko raztopi v njem - to so raztopine koloidnih površinsko aktivnih snovi (površinsko aktivne snovi), raztopine spojin z visoko molekulsko maso (HMW). Med različnimi liofilnimi sistemi so v praktičnem smislu najpomembnejše površinsko aktivne snovi, ki jih najdemo tako v molekularno raztopljenem stanju kot v obliki agregatov (micel), sestavljenih iz več deset, sto ali več molekul.
2. Liofobni sistemi , pri katerem dispergirana faza ne more komunicirati z disperzijskim medijem in se v njem raztopiti. V liofobnih sistemih je interakcija med molekulami različnih faz precej šibkejša kot v primeru liofilnih sistemov; medfazna površinska napetost je visoka, zaradi česar sistem teži k spontanemu povečanju delcev disperzne faze.

Klasifikacija razpršenih sistemov po agregatnem stanju

Avtor klasifikacije je P. Rebinder. Po tej klasifikaciji je disperzni sistem označen z ulomkom, v katerem je disperzna faza v števcu, disperzijski medij pa v imenovalcu. Na primer: T 1 / L 2 označuje disperzni sistem s trdno fazo (indeks 1) in tekočim disperzijskim medijem (indeks 2). Rebinderjeva klasifikacija deli disperzne sisteme v dva razreda:

1. Prosto razpršeni sistemi – soli, v katerih dispergirana faza ne tvori neprekinjenih togih struktur (mrež, rešetk ali okvirjev), ima fluidnost in se delci disperzne faze med seboj ne dotikajo, sodelujejo v naključnem toplotnem gibanju in se prosto gibljejo pod vplivom gravitacije. . Sem spadajo aerosoli, liozoli, razredčene suspenzije in emulzije.

Primeri prosto razpršenih sistemov:

• Razpršeni sistemi v plinih s koloidno disperzijo (T 1 / G 2 - prah v zgornjih plasteh atmosfere, aerosoli), z grobo disperzijo (T 1 / G 2 - hlapi in G 1 / G 2 - megla);
• Disperzni sistemi v tekočinah s koloidno disperzijo (T 1 / G 2 - liozoli, dispergirana barvila v vodi, lateksi sintetičnih polimerov), z grobo disperzijo (T 1 / G 2 - suspenzije; G 1 / G 2 - tekoče emulzije; G 1 / Zh 2 – plinske emulzije);
• Razpršeni sistemi v trdnih snoveh: T 1 / T 2 - trdni soli, na primer sol rumene kovine v steklu, pigmentirana vlakna, polnjeni polimeri.

2. Kohezivno razpršeni (ali zvezni) sistemi . V kontinuirnih (kohezivno dispergiranih) sistemih tvorijo delci disperzne faze toge prostorske strukture. Takšni sistemi so odporni na strižne deformacije. Kohezivno razpršeni sistemi so trdni; nastanejo, ko delci disperzne faze pridejo v stik, kar povzroči nastanek strukture v obliki ogrodja ali mreže, ki omejuje fluidnost disperznega sistema in mu daje sposobnost, da obdrži svojo obliko. Tako strukturirane koloidne sisteme imenujemo geli.

Primeri kohezivno razpršenih sistemov:

• Razpršeni sistemi s tekočim vmesnikom (G 1 / Zh 2 - pene; Zh1 / Zh 2 - penaste emulzije);
• Disperzni sistemi s trdno mejo med fazami (G 1 / T 2 - porozna telesa, naravna vlakna, plovec, spužva, oglje; G 1 / T 2 - vlaga v granitu; T 1 / T 2 - medsebojno pronicajoče mreže polimerov).

Priprava in čiščenje koloidnih raztopin

Priprava koloidnih raztopin

Pripravimo lahko koloidne raztopinedisperzivno ali za kondenzacija metode.

1. Disperzijske metode- to so metode za proizvodnjo liofobnih solov z drobljenjem velikih kosov v agregate koloidne velikosti.

Mehanski Drobljenje grobih sistemov izvajamo z: drobljenjem, udarcem, abrazijo, cepljenjem. Delce zdrobimo do velikosti nekaj deset mikronov z uporabo kroglični mliniZelo fino drobljenje (do 0,1-1 mikronov) dosežemo s posebnimikoloidni mliniz ozko režo med hitro vrtečim se rotorjem (10-20 tisoč obratov na minuto) in mirujočim ohišjem, delci pa so v reži strgani ali odrgnjeni.Delo P. A. Rebinderja je ugotovilo pojav zmanjšanja odpornosti trdnih snovi na elastične in plastične deformacije ter mehansko uničenje pod vplivom adsorpcije površinsko aktivnih snovi. Površinsko aktivne snovi olajšajo disperzijo in prispevajo k znatnemu povečanju stopnje disperzije.

2. Kondenzacijske metode- to so metode za proizvodnjo koloidnih raztopin z združevanjem (kondenzacijo) molekul in ionov v agregate koloidnih velikosti. Sistem se spremeni iz homogenega v heterogenega, to pomeni, da se pojavi nova faza (disperzna faza). Predpogoj je prenasičenost originalni sistem.

Kondenzacijske metode delimo glede na naravo sil, ki povzročajo kondenzacijo, na fizikalno kondenzacijo in kemično kondenzacijo.

Fizična kondenzacija se lahko izvede iz hlapov ali z zamenjavo topila.

Kondenzacija iz hlapov. Izhodni material je v pari. Ko se temperatura zniža, postane para prenasičena in delno kondenzira ter tvori dispergirano fazo. Na ta način se pridobivajo hidrosoli živega srebra in nekaterih drugih kovin.

Metoda zamenjave topila. Metoda temelji na spreminjanju sestave in lastnosti disperzijskega medija. Na primer, v vodo vlijemo alkoholno raztopino žvepla, fosforja ali kolofonije; zaradi zmanjšanja topnosti snovi v novem topilu postane raztopina prenasičena in del snovi kondenzira, pri čemer nastanejo delci dispergirane faze.

Kemična kondenzacija sestoji iz dejstva, da se snov, ki tvori dispergirano fazo, pridobi kot posledica kemične reakcije. Da pri reakciji nastane koloidna raztopina in ne prava raztopina ali oborina, morajo biti izpolnjeni vsaj trije pogoji:

1. snov disperzne faze je netopna v disperzijskem mediju;
2. hitrost nastajanja kristalnih jeder dispergirane faze je veliko večja od hitrosti rasti kristalov; ta pogoj je običajno izpolnjen, ko koncentrirano raztopino ene komponente z močnim mešanjem vlijemo v močno razredčeno raztopino druge komponente;
3. ena od izhodnih snovi se vzame v presežku; prav ta je stabilizator.

Metode čiščenja koloidnih raztopin.

Tako ali drugače pridobljene koloidne raztopine so običajno prečiščene nizkomolekularnih primesi (molekul in ionov). Odstranjevanje teh nečistoč poteka z dializo (elektrodializo) in ultrafiltracijo.

Dializa– metoda čiščenja z uporabo polprepustne membrane, ki loči koloidno raztopino od čistega disperzijskega medija. Kot polprepustne (tj. prepustne za molekule in ione, vendar neprepustne za delce disperzne faze) membrane se uporabljajo pergament, celofan, kolodij, keramični filtri in drugi fino porozni materiali. Zaradi difuzije nečistoče z nizko molekulsko maso prehajajo v zunanjo raztopino.

Ultrafiltracija imenovana dializa, ki se izvaja pod pritiskom v notranji komori. V bistvu ultrafiltracija ni metoda čiščenja solov, ampak le metoda njihove koncentracije.

Optične lastnosti koloidnih raztopin

Ko svetloba pade na razpršen sistem, lahko opazimo naslednje pojave:

• prehod svetlobe skozi sistem;
• lom svetlobe z delci disperzne faze (če so ti delci prozorni);
• odboj svetlobe od delcev dispergirane faze (če so delci neprozorni);
• sipanje svetlobe;
• absorpcija ( absorpcija) svetlobe z disperzno fazo.

Sipanje svetlobe opazimo pri sistemih, v katerih so delci dispergirane faze manjši ali primerljivi z valovno dolžino vpadne svetlobe. Naj spomnimo, da je velikost delcev disperzne faze v koloidnih raztopinah 10 -7 -10 -9 m. Posledično je sipanje svetlobe značilen pojav za koloidne sisteme, ki jih preučujemo.

Rayleigh je ustvaril teorijo sipanja svetlobe. Izpeljal je enačbo, ki povezuje intenziteto razpršene svetlobe I z jakostjo vpadne svetlobe I 0 . pošteno pod pogojem, da:

• delci imajo sferično obliko;
• delci ne prevajajo elektrika(tj. so nekovinski);
• delci ne absorbirajo svetlobe, torej so brezbarvni;
• koloidna raztopina je razredčena do te mere, da je razdalja med delci večja od valovne dolžine vpadne svetlobe.

Rayleigheva enačba:

• Kje V - prostornina enega delca,
• λ - valovna dolžina;
• n 1 - lomni količnik delca;
• n o - lomni količnik medija.

Iz Rayleighove enačbe sledijo naslednji sklepi:

1. Bolj ko se lomna količnika delca in medija razlikujeta, večja je jakost sipane svetlobe. (n 1 - str 0 ).
2. Če lomni količnik p 1 in n 0 enaki, potem v nehomogenem mediju ne bo sipanja svetlobe.
3. Večja kot je delna koncentracija v, večja je intenzivnost razpršene svetlobe. Masna koncentracija c, g/dm 3, ki se običajno uporablja pri pripravi raztopin, je povezana z delno koncentracijo z izrazom:

kjer je ρ gostota delcev.

Opozoriti je treba, da se ta odvisnost ohrani le v območju majhnih velikosti delcev. Za vidni del spektra ta pogoj ustreza vrednosti 2 10 -6 cm< r < 4 10 -6 см. С увеличением r рост jaz upočasni in za r > λ, sipanje nadomesti odboj. Intenzivnost razpršene svetlobe je neposredno sorazmerna s koncentracijo.

4. Jakost razpršene svetlobe je obratno sorazmerna z valovno dolžino na četrto potenco.

To pomeni, da se pri prehodu žarka bele svetlobe skozi koloidno raztopino razpršijo predvsem kratki valovi - modri in vijolični del spektra. Zato ima brezbarvni sol v difuzni svetlobi modrikasto barvo, v prepustni svetlobi pa rdečkasto barvo. Modra barva neba je tudi posledica sipanja svetlobe na drobnih kapljicah vode v ozračju. Oranžna ali rdeča barva neba ob sončnem vzhodu ali zahodu je posledica dejstva, da zjutraj ali zvečer skozi ozračje prehaja predvsem svetloba.

absorpcija svetlobe. Rayleighovo enačbo smo izpeljali za neobarvane sole, tj. tiste, ki ne absorbirajo svetlobe. Vendar ima veliko koloidnih raztopin določeno barvo, tj. absorbirajo svetlobo v ustreznem območju spektra - sol je vedno obarvan v barvi, ki je komplementarna absorbirani. Tako se ob absorbciji modrega dela spektra (435-480 nm) sol izkaže za rumeno; pri absorbciji modrozelenega dela (490-500 nm) se obarva rdeče.Če gredo žarki celotnega vidnega spektra skozi prozorno telo ali se od neprozornega telesa odbijejo, je prozorno telo videti brezbarvno, neprozorno telo pa belo. Če telo absorbira sevanje celotnega vidnega spektra, je videti črno.Optične lastnosti koloidnih raztopin, ki lahko absorbirajo svetlobo, lahko označimo s spremembami jakosti svetlobe, ko ta prehaja skozi sistem. Če želite to narediti, uporabite zakon Bouguer-Lambert-Beer:

kjer jaz 0 - jakost vpadne svetlobe ; jaz itd- jakost svetlobe, ki prehaja skozi sol; k - absorpcijski koeficient; l- debelina sloja sola; z- koncentracija sola.

Če vzamemo logaritem izraza, dobimo:

Količina se imenuje optična gostota rešitev . Pri delu z monokromatsko svetlobo vedno označite, pri kateri valovni dolžini je bila določena optična gostota, in jo označite D λ .

Micelarna teorija zgradbe koloidnih sistemov

Oglejmo si strukturo hidrofobnega koloidnega delca na primeru tvorbe sola AgI z reakcijo izmenjave.

AgNO 3 + KI → AgI + KNO 3.

Če snovi vzamemo v enakih količinah, se izloči kristalna oborina AgI. Če pa je katera od izhodnih snovi v presežku, na primer KI, pride v procesu kristalizacije AgI do nastanka koloidne raztopine – micelov AgI.

Struktura micela hidrosola AgI je prikazana na sliki 10.4.

Slika 10.4 – Shema micela hidrosola AgI, ki nastane s presežkom KI

Agregat 100-1000 [mAgI] molekul (mikrokristalov) - jedro - je jedro nove faze, na površini katere pride do adsorpcije ionov elektrolita, ki se pojavljajo v disperzijskem mediju. Po Paneth-Faienceovem pravilu se bolje adsorbirajo ioni, ki so enaki ionom, ki vstopajo v kristalno mrežo jedra in to mrežo dopolnijo. Ioni, ki se adsorbirajo neposredno na jedro, se imenujejo določanje potenciala, saj določajo velikost potenciala in predznak površinskega naboja ter predznak naboja celotnega delca. Ioni, ki določajo potencial v tem sistemu, so I - ioni, ki so v presežku, so del kristalne mreže jedra AgI, delujejo kot stabilizatorji in tvorijo notranjo lupino v togem delu dvojne električne plasti (DEL) micel. Agregat z I - ioni adsorbiranimi na njem tvori jedro micela.

Na negativno nabito površino delcev AgI na razdalji, ki je blizu polmera hidriranega iona, se iz raztopine pritegnejo ioni nasprotnega predznaka (protiioni) - pozitivno nabiti ioni K +. Protiionska plast je zunanja lupina dvojne električne plasti (DEL), ki jo držijo skupaj tako elektrostatične sile kot adsorpcijske privlačne sile. Skupek molekul skupaj s trdno dvojno plastjo imenujemo koloidni delec – granula.

Zaradi toplotnega gibanja se nekateri protiioni nahajajo difuzno okoli granule in so z njo povezani samo zaradi elektrostatičnih sil. Koloidne delce skupaj z difuzno plastjo, ki jih obdaja, imenujemo micel. Micel je električno nevtralen, saj je naboj jedra enak naboju vseh protiionov, granula pa ima običajno naboj, ki ga imenujemo elektrokinetični ali ξ - zeta potencial. V skrajšani obliki lahko strukturni diagram micele za ta primer zapišemo na naslednji način:

Ena od glavnih določb teorije o strukturi koloidnih delcev je koncept strukture dvojne električne plasti (EDL). Po sodobnih predstavah, električni dvoslojni DESsestoji iz adsorpcijske in difuzijske plasti. Adsorpcijski sloj sestavljajo:

• nabita površina jedra micele kot posledica adsorpcije ionov, ki določajo potencial, na njej, ki določajo velikost površinskega potenciala in njegov znak;
• plast ionov nasprotnega predznaka – protiionov, ki jih privlači iz raztopine na naelektreno površino. Protiionska adsorpcijska plast se nahaja na razdalji molekularnega radija od nabite površine. Med to površino in protiioni adsorpcijske plasti obstajajo tako elektrostatične kot adsorpcijske sile, zato so ti protiioni še posebej močno vezani na jedro. Adsorpcijska plast je zelo gosta, njena debelina je konstantna in ni odvisna od sprememb zunanjih pogojev (koncentracija elektrolita, temperatura).

Zaradi toplotnega gibanja nekateri protiioni prodrejo globoko v disperzijski medij, njihova privlačnost na nabito površino granule pa se izvaja samo zaradi elektrostatičnih sil. Ti protiioni sestavljajo difuzno plast, ki je manj tesno vezana na površino. Difuzna plast ima spremenljivo debelino, ki je odvisna od koncentracije elektrolitov v disperzijskem mediju.

Pri gibanju trdne in tekoče faze medsebojno pride do pretrganja EDL v difuznem delu in preskoka potenciala na vmesniku, ki ga imenujemo elektrokinetični ξ - potencial(zeta potencial). Njegova vrednost je določena z razliko med skupnim številom nabojev (φ) ionov, ki določajo potencial, in številom protiionskih nabojev (ε), ki jih vsebuje adsorpcijska plast, tj. ξ = φ - ε. Padec medfaznega potenciala z oddaljenostjo od trdne faze globlje v raztopino je prikazan na sliki 10.5.

Slika 10.5 Struktura dizelske elektrarne

Prisotnost potencialne razlike okoli delcev hidrofobnega sola preprečuje, da bi se ti ob trku zlepili, to pomeni, da so dejavnik agregatne stabilnosti sola. Če se število razpršenih ionov zmanjša ali teži k ničli, postane granula električno nevtralna (izoelektrično stanje) in ima najnižjo stabilnost.

Tako velikost elektrokinetičnega potenciala določa odbojne sile in posledično agregatno stabilnost koloidne raztopine. Zadostna stabilnost koloidne raztopine je zagotovljena pri vrednosti elektrokinetičnega potenciala ξ = 0,07 V, pri vrednostih, nižjih od ξ = 0,03 V, so odbojne sile prešibke, da bi se uprle agregaciji, zato pride do koagulacije, ki se neizogibno konča s sedimentacijo. .

Vrednost elektrokinetičnega potenciala lahko določimo z napravo za elektroforezo po formuli (10.5):

kjer je η viskoznost; ϑ - hitrost gibanja delcev; l je razdalja med elektrodama vzdolž raztopine; E - elektromotorna sila, D - dielektrična konstanta.

Dejavniki, ki vplivajo na ξ - potencial:

1. Prisotnost v raztopini indiferentnega elektrolita - elektrolita, ki ne vsebuje iona, ki določa potencial.

• Indiferentni elektrolit vsebuje protiion. V tem primeru pride do stiskanja difuzijske plasti in padca ξ ter posledično do koagulacije.
• Indiferentni elektrolit vsebuje ion enakega predznaka kot protiion, ne pa samega protiiona. V tem primeru pride do ionske izmenjave: protiion nadomestijo ioni indiferentnega elektrolita. Opazen je padec ξ, vendar bo stopnja padca odvisna od narave substituentskega iona, njegove valence in stopnje hidratacije. Liotropne vrste kationov in anionov so vrste, v katerih so ioni razporejeni glede na povečanje njihove sposobnosti, da stisnejo difuzno plast in povzročijo padec ξ - potenciala.

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. Dodajanje raztopine stabilizator elektrolitov– elektrolit, ki vsebuje potencialno določen ion, povzroči povečanje ξ - potenciala, kar pomeni, da prispeva k stabilnosti koloidnega sistema, vendar do določene meje.

Stabilnost in koagulacija koloidnih sistemov

Sodobno teorijo stabilnosti in koagulacije koloidnih sistemov je ustvarilo več znanih znanstvenikov: Deryagina, Landau, Verwey, Overbeck, zato se skrajšano imenuje Teorija DLFO . Po tej teoriji je stabilnost razpršenega sistema določena z ravnovesjem privlačnih in odbojnih sil, ki nastanejo med delci, ko se približujejo drug drugemu kot posledica Brownovega gibanja. Ločimo med kinetično in agregatno stabilnostjo koloidnih sistemov.

1. Kinetična (sedimentacijska) stabilnost- sposobnost razpršenih delcev, da so v suspenziji in se ne posedajo (ne sedimentirajo). V disperznih sistemih, tako kot v naravnih raztopinah, obstaja Brownovo gibanje. Brownovo gibanje je odvisno od velikosti delcev, viskoznosti dispergiranega medija, temperature itd. Fino razpršeni sistemi (soli), katerih delci se praktično ne usedejo pod vplivom gravitacije, uvrščamo med kinetično (sedimentacijsko) stabilne. Sem spadajo tudi hidrofilni soli - raztopine polimerov, proteinov itd. Hidrofobni soli in grobi sistemi (suspenzije, emulzije) so kinetično nestabilni. V njih se ločitev faze in medija pojavi precej hitro.
2. Agregatna stabilnost- sposobnost delcev disperzne faze, da ohranijo določeno stopnjo disperzije nespremenjeno. V agregacijsko stabilnih sistemih se delci disperzne faze med trki ne zlepijo in ne tvorijo agregatov. Ko pa je stabilnost agregata porušena, koloidni delci tvorijo velike agregate s kasnejšim obarjanjem dispergirane faze. Ta proces se imenuje koagulacija, in poteka spontano, saj se v tem primeru prosta energija sistema zmanjša (Δ G<0) .

Dejavniki, ki vplivajo na stabilnost koloidnih sistemov, vključujejo:

1. Prisotnost električnega naboja razpršenih delcev. Razpršeni delci liofobnih solov imajo enak naboj, zato se bodo ob trku odbijali toliko močneje, čim večji je zeta potencial. Vendar pa električni dejavnik ni vedno odločilen.
2. Sposobnost solvatacije (hidracije) stabilizacijskih ionov. Bolj kot je hidriranih (solvatiranih) protiionov v difuzni plasti, večja je celotna hidratacijska (solvatna) lupina okoli granul in bolj stabilen je razpršeni sistem.

Po teoriji se med Brownovim gibanjem koloidni delci prosto približujejo drug drugemu na razdaljo do 10 -5 glej Narava spremembe v van der Waalsovih silah privlačnosti (1) in elektrostatičnih silah odboja (2) med koloidnimi delci je prikazana na sl. 10.6. Dobljeno krivuljo (3) dobimo z geometričnim seštevanjem pripadajočih ordinat. Na minimalnih in velikih razdaljah med delci prevladuje energija privlačnosti (I in II energijski minimum). Pri energijskem minimumu II je kohezijska energija delcev nezadostna, da bi jih ohranila v agregatnem stanju. Na povprečnih razdaljah, ki ustrezajo debelini dvojne električne plasti, prevladuje odbojna energija s potencialno pregrado AB, ki preprečuje zlepljanje delcev. Praksa kaže, da je pri zeta potencialu ξ = 70 mV za koloidne sisteme značilna visoka potencialna pregrada in visoka agregacijska stabilnost. Za destabilizacijo koloidnega sistema, tj. izvajanje procesa koagulacije, je treba zmanjšati - potencial do vrednosti 0 - 3 mV.

Slika 10.6. Potencialne interakcijske krivulje koloidnih delcev

Koagulacija disperznih sistemov

Koagulacija je proces zlepljenja koloidnih delcev. Ta proces poteka razmeroma enostavno pod vplivom različnih dejavnikov: vnos elektrolitov, neelektrolitov, zamrzovanje, vrenje, mešanje, izpostavljenost sončni svetlobi itd. elektrolitska koagulacija (pod vplivom elektrolitov) pogosto opazimo ionsko izmenjevalno adsorpcijo: ioni koagulanta z višjo valenco ali višjim adsorpcijskim potencialom izpodrivajo protiione najprej iz difuzne plasti, nato pa iz adsorpcijske plasti. Izmenjava poteka v enaki količini, vendar zamenjava protiionov vodi do dejstva, da z zadostno koncentracijo elektrolitov v razpršenem mediju delci izgubijo stabilnost in se ob trku zlepijo.

Za elektrolitsko koagulacijo so bila določena številna eksperimentalna splošna pravila:

1. Koagulacijo liofobnih solov povzročajo kateri koli elektroliti, vendar z opazno hitrostjo opazimo, ko je dosežena določena koncentracija elektrolitov. Koagulacijski prag(C do) je najmanjša koncentracija elektrolita, potrebna za začetek koagulacije sola. V tem primeru opazimo zunanje spremembe, kot so motnost raztopine, sprememba njene barve itd.

• kjer je Sel molska koncentracija elektrolita, mmol/l;
• Vel - prostornina raztopine elektrolita, l;
• Vz - prostornina sol, l.

Recipročna vrednost koagulacijskega praga se imenuje koagulacijska sposobnost () elektrolita:

kjer je Sk koagulacijski prag.

2. Schultz-Hardyjevo pravilo:

• koagulacijski učinek ima ion, katerega predznak je nasproten naboju površine koloidnih delcev (naboj zrnca), ta učinek pa se povečuje z naraščajočo valenco iona;
• Koagulacijski učinek ionov se večkrat poveča s povečanjem valence ionov. Za eno-dvo in trivalentne ione je koagulacijski učinek približno 1: 50: 500.

To je razloženo z dejstvom, da večvalentne visoko nabite koagulantne ione veliko močneje privlači nabita površina koloidnega delca kot enovalentne in veliko lažje izpodrivajo protiione iz difuzne in celo adsorpcijske plasti.

3. Koagulacijski učinek organskih ionov je veliko večji od učinka anorganskih ionov. To je posledica njihove visoke adsorpcijske sposobnosti, sposobnosti adsorpcije v nadekvivalentnih količinah in povzročitve ponovnega polnjenja površine koloidnih delcev.

4. Pri številnih anorganskih ionih z enakimi naboji je koagulacijska sposobnost odvisna od polmera koagulantnega iona: večji kot je polmer, večja je koagulacijska sposobnost (glej. liotropne serije). To je razloženo z dejstvom, da se stopnja hidracije ionov zmanjša, na primer, od L + do Cs +, kar olajša njegovo vključitev v ionsko dvojno plast.

5. Električno nevtralni delci liofobnih koloidnih solov koagulirajo z največjo hitrostjo.

6. Fenomen zasvojenosti s solmi. Če solu hitro dodamo koagulant, potem pride do koagulacije, če pa ga dodamo počasi, do koagulacije ne pride. To je mogoče pojasniti z dejstvom, da pride do reakcije med elektrolitom in solom, zaradi česar nastanejo peptizatorji, ki stabilizirajo dispergirani sistem:

Fe (OH) 3 + HCl → FeOCl + 2H 2 O,

FeOCl → FeO + + Cl - ,

kjer je FeO + peptizator za Fe (OH) 3 sol.

Koagulacijski učinek mešanice elektrolitov se kaže različno glede na naravo iona - koagulatorja. V mešanici elektrolitov lahko učinek povzamemo s koagulacijskim učinkom posameznega elektrolita. Ta pojav se imenuje aditivnost ioni (NaCl, KCl). Če se koagulacijski učinek elektrolitskih ionov zmanjša z vnosom ionov drugega elektrolita, antagonizem ionov (LiCl, MgCl 2 ). V primeru, ko se koagulacijski učinek ionov elektrolita poveča z vnosom ionov drugega elektrolita, se ta pojav imenuje sinergijo ioni.

Vnos na primer 10 ml 10% raztopine NaCl v 10 ml Fe (OH) 3 sola vodi do koagulacije tega sola. Temu pa se lahko izognemo, če raztopini sola dodatno dodamo eno od zaščitnih snovi: 5 ml želatine, 15 ml jajčnega albumina, 20 ml dekstrina.

Zaščita koloidnih delcev

Koloidna zaščita- povečanje agregatne stabilnosti sola z vnosom spojine z visoko molekulsko maso (HMC) vanj. Za hidrofobne sole se kot BMC običajno uporabljajo beljakovine, ogljikovi hidrati in pektini; za nevodne sole - kavčuke.

Zaščitni učinek IUD je povezan s tvorbo določene adsorpcijske plasti na površini koloidnih delcev (slika 10.7). Obratni pojav koagulacije imenujemo peptizacija.

Slika 10.7 Peptizacijski mehanizem

Za opredelitev zaščitnega učinka različnih IUD je Zsigmondy predlagal uporabo zlate številke.Zlata številka- to je število miligramov IUD, ki jih je treba dodati 10 cm 3 0,0006 % sola rdečega zlata, ki preprečuje, da bi postalo modro (koagulacija), ko mu dodate 1 cm 3 10% raztopina NaCl. Včasih se za opredelitev zaščitnega učinka IUD namesto zlatega sola uporabljajo koloidne raztopine srebra (srebrno število), železovega hidroksida (železovo število) itd.Tabela 10.2 prikazuje vrednosti teh številk za nekatere IUD.

Tabela 10.2 Zaščitni učinek IUD

Ko so koloidne raztopine pripravljene, so skoraj vedno onesnažene z nečistočami – presežkom prvotnega elektrolita ali stabilizatorja. Za pridobitev stabilnih koloidnih raztopin, ki so sposobne dolgotrajnega shranjevanja, se cepiva in serumi, primerni za medicinsko uporabo, čistijo. V ta namen se uporabljajo filtracija, dializa, elektrodializa in ultrafiltracija.

Filtracija skozi papirnate filtre - to je čiščenje grobih nečistoč.

Dializa- to je proces čiščenja sola od nizkomolekularnih primesi, ki zlahka preidejo skozi polprepustno membrano v čisto topilo, večji koloidni delci pa ne preidejo in ostanejo v dializni vrečki (slika 2.3a). Membrane so lahko naravne ali umetne – iz celofana, bikovega ali ribjega mehurja, kolodija itd. Postopek dialize je dolgotrajen, zato ga pospešimo z uporabo elektrodialize.

elektrodializa– dializa z uporabo električnega toka, ki ustvari usmerjeno gibanje nizkomolekularnih ionov skozi polprepustno membrano, kar pospeši odstranjevanje nizkomolekularnih elektrolitov in nečistoč (slika 2.3b).

Ultrafiltracija(ločevanje disperzne faze od medija) je filtracija skozi polprepustno membrano pod tlakom ali z uporabo vakuuma, pri čemer nastane tlačna razlika na obeh straneh membrane, kar pospeši dializo. V aparatu za umetno ledvico se uporabljata ultrafiltracija in elektrodializa. V telesu se po principu ultrafiltracije v ledvičnih nefronih stalno čisti kri nizkomolekularnih presnovnih produktov (amoniak, fosfati, kloridi, ksenobiotiki).

riž. 2.3 Čiščenje koloidnih raztopin

1 - topilo (voda)

2 – koloidna raztopina

3 - membrana

A. Dializa b. Elektrodializa 4 – elektrode

2.4. Zgradba koloidnih delcev je micela.

Posamezne delce koloidnih raztopin imenujemo miceli. Miceli imajo kompleksno zgradbo. Osnova micelarne teorije je prisotnost dvojne električne plasti v micelih. Lahko se oblikuje:

– bodisi zaradi selektivne adsorpcije ionov na površini;

– ali kot posledica ionizacije molekul trdne faze.

Oglejmo si nastanek micelov v koloidni raztopini srebrovega jodida, pridobljenega s kemično kondenzacijo z uporabo reakcije izmenjave: AgNO 3 + KJ = AgJ↓ + KNO 3

Glede na razmerje izhodnih snovi so lahko trije primeri:

A) z enakovrednim razmerjem reagentov, koloidna raztopina ne more nastati, sistem se stabilizira z zmanjšanjem površine, tj. Rast in izločanje kristalov AgJ.

b) razmislite o nastanku micela z rahlim presežkom KJ. V tem primeru lahko pride do zmanjšanja površinske energije zaradi adsorpcije ionov iz raztopine. Po Paneth-Faienceovem pravilu se ion, ki je del trdne snovi in ​​je sposoben dokončati svojo kristalno mrežo, adsorbira iz raztopine elektrolita na površini mikrokristalov. V našem primeru raztopina vsebuje ione K + in J -. Dokončanje kristalne mreže agregata se pojavi zaradi J- ionov, vključenih v kristalno sestavo. Jodidni ioni v količini “n” se adsorbirajo na površino mikrokristalov (micelarni agregat), površina pa pridobi negativen naboj: m nJ -, zato jih imenujemo ki tvorijo potencial. Oblikovana jedro miceli. Preostale delce iz raztopine privlači površina jedra. protiioni kalij, K + (vendar ne vse, ampak v količini "n - x").

Ioni J -, ki tvorijo potencial, in povezani protiioni K + nastanejo okoli jedra gosta adsorpcijska plast. Ima polnjenje. Njegov potencial se imenuje zeta potencial. Enota z adsorpcijsko plastjo je sestavljena iz zrnca: ( m nJ - (n-x) K + ) x-

Ker je v adsorpcijski plasti več ionov, ki tvorijo potencial, kot protiionov, ima granula naboj, ki po predznaku sovpada z nabojem ionov, ki tvorijo potencial.

Adsorpcijska plast zrnca ne vključuje vseh protiionov K +, ampak le del, (n-x), preostali protiioni K + (x) pa so bolj oddaljeni - v ohlapni difuzni plasti. Zakaj? Nasprotniki doživljajo dve nasprotujoči si sili:

1. privlačnost na naelektreno površino jedra;

2. toplotno gibanje, ki teži k enakomerni porazdelitvi v prostornini.

Zato se gostota protiionske plasti zmanjšuje z oddaljenostjo od nabite površine granule.

električni dvojni sloj, DES

{ m nJ - (n-x) K + } x- xK + ∙ l H 2 O

jedrni potencial protiionov ohlapna hidracija

ki tvori difuzno lupino

Ionska plast

gosta adsorpcijska plast

Nastane granula z razpršeno plastjo micel. Micel je električno nevtralen. Števila m, n in x se lahko spreminjajo glede na začetne koncentracije raztopin, pogojev in drugih dejavnikov. Zunanjost micela je obdana s hidratacijsko lupino. Presežek KJ se adsorbira na površini mikrokristalov netopnega srebrovega jodida in nastane električna dvojna plast (DES). Ta zaščitna plast preprečuje rast in usedanje kristalov. Zato je presežek elektrolita, iz katerega nastane dvojna električna plast, stabilizator.

c) če pride do rahlega presežka drugega elektrolita, AgNO 3, bo sestava koloidnega micela drugačna. Agregat bo še vedno sestavljen iz molekul srebrovega jodida, AgJ. Toda po nastanku majhnih kristalov oborine AgJ - jeder so v raztopini ostali le ioni Ag + in NO 3 -. Po Paneth-Fajansovem pravilu se lahko na površini adsorbirajo le ioni Ag +, ki dopolnjujejo njegovo kristalno mrežo.

Ag + - ioni, ki tvorijo potencial. Nastane jedro - mnAg +. To pomeni, da bodo protiioni ioni NO 3 -. Skupaj z Ag + ioni tvorijo adsorpcijsko plast, z agregatom pa tvorijo pozitivno nabito zrnce:

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

Preostali x NO 3 - ioni vstopijo v difuzno plast micela. So solvatirani

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

Sl. 2.4 Shema strukture koloidnega micela srebrovega jodida

a) dobljeno s presežkom KJ

b) dobljen s presežkom AgNO 3

2.5. Elektrokinetični pojavi v solih - elektroforeza in elektroosmoza

Čeprav micela ni naelektrena, se bodo ioni ohlapne difuzne plasti, če jo postavimo v električno polje, odlomili in premaknili na elektrodo z nasprotnim predznakom, nabita zrnca pa se bodo premaknila na drugo elektrodo.

Imenuje se gibanje trdne razpršene faze glede na stacionarni disperzijski medij v električnem polju elektroforeza.

Tako se med elektroforezo sola srebrovega jodida, stabiliziranega s KJ, kationi ohlapne difuzne plasti odlomijo in migrirajo na katodo (»–« elektroda), negativno nabite granule pa se premaknejo na anodo (»+« elektroda).

Imenuje se gibanje tekočega medija glede na trdno razpršeno fazo pod vplivom električnega polja elektroosmoza. Te pojave je leta 1808 prvič opazil F.F. Polet.

Teh elektrokinetičnih pojavov ne bi bilo mogoče opaziti, če v micelu ne bi bilo dvojne električne plasti.

Če se vsi ioni difuzne plasti premaknejo v adsorpcijsko plast, bo v gosti adsorpcijski plasti naboj protiionov enak naboju ionov, ki tvorijo potencial, in granula ne bo imela naboja. To stanje koloidne raztopine imenujemo izoelektrični– IES. To stanje koloidnega sistema je najmanj stabilno.

Elektroforeza in elektroosmoza se v praksi pogosto uporabljata za:

– ločevanje proteinov, α-aminokislin, nukleinskih kislin, antibiotikov;

– nanašanje delcev koloidne gume ali barv na kovinske površine;

– dehidracija poroznih materialov;

– diagnosticiranje številnih bolezni;

Pri pripravi koloidnih raztopin po eni ali drugi metodi, zlasti z uporabo kemičnih reakcij, je skoraj nemogoče natančno napovedati zahtevano količinsko razmerje reagentov. Zaradi tega lahko nastali soli vsebujejo prevelik presežek elektrolitov, kar zmanjša stabilnost koloidnih raztopin. Za pridobitev zelo stabilnih sistemov in za preučevanje njihovih lastnosti se soli očistijo tako iz elektrolitov kot iz vseh vrst drugih nizkomolekularnih nečistoč.

Čiščenje koloidnih raztopin lahko izvedemo z dializo ali ultrafiltracijo.

Dializa sestoji iz ekstrakcije nizkomolekularnih snovi iz solov s čistim topilom z uporabo polprepustne pregrade (membrane), skozi katero ne prehajajo koloidni delci. S periodično ali kontinuirano menjavo topila v dializni napravi - dializatorju je možno iz koloidne raztopine skoraj v celoti odstraniti nečistoče elektrolitov in nizkomolekularnih neelektrolitov.

Pomanjkljivost te metode je dolgotrajnost postopka čiščenja (tedni, meseci).

elektrodializa je dializni proces, pospešen z uporabo električnega toka. Naprava za njegovo izvajanje se imenuje elektrodializator. Najenostavnejši elektrodializator je posoda, razdeljena z dvema membranama na tri komore. Koloidna raztopina, ki jo je treba očistiti, se vlije v srednjo komoro. V stranske komore so nameščene elektrode iz vira enosmernega toka, dovaja se in odvaja topilo (voda). Pod vplivom električnega polja se kationi prenesejo iz srednje komore v katodno komoro, anioni pa v anodno komoro. Raztopino v srednji komori je mogoče očistiti raztopljenih soli v kratkem času (minute, ure).

Kompenzatorna dializa in vividializa- metode, razvite za preučevanje bioloških tekočin, ki so koloidni sistemi. Načelo metode kompenzacijske dialize je, da se v dializatorju namesto čistega topila uporabljajo raztopine določenih nizkomolekularnih snovi različnih koncentracij. Na primer, za določitev nevezanega na beljakovine, tj. prostega sladkorja v krvnem serumu, ga dializiramo z izotonično fiziološko raztopino, ki vsebuje različne koncentracije sladkorja. V tej rešitvi

Tej metodi je blizu metoda vividialize (vividifuzija) za intravitalno določanje nizkomolekularnih komponent v krvi. Za izvedbo analize v konce prerezane žile vstavimo steklene kanile, katerih razvejani deli so med seboj povezani s cevkami iz polprepustnega materiala, in celoten sistem postavimo v posodo, napolnjeno s fiziološko fiziološko raztopino ali vodo. Na ta način so ugotovili, da so v krvi poleg proste glukoze tudi proste aminokisline.

Načelo kompenzacijske vividialize je bilo uporabljeno za izdelavo naprave, imenovane "umetna ledvica". S pomočjo "umetne ledvice" je mogoče očistiti kri presnovnih produktov, začasno nadomestiti delovanje obolele ledvice za takšne indikacije, kot so akutna odpoved ledvic kot posledica zastrupitve, hude opekline itd.

Ultrafiltracija- filtriranje koloidne raztopine skozi polprepustno membrano, ki prepušča disperzijski medij z nizkomolekularnimi primesmi in zadržuje delce disperzne faze ali makromolekul. Da bi pospešili proces ultrafiltracije, se izvaja z razliko v tlaku na obeh straneh membrane: pod redčenjem (vakuum) ali pod povečanim tlakom. Vakuum nastane s črpanjem zraka iz posode, ki se nahaja pod filtrom, povečan tlak pa s črpanjem zraka v posodo, ki se nahaja nad filtrom. Da preprečimo pretrganje membrane, jo položimo na trdno porozno ploščo. Ultrafiltracija omogoča hitrejše ločevanje elektrolitov in drugih nečistoč (organskih spojin z nizko molekulsko maso) iz koloidne raztopine, kot se to zgodi med dializo. Z ultrafiltracijo dosežemo visoko stopnjo čiščenja sola z občasnim redčenjem slednjega z vodo. V končni fazi lahko koloidno raztopino koncentriramo z izsesavanjem disperzijskega medija. Ultrafiltracijo lahko uporabljamo v kombinaciji z elektrodializo (elektroultrafiltracija), zaradi česar se bistveno pospeši odstranjevanje soli iz koloidne raztopine.

Ker pore navadnega filtrirnega papirja zlahka prepuščajo koloidnim delcem, se pri ultrafiltraciji kot membrana uporabljajo posebni filtri (celofan, pergament, azbest, keramični filtri itd.). Uporaba membrane z določeno velikostjo por omogoča ločevanje koloidnih delcev na frakcije po velikosti in približno določanje teh velikosti. Tako so bile ugotovljene velikosti nekaterih virusov in bakteriofagov. Vse to nakazuje, da ultrafiltracija ni samo metoda čiščenja koloidnih raztopin, temveč jo lahko uporabljamo za disperzijsko analizo in preparativno ločevanje disperznih sistemov.