Реферат
на тему: «Класифікація дисперсних систем за агрегатним станом. Особливості кожної системи »
Виконав: студент гр. Е - 2
Федотов А.Ю.
Перевірила: Бубнова О.А.
Пенза 2008
Зміст
1. Поняття про дисперсні системи
2. Класифікація дисперсних систем
2.1 Грубодисперсні системи
2.2 Колоїдні системи
2.2.1 Золі
2.2.2 Гелі
2.2.3 Міцели
Список використаної літератури
1. Поняття про дисперсні системи
Далеко не всі речовини розчиняються один в одному, тобто утворюють істинні розчини. Звичайно, можна штучно подрібнити одна речовина і розподілити його в обсязі іншого, але в будь-якому випадку така система буде гетерогенною. Наприклад, можна розбити рідину на дрібні крапельки і розпорошити їх в газове середовище (припустимо, за допомогою аерозольного балончика). Розчином отриману систему назвати не можна, навіть найдрібніша крапелька рідини буде відділена від газу поверхнею розділу двох фаз: рідкої і газоподібної.
Аналогічну систему являє собою зубна паста: дрібні частинки твердої речовини розподілені в рідині. Подібні системи речовин отримали назву дисперсних систем.
Дисперсними називають гетерогенні системи, в яких одна речовина у вигляді дуже дрібних частинок рівномірно розподілено в обсязі іншого.
Те речовина, яка розподілена в обсязі іншого, називають дисперсною фазою. Друге речовина носить назву дисперсійного середовища.
У залежності від агрегатного стану дисперсної фази і дисперсійного середовища розрізняють вісім типів дисперсних систем.
2. Класифікація дисперсних систем
За розміром частинок дисперсної фази розрізняють грубодисперсні системи (суспензії) з розміром частинок більше 500 нм і тонкодисперсні (колоїдні розчини або колоїди) з розмірами частинок від 1 до 500 нм.
Дисперсні системи класифікують також за ступенем взаємодії між дисперсійним середовищем і дисперсною фазою. Якщо така взаємодія виражене дуже слабо, систему називають ліофобні (у випадку води - гідрофобною). Прикладом гідрофобною системи може служити «баритові каша» - осад сульфату барію, одержуваний змішуванням розчинів, що містять катіон барію і сульфат-аніон. Якщо ж дисперсна фаза і дисперсійне середовище «тяжіють» один до одного (наприклад, утворюють водневі зв'язки), утворюється ліофіл'ная (гідрофільна) дисперсійна система. Такі системи утворюються спонтанно і дуже стійкі. До них відносяться розчини високомолекулярних сполук, наприклад білків. Багато глобулярні білки дисперговані у водних розчинах до окремих молекул, але, оскільки їх розміри складають десятки нанометрів, розчин не можна вважати справжнім - це дисперсна система.
Різновид дисперсних систем.
2.1 Грубодисперсні системи
Коефіцієнт розчинності карбонату кальцію (крейда) дуже малий (6,2-10 "4 г/100 г Н 2 О).
Спробуємо приготувати з цієї речовини і води дисперсну систему. Як можна більш ретельно розітріть крейду в Ступці, перенесемо в склянку з водою і перемішаємо. Отримаємо каламутну рідина - дисперсну систему, звану суспензією. Проте мине небагато часу, і крейда осяде на дно склянки, рідина стане прозорою. Під дією сили тяжіння частки твердої речовини седіментіруют. Це aw дещо доказ того, що наша система вийшла грубодисперсної. Отримати дисперсну систему карбонат кальцію-вода можна хімічним способом: пропусканням вуглекислого газу через вапняну воду (розчин гідроксид кальцію). При цьому розчин каламутніє. Отримана система також грубодисперсна, через нетривалий час в результаті осадження карбонату кальцію вона розшарується.
Грубодисперсні системи з твердою дисперсною фазою і рідким дисперсійним середовищем називають суспензіями. Суспензіями є багато фарби, побілка, будівельні розчини (цементний розчин, бетон). Особливу групу складають грубодисперсні системи, в яких концентрація дисперсної фази відносно велика. Прикладами таких систем можуть служити пасти (в тому числі зубна), креми, мазі.
Суспензії, в яких седиментація йде дуже повільно через малу різниці в щільності дисперсійного середовища і дисперсної фази, називають дрібними частинками. Вода з брудної калюжі, скільки її не відстоюй, завжди залишається мутнуватою, в ній в підвішеному стані знаходяться найдрібніші частинки пилу.
Грубодисперсну систему можна отримати з двох не змішуються один з одним рідин. Якщо кілька крапель олії енергійно збовтати в пробірці з кількома мілілітрами води, утворюється каламутна дисперсна система - емульсія. З часом вона розшарується, оскільки являє собою грубодисперсну систему.
Прикладами емульсій можуть служити деякі смазоно-охолоджуючі рідини, пестицидні препарати, лікарські та косметичні засоби. Наприклад, у медичній практиці застосовуються жирові емульсії для енергетичного забезпечення голодуючого або ослабленого організму шляхом внутрішньовенного вливання. Типові біологічні емульсії - це крапельки жиру в лімфі, кров. Молочний сік каучуконосних дерев (латекс) - теж емульсія. У хімічній технології широко застосовують емульсійну полімеризацію, як основний метод отримання каучуків, полістиролу, полівінілацетату.
2.2 Колоїдні системи
Колоїди займають проміжне положення між грубодисперсними системами та істинними розчинами.
На підставі таблиці ви можете переконатися, що дисперсні системи надзвичайно різноманітні. Можна сказати, що вони складають основу всього живого світу. Поширеність їх в побуті, в техніці, в промисловості також дуже велика.
Велике значення мають колоїдні системи для біології та медицини. До складу будь-якого живого організму входять тверді, рідкі та газоподібні речовини, що знаходяться в складних взаєминах один з одним і навколишнім середовищем. Цитоплазма клітин володіє властивостями, характерними як для рідких, так і студнеобразной речовин. З хімічної точки зору організм в цілому - це складна сукупність багатьох колоїдних систем, що включають в себе і рідкі колоїди, і гелі.
Якщо частинки дисперсної фази досить малі, колоїдна система нагадує справжній розчин, звідси і походить назва - колоїдний розчин. Така систем утворюється, наприклад, при розчиненні невеликої кількості яєчного білка у воді.
Колоїдні розчини, як правило, опалесцирують, тобто розсіюють падаюче світло за рахунок часток дисперсної фази, розміри яких порівнянні з довжиною хвилі випромінювання. При цьому колоїдний розчин при освітленні як би світиться сам. Характерним проявом опалесценції є ефект Тіндаля. Він полягає у появі в колоїдному розчині світиться доріжки при пропущенні через нього променя світла. Такий ефект можна спостерігати, випустивши на промінь лазерної указки трохи аерозолю.
Існує кілька основних способів отримання колоїдних розчинів. Перший з них - дисперсійний, а простіше кажучи, дроблення речовини на дрібні частинки в дисперсійному середовищі чи поза нею. Таке дроблення можна здійснювати механічно за допомогою спеціальних машин - колоїдних млинів. Так отримують, наприклад, туш, рідкі акварельні, водоемульсійні і вододисперсні фарби. Дроблення можна проводити за допомогою електричного струму (колоїдні розчини срібла, золота, платини) або ультразвуку (колоїдні розчини гіпсу, графіту, смол).
Другий спосіб отримання колоїдів - хімічний, він заснований на проведенні різних реакцій, що призводять до утворення нерозчинних в рідині речовин.
При зливанні дуже розбавлених розчинів нітрату срібла і хлориду натрію вдається отримати колоїдний розчин хлориду срібла:
AgNO 3 + NaCl = AgCl + NaNO 3.
За допомогою реакції взаємодії розчинів тіосульфату натрію і кислоти можна отримати колоїдний розчин сірки:
Na 2 S 2 O 3 + 2НС1 = 2NaCl + Н 2 О + SO 2 + S
Відновленням солі золота формальдегідом можна отримати колоїдний розчин цього металу:
2NaAuO 2 + ЗНСНО + Na 2 CO 3 = = 2Au | + 3HCOONa + NaHCO 3 + H 2 O.
Найважливішими типами колоїдних систем є золі і гелі.
2.2.1 Золі
Золі - це колоїдні системи, в яких дисперсійним середовищем є рідина, а дисперсною фазою - тверда речовина. Окремі частки золю ізольовані один від одного дисперсійним середовищем. З плином часу вони можуть укрупнюватися, стикаючись один з одним. Таке явище отримало назву коагуляція. У результаті дії сили тяжіння такі частинки випадають в осад, відбувається їх седиментація.
2.2.2 Гелі
Крім коагуляції, при тривалому зберіганні гідрофільні золі можуть перетворюватися в гелі - особливе студнеобразной колоїдний стан. При цьому окремі частинки золю зв'язуються один з одним, утворюючи суцільну пространствен ву сітку. Всередину осередків сітки потрапляють частинки розчинника. Виходить, що дисперсна фаза і дисперсійне середовище міняються ролями! Тверда фаза стає безперервною, а частинки рідини - ізольованими. Дисперсна система втрачає свою текучість, набуваючи нових механічні властивості. При нагріванні гель може знову перетворитися в золь.
Гелі широко поширені в нашому повсякденному житті. Будь-якому відомі харчові гелі (зефір, мармелад, холодець), косметичні (гель для душу, креми), медичні ські (мазі, пасти). Однак мало хто знає, що хрящі, сухожилля, волосся являють собою органічні гелі, а опал, перли, сердолік, хальцедон - мінеральні.
Для деяких гелів характерне явище синерезиса (або розшарування) - мимовільного виділення рідини. При цьому просторова сітка гелю ущільнюється, її об'єм зменшується, утворюється так званий твердий коллош). Схематично описані процеси представлені на малюнку.
Найчастіше з явищем синерезиса доводиться боротися, оскільки саме воно визначає терміни придатності харчових, косметичних, медичних гелів. Наприклад, при довжині тельном зберіганні мармелад або торт «Пташине молоко» виділять рідина, стають непридатними до вживання. Однак у деяких випадках синерезис - велике благо.
Завдяки біологічному синерезису ми спостерігаємо такий явище, як згортання крові, суть якого полягає в перетворенні розчинного білка фібриногену у нерозчинний - фібрин.
Процеси, зображені на малюнку, є оборотними. З твердого колоїду желатину (продукту білкового походження) при набуханні в теплій воді утворюється студнеобразной гель - желе. Але в кулінарних рецептах завжди попереджають: не можна доводити желе до кипіння, інакше гель перетвориться в золь, і дисперсна система знову придбає плинність.
Частинки дисперсної фази колоїдних розчинів нерідко не осідають навіть при тривалому зберіганні. Чому так відбувається? Перша причина полягає в тому, що дрібні колоїдні частки за рахунок теплового руху постійно стикаються з молекулами дисперсійного середовища, змінюючи напрямок руху, тобто осідання не спостерігається. Але чому при зіткненні частинок дисперсної фази не відбувається їх коагуляція, укрупнення, що неминуче призвело б до розшарування колоїду? Злипанню перешкоджає електричний заряд на поверхні колоїдних частинок, всі вони виявляються однойменно зарядженими, що призводить до їх взаємного відштовхування. Залишається з'ясувати, як же утворюється цей заряд? Для цього розглянемо будову колоїдної частинки.
2.2.3 Міцели
Частинки дисперсної фази золів називають мицеллами. Якщо виключити вплив розчинника, в якому утворюється колоїдна система, то спрощену схему будови міцели золю хлориду срібла (при надлишку хлорид-аніонів) можна представити таким чином. Припустимо, що золь хлориду срібла отриманий зливанням сильно розбавлених розчинів хлориду калію і нітрату срібла, причому хлорид калію узятий у надлишку.
При взаємодії катіонів срібла з хлорид-аніонами утворюються частинки нерозчинного у воді хлориду срібла. Оскільки розчини сильно розбавлені, мікрокристали виходять колоїдних розмірів, дуже дрібні. Такий мікрокристали утворює ядро міцели.
Зростання кристала припиняється, коли в розчині практично до нуля падає концентрація іонів срібла. Але хлорид-аніони присутні в надлишку. Частина з них адсорбується на поверхні ядра, добудовуючи його кристалічну решітку. Хлорид-аніони в даному випадку називають потенциалопределяющих іонами. Саме вони обумовлюють наявність негативного заряду агрегату ядра з надлишком іонів С1-. Якщо б у розчині присутній надлишок нітрату срібла, потенциалопределяющих іонами були б катіони Ag +.
Природно, після виникнення заряду утворилася частка починає притягати з розчину іони з протилежним знаком - катіони калію (протівоіони), утворюється так званий подвійний електричний шар. Деяка частина протиіонів дуже міцно притягається до агрегату, утворюючи адсорбційний шар. Частина міцели, що включає ядро, потенціал визначають іони і адсорбційний шар, називають гранулою. Іони К +, які не входять в адсорбційний шар, слабше пов'язані з гранулою і можуть диссоциировать в розчин. Вони становлять дифузний шар протиіонів.
У цілому міцел є електронейтральної частку, але за рахунок переходу частини іонів дифузного шару в розчин гранули мають на поверхні надлишковий негативний заряд, який і перешкоджає їх коагуляції в більш великі частки.
Будова міцели можна зобразити за допомогою формули. Послідовні кроки в складанні формули міцели такі.
1) Ядро міцели складається з т частинок AgCl, що утворюють мікрокристали: m [AgCl].
2) потенциалопределяющих іони адсорбуються на поверхні ядра; припустимо, що для нашого прикладу їх число дорівнює п: m [AgCl] • nСl-.
3) Потім слідує шар протиіонів. Їх загальна кількість так само одно п, однак частина (припустимо, х) з них утворюють дифузний шар, інші (п - х) разом з ядром і потенциалопределяющих іонами складають гранулу. Частина формули, що відноситься до гранулі міцели, укладають у фігурні дужки. Заряд гранули в даній міцели дорівнює х ~. Таким чином, формула міцели золю хлориду срібла в надлишку хлорид-аніонів така:
{M [AgCl] • TiCl "• (п - х) К +} х - ХК +
Знаючи будову міцели, можна керувати процесом коагуляції. Яким чином можна «змусити» колоїдні частинки коагулювати? Очевидно, необхідно позбавити їх поверхневого заряду. Цього можна домогтися за допомогою розчинів електролітів. Дійсно, якщо до золю хлориду срібла додати, наприклад, розчин сульфату алюмінію, катіони А1 3 + нейтралізують негативний заряд гранули, міцели укрупнюються і осідають під дією сили тяжіння. Очевидно, що при рівних концентраціях тризарядних іон алюмінію володіє більшою коагулирующей здатністю, ніж, наприклад, однозарядний іон літію Li +.
У деяких випадках, навпаки, необхідно підтримувати стійкість колоїдної системи або перетворити коагулят в золь. Згадайте, наприклад, принцип дії поверхнево-активної речовини, наприклад мила, при задушений жиру з забрудненої поверхні. Гідрофобний углердородний радикал розчиняється в частках жиру, а гідрофільний карбоксилат-аніон виявляється на поверхні. Найдрібніші (колоїдні) крапельки жиру з «кульбабою» аніонів-СОО-на поверхні переходять в розчин і не злипаються знову через наявність негативного заряду.
Список використаної літератури
1. Калоус В. Біофізична хімія. / Калоус В., Павлічек З. - М., 1985 р.
2. Загальна хімія. Біофізична хімія. Хімія біогенних елементів: Учеб. для вузів / Ю.А. Єршов, В.А. Попков, А.С. Берлянд та ін; Під. Ред. Ю.А. Єршова. - 2-е вид., Испр. і доп .- М.: Вищ. шк., 2000м - 560 с.: іл.
3. Маршеллі Е. Біофізична хімія. - М.: Світ, 1981.
на тему: «Класифікація дисперсних систем за агрегатним станом. Особливості кожної системи »
Виконав: студент гр. Е - 2
Федотов А.Ю.
Перевірила: Бубнова О.А.
Пенза 2008
Зміст
1. Поняття про дисперсні системи
2. Класифікація дисперсних систем
2.1 Грубодисперсні системи
2.2 Колоїдні системи
2.2.1 Золі
2.2.2 Гелі
2.2.3 Міцели
Список використаної літератури
1. Поняття про дисперсні системи
Далеко не всі речовини розчиняються один в одному, тобто утворюють істинні розчини. Звичайно, можна штучно подрібнити одна речовина і розподілити його в обсязі іншого, але в будь-якому випадку така система буде гетерогенною. Наприклад, можна розбити рідину на дрібні крапельки і розпорошити їх в газове середовище (припустимо, за допомогою аерозольного балончика). Розчином отриману систему назвати не можна, навіть найдрібніша крапелька рідини буде відділена від газу поверхнею розділу двох фаз: рідкої і газоподібної.
Аналогічну систему являє собою зубна паста: дрібні частинки твердої речовини розподілені в рідині. Подібні системи речовин отримали назву дисперсних систем.
Дисперсними називають гетерогенні системи, в яких одна речовина у вигляді дуже дрібних частинок рівномірно розподілено в обсязі іншого.
Те речовина, яка розподілена в обсязі іншого, називають дисперсною фазою. Друге речовина носить назву дисперсійного середовища.
У залежності від агрегатного стану дисперсної фази і дисперсійного середовища розрізняють вісім типів дисперсних систем.
2. Класифікація дисперсних систем
За розміром частинок дисперсної фази розрізняють грубодисперсні системи (суспензії) з розміром частинок більше 500 нм і тонкодисперсні (колоїдні розчини або колоїди) з розмірами частинок від 1 до 500 нм.
Дисперсні системи класифікують також за ступенем взаємодії між дисперсійним середовищем і дисперсною фазою. Якщо така взаємодія виражене дуже слабо, систему називають ліофобні (у випадку води - гідрофобною). Прикладом гідрофобною системи може служити «баритові каша» - осад сульфату барію, одержуваний змішуванням розчинів, що містять катіон барію і сульфат-аніон. Якщо ж дисперсна фаза і дисперсійне середовище «тяжіють» один до одного (наприклад, утворюють водневі зв'язки), утворюється ліофіл'ная (гідрофільна) дисперсійна система. Такі системи утворюються спонтанно і дуже стійкі. До них відносяться розчини високомолекулярних сполук, наприклад білків. Багато глобулярні білки дисперговані у водних розчинах до окремих молекул, але, оскільки їх розміри складають десятки нанометрів, розчин не можна вважати справжнім - це дисперсна система.
Різновид дисперсних систем.
| Дисперсійне середовище | Дисперсна фаза | Назва дисперсної системи | Приклади дисперсних систем |
| Газ | Рідина | Аерозоль | Туман, хмари, карбюраторна суміш бензину з повітрям в двигуні автомобіля. |
| Тверде речовина | Аерозоль | Дим, зміг, пил в повітрі | |
| Рідина | Газ | Піна | Газовані напої, збиті вершки |
| Рідина | Емульсії | Молоко, майонез, рідкі середовища організму (плазма крові, лімфа), рідкий вміст клітин (цитоплазма, кариоплазма) | |
| Тверде речовина | Золь, суспензія | Річковий і морський мул, будівельні розчини, пасти. | |
| Тверде речовина | Газ | Тверда піна | Кераміка, пінопласти, поліуретан, поролон, пористий шоколад. |
| Рідина | Гель | Желе, желатин, косметичні та медичні засоби (мазі, туш, помада) | |
| Тверде речовина | Твердий золь | Гірські породи, кольорові скла, деякі сплави. |
Коефіцієнт розчинності карбонату кальцію (крейда) дуже малий (6,2-10 "4 г/100 г Н 2 О).
Спробуємо приготувати з цієї речовини і води дисперсну систему. Як можна більш ретельно розітріть крейду в Ступці, перенесемо в склянку з водою і перемішаємо. Отримаємо каламутну рідина - дисперсну систему, звану суспензією. Проте мине небагато часу, і крейда осяде на дно склянки, рідина стане прозорою. Під дією сили тяжіння частки твердої речовини седіментіруют. Це aw дещо доказ того, що наша система вийшла грубодисперсної. Отримати дисперсну систему карбонат кальцію-вода можна хімічним способом: пропусканням вуглекислого газу через вапняну воду (розчин гідроксид кальцію). При цьому розчин каламутніє. Отримана система також грубодисперсна, через нетривалий час в результаті осадження карбонату кальцію вона розшарується.
Грубодисперсні системи з твердою дисперсною фазою і рідким дисперсійним середовищем називають суспензіями. Суспензіями є багато фарби, побілка, будівельні розчини (цементний розчин, бетон). Особливу групу складають грубодисперсні системи, в яких концентрація дисперсної фази відносно велика. Прикладами таких систем можуть служити пасти (в тому числі зубна), креми, мазі.
Суспензії, в яких седиментація йде дуже повільно через малу різниці в щільності дисперсійного середовища і дисперсної фази, називають дрібними частинками. Вода з брудної калюжі, скільки її не відстоюй, завжди залишається мутнуватою, в ній в підвішеному стані знаходяться найдрібніші частинки пилу.
Грубодисперсну систему можна отримати з двох не змішуються один з одним рідин. Якщо кілька крапель олії енергійно збовтати в пробірці з кількома мілілітрами води, утворюється каламутна дисперсна система - емульсія. З часом вона розшарується, оскільки являє собою грубодисперсну систему.
Прикладами емульсій можуть служити деякі смазоно-охолоджуючі рідини, пестицидні препарати, лікарські та косметичні засоби. Наприклад, у медичній практиці застосовуються жирові емульсії для енергетичного забезпечення голодуючого або ослабленого організму шляхом внутрішньовенного вливання. Типові біологічні емульсії - це крапельки жиру в лімфі, кров. Молочний сік каучуконосних дерев (латекс) - теж емульсія. У хімічній технології широко застосовують емульсійну полімеризацію, як основний метод отримання каучуків, полістиролу, полівінілацетату.
2.2 Колоїдні системи
Колоїди займають проміжне положення між грубодисперсними системами та істинними розчинами.
На підставі таблиці ви можете переконатися, що дисперсні системи надзвичайно різноманітні. Можна сказати, що вони складають основу всього живого світу. Поширеність їх в побуті, в техніці, в промисловості також дуже велика.
Велике значення мають колоїдні системи для біології та медицини. До складу будь-якого живого організму входять тверді, рідкі та газоподібні речовини, що знаходяться в складних взаєминах один з одним і навколишнім середовищем. Цитоплазма клітин володіє властивостями, характерними як для рідких, так і студнеобразной речовин. З хімічної точки зору організм в цілому - це складна сукупність багатьох колоїдних систем, що включають в себе і рідкі колоїди, і гелі.
Якщо частинки дисперсної фази досить малі, колоїдна система нагадує справжній розчин, звідси і походить назва - колоїдний розчин. Така систем утворюється, наприклад, при розчиненні невеликої кількості яєчного білка у воді.
Колоїдні розчини, як правило, опалесцирують, тобто розсіюють падаюче світло за рахунок часток дисперсної фази, розміри яких порівнянні з довжиною хвилі випромінювання. При цьому колоїдний розчин при освітленні як би світиться сам. Характерним проявом опалесценції є ефект Тіндаля. Він полягає у появі в колоїдному розчині світиться доріжки при пропущенні через нього променя світла. Такий ефект можна спостерігати, випустивши на промінь лазерної указки трохи аерозолю.
Існує кілька основних способів отримання колоїдних розчинів. Перший з них - дисперсійний, а простіше кажучи, дроблення речовини на дрібні частинки в дисперсійному середовищі чи поза нею. Таке дроблення можна здійснювати механічно за допомогою спеціальних машин - колоїдних млинів. Так отримують, наприклад, туш, рідкі акварельні, водоемульсійні і вододисперсні фарби. Дроблення можна проводити за допомогою електричного струму (колоїдні розчини срібла, золота, платини) або ультразвуку (колоїдні розчини гіпсу, графіту, смол).
Другий спосіб отримання колоїдів - хімічний, він заснований на проведенні різних реакцій, що призводять до утворення нерозчинних в рідині речовин.
При зливанні дуже розбавлених розчинів нітрату срібла і хлориду натрію вдається отримати колоїдний розчин хлориду срібла:
AgNO 3 + NaCl = AgCl + NaNO 3.
За допомогою реакції взаємодії розчинів тіосульфату натрію і кислоти можна отримати колоїдний розчин сірки:
Na 2 S 2 O 3 + 2НС1 = 2NaCl + Н 2 О + SO 2 + S
Відновленням солі золота формальдегідом можна отримати колоїдний розчин цього металу:
2NaAuO 2 + ЗНСНО + Na 2 CO 3 = = 2Au | + 3HCOONa + NaHCO 3 + H 2 O.
Найважливішими типами колоїдних систем є золі і гелі.
2.2.1 Золі
Золі - це колоїдні системи, в яких дисперсійним середовищем є рідина, а дисперсною фазою - тверда речовина. Окремі частки золю ізольовані один від одного дисперсійним середовищем. З плином часу вони можуть укрупнюватися, стикаючись один з одним. Таке явище отримало назву коагуляція. У результаті дії сили тяжіння такі частинки випадають в осад, відбувається їх седиментація.
2.2.2 Гелі
Крім коагуляції, при тривалому зберіганні гідрофільні золі можуть перетворюватися в гелі - особливе студнеобразной колоїдний стан. При цьому окремі частинки золю зв'язуються один з одним, утворюючи суцільну пространствен ву сітку. Всередину осередків сітки потрапляють частинки розчинника. Виходить, що дисперсна фаза і дисперсійне середовище міняються ролями! Тверда фаза стає безперервною, а частинки рідини - ізольованими. Дисперсна система втрачає свою текучість, набуваючи нових механічні властивості. При нагріванні гель може знову перетворитися в золь.
Гелі широко поширені в нашому повсякденному житті. Будь-якому відомі харчові гелі (зефір, мармелад, холодець), косметичні (гель для душу, креми), медичні ські (мазі, пасти). Однак мало хто знає, що хрящі, сухожилля, волосся являють собою органічні гелі, а опал, перли, сердолік, хальцедон - мінеральні.
Для деяких гелів характерне явище синерезиса (або розшарування) - мимовільного виділення рідини. При цьому просторова сітка гелю ущільнюється, її об'єм зменшується, утворюється так званий твердий коллош). Схематично описані процеси представлені на малюнку.
Найчастіше з явищем синерезиса доводиться боротися, оскільки саме воно визначає терміни придатності харчових, косметичних, медичних гелів. Наприклад, при довжині тельном зберіганні мармелад або торт «Пташине молоко» виділять рідина, стають непридатними до вживання. Однак у деяких випадках синерезис - велике благо.
Завдяки біологічному синерезису ми спостерігаємо такий явище, як згортання крові, суть якого полягає в перетворенні розчинного білка фібриногену у нерозчинний - фібрин.
Процеси, зображені на малюнку, є оборотними. З твердого колоїду желатину (продукту білкового походження) при набуханні в теплій воді утворюється студнеобразной гель - желе. Але в кулінарних рецептах завжди попереджають: не можна доводити желе до кипіння, інакше гель перетвориться в золь, і дисперсна система знову придбає плинність.
Частинки дисперсної фази колоїдних розчинів нерідко не осідають навіть при тривалому зберіганні. Чому так відбувається? Перша причина полягає в тому, що дрібні колоїдні частки за рахунок теплового руху постійно стикаються з молекулами дисперсійного середовища, змінюючи напрямок руху, тобто осідання не спостерігається. Але чому при зіткненні частинок дисперсної фази не відбувається їх коагуляція, укрупнення, що неминуче призвело б до розшарування колоїду? Злипанню перешкоджає електричний заряд на поверхні колоїдних частинок, всі вони виявляються однойменно зарядженими, що призводить до їх взаємного відштовхування. Залишається з'ясувати, як же утворюється цей заряд? Для цього розглянемо будову колоїдної частинки.
2.2.3 Міцели
Частинки дисперсної фази золів називають мицеллами. Якщо виключити вплив розчинника, в якому утворюється колоїдна система, то спрощену схему будови міцели золю хлориду срібла (при надлишку хлорид-аніонів) можна представити таким чином. Припустимо, що золь хлориду срібла отриманий зливанням сильно розбавлених розчинів хлориду калію і нітрату срібла, причому хлорид калію узятий у надлишку.
При взаємодії катіонів срібла з хлорид-аніонами утворюються частинки нерозчинного у воді хлориду срібла. Оскільки розчини сильно розбавлені, мікрокристали виходять колоїдних розмірів, дуже дрібні. Такий мікрокристали утворює ядро міцели.
Зростання кристала припиняється, коли в розчині практично до нуля падає концентрація іонів срібла. Але хлорид-аніони присутні в надлишку. Частина з них адсорбується на поверхні ядра, добудовуючи його кристалічну решітку. Хлорид-аніони в даному випадку називають потенциалопределяющих іонами. Саме вони обумовлюють наявність негативного заряду агрегату ядра з надлишком іонів С1-. Якщо б у розчині присутній надлишок нітрату срібла, потенциалопределяющих іонами були б катіони Ag +.
Природно, після виникнення заряду утворилася частка починає притягати з розчину іони з протилежним знаком - катіони калію (протівоіони), утворюється так званий подвійний електричний шар. Деяка частина протиіонів дуже міцно притягається до агрегату, утворюючи адсорбційний шар. Частина міцели, що включає ядро, потенціал визначають іони і адсорбційний шар, називають гранулою. Іони К +, які не входять в адсорбційний шар, слабше пов'язані з гранулою і можуть диссоциировать в розчин. Вони становлять дифузний шар протиіонів.
У цілому міцел є електронейтральної частку, але за рахунок переходу частини іонів дифузного шару в розчин гранули мають на поверхні надлишковий негативний заряд, який і перешкоджає їх коагуляції в більш великі частки.
Будова міцели можна зобразити за допомогою формули. Послідовні кроки в складанні формули міцели такі.
1) Ядро міцели складається з т частинок AgCl, що утворюють мікрокристали: m [AgCl].
2) потенциалопределяющих іони адсорбуються на поверхні ядра; припустимо, що для нашого прикладу їх число дорівнює п: m [AgCl] • nСl-.
3) Потім слідує шар протиіонів. Їх загальна кількість так само одно п, однак частина (припустимо, х) з них утворюють дифузний шар, інші (п - х) разом з ядром і потенциалопределяющих іонами складають гранулу. Частина формули, що відноситься до гранулі міцели, укладають у фігурні дужки. Заряд гранули в даній міцели дорівнює х ~. Таким чином, формула міцели золю хлориду срібла в надлишку хлорид-аніонів така:
{M [AgCl] • TiCl "• (п - х) К +} х - ХК +
Знаючи будову міцели, можна керувати процесом коагуляції. Яким чином можна «змусити» колоїдні частинки коагулювати? Очевидно, необхідно позбавити їх поверхневого заряду. Цього можна домогтися за допомогою розчинів електролітів. Дійсно, якщо до золю хлориду срібла додати, наприклад, розчин сульфату алюмінію, катіони А1 3 + нейтралізують негативний заряд гранули, міцели укрупнюються і осідають під дією сили тяжіння. Очевидно, що при рівних концентраціях тризарядних іон алюмінію володіє більшою коагулирующей здатністю, ніж, наприклад, однозарядний іон літію Li +.
У деяких випадках, навпаки, необхідно підтримувати стійкість колоїдної системи або перетворити коагулят в золь. Згадайте, наприклад, принцип дії поверхнево-активної речовини, наприклад мила, при задушений жиру з забрудненої поверхні. Гідрофобний углердородний радикал розчиняється в частках жиру, а гідрофільний карбоксилат-аніон виявляється на поверхні. Найдрібніші (колоїдні) крапельки жиру з «кульбабою» аніонів-СОО-на поверхні переходять в розчин і не злипаються знову через наявність негативного заряду.
Список використаної літератури
1. Калоус В. Біофізична хімія. / Калоус В., Павлічек З. - М., 1985 р.
2. Загальна хімія. Біофізична хімія. Хімія біогенних елементів: Учеб. для вузів / Ю.А. Єршов, В.А. Попков, А.С. Берлянд та ін; Під. Ред. Ю.А. Єршова. - 2-е вид., Испр. і доп .- М.: Вищ. шк., 2000м - 560 с.: іл.
3. Маршеллі Е. Біофізична хімія. - М.: Світ, 1981.