Kolloid tizimlar har qanday inson hayotida juda muhimdir. Bu nafaqat tirik organizmdagi deyarli barcha biologik suyuqliklarning kolloidlarni hosil qilishi bilan bog'liq. Ammo ko'plab tabiiy hodisalar (tuman, tutun), tuproq, minerallar, oziq-ovqat, dori-darmonlar ham kolloid tizimlardir.
Bunday shakllanishlarning tarkibi va o'ziga xos xususiyatlarini aks ettiruvchi birligi makromolekula yoki mitsel hisoblanadi. Ikkinchisining tuzilishi bir qator omillarga bog'liq, lekin u har doim ko'p qatlamli zarrachadir. Zamonaviy molekulyar kinetik nazariya kolloid eritmalarni erigan moddaning kattaroq zarralari bo'lgan haqiqiy eritmalarning alohida holati sifatida ko'rib chiqadi.
Kolloid eritmalarni olish usullari
Kolloid tizim paydo bo'lganda hosil bo'lgan mitselning tuzilishi qisman bu jarayonning mexanizmiga bog'liq. Kolloidlarni olish usullari tubdan farq qiladigan ikkita guruhga bo'lingan.
Dispersiya usullari ancha katta zarrachalarni maydalash bilan bog'liq. Bu jarayonning mexanizmiga qarab quyidagi usullar ajratiladi.
- Tozalash. Quruq yoki bajarilishi mumkinnam yo'l. Birinchi holda, qattiq birinchi navbatda eziladi va shundan keyingina suyuqlik qo'shiladi. Ikkinchi holda, modda suyuqlik bilan aralashtiriladi va shundan keyingina u bir hil aralashmaga aylanadi. Maydalash maxsus tegirmonlarda amalga oshiriladi.
- Shish. Silliqlash erituvchi zarrachalarining dispers fazaga kirib borishi tufayli erishiladi, bu uning zarrachalarining ajralishgacha kengayishi bilan birga keladi.
- Ultratovush yordamida dispersiya. Maydalanadigan material suyuqlikka solinadi va soniklanadi.
- Elektr tokining dispersiyasi. Metall sols ishlab chiqarishda talab qilinadi. U dispers metalldan tayyorlangan elektrodlarni suyuqlikka joylashtirish, so'ngra ularga yuqori kuchlanish qo'llash orqali amalga oshiriladi. Natijada, voltaik yoy hosil bo'lib, unda metall püskürtülür va keyin eritmaga kondensatsiyalanadi.
Bu usullar ham liyofil, ham liofob kolloid zarralar uchun javob beradi. Misel tuzilishi qattiq jismning asl tuzilishini yo'q qilish bilan bir vaqtda amalga oshiriladi.
Kondensatsiya usullari
Zarrachalarni kattalashtirishga asoslangan usullarning ikkinchi guruhi kondensatsiya deb ataladi. Bu jarayon fizik yoki kimyoviy hodisalarga asoslanishi mumkin. Jismoniy kondensatsiya usullariga quyidagilar kiradi.
- Erituvchini almashtirish. Bu moddani juda yaxshi eriydigan bir erituvchidan eruvchanligi ancha past bo'lgan boshqasiga o'tkazish bilan bog'liq. Natijada, kichik zarralarkattaroq agregatlarga birlashadi va kolloid eritma paydo bo'ladi.
- Bugʻ kondensatsiyasi. Masalan, zarralari sovuq yuzalarga joylasha oladigan va asta-sekin kattalashib boruvchi tumanlar.
Kimyoviy kondensatsiya usullari murakkab strukturaning cho'kishi bilan birga keladigan ba'zi kimyoviy reaktsiyalarni o'z ichiga oladi:
- Ion almashinuvi: NaCl + AgNO3=AgCl↓ + NaNO3.
- Redoks jarayonlari: 2H2S + O2=2S↓ + 2H2O.
- Gidroliz: Al2S3 + 6H2O=2Al(OH) 3↓ + 3H2S.
Kimyoviy kondensatsiya uchun shartlar
Bu kimyoviy reaksiyalar jarayonida hosil boʻlgan mitsellalarning tuzilishi ulardagi moddalarning ortiqcha yoki kamligiga bogʻliq. Shuningdek, kolloid eritmalarning paydo bo'lishi uchun kam eriydigan birikmaning cho'kishiga to'sqinlik qiladigan bir qator shartlarga rioya qilish kerak:
- aralash eritmalardagi moddalarning miqdori kam bo'lishi kerak;
- ularning aralashtirish tezligi past bo'lishi kerak;
- yechimlardan biri ortiqcha olinishi kerak.
Mishel tuzilishi
Mitsellaning asosiy qismi yadrodir. U erimaydigan birikmaning ko'p sonli atomlari, ionlari va molekulalari tomonidan hosil bo'ladi. Odatda yadro kristalli tuzilish bilan tavsiflanadi. Yadro yuzasi erkin energiya zahirasiga ega, bu esa atrof-muhitdan ionlarni tanlab adsorbsiya qilish imkonini beradi. Bu jarayonPeskov qoidasiga bo'ysunadi, unda aytilishicha: qattiq jism yuzasida o'zining kristall panjarasini to'ldirishga qodir bo'lgan ionlar asosan adsorbsiyalanadi. Agar bu ionlar tabiati va shakli (o'lchami) bo'yicha o'xshash yoki o'xshash bo'lsa, bu mumkin.
Adsorbsiya jarayonida mitsel yadrosida potentsial aniqlovchi ionlar deb ataladigan musbat yoki manfiy zaryadlangan ionlar qatlami hosil bo'ladi. Elektrostatik kuchlar tufayli hosil bo'lgan zaryadlangan agregat eritmadan qarshi ionlarni (qarama-qarshi zaryadli ionlarni) tortadi. Shunday qilib, kolloid zarra ko'p qatlamli tuzilishga ega. Misel ikki turdagi qarama-qarshi zaryadlangan ionlardan tuzilgan dielektrik qatlamga ega bo'ladi.
Hydrosol BaSO4
Misol tariqasida, ortiqcha bariy xloridda tayyorlangan kolloid eritmadagi bariy sulfat mitselining tuzilishini ko'rib chiqish qulay. Bu jarayon reaksiya tenglamasiga mos keladi:
BaCl2(p) + Na2SO4(p)=BaSO 4(t) + 2NaCl(p).
Suvda ozgina eriydi, bariy sulfat m-sonli BaSO molekulalaridan tuzilgan mikrokristalli agregat hosil qiladi4. Bu agregatning yuzasi Ba2+ ionlarining n-miqdorini adsorbsiyalaydi. 2(n - x) Cl- ionlari potentsialni aniqlovchi ionlar qatlamiga ulangan. Qolgan qarshi ionlar (2x) diffuz qatlamda joylashgan. Ya'ni, bu mitselning granulasi musbat zaryadlangan bo'ladi.
Agar natriy sulfat ortiqcha qabul qilinsa, u holdapotentsial aniqlovchi ionlar SO42- ionlari, qarshi ionlar esa Na+ bo’ladi.. Bunday holda, granulaning zaryadi manfiy bo'ladi.
Bu misol mitsel granulasining zaryadlanish belgisi bevosita uni tayyorlash shartlariga bogʻliqligini aniq koʻrsatib turibdi.
Yozilgan mitsellar
Oldingi misol mitsellalarning kimyoviy tuzilishi va uni aks ettiruvchi formulani ortiqcha qabul qilingan modda bilan aniqlashini koʻrsatdi. Mis sulfidi gidrozol misolida kolloid zarrachaning alohida qismlarining nomlarini yozish usullarini ko'rib chiqamiz. Uni tayyorlash uchun natriy sulfid eritmasi sekin mis xlorid eritmasining ortiqcha miqdoriga quyiladi:
CuCl2 + Na2S=CuS↓ + 2NaCl.
CuCl2 dan ortiq miqdorda olingan CuS mitselining tuzilishi quyidagicha yoziladi:
{[mCuS]·nCu2+·xCl-}+(2n-x)·(2n-x)Cl-.
Kolloid zarrachaning strukturaviy qismlari
Kvadrat qavs ichiga butun zarrachaning asosi bo'lgan kam eriydigan birikma formulasini yozing. U odatda agregat deb ataladi. Odatda agregatni tashkil etuvchi molekulalar soni lotincha m harfi bilan yoziladi.
Eritmada potentsialni aniqlovchi ionlar ortiqcha miqdorda mavjud. Ular agregat yuzasida joylashgan bo'lib, formulada ular kvadrat qavslardan keyin darhol yoziladi. Bu ionlar soni n belgisi bilan belgilanadi. Ushbu ionlarning nomi ularning zaryadi mitsel granulasining zaryadini aniqlashini ko'rsatadi.
Granula yadro va qismdan hosil bo'ladiadsorbsion qatlamdagi qarama-qarshi ionlar. Granula zaryadining qiymati potentsialni aniqlovchi va adsorbsiyalangan qarshi ionlarning zaryadlari yig'indisiga teng: +(2n - x). Qarama-qarshi ionlarning qolgan qismi diffuz qatlamda bo'lib, granulaning zaryadini qoplaydi.
Agar Na2S ortiqcha olinsa, hosil boʻlgan kolloid mitsellar uchun struktura sxemasi quyidagicha koʻrinadi:
{[m(CuS)]∙nS2–∙xNa+}–(2n – x) ∙(2n – x)Na+.
Sirfaktanlarning misellari
Agar suvda sirt faol moddalar (sirt faol moddalar) kontsentratsiyasi juda yuqori bo'lsa, ularning molekulalari (yoki ionlari) agregatlari hosil bo'la boshlaydi. Bu kattalashgan zarralar sharsimon shaklga ega va Gartli-Rebinder misellari deb ataladi. Shuni ta'kidlash kerakki, barcha sirt faol moddalar bunday qobiliyatga ega emas, balki faqat hidrofobik va hidrofilik qismlarning nisbati optimal bo'lganlar. Bu nisbat gidrofil-lipofil muvozanat deb ataladi. Ularning qutbli guruhlarining uglevodorod yadrosini suvdan himoya qilish qobiliyati ham muhim rol o'ynaydi.
Sirfaktan molekulalarining agregatlari ma'lum qonunlarga muvofiq hosil bo'ladi:
- agregatlari turli miqdordagi molekulalarni o'z ichiga olishi mumkin bo'lgan past molekulyar moddalardan farqli o'laroq, sirt faol mitsellalarning mavjudligi qat'iy belgilangan miqdordagi molekulalar bilan mumkin;
- agar noorganik moddalar uchun miselizatsiya boshlanishi eruvchanlik chegarasi bilan belgilansa, organik sirt faol moddalar uchun miselizatsiyaning kritik konsentrasiyalariga erishish bilan aniqlanadi;
- birinchi navbatda probirkadagi mitsellalar soni ortadi, keyin esa kattalashadi.
Konsentratsiyaning mitsel shakliga ta'siri
Sirfaktan mitsellalarning tuzilishiga ularning eritmadagi konsentratsiyasi ta'sir qiladi. Uning ba'zi qiymatlariga erishgandan so'ng, kolloid zarralar bir-biri bilan o'zaro ta'sir qila boshlaydi. Bu ularning shakli quyidagicha o'zgarishiga olib keladi:
- sfera ellipsoidga, keyin esa silindrga aylanadi;
- silindrlarning yuqori konsentratsiyasi olti burchakli faza hosil bo'lishiga olib keladi;
- ayrim hollarda qatlamli faza va qattiq kristall (sovun zarralari) paydo boʻladi.
Mitsellar turlari
Ichki tuzilishini tashkil etishning o’ziga xos xususiyatlariga ko’ra uch xil kolloid sistemalar ajratiladi: suspensoidlar, miselyar kolloidlar, molekulyar kolloidlar.
Suspensoidlar qaytarilmas kolloidlar, shuningdek, liofob kolloidlar bo'lishi mumkin. Bu struktura metallarning eritmalari, shuningdek, ularning birikmalari (turli xil oksidlar va tuzlar) uchun xosdir. Suspensoidlar hosil qilgan dispers fazaning tuzilishi ixcham moddaning tuzilishidan farq qilmaydi. U molekulyar yoki ionli kristall panjaraga ega. Süspansiyonlardan farqi yuqori dispersiyadir. Qaytarib bo'lmaydiganlik ularning eritmalari bug'langandan keyin quruq cho'kma hosil qilish qobiliyatida namoyon bo'ladi, uni oddiy eritish bilan zolga aylantirib bo'lmaydi. Dispers faza va dispersiya muhiti o'rtasidagi zaif o'zaro ta'sir tufayli ular liofobik deb ataladi.
Mitselyar kolloidlar kolloid zarralari hosil boʻlgan eritmalardir.atomlarning qutbli guruhlari va qutbsiz radikallarni o'z ichiga olgan difil molekulalarni yopishtirishda. Misollar sovun va sirt faol moddalardir. Bunday mitsellalardagi molekulalar dispersiya kuchlari tomonidan ushlab turiladi. Bu kolloidlarning shakli nafaqat sharsimon, balki qatlamsimon ham bo'lishi mumkin.
Molekulyar kolloidlar stabilizatorlarsiz ancha barqaror. Ularning strukturaviy birliklari alohida makromolekulalardir. Kolloid zarrachaning shakli molekulaning xususiyatlariga va molekula ichidagi o'zaro ta'sirga qarab o'zgarishi mumkin. Shunday qilib, chiziqli molekula novda yoki g' altak hosil qilishi mumkin.
