Властивості колоїдних систем



Скачати 121.88 Kb.
Дата конвертації16.01.2017
Розмір121.88 Kb.
ТипДиплом
Міністерство освіти і науки України

Житомирський держаний університет ім. І.Франка

Факультет післядипломної освіти та довузівської підготовки

РЕФЕРАТ


на тему:

« Властивості колоїдних систем»

Студентки факультету післядипломної освіти та довузівської підготовки спеціальність «Хімія»

Янкової Таміли Миколаївни

Житомир 2014

Поняття про дисперсні системи.
Дисперсність, це ступінь подрібнення речовини. Мірою дисперсності є величина питомої поверхні, яка є відношенням сумарної поверхні всіх частинок до їх маси. Деякі високодисперсні речовини мають дуже високий ступінь подрібненості. Так, кількість частинок в 1 г аеросилу сягає 441016, а питома поверхня є більшою 300 м2/г.

Дисперсними є системи, в яких одна речовина в подрібненому стані рівномірно розподілена серед частинок іншої речовини. Розрізняють дисперсну фазу (диспергована речовина, або частинки) та дисперсне середовище (тобто розчинник). Головною особливістю дисперсних систем є наявність поверхні розподілу фаз, тобто гетерогенність.

За розміром частинок дисперсні системи ділять на три типи:


  1. Грубо–дисперсні системи (суспензії, емульсії, порошки, грубі зависі) – розмір частинок більше 1 мкм (10–6м), а питома поверхня менше 1м2/г;

  2. Системи середньої дисперсності 1 – 0,1 мкм (10–6– 10–7м);

Іноді їх об`єднують з грубо–дисперсними системами.

3. Колоїдно–дисперсні системи (або золі) мають розмір частинок 100 – 1 нм (10–7– 10–9 м), а питома поверхню більше 10 м2/г.

Далі йдуть істинні (молекулярні та іонні) розчини, які мають розмір частинок менше 10–9м. В таких розчинах вже немає поверхні поділу фаз і вони не належать до дисперсних систем.
Таблиця 1. Відмінності дисперсних систем та розчинів


Грубодисперсні системи

Колоїдні системи

Справжні розчини


Непрозорі

Прозорі, опалесц

іюють


Прозорі не опалесціюють


Мають поверхню

поділу фаз




Мають поверхню поділу фаз


Не мають поверхні поділу фаз


Частинки не проходять через

паперовий фільтр




Частинки проходять через

паперовий фільтр, але затримуються целофаном




Частинки проходять через паперовий фільтр і целофан


Нестійкі кінетично і термодинамічно


Відносно стійкі кінетично

Стійкі кінетично та термодинамічно


Старіють в часі

Старіють в часі

Не старіють в часі


Частинки видно в оптичний мікроскоп


Частинки видно в електронний

мікроскоп




Частинки не видно в сучасні мікроскопи


Як вже зазначалося раніше, за розмірами розподілених частинок колоїдні розчини розташовуються між зависями, з одного боку, і молекулярними розчинами, з іншого. Грубо кажучи, областю колоїдного стану речовини можна вважати розміри частинок від 1 до 100 ммк. При збільшенні в мільйон разів молекули представилися б нам у вигляді більш -менш великих точок, частинки тонких суспензій придбали б розміри великого яблука, а вся проміжна область величин дала б різні градації колоїдного дроблення речовини. Дисперсна система з колоїдними розмірами розподілених в тій чи іншій середовищі частинок носить назву колоїдного розчину або золю. Найбільше практичне значення з різних золів мають гідрозолі, тобто колоїдні системи, в яких середовищем є вода.

Властивості колоїдних систем


Властивості колоїдних дисперсій залежать від природи межі розділу між дисперсійною фазою і дисперсним середовищем. Фізичні властивості колоїдної дисперсної системи також залежить від відповідних властивостей фаз, складових колоїдної системи. Наприклад, емульсія олії у воді і емульсія води в олії може мати майже однаковий склад, проте їх фізико-хімічні властивості будуть відрізнятися
Молекулярно–кінетичні властивості колоїдних розчинів.

Броунівський рухбув відкритий ботаніком Р. Броуном у 1828 році при спостереженні руху пилку квітів, суспендованого у воді. Хаотичний рух притаманний і колоїдним розчинам. Колоїдні частки при зіткненні з молекулами розчинника, набувають кінетичного руху (частинки можуть змінювати положення до10-20 раз в секунду). Подібно молекулам істинного розчину, колоїдні частинки золів знаходяться в безперервному хаотичному русі. Хоча інтенсивність останнього швидко зменшується у міру збільшення розмірів часток, у разі колоїдних розчинів вона ще достатня для того, щоб протидіяти силі тяжіння. Тому колоїдні частинки з того середовища, в якій вони розподілені, мимовільно виділяються. Навпаки, мимовільне виділення під дією сили тяжіння характерно для більш великих часток суспензій, що зовні і відрізняє останні від колоїдних розчинів.


Дифузія– процес самодовільного вирівняння концентрації диспергованої речовини під впливом теплового руху частинок розчинника. Дифузія в колоїдних розчинах йде повільніше, ніж у справжніх розчинах. Якщо в істинних розчинах дифузія частинок на відстань 1 см йде години, то в колоїдних розчинах дні й тижні.

Осмотичний тиск.

Явище характерне для систем з навпівпроникними мембранами.

Колоїдні розчини, які мають частинки великого розміру створюють менший осмотичний тиск, ніж йонні чи молекулярні розчини. Седиментація це осадження частинок під дією сили земного тяжіння. Цей процес є протилежним дифузії і приводить до утворення градієнту концентрації, тоді як дифузія веде до вирівнювання концентрації. Між седиментацією та дифузією з часом встановлюється рівновага, при цьому маленькі частинки, котрі краще дифундують, розміщуються переважно у верхніх шарах розчину, а більш великі частинки переважно в нижніх шарах розчину. Явище седиментації використовується для фракціонування речовин, клітинних органел, визначення молекулярної маси біополімерів методом центрифугування.

В`язкість– це внутрішнє тертя між шарами розчину, які переміщу

ються відносно один до одного. Величина зворотна в`язкості є текучістю середовища. Колоїдні розчини мають більшу, ніж у істинних розчинів, що обумовлено більшим розміром частинок


Оптичні властивості колоїдних розчинів.

Проходження світла через колоїдну систему викликає три оптичних ефекта: поглинання, відбиття та розсіювання променів. Так,

поглинання властиво всім системам, тоді як відбивання більше характерно для грубодисперсних систем (емульсій та суспензій), де розмір частинок значно більший, ніж довжина хвилі опромінювання. Але на відміну від молекулярних та іонних розчинів, які оптично є однорідними, оскільки не мають поверхні поділу фаз, колоїдні розчини розсіюють світло. Це проявляється явищем опалесценції колоїдних розчинів, у вигляді матового світіння блакитного відтінку при освітленні боковим світлом. Крім того, при пропусканні паралельного пучка світла через колоїдний розчин спостерігається конус розсіяного світла – ефект Тіндаля. За здатністю розсіювати світло можливо визначати концентрацію колоїдних частинок в розчині. Цей метод отримав назву нефелометрії. Від молекулярних розчинів колоїдні зазвичай можна відрізнити за оптичними властивостями. Якщо крізь склянку з колоїдним розчином пропустити сильний пучок світлових променів, то в результаті розсіювання світла колоїдними частинками виникає світлий конус, добре видимий в темному. Навпаки, поставлений в ті ж умови істинний розчин здається «оптично порожнім приміщенні», тому що містяться в ньому частинки молекулярних розмірів світло помітно не розсіюється.
Електрокінетичні властивості колоїдних розчинів

Відомо 4 електрокінетичних явища, які вперше спостерігав відомийлікар Ф.Ф. Рейс у 1809 р.:



Електроосмос – явище пересування дисперсного середовища (тобто розчинника) відносно нерухомої дисперсної фази, яке можна спостерігати при проходженні електричного струму крізь U–подібну скляну трубку, заповнена кварцовим піском та водою. В катодній частині трубки спостерігається підняття рівня води.

Електрофорез– явище пересування колоїдних частинок відносно дисперсного середовища (розчинника), під впливом постійного електричного струму. Так, при проходженні електричного струму крізь пристрій з двох скляних трубок, встановлених у зволожену глину від поверхні відриваються негативно заряджені частинки глини, які переміщуються до аноду. Метод електрофорезу знайшов широке використання в медицині для розділення різних білків, нуклеїнових кислот і навіть клітин. Існують багато його варіантів: вільний електрофорез, електрофорез на папері, на агаровому гелі, поліакрил амідному гелі та інші.

Вільний електрофорез, запропонував Арне Тізеліус, який розділив білки сироватки крові (Нобелевська премія). Принцип методу полягає в тому, що суміш білків поміщають в кювети з буферним розчином, який контактує з електродами. Під дією постійного електричного струму білки починають рухатись. Найшвидше рухались альбуміни, другими альфа-1-глобуліни, третіми альфа-2-глобуліни, четвертими бета- глобуліни та п’ятими гама-глобуліни. Цей метод технічно є складним і потребує спеціальної оптичної системи для спостереження за рухом білків. Набагато простішим є електрофорез на папері. Смужку фільтрувального паперу змочують буферним розчином, на один з кінців смужки наносять суміш білків, а до обох кінців відповідно катод та анод від джерела постійного струму. Оскільки різні білки мають різний заряд то вони з різною швидкістю рухаються в електричному полі, завдяки чому і відбувається їх розділення.

Великим досягненням став електрофорез в гелях (агаровому, поліакриламідному та інших). Гелі являють собою сітчасті структури і є молекулярними ситами. В залежності від розміру пор в гелях одні білки можуть проходити через нього, інші затримуються на довший час. Тому за таких умов забезпечується сепарація молекул не лише за величиною їх заряду, але і за їх розміром. Електрофорез в агаровому гелі став головним методом в аналізі структури ДНК та РНК і використовується при проведенні полімеразної ланцюгової реакції, за якою можна виявляти віруси, генетичні мутації, встановлювати батьківство. Електрофорез знаходить ряд технічних застосувань. Наприклад, при виробництві порцеляни з його допомогою звільняють глину від домішок оксидів заліза. Метод заснований на тому, що частинки збовтати у воді глини заряджаються негативно, тоді як частки окису заліза — позитивно. При пропускані крізь суспензію електричного струму біля анода збирається дуже чиста глина.

Потенціал протікання– поява електричного потенціалу при протіканні розчинника відносно нерухомої дисперсної фази.

Потенціал седиментації– виникнення різниці потенціалу між електродами, які встановлені на різної висоті циліндра, в якій відбувається осадження дисперсної фази.

За типом взаємодіїдисперсної фази та дисперсного середовища розрізняють:



Ліофільні системи – в яких дисперсні частинки сильно взаємодіють з розчинником. У випадку коли розчинником є вода, їх можна називати гідрофільними системами. До ліофільних коллоїдів відносяться розчини макромолекул, наприклад желатин чи крохмаль у питній воді. Розчиність цих речовин залежить від їх спорідненості до молекул розчинника. Макромолекули з великою спорідненістю до розчинника мають досить відкриту конфігурацію й володіють високої розчинність, тоді як молекули з більшою спорідненістю одна до одної, ніж до розчинника, мають тенденцію до згортання (в клубок) і показують більш обмежену розчинність. Баланс подібних властивостей залежить від такого типу чинників, як рН, концентрація солі і температура. У результаті великих ж розмірів та здатність до згортання розчинні макромолекули мають тенденцію до зв'язування значної частини молекул розчинника та його розчини у випадку мають більшої в'язкістю порівняно із звичайними розчинами. Якщо всі молекули розчинника механічно пов'язані макромолекулярним ланцюгом клубка, система загалом наближається до твердого стану й називається гелем.

Ліофобні системи – в яких дисперсні частинки слабко взаємодіють з розчинником. У випадку коли розчинником є вода ці системи можна називати гідрофобними, оскільки поверхня частинок слабко змочується водою.

Стійкість ліофобних золей можна часто підвищити додаванням макромолекулярного матеріалу, який адсорбується на поверхні частинок. Така речовина називається протектором чи стабілізуючим агентом. Найкращими протекторами є блок-полімери, які мають ліофобну частину (якірну групу), яка міцно пов'язує макромолекулу з поверхнею частки, та ліофільний хвіст, який вільно розміщається в дисперсійному середовищі. Адсорбована макромолекула може визначати стійкість золя завдяки своєму впливу на вандерваальсові взаємодії і взаємодії подвійних електричних шарів. Це найбільш важлива їх роль в просторової стабілізації частинок золя. Здебільшого умови стабільності дисперсною системи будуть тими самими, що у рочинності тієї частини стабілізуючою макромолекули, яка звертається у бік дисперсійного середовища. Якщо виникає агрегація частинок, вона буде послаблюватися і легко ставати зворотною (флокуляція) завдяки адсорбованим макромолекулам протектора, що сприяють поділу частинок. Рівновага між стабілізацією і флокуляцієюй дуже рухома і не може змінюватися за зміни температури. ПАР також можуть зайняти позицію потужних стабілізаторів. Вони зазвичай сильно адсорбуються на поверхні частинок і роблять її більш ліофільною. Адсорбовані іони ПАР часто збільшують електростатичну стабілізацію. Гідроксиди металів, кремнезем і глини мають високу спорідненість до води і можуть існувати у вигляді гелів. Молекули гідроксида алюмінію після видалення молекул води можуть зв'язуватися у вигляді неорганічних полімерних ланцюгів, що є складовими частинами структури гелю. У окремих випадках колоїдні дисперсні системи стають чутливішими до агрегації при додаванні малих кількостей макромолекулярних речовин чи ПАР, які у більших кількостях діють як стабілізатори. Якщо частки золя або добавки (наприклад, йонної ПАР) заряджені протилежно, чутливість до агрегації з'являється за 23-24-відсоткового рівня концентрації добавки, майже нейтралізує заряд частинок, тоді як із вищих концентраціях відбувається стабілізація завдяки перезарядженню . При малих концентраціях макромолекули можуть викликати спонтанну флокуляцию - механізм у вигляді містка, коли одна макромолекула адсорбируется двома і більше частинками. Агрегация частинок має важливі наслідки для седиментации. Якщо осаждені частинки об'єднуються (склеюються) одна з одною, об’єм осаду зростатиме. Цей ефект важливий, наприклад, підвищення родючості грунтів (для аерації) і забезпечення якості фарб. Результатом агрегації частинок є зростання в'язкості і можливість гелеутворення (желатинізації). Перемішування агрегованних дисперсних частинок сприяє руйнуванню дисперсії. Якщо припинити перемішування, агрегатна структура (і в'язкість) у деяких випадках повільно відновлюється. Це властивість називається тиксотропією. Вона важлива для процесу нанесення фарби пензлем, оскільки бажано, щоб фарба була текучої під час нанесення на поверхню й короткий час після цього, щоб було можливо вирівняти мазок, але щоб фарба не підтікала.

Список використаних джерел

1. Фізична і колоїдна хімія/ За ред. В.І.Кабачного, – Харків: Прапор, 1999. – 368с.

2. Біофізична та колоїдна хімія/ А.С.Мороз, Л.П.Яворська, Д.Д.Луцевич та ін.– Вінниця: НОВА КНИГА, 2007. – 600 с.

3. Евстратова К.И., Купина Н.А., Малахова Е.Е. Физическая и коллоидная химия. – М.: Высшая школа, 1990.– 487 с.

4. Красовский И.В., Вайль Е.И., Безуглый В.Д. Физическая и коллоидная

химия. – Киев: Вища школа, 1983. – 345 с.



5. Захарченко В.Н Коллоидная химия.– М.: Высшая школа, 1989. – 238с.

6.Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии.– М.: Химия, 1988.– 464с.

Поділіться з Вашими друзьями:


База даних захищена авторським правом ©divovo.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

войти | регистрация
    Головна сторінка


загрузить материал