Коллоиддик системалар ар бир адамдын жашоосунда өтө маанилүү. Бул тирүү организмдеги дээрлик бардык биологиялык суюктуктар коллоиддерди түзөөрүнө гана байланыштуу эмес. Бирок көптөгөн жаратылыш кубулуштары (туман, түтүн), топурак, минералдар, тамак-аш, дарылар да коллоиддик системалар.
Мындай түзүлүштөрдүн курамын жана өзгөчө касиеттерин чагылдырган бирдиги макромолекула же мицелла деп эсептелет. Акыркысынын түзүлүшү бир катар факторлорго көз каранды, бирок ал ар дайым көп катмарлуу бөлүкчө болуп саналат. Заманбап молекулярдык кинетикалык теория коллоиддик эритмелерди ээриген заттын чоңураак бөлүкчөлөрү менен чыныгы эритмелердин өзгөчө учуру катары карайт.
Коллоиддик эритмелерди алуу ыкмалары
Коллоиддик система пайда болгондо пайда болгон мицелланын түзүлүшү жарым-жартылай бул процесстин механизминен көз каранды. Коллоиддерди алуу ыкмалары принципиалдуу түрдө эки башка топко бөлүнөт.
Дисперсия ыкмалары кыйла чоң бөлүкчөлөрдү майдалоо менен байланышкан. Бул процесстин механизмине жараша төмөнкү ыкмалар бөлүнөт.
- Тазалоо. кургак же жасалышы мүмкүннымдуу жол. Биринчи учурда катуу зат адегенде майдаланат, андан кийин гана суюктук кошулат. Экинчи учурда, зат суюктук менен аралаштырылат, андан кийин гана бир тектүү аралашмага айланат. Майдалоо атайын тегирмендерде жүргүзүлөт.
- Шишүү. Майдалоо эриткичтин бөлүкчөлөрүнүн дисперстик фазага кирип кетишинин эсебинен ишке ашат, ал анын бөлүкчөлөрүнүн бөлүнүүгө чейин кеңейиши менен коштолот.
- УЗИ аркылуу дисперсия. Майдалана турган материал суюктукка салынып, ультрадыбыс менен иштетилет.
- Электр шокунун дисперсиясы. Металл сольстарды чыгарууда талап кылынган. Ал дисперстүү металлдан жасалган электроддорду суюктукка салуу, андан кийин аларга жогорку чыңалуу берүү аркылуу ишке ашырылат. Натыйжада металл чачылат жана андан кийин конденсацияланып эритмеге айланган вольттук жаа пайда болот.
Бул ыкмалар лиофилдик жана лиофобдук коллоиддик бөлүкчөлөр үчүн ылайыктуу. Мицелла түзүлүшү катуу заттын баштапкы түзүлүшүн бузуу менен бир убакта ишке ашырылат.
Конденсация ыкмалары
Бөлүкчөлөрдү чоңойтууга негизделген методдордун экинчи тобу конденсация деп аталат. Бул процесс физикалык же химиялык кубулуштарга негизделиши мүмкүн. Физикалык конденсация ыкмаларына төмөнкүлөр кирет.
- Эриткичти алмаштыруу. Ал абдан жакшы эрүүчү бир заттын эригичтиги бир топ төмөн болгон экинчи эриткичке өтүшүнө байланыштуу. Натыйжада, майда бөлүкчөлөрчоңураак агрегаттарга биригип, коллоиддик эритме пайда болот.
- Буунун конденсациясы. Мисал катары бөлүкчөлөрү муздак беттерге жайгашып, акырындап чоңоюуга жөндөмдүү тумандарды алсак болот.
Химиялык конденсациялоо ыкмаларына татаал түзүлүштөгү чөктүрүүлөр менен коштолгон кээ бир химиялык реакциялар кирет:
- Ион алмашуу: NaCl + AgNO3=AgCl↓ + NaNO3.
- Кычкылдануу процесстери: 2H2S + O2=2S↓ + 2H2О.
- Гидролиз: Al2S3 + 6H2O=2Al(OH) 3↓ + 3H2S.
Химиялык конденсация үчүн шарттар
Бул химиялык реакциялар учурунда пайда болгон мицеллалардын түзүлүшү алардагы заттардын ашыкча же жетишсиздигинен көз каранды. Ошондой эле, коллоиддик эритмелердин пайда болушу үчүн аз эрүүчү кошулмалардын чөгүшүнө жол бербөөчү бир катар шарттарды сактоо зарыл:
- аралаш эритмелердеги заттардын курамы аз болушу керек;
- алардын аралаштыруу ылдамдыгы төмөн болушу керек;
- чечимдердин бири ашыкча кабыл алынышы керек.
Мицеллдин түзүлүшү
Мицелланын негизги бөлүгү – өзөгү. Ал эрибеген бирикменин көп сандагы атомдору, иондору жана молекулаларынан түзүлөт. Адатта, өзөк кристаллдык түзүлүш менен мүнөздөлөт. Ядронун бетинде бош энергиянын запасы бар, бул айлана-чөйрөдөн иондорду тандап адсорбциялоого мүмкүндүк берет. Бул процессПесков эрежесине баш ийет, анда мындай дейт: катуу нерсенин бетинде ошол иондор басымдуулук менен адсорбцияланат, алар өзүнүн кристалл торлорун толуктай алат. Бул иондор табияты жана формасы (өлчөмү) боюнча окшош же окшош болсо мүмкүн.
Адсорбция учурунда мицелла өзөгүндө потенциалды аныктоочу иондор деп аталган оң же терс заряддуу иондор катмары пайда болот. Электростатикалык күчтөрдүн таасиринен пайда болгон заряддалган агрегат эритмеден каршы иондорду (каршы заряддуу иондорду) тартат. Ошентип, коллоиддик бөлүкчө көп катмарлуу түзүлүшкө ээ. Мицелла карама-каршы заряддуу иондордун эки түрүнөн курулган диэлектрдик катмарга ээ болот.
Гидрозол BaSO4
Мисал катары барий хлоридинен ашыкча даярдалган коллоиддик эритмедеги барий сульфат мицелласынын түзүлүшүн карап чыгуу ыңгайлуу. Бул процесс реакция теңдемесине туура келет:
BaCl2(p) + Na2SO4(p)=BaSO 4(t) + 2NaCl(p).
Сууда бир аз эрүүчү, барий сульфаты BaSO молекулаларынын m-санынан куралган микрокристаллдык агрегатты түзөт4. Бул агрегаттын бети Ba2+ иондорунун n-санын адсорбциялайт. 2(n - x) Cl- иондору потенциалды аныктоочу иондордун катмары менен байланышкан. Ал эми калган каршы иондор (2х) диффузиялык катмарда жайгашкан. Башкача айтканда, бул мицелла гранул оң заряддуу болот.
Натрий сульфаты ашыкча алынса, андапотенциалды аныктоочу иондор SO42- иондору, ал эми каршы иондор Na+ болот. Бул учурда гранулдун заряды терс болот.
Бул мисал мицелла грануласынын зарядынын белгиси аны даярдоо шарттарына түздөн-түз көз каранды экенин ачык көрсөтүп турат.
Мишеллаларды жаздыруу
Мурдагы мисал мицеллалардын химиялык түзүлүшү жана аны чагылдырган формула ашыкча алынган зат менен аныкталарын көрсөттү. Коллоиддик бөлүкчөлөрдүн айрым бөлүктөрүнүн аталыштарын жез сульфидинин гидрозолунун мисалында жазуу жолдорун карап көрөлү. Аны даярдоо үчүн натрий сульфидинин эритмеси ашыкча көлөмдөгү жез хлоридинин эритмесине жай куюлат:
CuCl2 + Na2S=CuS↓ + 2NaCl.
CuCl2 ашыкча алынган CuS мицелласынын түзүлүшү төмөнкүчө жазылган:
{[mCuS]·nCu2+·xCl-}+(2n-x)·(2n-x)Cl-.
Коллоиддик бөлүкчөнүн структуралык бөлүктөрү
Чарчы кашаага бүт бөлүкчөнүн негизи болгон аз эрүүчү кошулма формуласын жазыңыз. Ал көбүнчө агрегат деп аталат. Адатта, агрегатты түзгөн молекулалардын саны латын m тамгасы менен жазылат.
Потенциалды аныктоочу иондор эритмеде ашыкча камтылган. Алар агрегаттын бетинде жайгашып, формулада төрт бурчтуу кашаадан кийин дароо жазылат. Бул иондордун саны n белгиси менен белгиленет. Бул иондордун аталышы алардын заряды мицелла гранулунун зарядын аныктаарын көрсөтүп турат.
Гранул өзөк жана бөлүктөн түзүлөтадсорбциялык катмардагы каршы иондор. Гранул зарядынын мааниси потенциалды аныктоочу жана адсорбцияланган каршы иондордун заряддарынын суммасына барабар: +(2n – x). Каршы иондордун калган бөлүгү диффузиялык катмарда болуп, гранулдун зарядын компенсациялайт.
Эгер Na2S ашыкча алынган болсо, анда пайда болгон коллоиддик мицелла үчүн структура схемасы төмөнкүдөй болот:
{[m(CuS)]∙nS2–∙xNa+}–(2n – x) ∙(2n – x)Na+.
Башкы активдүү заттардын мицеллалары
Сууда беттик-активдүү заттардын (беттик активдүү заттар) концентрациясы өтө жогору болгон учурда алардын молекулаларынын (же иондорунун) агрегаттары пайда боло башташы мүмкүн. Бул чоңойгон бөлүкчөлөр шар формасында жана Гартли-Ребиндер мицеллалары деп аталат. Белгилей кетчү нерсе, бардык беттик активдүү заттар мындай жөндөмгө ээ эмес, гидрофобдук жана гидрофильдүү бөлүктөрдүн катышы оптималдуу болгондор гана. Бул катыш гидрофилдик-липофилдик баланс деп аталат. Алардын полярдык топторунун углеводороддун өзөгүн суудан коргоо жөндөмдүүлүгү да маанилүү роль ойнойт.
БАЗ молекулаларынын агрегаттары белгилүү мыйзамдарга ылайык түзүлөт:
- агрегаттары ар кандай сандагы молекулаларды камтышы мүмкүн болгон төмөнкү молекулалуу заттардан айырмаланып, беттик-активдүү мицеллалардын болушу молекулалардын так аныкталган саны менен мүмкүн;
- эгерде органикалык эмес заттар үчүн мицелдештирүүнүн башталышы ээрүүчүлүк чеги менен аныкталса, органикалык беттик активдүү заттар үчүн мицелдештирүүнүн критикалык концентрацияларына жетишүү менен аныкталат;
- биринчиден, эритмедеги мицеллалардын саны көбөйөт, андан кийин алардын өлчөмү чоңоёт.
Концентрациянын мицелла формасына тийгизген таасири
Сурфактант мицеллалардын структурасына алардын эритмедеги концентрациясы таасир этет. Анын кээ бир маанилерине жеткенде коллоиддик бөлүкчөлөр бири-бири менен өз ара аракеттене башташат. Бул алардын формасынын төмөнкүдөй өзгөрүшүнө алып келет:
- шар эллипсоидге, андан кийин цилиндрге айланат;
- цилиндрлердин жогорку концентрациясы алты бурчтуу фазанын пайда болушуна алып келет;
- айрым учурларда пластинкалуу фаза жана катуу кристалл (самын бөлүкчөлөрү) пайда болот.
Мицеллалардын түрлөрү
Ички түзүлүшүнүн түзүлүш өзгөчөлүгүнө жараша коллоиддик системалардын үч тиби бөлүнөт: суспенсоиддер, мицеллярдык коллоиддер, молекулалык коллоиддер.
Суспенсоиддер кайра калыбына келгис коллоиддер, ошондой эле лиофобдук коллоиддер болушу мүмкүн. Бул түзүлүш металлдардын эритмелери, ошондой эле алардын бирикмелери (ар кандай оксиддер жана туздар) үчүн мүнөздүү. Суспенсоиддер түзүүчү дисперстик фазанын түзүлүшү компакттуу заттын түзүлүшүнөн айырмаланбайт. Ал молекулярдык же иондук кристалл торчосуна ээ. Суспензиялардан айырмасы жогорку дисперсияда. Кайтарымсыздык алардын эритмелеринин буулангандан кийин кургак чөкмө пайда кылуу жөндөмдүүлүгүнөн көрүнөт, аны жөнөкөй эрүү менен зольге айландырууга болбойт. Дисперстик фаза менен дисперстик чөйрөнүн өз ара аракеттенүүсү начар болгондуктан, алар лиофобдук деп аталат.
Мицеллярдык коллоиддер - коллоиддик бөлүкчөлөрү пайда болгон эритмелератомдордун полярдуу топторун жана полярдуу эмес радикалдарды камтыган дифильдик молекулаларды чапканда. Мисалдар самын жана беттик активдүү заттар. Мындай мицеллалардагы молекулалар дисперсиялык күчтөр тарабынан кармалат. Бул коллоиддердин формасы сфералык гана эмес, пластинкалуу да болушу мүмкүн.
Молекулярдык коллоиддер стабилизаторсуз бир топ туруктуу. Алардын структуралык бирдиктери жеке макромолекулалар. Коллоиддик бөлүкчөнүн формасы молекуланын касиеттерине жана молекула ичиндеги өз ара аракеттенүүсүнө жараша өзгөрүшү мүмкүн. Демек, сызыктуу молекула таякча же катушка түзө алат.
