Колоидни системи: видове, свойства и стойност

Когато става въпрос за агрегирано състояние на веществата, е обичайно да се разграничават четири основни типа:

• плазма;
• твърдо вещество;
• течност;
• газ.

По-голямата част от биологичните медии, течности и природни явления обаче са смес от няколко варианта. Значителна част от всички решения имат специални свойства. Те се различават по външни характеристики и вътрешна структура. Наречете ги така: колоидни системи. Това е кумулативна смес от вещества от различно естество, които са в различни агрегативни състояния. За да разберете по-добре този въпрос, трябва да разгледате всички свойства и характеристики на такива решения, които ще направим в хода на тази статия.

Колоидно-дисперсна система: характеристика

Говорейки на прост ежедневен език, тази система е нещо между истинско решение, което е 100% хомогенна средна и груба суспензия, в която линията на разделяне на фазите е ясно видима.

Като цяло колоидните системи са част от разпръснатите системи, един от техните разновидности. Следователно не е изненадващо, че техните свойства са в много отношения подобни. За да си представим по-добре какво е описаното състояние на веществото, нека да дадем няколко примера от живота.

1. Гелове и гел. Например тези, които се използват за оформяне на косата. Също така тук може да се придаде гел и желатинов крем, включително сладкарски изделия. Агаро-агарният разтвор, подутото нишесте, пилешкият протеинов разтвор са всички колоидни системи. Химията, която се занимава с изучаването на такива структури, се нарича физико-колоидна или физическа.
2. Золове. С други думи, те са разрушени гелове. Именно те стоят на границата между груби системи и истински решения. Примери за това състояние: мъгла, дим или прах във въздуха.

Можете също да дадете още няколко добре познати съединения, които се считат за колоиди:

• прах;
• спрей;
• емулсия;
• суспензия;
• мъгла и други.

За всеки даден пример можете да въведете специфичните си свойства. Но има и такива, които са общи за тях.

Класификация на колоидни системи

Тъй като разнообразието на разглежданите съединения е голямо, естествено е, че съществува тяхната класификация. Тя се основава на признаците на структурата - структурата, размера на разпръснатата фаза по отношение на околната среда и др. Ако всички колоидни системи се разделят на типове според естеството на частиците в тях, тогава могат да се разграничат основните:

• например течност в газ - мъгла;
• твърди частици в газовата среда - дим, прах;
• течност в течност - различни емулсии;
• твърди частици в течността - суспензии;
• течност в твърда емулсия;
• твърди частици в твърда среда - твърди соли.

Има и друга особеност, която е в основата на разделянето на разглежданите системи. Това е взаимодействието между частиците на фазата и средата помежду си. Класификацията на колоидните системи в този случай има следната форма.

1. Не мърдай. Включете онези системи, в които се осъществява взаимодействието и дори разтварянето на фазовите частици в средата.
2. Lyophobic. Няма взаимодействие между средата и фазата или тяхното взаимно разтваряне.

Ако говорим за такава среда като вода, тогава същите тези групи могат да се нарекат съответно хидрофилни и хидрофобни.

Друг вариант за разделяне на разглежданите системи е следният:

1. Свободно разпръснати. Това са тези, в които частиците са в непрекъснато движение, взаимодействат помежду си и не образуват специфична структура, т.е. те са в някакъв хаос. Примери: фини суспензии, емулсии, лиозоли, аерозоли.
2. Свързани-диспергирани са колоидни системи, в които вътрешната структура е добре подредена и представлява вид молекулярна рамка от среда, напълнена вътре с фаза. Примерите включват гелове, пасти, прахове, гъсти емулсии и суспензии.

Възможен е спонтанен преход на зола към гела, който се нарича желиране. Обаче често се наблюдава обратния процес.

Лиофобни системи: зол

Това е такава колоидална система, чиито фази са доста ясно отделени един от друг от интерфейса. Въпреки това е трудно да се види, защото размерът на диспергираните частици е не повече от 100 nm. Ето защо солите са междинно състояние между истински разтвори и груби диспергирани състави.

Тези системи имат своя собствена класификация. Разделят се в зависимост от вида на дисперсионната среда. Има няколко основни опции:

• хидрозоли - водна среда;
• алкохол - алкохол;
• етерозоли - етерни;
• Органозолите са по-общ термин за органичната природа на околната среда.

Именно за лиозоли (среда - течност) е характерна такава концепция като мицела. Те означават фазовите частици във връзка с външната сфера - частици (йони) на околната среда. За всяка пепелна система можете да напишете своя химичен израз, отразяващ неговия състав под формата на мицели.

Пример: зол с червено злато със състав NaAuO ₂ + HCOH + Na ₂ CO ₃ → Au + HCOONa + H ₂ O има мицела от следната форма: {[Au] _m · n AuO ₂ ^- · (nx) Na ⁺ } ^x– · xNa ⁺ .

Свойствата на золите могат да бъдат описани с няколко точки:

1. Има фазова граница, която има силно повърхностно напрежение.
2. Фазата на частиците и средата са в постоянно брауново движение.
3. Частиците са способни на агрегация - коалесценция и утаяване. Това се дължи на постоянното им взаимодействие.

Ако говорим за използването на солите в промишлеността, то тогава е доста широко. Ако припомним, че всички аерозоли, суспензии и емулсии принадлежат към тях, тогава става ясно, че такива колоидни системи не са пълни без:

• химическа промишленост;
• фармацевтични продукти;
• военна дейност;
• хранително-вкусовата промишленост и други.

При определени условия солите могат да започнат да се структурират. Тоест, за да се изгради вътрешна рамка от разпръснати частици, клетките, в които ще бъдат запълнени със средни молекули. Друго име за това, което се случва, е коагулация или залепване. В този случай, говорим за желиране, тъй като продуктът ще бъде гел.

Лиофилни системи

Тези структури се формират благодарение на тясното взаимодействие на частиците на средата и фазата. Това води до това, че те се разтварят една в друга, образуват се набъбващи и желирани гелообразни съединения. Вътре те представляват триизмерна пространствена решетка, в която всички пори са пълни с частици от течна или твърда среда. Поради тази структура всички замразяващи гелове имат следните свойства:

• твърдост;
• способността да се поддържа постоянна форма;
• сила;
• пластичност;
• nonpourable.

Такива молекулни колоидни системи са много чести. В крайна сметка, по своята природа те са високомолекулни и нискомолекулни вещества, които са изложени на промени в свойствата. Ето някои добре познати опции:

• красота гелове за бръснене за коса;
• лекарства - за болки, натъртвания, рани и други неща;
• домакински химикали;
• адсорбенти в химическата промишленост.

Специално свойство на тези вещества е способността за спонтанно необратимо срутване при сушене. Със сигурност много хора са забелязали, че има обикновен гел за коса, останал отворен, след което за два или три дни ще остане само малка суха маса, която е непригодна за употреба.

Това се дължи на разрушаването на пространствената структура и изпаряването на влагата. Понякога влагата се отстранява специално от състава на геловете, за да се получи желания продукт. Но това се прави химически, без да се унищожава цялостната структура. Така се получават силициеви гелове, алумогели.

Специални и общи свойства на колоидите

Свойствата на колоидните системи (или колоидите) са следните:

1. Отличителен външен вид, особено когато става въпрос за гелове, емулсии и суспензии, аерозоли.
2. Особено отношение към светлината, която преминава през веществото: повечето от тях не пречат на това, а някои (прозрачни) обикновено разпръскват посочения лъч.
3. Постоянното движение на частиците не позволява образуването на седименти в колоидните системи.
4. Тъй като средата и фазата могат да бъдат много различни един от друг, трудно е да се изолират общите физически параметри. Те трябва да се отнасят за всяко конкретно вещество.

Ако говорим за специалните свойства на разглежданите състояния на веществата, трябва да отбележим Броуново движение структурни елементи и ефектът на Тиндал, т.е. дисперсията на светлината.

Ефект на Тиндал

Това явление е включено в специалните оптични свойства на колоидните системи. Неговата същност е следната: лъч светлина, преминаващ през разтвора (или аерозола) на системата, е разпръснат. Въпреки това, това не е съвсем нормално. Тъй като способността да отразява или абсорбира светлинните лъчи на всички частици е различна, индекс на пречупване варира, се оказва, че можете да наблюдавате конусообразно петно ​​на тъмен фон.

Този ефект се използва за определяне на качеството, количеството и размера на частиците, които образуват тази система. За първи път техниката е разработена и пусната в употреба от Джон Тиндал, за което получава такова име.

Много прост и достъпен опит у дома ще гарантира, че този ефект е достъпен. Необходимо е да се приготви разтвор на пилешки протеин във вода. Ще се получи типична лиофилна колоидна система. След това през лазерния лъч прокарайте тъмния фон зад съда. По този начин конусът на Тиндал ще се види много ясно и светлината вътре в разтвора ще се разсее.

Броуново движение на частици

Това е друга особеност на разглежданите системи. Тя се състои в постоянното движение на фазовите частици в средата на разтвора, както газообразна, така и течна. Молекули, атоми, йони са в непрекъсната хаотична циркулация. Това позволява колоидът да остане непроменен. В допълнение, поради техните еднакви заряди, прилепването между тях не се случва. Това позволява на системата да бъде доста стабилна.

Това явление е характерно само за тези частици, чийто размер не надвишава 3 микрона. В противен случай разтворът се утаява.

Методи на колоидното образуване

Методите за получаване на колоидни системи са доста разнообразни, тъй като самите системи не са еднакви. Има няколко от най-често използваните техники.

1. Кондензация.
2. Диспергиращи.
3. Peptization.

Всички тези методи на колоидни системи имат голяма индустриална стойност при работа с тях, когато се получават и изучават свойствата. Разгледайте по-подробно всеки един от тях.

Кондензацията е метод, който се основава на способността на молекулите и йони да се свързват един с друг, да се придържат заедно, образувайки по-големи частици. Така се формира нова система, най-често с свойствата на колоида. Това може да стане по два начина:

• заместване на разтворителя (т.е. среда);
• химическа кондензация, т.е. серия от последователни взаимодействия, водещи до увеличаване на частиците.

Всъщност и в друг случай се получават тези колоиди, в които твърдите частици се държат от броуновското движение в суспензия.

Дисперсията, напротив, се състои в смилане на фазовия компонент на сместа до състоянието, когато разтворът стане колоиден. Направете го по няколко начина:

• механично раздробяване;
• електродъгово пръскане;
• ултразвуково смилане и т.н.

Пептизацията - химическото разделяне на слепнатите коагулирани частици в по-малки структури. По този начин се подготвят решения в промишлеността. В същото време участват специфични агенти - пептизатори.

Условия на стабилно състояние

Стабилността на колоидните системи изисква определени условия. В края на краищата, ние вече казахме, че с течение на времето те могат да се сринат, понякога необратимо. Това е особено вярно за лиофобните системи - солите. Следователно, съществуват методи за запазване и повишаване на стабилността на колоидите:

1. Добавяне на специални антикоагуланти - стабилизатори.
2. Въвеждане на постоянни и временни електролити за промяна на стойността на електродния потенциал на участниците в системата.

Останалите методи са тясно специфични за всеки отделен колоид, когато се вземат под внимание всички свойства на разтвора.

Разпределението и значението на колоидните системи

Можете да се срещнете с колоиди както в химическата лаборатория, така и в природата. Известно е, че почти всички вътрешни биологични жива материя организъм са точно такива разпръснати системи. Например:

• цитоплазма;
• съединителна тъкан;
• костен мозък и други.

Сред строителните материали има много колоидни системи, които имат добри технически характеристики. Това са бетон, метални сплави, съединения, съдържащи глина, пяна, аерозоли и т.н.

Фармацевтичните продукти обикновено са невъзможни без колоиди. Всички пасти, мехлеми, гелове, суспензии и емулсии са лекарства, които разглеждаме. Следователно, трудно е да се надцени стойността и разпределението на колоидите, те са един от най-разпространените и широко използвани типове агрегативно състояние на материята.