post

Колоидно-дисперсни системи. Колоиди – зол, гел.

Колоиди (колоидно-дисперсни системи) – това са смеси (дисперсни системи) подобни на истинските разтвори, но се различават от тях по размерите на частиците на дисперсната фаза. Прието е големината им да е в порядъка от 1 до 1000 nm, т.е. те представляват или големи молекули, или молекулни агрегати (мицели). Според така зададените си размери, колоидно-дисперсните системи се нареждат между молекулно-дисперсните системи (разтвори) и грубодисперсните системи.

Видове колоиди (колоидно-дисперсни системи)

 колоидно-дисперсна система

прясното мляко е емулсия – вид колоидно-дисперсна система (емулсия)

Колоидно-дисперсните системи са относително стабилни, но са и термодинамично неустойчиви. При диспергирането си в различни по своята природа дисперсни среди, едно вещество може да се разтваря и да се получава истински разтвор или да се формира колоидно-дисперсна система.  Колоидното състояние е характерно за всички вещества.

Съществуват шест основни типа колоидно-дисперсни системи – зол, гел, емулсия, аерозол, твърд зол и пяна.

Зол – представлява течна дисперсна среда и твърда дисперсна фаза (вода/нишесте). Емулсия – това е смес от две несмесващи се течности, силно диспергирани една в друга (прясно мляко, масло/вода). Аерозолът е съставен от дисперсна среда газ и дисперсна фаза течност (мъгла) или твърди частици (дим). Пяната представлява дисперсна фаза газ в дисперсна среда течност (бита сметана) или твърдо вещество (лава,пемза). Гел – това е твърда дисперсна среда и течна дисперсна фаза (сирене).

гел - колоиди

гел

Ако дисперсната среда е течност и в частност вода, колоидните смеси се наричат хидрозоли. При дисперсна среда газ, колодите носят общото название аерозоли.

Класификация

От това как си взаимодействат дисперсната фаза и дисперсната среда, колоидите могат да бъдат разделени на лиофилни и лиофобни.

При лиофилните колоиди (белтък/вода, багрила, ПАВ) се наблюдава добро взаимодействие между дисперсната среда и дисперсната фаза и затова те се формират лесно в следствие на обикновено разтваряне. Техните молекули притежават голям афинитет към молекулите на разтворителя и ги адсорбират по повърхността си. Когато разтворителят е вода, тези колоиди се наричат хидрофилни. Характеристиките на лиофилните колоиди се различават значително от тези на дисперсната среда.

При лиофобните колоиди  взаимодействието с дисперсната среда е относително слабо. Тези колоидни системи са хетерогенни и се получават по-трудно, като е задължително в системата да се внесе енергия. Техните характеристики са сходни с тези на дисперсната среда.

В зависимост от пространствената си структура, колоидите биват свободнодисперсни и свързанодисперсни. Частиците на първите извършват свободно хаотично движение в целия обем на системата (аерозол). Частиците на вторите са свързани в пространствена решетка от дисперсната среда и са почти неподвижни (гел).

Според вида на частиците си, колоидите могат да бъдат молекулни или мицелни.

Получаване на колоиди

Получаването на лиофилни колоиди става лесно чрез обикновено разтваряне. Методите, които се използват за получаването на лиофобни колоиди се делят на дисперсионни и кондензационни.

Механичното раздробяване на дисперсната фаза и разбъркване на колоидната смес спада към дисперсионните. За целта се използват специални колоидни или топкови мелници и повърхностно-активни вещества, които да предотвратят повторното слепване. Противоположно на тях, кондензационните методи се основават на уедряване и слепване на диспергираните частици посредством добавяне на химически агенти или чрез физически методи.

Получаване на свързанодисперсни системи може да става чрез различни начини на охлаждане на стопилки като стъкло и стомана.

Строеж на мицелна частица (мицелна теория)

При на контакт на две несмесващи се фази, на граничната повърхност между тях възниква т. нар. двоен електричен слой. На базата на този факт е създадена т. нар. мицелна теория, която обяснява формирането на мицелните частици в колоидите с лиофобен характер.

Всеки колоид от този вид се състои от мицели и интермицелна течност. Една мицелна частица е изградена от ядро и йонна сфера. Ядрото е съставено от атомите или молекулите на дисперсната фаза. Йонната сфера има два слоя – адсорбционен и дифузионен.

Адсорбционният слой се изгражда от йони общи за двете фази. Те се наричат потенциалоопределящи, защото определят знака на електричния товар на частиците от дисперсната фаза. Дифузионният слой е изграден от противойони, които компенсират електричния заряд на гранулата и правят мицелната частица електронеутрална.

Класически пример, който се използва за описване на формирането на мицела е следната реакция между електролити:

{Ag+ + NO3} + {K+ + I} → AgI↓ + {K+ + NO3}

Тук се разглеждат три различни случая за получаване на лиофобен колоид:

мицел в лиофобен колоиден разтвор

мицели от различни видове лиофобни колоидно-дисперсни системи

 1. В излишък на калиев йодид. Около ядрото от сребърен йодид се адсорбират от разтвора йоните, които са общи и за двете фази. В този случай те са йодните, защото все още има нереагирал KI. От тях се образува адсорбционният слой от потенциалоопределящи йони.

Към него се привличат част от положително заредените калиеви катиони в разтвора и така заедно с ядрото се формира гранулата. Тя има отрицателен заряд заради голямото количество йодни аниони. Затова към нея се привличат още калиеви катиони до компенсиране на заряда и получаване на незаредена мицелна частица.

формула на мицела: {m[AgI].nI.(n-х)K+}x.xK+

2. В излишък на сребърен нитрат. Тук адсорбираните от ядрото йони са сребърните, отново защото са общи и за двете фази. С част от нитратните катиони и ядрото се формира положително заредена гранула. За да се компенсира заряда ѝ в дифузионния слой се привличат допълнително нитратни аниони и се получава електронеутрална мицелна частица.

формула на мицела: {m[AgI].nAg+.(n-х)NO3}+x.xNO3

3. При еквивалентни количества. В този случай се получава мицел с размера на гранула и без дифузионен слой. Получената колоидно – дисперсна система е нестабилна.

Колоидно-дисперсни системи – свойства

Колоидните частици при дадени условия могат да се слепват и уедряват, като този процес се нарича коагулация. Някои золи коагулират при нагряване и преминават в гелообразно състояние. Например ако имаме студена вода и нишесте, те ще се смесят и ще се получи течен зол. Но при нагряване сместта се сгъстява и след изстиване остава под формата на гел. По подобен начин от желатин се получава желе.

Солите на някои алкални и алкалоземни метали могат да премахват хидратационната обвивка на белтъчните молекули в техните колоиди, те коагулират и се утаяват (седиментация) обратимо. Целият процес се нарича изсолване.

Коагулацията може да е обратима (обратния процес се нарича пептизация) или необратима. Необратима е тогава, когато се разрушават молекулни структури на третично и четвъртично ниво. Такава се наблюдава при денатурацията на белтъците в процеса на варене на яйце. Лиофилните колоиди като правило пептизират лесно и безпроблемно преминават от гел в зол и обратно. Лиофобните по-често коагулират необратимо. При коагулиране може да се наблюдава (утаяване).

Тиндалов ефект

колоиди, колоидно-дисперсни системи, тиндалов ефект

сините очи не се дължат на син пигмент

Когато светлина от насочен светлинен източник пада върху зол, за разлика от истинските разтвори, не преминава през него, а дифрактира и се разсейва във всички посоки. В следствие дифракцията се наблюдава оцветяване на колоида в различен цвят от този на смесените вещества.

Земната атмосфера например, силно разсейва слънчевите лъчи с най-малка дължина на вълната във видимия спектър (сините). Тази е причината да виждаме синьо небе през деня, а в отсъствието на светлина нощем, гледаме открития космос.

Това оптично явление при колоидите е наблюдавано за първи път от Тиндал и днес се нарича тиндалов ефект. Синият цвят на очите при хората се дължи точно на него.

Сходни Публикации

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *

Leave the field below empty!