Soluzioni colloidali: metodi di preparazione e uso

11/06/2019

Molte persone che non si occupano di chimica, sentendo la frase "soluzioni colloidali", rappresentano qualcosa come un gel, una miscela viscosa. Il fatto è che inizialmente questo nome proveniva dalla parola greca, tradotto come "appiccicoso". Quando il sistema di bilanciamento non è bilanciato, i sol precipitano, assomigliando alla gelatina.

Di norma, le soluzioni colloidali sono assolutamente trasparenti. A seconda della composizione, può essere incolore o colorato. A prima vista, i sol non sono diversi dalle vere soluzioni. Lo studio di questo tipo di sostanza è impegnato in un'intera sezione - chimica colloidale.

Soluzioni colloidali

Caratteristiche generali

Qualsiasi soluzione è un sistema monofase comprendente due o più componenti. Al contrario, la sospensione o l'emulsione è meno stabile. In soluzioni liquide durante la conservazione può precipitare se, ad esempio, vengono posti in un contenitore non chiuso e si verifica l'evaporazione del liquido. In altri casi, si tratta di un sistema inerte in cui i componenti non reagiscono tra loro e pertanto potrebbe rimanere invariato per un lungo periodo.

Proprietà delle soluzioni colloidali

Proprietà delle soluzioni colloidali

Le molecole di una sostanza sono distribuite uniformemente in tutto il solvente, ma effettuano costantemente un movimento browniano (oscillatorio). Di conseguenza, si verifica una miscelazione completa dei componenti del sistema. Le proprietà delle soluzioni colloidali in questo processo sono leggermente diverse. Le particelle di un tale sistema sono chiamate micelle. Si diffondono da uno strato di liquido ad un altro più lentamente (100 volte). La ragione per la bassa velocità è un volume maggiore di micelle rispetto alle molecole di soluzioni vere.

A seconda della dimensione delle particelle, le loro quantità, le soluzioni colloidali differiscono in viscosità. Spesso ci sono sistemi che vanno in uno stato di gel con una diminuzione della temperatura. La presenza di micelle troppo grandi e il superamento del limite di solubilità porta alla torbidità.

Le particelle colloidali, a differenza delle molecole, hanno dimensioni maggiori e sono quindi in grado di disperdere la luce. Pertanto, è possibile distinguere queste soluzioni da quelle vere. Passando attraverso un tale sistema, sarà visibile un raggio di luce.

Struttura micellare

La preparazione di soluzioni colloidali si basa sulla formazione di micelle, che devono rimanere per preservare le proprietà del sistema in uno stato stabile. La particella ha una struttura complessa, costituita da un nucleo, che è formato da una sostanza leggermente solubile. Uno strato di ioni che determinano il potenziale è distribuito intorno ad esso. Di solito sono uguali a quelli della sostanza leggermente solubile che si trova al centro della micella (regola Paneth - Faience). Tali ioni determinano la carica del nucleo.

Ottenere soluzioni colloidali

Ad esempio, nell'interazione tra ioduro di potassio e nitrato d'argento le micelle si formano Il nucleo di tali particelle è lo ioduro d'argento (AgI). Se prevale il secondo componente, gli ioni che determinano il potenziale saranno Ag + , se il primo è I - . Lo strato successivo è i contrasti della sostanza che è stata presa in eccesso. Formano due zone. Il primo si trova vicino alla superficie del nucleo, fa parte dello strato adsorbito. Il secondo fa parte dello strato di diffusione, consiste di ioni che si muovono liberamente vicino alla superficie.

Una particella colloidale è un nucleo con uno strato adsorbito che include ioni e contro-ioni che determinano il potenziale. Questa formazione ha una carica. La micella include una particella colloidale e uno strato di diffusione di contro-ioni ed è neutra.

Come funziona la formazione delle micelle

Qualsiasi metodo per ottenere soluzioni colloidali si basa sull'interazione di composti scarsamente solubili con l'elettrolita. Ad esempio, AgNO 3 (nitrato d'argento) con KI (ioduro di potassio). Come risultato della reazione, si ottengono AgI e KNO 3 (nitrato di potassio). La struttura della micella può essere rappresentata schematicamente. Ci sono 2 opzioni per la formazione di particelle colloidali dei composti di cui sopra:

  1. Con un eccesso di AgNO 3 - {n (AgI) mAg + (mx) NO 3 ¯} xNO 3 ¯.
  2. Con un eccesso di KI - {n (AgI) mI¯ (mx) K + } xK + .

In primo luogo, viene indicato il nucleo, quindi gli ioni che determinano il potenziale e le contromisure dello strato adsorbito e di diffusione. Il potenziale elettrocinetico, che determina la carica di una particella colloidale, è denotato dalla lettera "x". Sorge a causa della differenza nell'energia di superficie del nucleo di una particella con ioni che determinano il potenziale.

stabilità

Stabilità delle soluzioni colloidali

Le soluzioni colloidali possono rimanere invariate per molto tempo. La stabilità di tali sistemi è una conseguenza delle cariche di micelle aventi lo stesso nome, che porta alla loro repulsione l'una dall'altra. Tuttavia, con dimensioni troppo grandi e alta concentrazione, le particelle possono collidere e fondersi. La stabilità delle soluzioni colloidali è un concetto relativo. Possono essere conservati inalterati abbastanza a lungo.

La coagulazione di soluzioni colloidali è il processo di incollare le micelle l'una all'altra. Con uno stato stabile del sistema, questo fenomeno si verifica lentamente, il che gli consente di persistere per un lungo periodo (fino a 100 anni) in uno stato monofase. Questo fenomeno è chiamato instabilità aggregativa.

Tasso di coagulazione

La velocità di aggregazione delle particelle e, di conseguenza, la separazione delle fasi dipende da molti fattori, tra cui la dimensione e la concentrazione delle micelle, la temperatura di conservazione. L'accelerazione del processo di coagulazione risulta dall'aggiunta di elettrolito. Questo fenomeno è osservato nei sistemi idrofilici. Metodi noti per rallentare il processo di aggregazione di particelle. Per esempio, mescolando un colloide lipofilo con uno idrofilo. La perdita di stabilità dei sol può essere influenzata da riscaldamento o raffreddamento, stress meccanico.

Coagulazione di soluzioni colloidali mediante elettroliti

Coagulazione di soluzioni colloidali

Ci sono alcuni schemi di influenza degli elettroliti su una soluzione colloidale. Quindi, per iniziare il processo è necessaria una certa concentrazione di quest'ultimo, non inferiore a un certo livello - la soglia di coagulazione. L'elettrolita è una sostanza in grado di condurre corrente elettrica come risultato della dissociazione in soluzione o fusione in ioni. Lo stato di una soluzione colloidale è influenzato da uno ione, la cui carica è opposta a quella della micella. L'azione è migliorata con il grado di carica (regola Schulze-Gardy).

Un altro fattore che determina il grado di influenza degli ioni è la loro idrabilità. Le particelle con la stessa carica hanno un diverso livello di azione sul processo di coagulazione. Nella separazione di una soluzione colloidale, gli ioni di coagulazione sono presenti nel sedimento. Quando si aggiunge una miscela di elettroliti, i suoi componenti possono indebolire l'effetto l'uno dell'altro (antagonismo) o, al contrario, migliorare (sinergismo). Raramente osservato l'effetto indipendente (additivo).

Modi per ottenere

Metodi per la preparazione di soluzioni colloidali

I metodi per ottenere soluzioni colloidali sono ridotti a due. Un'opzione è la dispersione (macinatura) di particelle grandi a dimensioni corrispondenti a colloidi. Tale processo può essere realizzato, ad esempio, utilizzando dispositivi ultrasonici (rettifica meccanica). Una varietà di metodi dispersi è la formazione di particelle colloidali come risultato dell'aggiunta di elettroliti, che vengono adsorbiti sulla superficie dei nuclei colloidali e trasferiscono le particelle in uno stato disciolto.

L'opposto al metodo di dispersione è il metodo di condensazione, che consiste nell'aggregazione di piccole particelle in più grandi. Questo fenomeno si verifica, ad esempio, quando si sostituisce il solvente. Come si può ottenere questo effetto? C'è una forte diminuzione della solubilità dovuta ai cambiamenti ambientali. Inoltre, la sostanza forma una particella colloidale. Le molecole solventi sono coinvolte nella sua formazione, con cui si mescola meglio. Questo effetto, ad esempio, si ottiene aggiungendo gradualmente la colofonia sciolta in etanolo all'acqua.

Varie reazioni di condensazione, comprese quelle descritte sopra, si applicano anche ai metodi di aggregazione. Altri esempi potrebbero essere idrolisi salina metalli, in particolare il cloruro ferrico (FeCl 3 ), la reazione di neutralizzazione risultante dall'interazione dell'idrossido di bario (Ba (OH) 2 ) con acido solforico (H 2 SO 4 ).

solubilizzazione

Il valore delle soluzioni colloidali nella vita umana è grande grazie alla capacità dei tensioattivi di aumentare la dissoluzione dei composti idrofobici nell'acqua. Questo fenomeno è chiamato "solubilizzazione". Al centro, questo processo rappresenta la dissoluzione dei composti nelle micelle. A causa di questo fenomeno, le polveri sono in grado di rimuovere la contaminazione dai tessuti, con conseguente emulsione stabile di idrocarburi e coloranti in acqua.

La solubilizzazione può avvenire in modi diversi. Quindi, gli idrocarburi non polari penetrano nel nucleo delle micelle, mentre i composti con parti idrofiliche e idrofobe (ammine, alcoli) sono incorporati in modo che il primo sia all'esterno e il secondo entri in profondità nella particella colloidale. C'è anche il fenomeno della solubilizzazione inversa, che consiste nello sciogliere l'acqua negli oli. Nel caso di tensioattivi non ionici, viene identificato un altro metodo per aumentare la solubilità dei composti idrofobici, che si attacca alla superficie della micella attraverso legami chimici (in particolare l'idrogeno).

Distribuzione onnipresente

Le soluzioni colloidali sono sempre presenti dentro e intorno alla persona. Questi includono sangue, linfa, adesivi e vernici spesso usati in vari lavori di costruzione e di rifinitura. I gel sono ottenuti da soluzioni colloidali a seguito di coagulazione e precipitazione. Questi includono, per esempio, gelatina, marmellata, agar-agar, gelatina, carragenina. Questi ultimi sono usati per migliorare la struttura dei prodotti, in particolare le paste. Ovunque nel corpo umano ci sono soluzioni colloidali arricchite con proteine.

Usare in medicina

Il valore delle soluzioni colloidali

In medicina, le soluzioni colloidali sono usate ovunque. Ecco alcuni esempi del loro uso. L'argento colloidale, che è una piccola particella di metallo dispersa nell'acqua, è usato nel trattamento delle ustioni, ulcere allo stomaco e duodeno, per lavare la mucosa nasale al fine di prevenire la diffusione di infezioni virali.

L'industria farmaceutica offre una vasta selezione di soluzioni colloidali per vari scopi. Tra questi ci sono rimedi universali che possono essere usati come cura delle ferite per ustioni, emorroidi; anti-infiammatorio - con un raffreddore, mal di gola, sinusite; analgesici - per alleviare il mal di denti e non solo. Questi includono la soluzione colloidale Millennium. Il gel contiene aloe, proteine ​​del grano, ginseng, vitamina E e altri integratori utili. Molti prodotti farmaceutici per uso esterno sono in realtà una soluzione colloidale. Per le articolazioni, ad esempio, viene utilizzato "Artro Complex", che contiene un componente così utile come la cartilagine di squalo.

Applicazione nella vita e nell'industria

Soluzione colloidale per articolazioni

Le soluzioni colloidali costituiscono la base per il lavaggio e la pulizia dei tensioattivi. I contaminanti penetrano nelle micelle e vengono così rimossi dalla superficie.

Un altro aspetto importante dell'uso di tensioattivi a formazione di micelle è la produzione di polimeri, in particolare lattici, alcol polivinilico e colle di origine vegetale. Varie materie plastiche, sostituti della pelle sono basati sull'emulsione. I tensioattivi vengono anche utilizzati durante la pulizia delle acque reflue e acqua potabile.

I vantaggi dei cosmetici basati su soluzioni colloidali sono la penetrazione di sostanze attive attraverso la pelle umana e la struttura dei capelli. Tali mezzi sono efficacemente usati contro l'invecchiamento. Questi includono, in particolare, il gel Millennium Neo. La soluzione colloidale aiuta i componenti in essa contenuti a raggiungere gli strati più profondi della pelle, aggirando l'epidermide.