Sistemi colloidali: tipi, proprietà e valore

Quando si tratta dello stato aggregato di sostanze, è consuetudine distinguere quattro tipi principali:

• plasma;
• solido;
• liquido;
• gas.

Tuttavia, la maggior parte dei media biologici, dei liquidi e dei fenomeni naturali è una miscela di diverse varianti. Una parte significativa di tutte le soluzioni ha proprietà speciali. Differiscono sia nelle caratteristiche esterne che nella struttura interna. Chiamali così: sistemi colloidali. Questa è una miscela cumulativa di sostanze di diversa natura, che si trovano in diversi stati aggregativi. Per comprendere meglio questo problema, dovresti considerare tutte le proprietà e le caratteristiche di tali soluzioni, che faremo nel corso di questo articolo.

Sistema colloide-disperso: caratteristico

Parlando in un linguaggio semplice di tutti i giorni, questo sistema è qualcosa tra una vera soluzione, che è un mezzo omogeneo al 100% e sospensioni grossolane, in cui la linea di separazione di fase è chiaramente visibile.

In generale, i sistemi colloidali fanno parte di sistemi dispersi, una delle loro varietà. Pertanto, non sorprende che le loro proprietà siano per molti aspetti simili. Per poter meglio immaginare quale sia lo stato descritto di una sostanza, diamo alcuni esempi dalla vita.

1. Gel e corpi in gel. Ad esempio, quelli che vengono utilizzati per lo styling dei capelli. Anche qui può essere attribuito gel e crema gelatinosa, compresi i dolciumi. La soluzione di agar-agar, l'amido gonfio, la soluzione proteica di pollo sono tutti sistemi colloidali. La chimica, che è impegnata nello studio di tali strutture, si chiama fisico colloidale o fisica.
2. Sols. In altre parole, questi sono gel destrutturati. Sono loro che stanno al confine tra sistemi grossolani e soluzioni vere. Esempi di questa condizione: nebbia, fumo o polvere nell'aria.

Puoi anche dare alcuni composti più noti che sono considerati colloidi:

• polvere;
• spruzzo;
• emulsione;
• sospensione;
• nebbia e altro

Per ogni esempio dato, puoi portare le tue proprietà specifiche. Tuttavia, ci sono quelli che sono comuni a loro.

Classificazione dei sistemi colloidali

Poiché la diversità dei composti considerati è grande, è naturale che ci sia la loro classificazione. Si basa sui segni della struttura - struttura, dimensione della fase dispersa in relazione all'ambiente e altri. Se tutti i sistemi colloidali sono suddivisi in tipi in base alla natura delle particelle al loro interno, allora i principali possono essere distinti:

• liquido in gas - nebbia, per esempio;
• particelle solide nell'ambiente del gas: fumo, polvere;
• liquido in liquido - varie emulsioni;
• particelle solide nel liquido - sospensioni;
• liquido solido - emulsione;
• particelle solide in terreno solido - sol solido.

C'è anche un'altra caratteristica che costituisce la base per la separazione dei sistemi presi in considerazione. Questa è l'interazione tra le particelle della fase e il mezzo l'una con l'altra. La classificazione dei sistemi colloidali in questo caso assume la seguente forma.

1. Congelare. Includere quei sistemi in cui si verifica l'interazione e anche la dissoluzione delle particelle di fase nel mezzo.
2. Lyophobic. Non c'è interazione tra il mezzo e la fase, o la loro reciproca dissoluzione.

Se stiamo parlando di un tale ambiente come l'acqua, allora questi stessi gruppi possono essere chiamati, rispettivamente, idrofili e idrofobi.

Un'altra opzione per la divisione dei sistemi in esame è la seguente:

1. Liberamente disperso. Questi sono quelli in cui le particelle sono in costante movimento, interagiscono tra loro e non formano una struttura specifica, cioè sono in una sorta di caos. Esempi: sospensioni fini, emulsioni, liosoli, aerosol.
2. I dispersioni legate sono sistemi colloidali in cui la struttura interna è ben ordinata e rappresenta una sorta di struttura molecolare da un mezzo riempito all'interno di una fase. Gli esempi includono gel, paste, polveri, emulsioni spesse e sospensioni.

È possibile una transizione spontanea del sol nel gel, processo chiamato gelificazione. Tuttavia, il processo inverso è spesso osservato.

Sistemi lofobici: sol

Questo è un sistema colloidale, le cui fasi sono nettamente separate l'una dall'altra dall'interfaccia. Tuttavia, è difficile da vedere, perché la dimensione delle particelle disperse non è superiore a 100 nm. Ecco perché i sol sono uno stato intermedio tra soluzioni vere e composizioni grossolane disperse.

Questi sistemi hanno una loro classificazione. Sono separati a seconda del tipo di mezzo di dispersione. Ci sono diverse opzioni principali:

• idrosoli - mezzo acquoso;
• alcool - alcol;
• eteriosoli: eterei;
• Gli organosol sono un termine più generico per la natura organica dell'ambiente.

È proprio per i liozoli (mezzo liquido) che un concetto come una micella è caratteristico. Indicano le particelle di fase in congiunzione con la sfera esterna - particelle (ioni) dell'ambiente. Per qualsiasi sistema di cenere, puoi scrivere la tua espressione chimica, riflettendo la sua composizione sotto forma di micelle.

Esempio: un sol oro rosso con la composizione NaAuO ₂ + HCOH + Na ₂ CO ₃ → Au + HCOONa + H ₂ O ha una micella della seguente forma: {[Au] _m · n AuO ₂ ^- · (nx) Na ⁺ } ^x- · xNa ⁺ .

Le proprietà dei sol possono essere descritte da diversi punti:

1. C'è un limite di fase, che ha una forte tensione superficiale.
2. La fase particellare e il mezzo sono in costante movimento browniano.
3. Le particelle sono capaci di aggregazione - coalescenza e precipitazione. Ciò è dovuto alla loro costante interazione.

Se parliamo dell'uso dei sol nell'industria, allora è piuttosto ampio. Se ricordiamo che tutti gli aerosol, le sospensioni e le emulsioni appartengono a loro, allora diventa chiaro che tali sistemi colloidali non sono completi senza:

• industria chimica;
• prodotti farmaceutici;
• affari militari;
• industria alimentare e altro.

In determinate condizioni, i sol possono iniziare a strutturarsi. Cioè, per costruire una struttura interna di particelle disperse, le cellule in cui saranno riempite con molecole medie. Un altro nome per ciò che sta accadendo è coagulazione o attaccamento. In questo caso, parlando di gelificazione, il prodotto sarà un gel.

Sistemi liofili

Queste strutture si formano a causa della stretta interazione delle particelle del mezzo e della fase. Questo porta al fatto che si dissolvono l'uno nell'altro, formando composti gelatinosi e gelatinosi. All'interno, rappresentano una griglia spaziale tridimensionale in cui tutti i pori sono riempiti con particelle di un mezzo liquido o solido. A causa di questa struttura, tutti i gel freeze hanno le seguenti proprietà:

• fermezza;
• la capacità di mantenere una forma costante;
• forza;
• plasticità;
• nonpourable.

Tali sistemi colloidali molecolari sono molto comuni. Dopotutto, per loro natura, si tratta di sostanze sia altamente molecolari che a basso peso molecolare, che sono esposte a cambiamenti nelle proprietà. Ecco alcune opzioni ben note:

• bellezza gel da barba per capelli;
• farmaci - per dolore, lividi, ferite e altre cose;
• prodotti chimici domestici;
• adsorbenti nell'industria chimica.

Una proprietà speciale di queste sostanze è la capacità di collassare spontaneamente in modo irreversibile dopo l'essiccazione. Sicuramente, molte persone hanno notato che è rimasto aperto un comune gel per capelli, quindi in due o tre giorni rimarrà solo una piccola massa secca, che non è adatta all'uso.

Ciò è dovuto alla distruzione della struttura spaziale e all'evaporazione dell'umidità. A volte l'umidità viene appositamente rimossa dalla composizione dei gel per ottenere il prodotto desiderato. Ma questo è fatto chimicamente, senza distruggere la struttura generale. Quindi prendi gel di silice, alumogeli.

Proprietà speciali e generali dei colloidi

Le proprietà dei sistemi colloidali (o colloidi) sono le seguenti:

1. Aspetto distintivo, soprattutto quando si tratta di gel, emulsioni e sospensioni, aerosol.
2. Una relazione speciale con la luce che attraversa la sostanza: la maggior parte di essi non interferisce con questo, e alcuni (trasparenti) generalmente disperdono il raggio direzionale.
3. Il movimento costante delle particelle non consente la formazione di sedimenti nei sistemi colloidali.
4. Poiché il mezzo e la fase possono essere molto diversi l'uno dall'altro, è difficile isolare i parametri fisici comuni. Devono riguardare ogni sostanza specifica.

Se parliamo delle proprietà speciali degli stati di sostanze considerati, dovremmo puntualizzare Moto browniano elementi strutturali e l'effetto Tyndall, cioè la dispersione della luce.

Effetto Tyndall

Questo fenomeno è incluso nelle proprietà ottiche speciali dei sistemi colloidali. La sua essenza è la seguente: un fascio di luce che passa attraverso la soluzione (o aerosol) del sistema è disperso. Tuttavia, non abbastanza normalmente. Poiché la capacità di riflettere o assorbire i fasci di luce di tutte le particelle è diversa, indice di rifrazione varia, si scopre che è possibile osservare un punto a forma di cono su uno sfondo scuro.

Questo effetto viene utilizzato per determinare la qualità, la quantità e la dimensione delle particelle che compongono questo sistema. Per la prima volta la tecnica è stata sviluppata e messa in uso da John Tyndall, per il quale ha ricevuto un tale nome.

Un'esperienza molto semplice e conveniente a casa farà in modo che questo effetto sia disponibile. È necessario preparare una soluzione di proteine ​​di pollo in acqua. Ne risulta un tipico sistema colloidale liofilo. Quindi passare un raggio laser attraverso di esso e fornire uno sfondo scuro dietro la nave. Quindi, il cono di Tyndall sarà visto molto chiaramente, e la luce all'interno della soluzione si dissiperà.

Moto browniano di particelle

Questa è un'altra caratteristica speciale dei sistemi presi in considerazione. Consiste nel movimento costante delle particelle di fase nel mezzo di soluzione, sia gassoso che liquido. Molecole, atomi, ioni sono in una circolazione caotica continua. Ciò consente al colloide di rimanere invariato. Inoltre, a causa delle loro identiche cariche, non si verificano attaccamenti tra di loro. Ciò consente al sistema di essere abbastanza stabile.

Questo fenomeno è caratteristico solo per quelle particelle la cui dimensione non supera i 3 micron. Altrimenti, la soluzione è sedimentata.

Metodi di formazione colloidale

I metodi per ottenere sistemi colloidali sono piuttosto diversi, poiché i sistemi stessi non sono gli stessi. Ci sono molte delle tecniche più usate.

1. La condensa.
2. Disperdenti.
3. Peptizzazione.

Tutti questi metodi di sistemi colloidali hanno un ampio valore industriale quando si lavora con loro, quando vengono ottenuti e lo studio delle proprietà. Considera più in dettaglio ciascuno di essi.

La condensazione è un metodo basato sulla capacità di molecole e ioni di associarsi tra loro, di aderire, formando particelle più grandi. Quindi, si sta formando un nuovo sistema, il più delle volte con le proprietà di un colloide. Questo può essere fatto in due modi:

• sostituzione del solvente (cioè, medio);
• condensazione chimica, cioè una serie di successive interazioni che portano all'ampliamento delle particelle.

E infatti, e in un altro caso, questi sono colloidi, in cui le particelle solide sono trattenute dal moto browniano in sospensione.

La dispersione, al contrario, consiste nel macinare la componente di fase della miscela allo stato quando la soluzione diventa colloide. Fatelo in diversi modi:

• frantumazione meccanica;
• spruzzatura ad arco elettrico;
• rettifica ad ultrasuoni e così via.

Peptizatsiya: scissione chimica di particelle coagulate bloccate in strutture più piccole. In questo modo, le soluzioni sono preparate nell'industria. Allo stesso tempo, prendono parte agenti specifici - i peptizzanti.

Condizioni di stato stazionario

La stabilità dei sistemi colloidali richiede determinate condizioni. Dopotutto, abbiamo già detto che col tempo potrebbero crollare, a volte in modo irreversibile. Questo è particolarmente vero per i sistemi liofobici - i sol. Pertanto, ci sono metodi per preservare e aumentare la stabilità dei colloidi:

1. Aggiunta di anticoagulanti speciali - stabilizzatori.
2. Introduzione di elettroliti permanenti e temporanei per modificare il valore del potenziale dell'elettrodo dei partecipanti al sistema.

I restanti metodi sono strettamente specifici per ogni particolare colloide, quando tutte le proprietà della soluzione vengono prese in considerazione.

La distribuzione e l'importanza dei sistemi colloidali

Puoi incontrare colloidi sia nel laboratorio chimico che in natura. È noto che quasi tutto biologico interno materia vivente l'organismo è precisamente un sistema così disperso. Ad esempio:

• citoplasma;
• stroma;
• midollo osseo e altro.

Tra i materiali da costruzione ci sono molti sistemi colloidi, che hanno buone caratteristiche tecniche. Si tratta di cemento, leghe metalliche, composti contenenti argilla, schiume, aerosol e così via.

I prodotti farmaceutici sono generalmente impossibili senza colloidi. Tutte le paste, gli unguenti, i gel, le sospensioni e le emulsioni sono farmaci, che sono i sistemi che stiamo considerando. Pertanto, è difficile sopravvalutare il valore e la distribuzione dei colloidi, sono uno dei tipi più comuni e ampiamente usati di stato aggregativo della materia.