Interested Article - Коллоидные системы

Молоко представляет собой эмульгированный коллоид жидких шариков молочного жира, диспергированных в растворе на водной основе

Коллоидные системы , коллоиды ( др.-греч. κόλλα — клей + εἶδος — вид; «клеевидные») — дисперсные системы, промежуточные между истинными растворами и грубодисперсными системами — взвесями , в которых дискретные частицы, капли или пузырьки дисперсной фазы, имеющие размер хотя бы в одном из измерений от 1 до 1000 нм , распределены в дисперсионной среде, обычно непрерывной, отличающейся от первой по составу или агрегатному состоянию . При этом масштабы менее 100 нм рассматриваются как особый подкласс, называемый «квантоворазмерными» коллоидными системами . В свободнодисперсных коллоидных системах ( дымы , золи ) частицы не выпадают в осадок.

Коллоидные суспензии являются предметом изучения коллоидной химии . Эта область исследований была введена в 1845 году итальянским химиком Франческо Сельми , а с 1861 года её исследовал шотландский ученый Томас Грэм .

Основные свойства

Коллоидные частицы не препятствуют прохождению света.
В прозрачных коллоидах наблюдается рассеивание светового луча ( эффект Тиндаля ) .
Дисперсные частицы не выпадают в осадок — Броуновское движение поддерживает их во взвешенном состоянии, но в отличие от броуновского движения частиц, дисперсные частицы в коллоидных растворах не могут встретиться, что обусловлено одинаковым зарядом частиц.

Классификация

Коллоиды по природе дисперсных частиц подразделяются на органические и неорганические , по интенсивности взаимодействия дисперсной фазы и дисперсной среды — на лиофильные и лиофобные . По агрегатному состоянию дисперсной среды различают газообразные ( аэрозоли ), жидкие ( лиозоли ) и твёрдые (крио-и солидозоли) коллоидные системы .

Основные виды

Дым — взвесь твёрдых частиц в газе.
Туман — взвесь жидких частиц в газе.
Аэрозоль — состоит из мелких твёрдых или жидких частиц, взвешенных в газовой среде.
Пена — взвесь газа в жидкости или твёрдом теле.
Эмульсия — взвесь жидких частиц в жидкости.
Золь — ультрамикрогетерогенная дисперсная система , лиозоль — золь с жидкостью в качестве дисперсионной среды.
Гель — взвесь из двух компонентов, один из которых образует трёхмерный каркас, пустоты в котором заполнены низкомолекулярным растворителем (обладает некоторыми свойствами твёрдого тела).
Суспензия — взвесь твёрдых частиц в жидкости.

Коллоидные системы, применяемые в химическом анализе

Из коллоидных систем наибольшее значение для химического анализа имеют гидрозоли — двухфазные микрогетерогенные дисперсные системы, характеризующиеся предельно высокой дисперсностью, в которых дисперсионной средой является вода — наиболее часто применяемый в аналитической практике растворитель. Встречаются также органозоли , в которых дисперсионной средой являются неводные ( органические ) растворители . В результате молекулярного сцепления частиц дисперсной фазы из золей при их коагуляции образуются гели. При этом не происходит разделения фаз; другими словами, переход золей в гель не является фазовым превращением.

При образовании геля вся дисперсионная среда (например, вода в гидрозоле) прочно связывается поверхностью частиц дисперсной фазы и в ячейках пространственной структуры геля. Гели способны обратимо восстанавливать свою пространственную структуру во времени, но после высушивания наступает разрушение их структуры и они теряют эту способность.

Коллоидные свойства галогенидов серебра

В процессе титрования галогенид-ионов растворами солей серебра получаются галогениды серебра, весьма склонные к образованию коллоидных растворов. В присутствии избытка ионов Наl ⁻ , то есть до точки эквивалентности при титровании галогенидов ионами серебра или после точки эквивалентности при титровании ионов серебра галогенидами , вследствие адсорбции ионов Hal ⁻ взвешенные частицы AgHal приобретают отрицательный заряд:

m AgHal + n Наl ⁻ → [AgHal] _m · n Наl ⁻

В присутствии избытка ионов Ag ^± (то есть до точки эквивалентности при титровании ионов серебра галогенидами или после точки эквивалентности при титровании галогенидов ионами серебра) взвешенные частицы приобретают положительный заряд:

m AgHal + n Ag ⁺ → [AgHal] _m · n Ag ⁺

Таким образом, заряд взвешенной частицы [AgHal] _m · n Hal ⁻ или [AgHal] _m · n Ag ⁺ определяется зарядом ионов, адсорбированных на поверхности ядра мицеллы [AgHal] _m , и зависит от наличия в системе избытка Hal ⁻ или Ag ⁺ , обусловливающих отрицательный или положительный заряд взвешенной частицы золя.

Помимо адсорбционного слоя, находящегося на поверхности ядра мицеллы и обусловливающего определённый электрический заряд, в состав мицеллы входит также часть ионов противоположного знака, образующих второй (внешний) слой ионов.

Например, в процессе титрования иодида калия раствором нитрата серебра

Ag ⁺ + NO ₃ ⁻ + К ⁺ + I ⁻ → AgI + K ⁺ + NO ₃ ⁻

образуются мицеллы следующего строения:

мицеллы, образуемые AgI при избытке нитрата серебра:

{[AgI] _m · n Ag ⁺ · ( n − x )NO ₃ ⁻ } ^x

+ · x NO ₃ ⁻

мицеллы, образуемые AgI при избытке иодида калия:

{[AgI] _m · n I ⁻ · ( n − x )K ⁺ } ^x

− · x K ⁺

Коллоидные частицы, несущие одноимённые электрические заряды, отталкиваются друг от друга. Силы взаимного отталкивания мешают частичкам сблизиться настолько, чтобы произошло взаимное притяжение. В то же время заряженные частички обладают высокой адсорбционной способностью , они притягивают к себе частицы, несущие обратные по знаку электрические заряды, и образуют с ними малорастворимые соединения. В первую очередь на поверхности заряженных коллоидных частиц адсорбируются те ионы, которые дают наименее растворимые осадки с ионами , входящими в состав этих частиц. Кроме того, адсорбируются те ионы, концентрация которых наибольшая. Например, при осаждении AgI могут вместе с ним Вr ⁻ , Cl ⁻ , SCN ⁻ и другие ионы. При титровании галогенидов, не содержащих посторонних примесей, осадком адсорбируются имеющиеся в растворе ионы Наl ⁻ , сообщая частичкам AgHal отрицательные заряды. И в том, и в другом случаях результаты титрования искажаются. Поэтому требуется строго соблюдать условия осаждения, рекомендуемые в методиках определения тех или иных веществ.

Анализ коллоидных систем

Существует несколько методов анализа коллоидных систем, среди них есть химические и физико-химические методы: анализ с помощью адсорбционных индикаторов; методы на основе измерения рассеяния проходящего света ( нефелометрия и турбидиметрия ); методы на основе измерения скорости седиментации ( Седиментационный анализ ), а также скорости Броуновского движения в коллоидных системах ( анализ траекторий наночастиц ), динамическое и статическое светорассеяние.

См. также

Примечания

Roldughin Vyacheslav I. (англ.) // Russian Chemical Reviews. — 2000. — 31 October ( vol. 69 , no. 10 ). — P. 821—843 . — ISSN . — doi : . [ ]
Francesco Selmi, Studi sulla dimulsione di cloruro d’argento , Nuovi Annali delle Scienze Naturali di Bologna, fasc. di agosto 1845.
Graham, Thomas от 12 сентября 2017 на Wayback Machine , Philosophical Transactions of the Royal Society of London . 1861.
(неопр.) . elementy.ru . Дата обращения: 29 января 2021. 18 августа 2021 года.
// Казахстан. Национальная энциклопедия (рус.) . — Алматы: Қазақ энциклопедиясы , 2005. — Т. III. — ISBN 9965-9746-4-0 . (CC BY-SA 3.0)