הנושא העיקרי של מאמר זה יהיה חלקיק קולואידי. כאן נשקול את הרעיון של תמיסה קולואידית ומיצלות. וגם להכיר את מגוון המינים העיקרי של חלקיקים הקשורים קולואידים. הבה נתעכב בנפרד על המאפיינים השונים של המונח הנחקר, כמה מושגים בודדים ועוד הרבה יותר.
מבוא
המושג של חלקיק קולואידי קשור קשר הדוק לפתרונות שונים. יחד, הם יכולים ליצור מגוון של מערכות מיקרו-הטרוגניות ומפוזרות. החלקיקים היוצרים מערכות כאלה נעים בדרך כלל בגודלם בין 1 למאה מיקרון. בנוסף לנוכחות של משטח עם גבולות מופרדים בבירור בין התווך המפוזר לפאזה, חלקיקים קולואידים מאופיינים בתכונה של יציבות נמוכה, והתמיסות עצמן אינן יכולות להיווצר באופן ספונטני. הימצאות מגוון רחב במבנה המבנה הפנימי והגדלים גורמת ליצירת מספר רב של שיטות להשגת חלקיקים.
המושג של מערכת קולואידית
בתמיסות קולואידיות, חלקיקים בכל שלהםאגרגטים יוצרים מערכות מסוג מפוזר, שנמצאות ביניים בין פתרונות, המוגדרים כאמיתיים וגסים. בתמיסות הללו, לטיפות, חלקיקים ואפילו בועות היוצרות את הפאזה המפוזרת יש גדלים שבין אחד לאלף ננומטר. הם מפוזרים בעובי המדיום המפוזר, ככלל, רציפים, ושונים מהמערכת המקורית בהרכב ו/או במצב הצבירה. כדי להבין טוב יותר את המשמעות של יחידה טרמינולוגית כזו, עדיף לשקול אותה על רקע המערכות שהיא יוצרת.
הגדר נכסים
בין המאפיינים של פתרונות קולואידים, ניתן לקבוע את העיקריים שבהם:
- היווצרות חלקיקים אינם מפריעים למעבר האור.
- לקולואידים שקופים יש את היכולת לפזר קרני אור. תופעה זו נקראת אפקט Tyndall.
- המטען של חלקיק קולואידי זהה למערכות מפוזרות, וכתוצאה מכך הן לא יכולות להתרחש בתמיסה. בתנועה בראונית, חלקיקים מפוזרים אינם יכולים לשקוע, מה שנובע מהתחזוקה שלהם במצב של טיסה.
סוגים עיקריים
יחידות סיווג בסיסיות של פתרונות קולואידים:
- תרחיף של חלקיקים מוצקים בגזים נקרא עשן.
- תרחיף של חלקיקי נוזל בגזים נקרא ערפל.
- מחלקיקים קטנים מסוג מוצק או נוזלי, התלויים בתווך גז, נוצר אירוסול.
- תרחיף גז בנוזלים או במוצקים נקרא קצף.
- תחליב הוא תרחיף נוזלי בנוזל.
- Sol היא מערכת מפוזרתסוג מיקרו-הטרוגני.
- ג'ל הוא מתלה של 2 רכיבים. הראשון יוצר מסגרת תלת מימדית, שחלליה יתמלאו בממיסים שונים במשקל מולקולרי נמוך.
- תרחיף של חלקיקים מסוג מוצק בנוזל נקרא תרחיף.
בכל המערכות הקולואידליות הללו, גדלי החלקיקים יכולים להשתנות מאוד בהתאם לאופי המקור שלהם ולמצב הצבירה שלהם. אבל למרות מספר כה מגוון של מערכות עם מבנים שונים, כולן קולואידיות.
מגוון המינים של חלקיקים
חלקיקים ראשוניים בעלי ממדים קולואידים מחולקים לסוגים הבאים לפי סוג המבנה הפנימי:
- Suspensoids. הם נקראים גם קולואידים בלתי הפיכים, שאינם מסוגלים להתקיים בעצמם לפרקי זמן ארוכים.
- קולואידים מסוג מיסלרי, או כפי שהם נקראים גם, סמי-קולואידים.
- קולואידים מסוג הפיך (מולקולרי).
תהליכי היווצרותם של מבנים אלו שונים מאוד, מה שמקשה על תהליך הבנתם ברמה מפורטת, ברמת הכימיה והפיזיקה. לחלקיקים קולואידים, מהם נוצרים תמיסות מסוג זה, יש צורות ותנאים שונים ביותר לתהליך היווצרות של מערכת אינטגרלית.
קביעת suspensoids
Suspensoids הם תמיסות עם יסודות מתכת והווריאציות שלהם בצורה של תחמוצת, הידרוקסיד, סולפיד ומלחים אחרים.
הכללחלקיקים המרכיבים את החומרים הנ ל יש סריג גביש מולקולרי או יוני. הם יוצרים שלב של סוג מפוזר של חומר - suspensoid.
תכונה ייחודית המאפשרת להבדיל בינם לבין מתלים היא נוכחות של אינדקס פיזור גבוה יותר. אבל הם קשורים זה בזה על ידי היעדר מנגנון ייצוב לפיזור.
אי-הפיך של suspensoids מוסברת בעובדה שמשקע תהליך האידוי שלהם אינו מאפשר לאדם לקבל שוב סול על ידי יצירת מגע בין המשקע עצמו לבין המדיום המפוזר. כל הסופנסואידים הם ליופוביים. בתמיסות כאלה נקראים חלקיקים קולואידים הקשורים למתכות ונגזרות מלח שנמעכו או התעבו.
שיטת הייצור אינה שונה משתי הדרכים שבהן נוצרות תמיד מערכות פיזור:
- השגה על ידי פיזור (טחינת גופים גדולים).
- שיטת העיבוי של חומרים יוניים ומומסים מולקולרית.
קביעת קולואידים מיסלריים
קולואידים מיסלריים מכונים גם קולואידים למחצה. החלקיקים שמהם הם נוצרים יכולים להיווצר אם יש רמת ריכוז מספקת של מולקולות מסוג אמפיפיליות. מולקולות כאלה יכולות ליצור רק חומרים בעלי משקל מולקולרי נמוך על ידי שיוך שלהם למצרף של מולקולה - מיסלה.
מולקולות בעלות אופי אמפיפילי הן מבנים המורכבים מרדיקל פחמימני בעל פרמטרים ותכונות הדומים לממס לא קוטבי ולקבוצה הידרופלית, אשרנקרא גם פולאר.
Micelles הם צבירות ספציפיות של מולקולות ברווחים קבועים, המוחזקות יחד בעיקר באמצעות שימוש בכוחות פיזור. מיסלים נוצרים, למשל, בתמיסות מימיות של חומרי ניקוי.
קביעת קולואידים מולקולריים
קולואידים מולקולריים הם תרכובות גבוהות מולקולריות ממקור טבעי וסינטטי כאחד. המשקל המולקולרי יכול לנוע בין 10,000 לכמה מיליונים. לשברים מולקולריים של חומרים כאלה יש גודל של חלקיק קולואידי. המולקולות עצמן נקראות מקרומולקולות.
תרכובות מסוג מקרומולקולרי הנתונות לדילול נקראות אמיתיות, הומוגניות. הם, במקרה של דילול קיצוני, מתחילים לציית לסדרת החוקים הכללית לניסוחים מדוללים.
קבלת תמיסות קולואידיות מהסוג המולקולרי היא משימה פשוטה למדי. מספיק לגרום לחומר היבש והממס המתאים לבוא במגע.
הצורה הלא-קוטבית של מקרומולקולות יכולה להתמוסס בפחמימנים, בעוד שהצורה הקוטבית יכולה להתמוסס בממסים קוטביים. דוגמה לאחרון היא פירוק חלבונים שונים בתמיסה של מים ומלח.
הפיכים החומרים הללו נקראים בשל העובדה שכפיפתם לאידוי בתוספת מנות חדשות של שאריות יבשות גורמת לחלקיקים קולואידים מולקולריים לקבל צורה של תמיסה. תהליך פירוקם חייב לעבור שלב בו הוא מתנפח. זוהי תכונה אופיינית המבדילה קולואידים מולקולריים, עלעל רקע מערכות אחרות שנדונו לעיל.
בתהליך ההתפחה, המולקולות היוצרות את הממס חודרות לעובי המוצק של הפולימר ובכך דוחפות את המקרומולקולות. אלה האחרונים, בשל גודלם הגדול, מתחילים להתפזר לאט לתמיסות. חיצונית, ניתן להבחין בכך עם עלייה בערך הנפח של פולימרים.
מכשיר Micell
מיצלות של המערכת הקולואידית והמבנה שלהן יהיו קלים יותר ללימוד אם ניקח בחשבון את תהליך היווצרות. ניקח כדוגמה חלקיק AgI. במקרה זה יווצרו חלקיקים מסוג קולואיד במהלך התגובה הבאה:
AgNO3+KI à AgI↓+KNO3
מולקולות של יודי כסף (AgI) יוצרות חלקיקים כמעט בלתי מסיסים, שבתוכם סריג הגביש יווצר על ידי קטיוני כסף ואניוני יוד.
לחלקיקים המתקבלים יש בתחילה מבנה אמורפי, אבל לאחר מכן, כשהם מתגבשים בהדרגה, הם מקבלים מבנה מראה קבוע.
אם אתה לוקח את AgNO3 ו-KI במקבילים שלהם, אז חלקיקים גבישיים יגדלו ויגיעו לגדלים משמעותיים, יחרוג אפילו מהגודל של החלקיק הקולואידי עצמו, ואז במהירות משקעים.
אם לוקחים את אחד החומרים בעודף, אפשר להכין ממנו באופן מלאכותי מייצב שידווח על יציבות חלקיקים קולואידים של יודיד כסף. במקרה של AgNO מוגזם3הפתרון יכיל יותר יוני כסף חיוביים ו-NO3-. חשוב לדעת שתהליך היווצרותם של סריגי גביש AgI מציית לכלל Panet-Fajans. לכן, הוא מסוגל להמשיך רק בנוכחות יונים המרכיבים את החומר הזה, אשר בתמיסה זו מיוצגים על ידי קטיוני כסף (Ag+).
יוני ארגנטום חיוביים ימשיכו להסתיים ברמת היווצרות סריג הקריסטל של הליבה, הנכלל בחוזקה במבנה המיצל ומתקשר לפוטנציאל החשמלי. מסיבה זו היונים המשמשים להשלמת בניית הסריג הגרעיני נקראים יונים הקובעים פוטנציאל. במהלך היווצרותו של חלקיק קולואידי - מיצלים - ישנן תכונות נוספות הקובעות מהלך זה או אחר של התהליך. עם זאת, הכל נשקל כאן באמצעות דוגמה עם אזכור של המרכיבים החשובים ביותר.
כמה מושגים
המונח חלקיק קולואידי קשור קשר הדוק לשכבת הספיחה, שנוצרת בו-זמנית עם יונים מסוג הקובע פוטנציאל, במהלך ספיחה של הכמות הכוללת של יוני הנגד.
גרגיר הוא מבנה שנוצר על ידי ליבה ושכבת ספיחה. יש לו פוטנציאל חשמלי באותו סימן כמו פוטנציאל E, אך ערכו יהיה קטן יותר ותלוי בערך ההתחלתי של נגדיונים בשכבת הספיחה.
קרישה של חלקיקים קולואידים הוא תהליך הנקרא קרישה. במערכות מפוזרות, זה מוביל להיווצרות של חלקיקים קטניםגדולים יותר. התהליך מאופיין בלכידות בין רכיבים מבניים קטנים ליצירת מבנים קרישים.
