אין אלמנטים בטבע שהם טהורים. בעיקרון, כולם תערובות. הם, בתורם, יכולים להיות הטרוגניים או הומוגניים. הם נוצרים מחומרים במצב צבירה, וכך נוצרת מערכת פיזור מסוימת בה ישנם שלבים שונים. בנוסף, תערובות מכילות בדרך כלל מדיום פיזור. המהות שלו טמונה בעובדה שהוא נחשב ליסוד בעל נפח גדול שבו מופץ חומר כלשהו. במערכת מפוזרת, הפאזה והמדיום ממוקמים בצורה כזו שיש חלקיקים מהממשק ביניהם. לכן, זה נקרא הטרוגני או הטרוגני. לאור זאת, ישנה חשיבות רבה לפעולת פני השטח, ולא של החלקיקים בכללותם.
פזר סיווג מערכת
Phase, כידוע, מיוצג על ידי חומרים בעלי מצב שונה. ואלמנטים אלה מחולקים למספר סוגים. מצב הצבירה של השלב המפוזר תלוי בשילוב שלסביבה, וכתוצאה מכך 9 סוגי מערכות:
- גז. נוזל, מוצק והאלמנט המדובר. תערובת הומוגנית, ערפל, אבק, אירוסולים.
- שלב מפוזר נוזלי. גז, מוצק, מים. קצף, תחליב, סול.
- שלב מפוזר מוצק. נוזל, גז והחומר הנחשב במקרה זה. אדמה, פירושו ברפואה או קוסמטיקה, סלעים.
ככלל, גודלה של מערכת מפוזרת נקבע לפי גודל חלקיקי הפאזה. יש את הסיווג הבא:
- גס (השעיות);
- דק (פתרונות קולואידים ואמיתיים).
חלקיקי מערכת הפיזור
כאשר בוחנים תערובות גסות, ניתן להבחין כי ניתן לראות את חלקיקי התרכובות הללו במבנה בעין בלתי מזוינת, בשל העובדה שגודלן הוא יותר מ-100 ננומטר. מתלים, ככלל, מתייחסים למערכת שבה ניתן להפריד את השלב המפוזר מהמדיום. הסיבה לכך היא שהם נחשבים אטומים. התרחיפים מחולקים לאמולסיות (נוזלים בלתי מסיסים), אירוסולים (חלקיקים עדינים ומוצקים), תרחיפים (מוצקים במים).
חומר קולואידי הוא כל דבר שיש לו את האיכות של אלמנט אחר שמפוזר עליו באופן שווה. כלומר, הוא קיים, או ליתר דיוק, הוא חלק מהשלב המפוזר. זהו מצב שבו חומר אחד מופץ לחלוטין בחומר אחר, או יותר נכון בנפח שלו. בדוגמא החלב, שומן נוזלי מתפזר בתמיסה מימית. במקרה זה, המולקולה הקטנה יותר נמצאת בטווח של 1ננומטר ומיקרומטר אחד, מה שהופך אותו בלתי נראה למיקרוסקופ אופטי כאשר התערובת הופכת להומוגנית.
כלומר, לאף חלק מהתמיסה אין ריכוז גדול או קטן יותר של הפאזה המפוזרת מכל חלק אחר. אנו יכולים לומר שהוא קולואידי באופיו. הגדול יותר נקרא הפאזה הרציפה או מדיום הפיזור. כיוון שגודלו ותפוצתו אינם משתנים, והאלמנט הנדון מופץ עליו. סוגי קולואידים כוללים אירוסולים, תחליבים, קצפים, פיזור ותערובות הנקראות הידרוסולים. לכל מערכת כזו יש שני שלבים: שלב מפוזר ושלב מתמשך.
קולואידים לפי היסטוריה
עניין עז בחומרים כאלה היה קיים בכל המדעים בתחילת המאה ה-20. איינשטיין ומדענים אחרים בחנו בקפידה את המאפיינים והיישומים שלהם. בזמנו, תחום מדע חדש זה היה תחום המחקר המוביל עבור תיאורטיקנים, חוקרים ויצרנים. לאחר שיא העניין עד 1950, המחקר על קולואידים ירד משמעותית. מעניין לציין שמאז הופעתם לאחרונה של מיקרוסקופים בעלי עוצמה גבוהה יותר ו"ננוטכנולוגיות" (חקר עצמים בקנה מידה זעיר מסוים), חל עניין מדעי מחודש בחקר חומרים חדשים.
עוד על החומרים האלה
יש אלמנטים שנצפו גם בטבע וגם בתמיסות מלאכותיות שיש להם תכונות קולואידיות. לדוגמה, מיונז, קרם קוסמטי וחומרי סיכה הם סוגים של תחליבים מלאכותיים, וחלב הוא דומהתערובת שנמצאת בטבע. קצף קולואידי כולל קצפת וקצף גילוח, בעוד פריטים אכילים כוללים חמאה, מרשמלו וג'לי. בנוסף למזון, חומרים אלו קיימים בצורה של סגסוגות מסוימות, צבעים, דיו, חומרי ניקוי, קוטלי חרקים, אירוסולים, קלקר וגומי. אפילו לחפצים טבעיים יפים כמו עננים, פנינים ואופלים יש תכונות קולואידיות מכיוון שיש להם חומר אחר המופץ באופן שווה דרכם.
השגת תערובות קולואידיות
על ידי הגדלת מולקולות קטנות לטווח של 1 עד 1 מיקרומטר, או על ידי הפחתת חלקיקים גדולים לאותו גודל. ניתן להשיג חומרים קולואידים. ייצור נוסף תלוי בסוג האלמנטים המשמשים בשלבים המפוזרים והרציפים. קולואידים מתנהגים בצורה שונה מנוזלים רגילים. וזה נצפה בתכונות תחבורה ופיזיקליות-כימיות. לדוגמה, ממברנה עשויה לאפשר לתמיסה אמיתית עם מולקולות מוצקות המחוברות למולקולות נוזל לעבור דרכה. ואילו חומר קולואידי שיש לו מוצק מפוזר בנוזל יימתח על ידי הממברנה. השוויון של ההתפלגות אחיד עד לנקודת שוויון מיקרוסקופי בפער על פני כל האלמנט השני.
פתרונות אמיתיים
פיזור קולואיד מיוצג כתערובת הומוגנית. האלמנט מורכב משתי מערכות: שלב רציף ומפוזר. זה מצביע על כך שהמקרה הזה קשורפתרונות אמיתיים, מכיוון שהם קשורים ישירות לתערובת הנ ל, המורכבת ממספר חומרים. בקולואיד, לשני יש מבנה של חלקיקים או טיפות זעירים, אשר מפוזרים באופן שווה בראשון. מ-1 ננומטר עד 100 ננומטר הוא הגודל המהווה את הפאזה המפוזרת, או ליתר דיוק את החלקיקים, בממד אחד לפחות. בטווח זה, השלב המפוזר הוא תערובות הומוגניות עם הגדלים המצוינים, אנו יכולים למנות אלמנטים משוערים המתאימים לתיאור: אירוסולים קולואידים, תחליבים, קצפים, הידרוסולים. החלקיקים או הטיפות הקיימים בתכשירים המדוברים מושפעים באופן מהותי מההרכב הכימי של פני השטח.
פתרונות ומערכות קולואידים
צריך לקחת בחשבון את העובדה שגודל השלב המפוזר הוא משתנה קשה למדידה במערכת. פתרונות מאופיינים לפעמים בתכונות משלהם. כדי להקל על תפיסת האינדיקטורים של הקומפוזיציות, קולואידים דומים להם ונראים כמעט אותו הדבר. לדוגמה, אם יש לו צורה מפוזרת בנוזל ומוצקה. כתוצאה מכך, חלקיקים לא יעברו דרך הממברנה. בעוד שרכיבים אחרים כמו יונים מומסים או מולקולות מסוגלים לעבור דרכו. אם זה יותר פשוט לנתח, מסתבר שהרכיבים המומסים עוברים דרך הממברנה, ועם הפאזה הנחשבת, חלקיקים קולואידים לא יכולים.
המראה וההיעלמות של מאפייני צבע
בשל אפקט Tyndall, חלק מהחומרים הללו שקופים. במבנה היסוד מדובר בפיזור האור. מערכות וניסוחים אחרים מגיעים עםגוון כלשהו או אפילו אטום, עם צבע מסוים, גם אם חלקם אינם בהירים. חומרים מוכרים רבים, כולל חמאה, חלב, שמנת, אירוסולים (ערפל, ערפיח, עשן), אספלט, צבעים, צבעים, דבק וקצף ים, הם קולואידים. תחום מחקר זה הוצג בשנת 1861 על ידי המדען הסקוטי תומס גרהם. במקרים מסוימים, קולואיד יכול להיחשב כתערובת הומוגנית (לא הטרוגנית). הסיבה לכך היא שההבחנה בין חומר "מומס" ו"גרגירי" יכולה להיות לפעמים עניין של גישה.
סוגי חומרים הידרוקולואידים
רכיב זה מוגדר כמערכת קולואידית שבה חלקיקים מפוזרים במים. יסודות הידרוקולואידים, בהתאם לכמות הנוזל, יכולים לקבל מצבים שונים, למשל, ג'ל או סול. הם בלתי הפיכים (חד רכיבים) או הפיכים. לדוגמה, אגר, הסוג השני של הידרוקולואיד. עשוי להתקיים במצבי ג'ל וסול, ולחלוף בין מצבים עם הוספת חום או הוסר.
הידרוקולואידים רבים מופקים ממקורות טבעיים. לדוגמה, קרגינן מופק מאצות, ג'לטין הוא משומן בקר, ופקטין הוא מקליפת הדרים וגריסת תפוחים. הידרוקולואידים משמשים במזון בעיקר כדי להשפיע על המרקם או הצמיגות (רוטב). משמש גם לטיפול בעור או כחומר מרפא לאחר פציעה.
מאפיינים חיוניים של מערכות קולואידיות
ממידע זה ניתן לראות שמערכות קולואידיות הן תת-קטע של הכדור המפוזר. הם, בתורם, יכולים להיות פתרונות (סולים)או ג'לים (ג'לי). הראשונים נוצרים ברוב המקרים על בסיס כימיה חיה. האחרונים נוצרים מתחת למשקעים המתרחשים במהלך קרישת הסול. התמיסות יכולות להיות מימיות עם חומרים אורגניים, עם אלקטרוליטים חלשים או חזקים. גדלי החלקיקים של השלב המפוזר של קולואידים הם בין 100 ל-1 ננומטר. אי אפשר לראות אותם בעין בלתי מזוינת. כתוצאה מההתיישבות, קשה להפריד בין השלב לבין המדיום.
סיווג לפי סוגי חלקיקים של הפאזה המפוזרת
קולואידים מולטימולקולריים. כאשר, בהתמוססות, אטומים או מולקולות קטנות יותר של חומרים (בקוטר של פחות מ-1 ננומטר) מתחברים יחד ליצירת חלקיקים בגדלים דומים. בסולים אלו, הפאזה המפוזרת היא מבנה המורכב מאגרגטים של אטומים או מולקולות בגודל מולקולרי של פחות מ-1 ננומטר. למשל, זהב וגופרית. בקולואידים אלה, חלקיקים מוחזקים יחד על ידי כוחות ואן דר ואלס. בדרך כלל יש להם אופי ליופילי. משמעות הדבר היא אינטראקציה משמעותית של חלקיקים.
קולואידים במשקל מולקולרי גבוה. אלו הם חומרים שיש להם מולקולות גדולות (מה שנקרא מקרומולקולות), אשר בהמסה יוצרות קוטר מסוים. חומרים כאלה נקראים קולואידים מקרומולקולריים. אלמנטים מפוזרים אלה ליצירת פאזה הם בדרך כלל פולימרים בעלי משקל מולקולרי גבוה מאוד. מקרומולקולות טבעיות הן עמילן, תאית, חלבונים, אנזימים, ג'לטין וכו'. המלאכותיות כוללות פולימרים סינתטיים כגון ניילון, פוליאתילן, פלסטיק, פוליסטירן וכו'.ה. הם בדרך כלל ליופוביים, כלומר במקרה זה האינטראקציה החלשה של החלקיקים.
קולואידים קשורים. אלו חומרים שכאשר הם מומסים במדיום, מתנהגים כמו אלקטרוליטים רגילים בריכוז נמוך. אבל הם חלקיקים קולואידים עם מרכיב אנזימטי גדול יותר של הרכיבים עקב היווצרותם של יסודות מצטברים. החלקיקים המצטברים שנוצרו כך נקראים מיצלים. המולקולות שלהם מכילות גם קבוצות ליופיליות וגם ליאופוביות.
Micelles. הם חלקיקים מקובצים או מצטברים שנוצרו על ידי חיבור של קולואיד בתמיסה. דוגמאות נפוצות הן סבונים וחומרי ניקוי. היווצרות מתרחשת מעל טמפרטורת קראפט מסוימת, ומעל ריכוז מיצליזציה קריטי מסוים. הם מסוגלים ליצור יונים. מיסלים יכולים להכיל עד 100 מולקולות או יותר, לדוגמה נתרן סטארט הוא דוגמה טיפוסית. כאשר הוא מתמוסס במים, הוא משחרר יונים.
