Коллоид систем нь аливаа хүний амьдралд маш чухал байдаг. Энэ нь зөвхөн амьд организмын бараг бүх биологийн шингэн коллоид үүсгэдэгтэй холбоотой юм. Гэхдээ байгалийн олон үзэгдэл (манан, утаа), хөрс, эрдэс бодис, хоол хүнс, эм тариа зэрэг нь коллоид систем юм.
Тэдний бүтэц, өвөрмөц шинж чанарыг тусгасан ийм формацийн нэгжийг макромолекул буюу мицел гэж үздэг. Сүүлчийн бүтэц нь хэд хэдэн хүчин зүйлээс хамаардаг боловч энэ нь үргэлж олон давхаргат бөөмс байдаг. Орчин үеийн молекул кинетик онол нь коллоид уусмалыг ууссан бодисын том хэсгүүдтэй жинхэнэ уусмалын онцгой тохиолдол гэж үздэг.
Коллоид уусмал авах арга
Коллоид систем үүсэх үед үүсэх мицеллийн бүтэц нь энэ үйл явцын механизмаас тодорхой хэмжээгээр хамаардаг. Коллоид авах аргууд нь үндсэндээ өөр хоёр бүлэгт хуваагддаг.
Дисперсийн аргууд нь нэлээд том тоосонцорыг нунтаглахтай холбоотой. Энэ үйл явцын механизмаас хамааран дараах аргуудыг ялгадаг.
- Цэвэршүүлэх. Хуурай эсвэл хийж болнонойтон зам. Эхний тохиолдолд хатуу бодисыг эхлээд буталж, зөвхөн дараа нь шингэн нэмнэ. Хоёр дахь тохиолдолд бодисыг шингэнтэй хольж, зөвхөн дараа нь нэгэн төрлийн хольц болгон хувиргана. Нунтаглах ажлыг тусгай тээрэмд хийдэг.
- Хавдар. Нунтаглах нь уусгагчийн тоосонцор нь тархсан үе рүү нэвтэрч, түүний хэсгүүд нь салгах хүртэл тэлэлт дагалддаг тул нунтаглах боломжтой.
- ЭХО-оор тараах. Нунтаглах материалыг шингэнд хийж, дуу авианы долгионоор ажилладаг.
- Цахилгаан цочролын тархалт. Металлын уусмал үйлдвэрлэхэд эрэлт хэрэгцээтэй. Энэ нь дисперс металлаар хийсэн электродуудыг шингэнд байрлуулж, дараа нь өндөр хүчдэл өгөх замаар хийгддэг. Үүний үр дүнд металыг шүршиж, дараа нь уусмал болж өтгөрөх вольтын нум үүсдэг.
Эдгээр аргууд нь лиофиль болон лиофобик коллоид хэсгүүдэд тохиромжтой. Микеллийн бүтцийг хатуу биетийн анхны бүтцийг устгахтай зэрэгцүүлэн гүйцэтгэдэг.
Конденсацийн аргууд
Бөөмийн томрол дээр суурилсан хоёр дахь бүлгийн аргыг конденсац гэж нэрлэдэг. Энэ үйл явц нь физик эсвэл химийн үзэгдлүүд дээр суурилж болно. Физик конденсацын аргуудад дараахь зүйлс орно.
- Уусгагчийг солих. Энэ нь нэг бодисыг маш сайн уусдаг уусгагчаас нөгөөд уусах чадвар нь хамаагүй бага руу шилжүүлэхтэй холбоотой юм. Үүний үр дүнд жижиг хэсгүүдилүү том агрегатууд болж нийлж коллоид уусмал гарч ирнэ.
- Уурын конденсац. Жишээ нь тоосонцор нь хүйтэн гадаргуу дээр тогтож, аажмаар томордог манан юм.
Химийн конденсацийн аргууд нь нарийн төвөгтэй бүтэцтэй хур тунадас дагалддаг зарим химийн урвалуудыг агуулдаг:
- Ионы солилцоо: NaCl + AgNO3=AgCl↓ + NaNO3.
- Улс исгэх процесс: 2H2S + O2=2S↓ + 2H2О.
- Гидролиз: Al2S3 + 6H2O=2Al(OH) 3↓ + 3H2S.
Химийн конденсац үүсэх нөхцөл
Эдгээр химийн урвалын явцад үүссэн мицеллүүдийн бүтэц нь тэдгээрт агуулагдах бодисын илүүдэл эсвэл дутлаас шалтгаална. Мөн коллоид уусмал гарч ирэхийн тулд бага зэрэг уусдаг нэгдлүүдийн хур тунадас үүсэхээс сэргийлдэг хэд хэдэн нөхцлийг ажиглах шаардлагатай:
- холимог уусмал дахь бодисын агууламж бага байх;
- тэдгээрийн холих хурд бага байх ёстой;
- Уусмалын аль нэгийг хэтрүүлэн хэрэглэх хэрэгтэй.
Микеллийн бүтэц
Мицеллийн гол хэсэг нь цөм юм. Энэ нь уусдаггүй нэгдлийн олон тооны атом, ион, молекулуудаас үүсдэг. Ихэвчлэн цөм нь талст бүтэцтэй байдаг. Цөмийн гадаргуу нь чөлөөт энергийн нөөцтэй бөгөөд энэ нь хүрээлэн буй орчноос ионуудыг сонгон шингээх боломжийг олгодог. Энэ үйл явцПесковын дүрмийг дагаж мөрддөг бөгөөд үүнд: хатуу биетийн гадаргуу дээр тэдгээр ионууд голчлон шингэж, өөрийн болор торыг нөхөх чадвартай байдаг. Хэрэв эдгээр ионууд хоорондоо холбоотой эсвэл шинж чанар, хэлбэрийн (хэмжээ) ижил төстэй байвал энэ нь боломжтой юм.
Адсорбцийн үед мицеллийн цөм дээр эерэг эсвэл сөрөг цэнэгтэй ионуудын давхарга үүсдэг ба үүнийг потенциал тодорхойлох ионууд гэж нэрлэдэг. Электростатик хүчний улмаас үүссэн цэнэглэгдсэн дүүргэгч нь уусмалаас эсрэг ионуудыг (эсрэг цэнэгтэй ион) татдаг. Тиймээс коллоид бөөмс нь олон давхаргат бүтэцтэй байдаг. Мицел нь хоёр төрлийн эсрэг цэнэгтэй ионуудаас бүрдсэн диэлектрик давхаргыг олж авдаг.
Hydrosol BaSO4
Жишээ болгон барийн хлоридын илүүдлээр бэлтгэсэн коллоид уусмал дахь барийн сульфатын мицеллийн бүтцийг авч үзэх нь тохиромжтой. Энэ процесс нь урвалын тэгшитгэлтэй тохирч байна:
BaCl2(p) + Na2SO4(p)=BaSO 4(t) + 2NaCl(p).
Усанд бага зэрэг уусдаг барийн сульфат нь m-р тооны BaSO молекулуудаас үүссэн микрокристалл дүүргэгчийг үүсгэдэг4. Энэ дүүргэгчийн гадаргуу нь Ba2+ ионуудын n-р хэмжээг шингээж авдаг. 2(n - x) Cl- ионууд нь потенциал тодорхойлох ионы давхаргад холбогдсон. Үлдсэн эсрэг ионууд (2x) нь сарнисан давхаргад байрладаг. Өөрөөр хэлбэл, энэ мицеллийн мөхлөг эерэг цэнэгтэй болно.
Хэрэв натрийн сульфатыг хэтрүүлэн хэрэглэвэлПотенциал тодорхойлох ионууд нь SO42- ионууд, эсрэг ионууд нь Na+ байх болно.. Энэ тохиолдолд мөхлөгийн цэнэг сөрөг байх болно.
Энэ жишээ нь мицеллийн мөхлөгийн цэнэгийн тэмдэг нь түүнийг бэлтгэх нөхцлөөс шууд хамаардаг болохыг тодорхой харуулж байна.
Мицеллүүдийг бүртгэж байна
Мицеллүүдийн химийн бүтэц, түүнийг илэрхийлэх томьёо нь хэтрүүлэн авсан бодисоор тодорхойлогддогийг өмнөх жишээ харуулсан. Зэсийн сульфидын гидрозолын жишээн дээр коллоид бөөмийн бие даасан хэсгүүдийн нэрийг бичих аргуудыг авч үзье. Үүнийг бэлтгэхийн тулд натрийн сульфидын уусмалыг илүүдэл зэсийн хлоридын уусмал руу аажмаар хийнэ:
CuCl2 + Na2S=CuS↓ + 2NaCl.
CuCl2-ээс их хэмжээгээр олж авсан CuS мицеллийн бүтцийг дараах байдлаар бичнэ:
{[mCuS]·nCu2+·xCl-}+(2n-x)·(2n-x)Cl-.
Коллоид бөөмийн бүтцийн хэсгүүд
Дөрвөлжин хаалтанд бүхэл бөөмийн суурь болох бага уусдаг нэгдлийн томъёог бичнэ. Үүнийг ихэвчлэн агрегат гэж нэрлэдэг. Ихэвчлэн дүүргэгчийг бүрдүүлдэг молекулуудын тоог латин m үсгээр бичдэг.
Уусмал дахь потенциал тодорхойлох ионууд илүүдэлтэй байна. Тэдгээр нь дүүргэгчийн гадаргуу дээр байрладаг бөгөөд томъёонд тэдгээрийг дөрвөлжин хаалтны дараа шууд бичдэг. Эдгээр ионуудын тоог n тэмдгээр тэмдэглэнэ. Эдгээр ионуудын нэр нь тэдний цэнэг нь мицеллийн мөхлөгийн цэнэгийг тодорхойлдог болохыг харуулж байна.
Мөхлөг нь цөм болон хэсгээс бүрддэгшингээх давхарга дахь эсрэг ионууд. Мөхлөгийн цэнэгийн утга нь потенциал тодорхойлох ба шингэсэн эсрэг ионуудын цэнэгийн нийлбэртэй тэнцүү байна: +(2n – x). Эсрэг ионуудын үлдсэн хэсэг нь сарнисан давхаргад байх ба мөхлөгийн цэнэгийг нөхдөг.
Хэрэв Na2S хэтрүүлэн авсан бол үүссэн коллоид мицеллийн хувьд бүтцийн схем нь:
{[m(CuS)]∙nS2–∙xNa+}–(2n – x) ∙(2n – x)Na+.
Гадаргуугийн идэвхт бодисын мицеллүүд
Усан дахь гадаргуугийн идэвхтэй бодисын (гадаргуугийн идэвхт бодис) хэт өндөр концентрацитай тохиолдолд тэдгээрийн молекулуудын (эсвэл ионуудын) агрегатууд үүсч эхэлдэг. Эдгээр томорсон хэсгүүд нь бөмбөрцөг хэлбэртэй бөгөөд тэдгээрийг Гартли-Ребиндер мицелл гэж нэрлэдэг. Бүх гадаргуугийн идэвхтэй бодисууд ийм чадвартай байдаггүй, харин зөвхөн гидрофобик ба гидрофилик хэсгүүдийн харьцаа оновчтой байдаг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Энэ харьцааг гидрофиль-липофилийн тэнцвэр гэж нэрлэдэг. Тэдний туйлын бүлгүүдийн нүүрсустөрөгчийн цөмийг уснаас хамгаалах чадвар нь мөн чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.
Гадаргуугийн идэвхтэй бодисын молекулуудын нэгдэл нь тодорхой хуулийн дагуу үүсдэг:
- бага молекултай бодисуудаас ялгаатай нь агрегатууд нь m өөр тооны молекулуудыг агуулж болно, гадаргуугийн идэвхтэй бодисын мицелүүд нь тодорхой тооны молекулуудын тусламжтайгаар боломжтой байдаг;
- хэрэв органик бус бодисын хувьд мицеллизацийн эхлэл нь уусах чадварын хязгаараар тодорхойлогддог бол органик гадаргуугийн идэвхт бодисын хувьд мицеллизацийн чухал концентрацид хүрсэнээр тодорхойлогддог;
- эхлээд уусмал дахь мицелүүдийн тоо нэмэгдэж, дараа нь хэмжээ нь нэмэгддэг.
концентраци нь мицеллийн хэлбэрт үзүүлэх нөлөө
Гадаргуу идэвхтэй бодисын мицеллийн бүтцэд уусмал дахь концентраци нь нөлөөлдөг. Зарим утгууддаа хүрмэгц коллоид хэсгүүд хоорондоо харилцан үйлчилж эхэлдэг. Энэ нь тэдний хэлбэрийг дараах байдлаар өөрчлөхөд хүргэдэг:
- бөмбөрцөг нь эллипсоид болж, дараа нь цилиндр болж хувирдаг;
- цилиндрүүдийн өндөр концентраци нь зургаан өнцөгт фаз үүсэхэд хүргэдэг;
- зарим тохиолдолд давхарга болон хатуу талст (савангийн тоосонцор) гарч ирдэг.
Мицеллүүдийн төрөл
Дотоод бүтцийн зохион байгуулалтын онцлогоос хамааран суспенсоид, мицелляр коллоид, молекул коллоид гэсэн гурван төрлийн коллоид системийг ялгадаг.
Суспенсоид нь эргэлт буцалтгүй коллоид, мөн лиофобик коллоид байж болно. Энэ бүтэц нь металлын уусмал, түүнчлэн тэдгээрийн нэгдлүүдийн (янз бүрийн исэл ба давс) ердийн зүйл юм. Суспенсоидуудаас үүссэн тархсан фазын бүтэц нь нягт бодисын бүтцээс ялгаатай биш юм. Энэ нь молекул эсвэл ионы талст тортой. Суспензээс ялгаатай нь илүү их тархалттай байдаг. Ууршсаны дараа тэдгээрийн уусмалыг энгийн уусгах замаар уусмал болгон хувиргах боломжгүй хуурай тунадас үүсгэх чадвараар эргэлт буцалтгүй байдал илэрдэг. Тархсан фаз ба дисперсийн орчин хоорондын харилцан үйлчлэл сул тул тэдгээрийг лиофобик гэж нэрлэдэг.
Мицелляр коллоид нь коллоид хэсгүүд нь үүссэн уусмал юм.атомын туйл бүлгүүд болон туйл бус радикал агуулсан дифилийн молекулуудыг наах үед. Жишээ нь: саван ба гадаргуугийн идэвхтэй бодисууд. Ийм мицеллийн молекулууд нь дисперсийн хүчээр баригддаг. Эдгээр коллоидуудын хэлбэр нь зөвхөн бөмбөрцөг хэлбэртэй биш, мөн давхарга хэлбэртэй байж болно.
Молекул коллоид нь тогтворжуулагчгүйгээр нэлээд тогтвортой байдаг. Тэдний бүтцийн нэгжүүд нь бие даасан макромолекулууд юм. Коллоид бөөмийн хэлбэр нь молекулын шинж чанар болон молекул доторх харилцан үйлчлэлээс хамаарч өөр өөр байж болно. Тиймээс шугаман молекул нь саваа эсвэл ороомог үүсгэж болно.
