Vitu vingi vinavyotuzunguka ni mchanganyiko wa vitu mbalimbali, kwa hivyo uchunguzi wa mali zao una jukumu muhimu katika maendeleo ya kemia, dawa, tasnia ya chakula na sekta zingine za uchumi. Makala yanajadili masuala ya kiwango cha mtawanyiko, na jinsi inavyoathiri sifa za mfumo.
Mifumo ya kutawanya ni nini?
Kabla ya kujadili kiwango cha mtawanyiko, ni muhimu kufafanua kwa mifumo ipi dhana hii inaweza kutumika.
Hebu fikiria kuwa tuna vitu viwili tofauti ambavyo vinaweza kutofautiana kutoka kwa kila mmoja katika muundo wa kemikali, kwa mfano, chumvi ya meza na maji safi, au katika hali ya kukusanyika, kwa mfano, maji sawa katika kioevu na kigumu. barafu) majimbo. Sasa unahitaji kuchukua na kuchanganya vitu hivi viwili na kuchanganya kwa nguvu. Matokeo yatakuwa nini? Inategemea ikiwa mmenyuko wa kemikali ulifanyika wakati wa kuchanganya au la. Wakati wa kuzungumza juu ya mifumo iliyotawanyika, inaaminika kwamba wakati waohakuna mmenyuko hutokea katika uundaji, yaani, vitu vya awali huhifadhi muundo wao katika kiwango kidogo na tabia zao za asili, kama vile msongamano, rangi, upitishaji wa umeme, na wengine.
Hivyo, mfumo uliotawanywa ni mchanganyiko wa kimakanika, matokeo yake vitu viwili au zaidi huchanganyikana. Inapoundwa, dhana za "utawanyiko wa kati" na "awamu" hutumiwa. Ya kwanza ina mali ya kuendelea ndani ya mfumo na, kama sheria, hupatikana ndani yake kwa kiasi kikubwa cha jamaa. Awamu ya pili (ya kutawanywa) ina sifa ya mali ya kutoendelea, yaani, katika mfumo ni katika mfumo wa chembe ndogo, ambazo zimepunguzwa na uso unaowatenganisha kutoka kwa kati.
Mifumo yenye usawa na tofauti
Ni wazi kwamba vipengele hivi viwili vya mfumo uliotawanywa vitatofautiana katika sifa zao za kimaumbile. Kwa mfano ukitupa mchanga kwenye maji na kuukoroga ni wazi kuwa chembechembe za mchanga zilizopo kwenye maji ambayo muundo wake wa kemikali ni SiO2 hazitatofautiana. kwa njia yoyote kutoka kwa serikali wakati hawakuwa ndani ya maji. Katika hali kama hizo, mtu anazungumza juu ya tofauti. Kwa maneno mengine, mfumo tofauti ni mchanganyiko wa awamu kadhaa (mbili au zaidi). Mwisho unaeleweka kama kiasi fulani cha mwisho cha mfumo, ambacho kina sifa ya mali fulani. Katika mfano ulio hapo juu, tuna awamu mbili: mchanga na maji.
Hata hivyo, saizi ya chembechembe za awamu iliyotawanywa zinapoyeyushwa kwa njia yoyote inaweza kuwa ndogo sana hivi kwamba zinakoma kuonyesha sifa zao binafsi. Katika kesi hii, mtu anazungumzavitu vyenye homogeneous au homogeneous. Ingawa zina vyenye vipengele kadhaa, vyote huunda awamu moja katika kiasi kizima cha mfumo. Mfano wa mfumo wa homogeneous ni suluhisho la NaCl katika maji. Inapoyeyuka, kwa sababu ya mwingiliano wa molekuli za polar H2O, fuwele ya NaCl hutengana na kuwa miunganisho tofauti (Na+) na anions (Cl--). Zimechanganyika kwa usawa na maji, na haiwezekani tena kupata kiolesura kati ya kiyeyushi na kiyeyusho katika mfumo kama huo.
Ukubwa wa chembe
Kiwango cha mtawanyiko ni kipi? Thamani hii inahitaji kuzingatiwa kwa undani zaidi. Anawakilisha nini? Inawiana kinyume na saizi ya chembe ya awamu iliyotawanywa. Ni sifa hii ambayo inasimamia uainishaji wa dutu zote zinazozingatiwa.
Wanaposoma mifumo ya kutawanya, wanafunzi mara nyingi huchanganyikiwa katika majina yao, kwa sababu wanaamini kuwa uainishaji wao pia unatokana na hali ya kujumlisha. Hii si kweli. Mchanganyiko wa majimbo tofauti ya mkusanyiko kweli yana majina tofauti, kwa mfano, emulsions ni vitu vya maji, na erosoli tayari zinaonyesha uwepo wa awamu ya gesi. Hata hivyo, sifa za mifumo ya kutawanya hutegemea hasa ukubwa wa chembe ya awamu iliyoyeyushwa ndani yake.
Uainishaji unaokubalika kwa ujumla
Uainishaji wa mifumo ya kutawanya kulingana na kiwango cha mtawanyiko umetolewa hapa chini:
- Ikiwa ukubwa wa chembe masharti ni chini ya nm 1, basi mifumo kama hii inaitwa suluhu halisi au la kweli.
- Ikiwa ukubwa wa chembe masharti ni kati ya nm 1 na100 nm, kisha dutu inayohusika itaitwa myeyusho wa colloidal.
- Ikiwa chembe ni kubwa kuliko nm 100, basi tunazungumzia kusimamishwa au kusimamishwa.
Kuhusiana na uainishaji hapo juu, hebu tufafanue mambo mawili: kwanza, takwimu zilizotolewa ni dalili, yaani, mfumo ambao ukubwa wa chembe ni 3 nm si lazima colloid, inaweza pia kuwa kweli. suluhisho. Hii inaweza kuanzishwa kwa kusoma mali zake za kimwili. Pili, unaweza kugundua kuwa orodha hutumia kifungu "ukubwa wa masharti". Hii ni kutokana na ukweli kwamba sura ya chembe katika mfumo inaweza kuwa kiholela kabisa, na kwa ujumla ina jiometri tata. Kwa hivyo, wanazungumza kuhusu saizi ya wastani (ya masharti) yao.
Baadaye katika makala tutatoa maelezo mafupi ya aina mashuhuri za mifumo ya tawanyisho.
Suluhu za Kweli
Kama ilivyoelezwa hapo juu, kiwango cha mtawanyiko wa chembe katika miyeyusho halisi ni ya juu sana (ukubwa wao ni mdogo sana, < nm 1) hivi kwamba hakuna kiolesura kati yao na kiyeyushi (kati), yaani, pale. ni mfumo wa homogeneous wa awamu moja. Kwa ukamilifu wa habari, tunakumbuka kwamba saizi ya atomi iko kwenye mpangilio wa angstrom moja (0.1 nm). Nambari ya mwisho inaonyesha kwamba chembe katika suluhu halisi zina ukubwa wa atomiki.
Sifa kuu za suluhu za kweli zinazozitofautisha na koloidi na kusimamishwa ni kama ifuatavyo:
- Hali ya suluhu ipo kwa muda mrefu bila kubadilika, yaani, hakuna mvua ya awamu iliyotawanywa inayoundwa.
- Imeyeyushwadutu hii haiwezi kutenganishwa na kiyeyushi kwa kuchujwa kupitia karatasi wazi.
- Dutu hii pia haijatenganishwa kwa sababu ya mchakato wa kupita kwenye utando wa vinyweleo, unaoitwa dialysis katika kemia.
- Inawezekana kutenganisha kiyeyushi kutoka kwa kiyeyushi kwa kubadilisha tu hali ya mkusanyo wa mwisho, kwa mfano, kwa uvukizi.
- Kwa suluhu bora, elektrolisisi inaweza kufanywa, yaani, mkondo wa umeme unaweza kupitishwa ikiwa tofauti inayoweza kutokea (elektrodi mbili) itatumika kwenye mfumo.
- Hawatawanyi mwanga.
Mfano wa suluhu za kweli ni kuchanganya chumvi mbalimbali na maji, kwa mfano, NaCl (chumvi ya mezani), NaHCO3 (baking soda), KNO 3(nitrati ya potasiamu) na zingine.
Suluhisho za Colloid
Hii ni mifumo ya kati kati ya suluhu halisi na kusimamishwa. Walakini, wana idadi ya sifa za kipekee. Hebu tuorodheshe:
- Zinaimarika kiufundi kwa muda mrefu kiholela ikiwa hali ya mazingira haitabadilika. Inatosha kupasha joto mfumo au kubadilisha asidi yake (thamani ya pH), colloid inapoganda (inashuka).
- Hazitenganishwi kwa kutumia karatasi ya chujio, hata hivyo, mchakato wa dayalisisi husababisha kutenganishwa kwa awamu iliyotawanywa na ya kati.
- Kama ilivyo kwa suluhu za kweli, zinaweza kuwekwa kielektroniki.
- Kwa mifumo ya uwazi ya colloidal, kinachojulikana kama madoido ya Tyndall ni tabia: kupitisha mwale wa mwanga kupitia mfumo huu, unaweza kuiona. Imeunganishwa nakutawanya kwa mawimbi ya sumakuumeme katika sehemu inayoonekana ya wigo katika pande zote.
- Uwezo wa kutangaza vitu vingine.
Mifumo ya Colloidal, kwa sababu ya sifa zilizoorodheshwa, hutumiwa sana na wanadamu katika nyanja mbalimbali za shughuli (sekta ya chakula, kemia), na pia mara nyingi hupatikana katika asili. Mfano wa colloid ni siagi, mayonnaise. Kwa asili, haya ni ukungu, mawingu.
Kabla ya kuendelea na maelezo ya tabaka la mwisho (la tatu) la mifumo ya kutawanya, hebu tueleze kwa undani zaidi baadhi ya sifa zilizotajwa za koloidi.
Suluhu za colloidal ni zipi?
Kwa aina hii ya mifumo ya kutawanya, uainishaji unaweza kutolewa, kwa kuzingatia hali tofauti za jumla za kati na awamu iliyoyeyushwa ndani yake. Ifuatayo ni jedwali sambamba/
| Jumatano/Awamu | Gesi | Kioevu | Mwili mgumu |
| gesi | gesi zote huyeyuka ndani ya nyingine, kwa hivyo hutengeneza suluhu za kweli kila wakati | erosoli (ukungu, mawingu) | erosoli (moshi) |
| kioevu | povu (kunyoa, cream iliyopigwa) | emulsion (maziwa, mayonesi, mchuzi) | sol (rangi za maji) |
| mwili imara | povu (pumice, chokoleti yenye hewa) | gel (gelatin, jibini) | sol (fuwele ya rubi, granite) |
Jedwali linaonyesha kuwa dutu ya colloidal inapatikana kila mahali, katika maisha ya kila siku na asili. Kumbuka kwamba meza sawa inaweza pia kutolewa kwa kusimamishwa, kukumbuka kuwa tofauti nacolloids ndani yao ni tu katika ukubwa wa awamu ya kutawanywa. Hata hivyo, kusimamishwa si dhabiti kiufundi na kwa hivyo hakufai kwa vitendo kuliko mifumo ya colloidal.
Sababu ya uthabiti wa mitambo ya koloidi
Kwa nini mayonesi inaweza kulala kwenye jokofu kwa muda mrefu, na chembe zilizosimamishwa ndani yake hazinyeshi? Kwa nini chembe za rangi zilizoyeyushwa katika maji hatimaye "huanguka" chini ya chombo? Jibu la maswali haya litakuwa mwendo wa Brownian.
Aina hii ya harakati iligunduliwa katika nusu ya kwanza ya karne ya 19 na mwanasayansi wa mimea Mwingereza Robert Brown, ambaye aliona kwa darubini jinsi chembe ndogo za chavua zinavyosonga ndani ya maji. Kwa mtazamo wa kimwili, mwendo wa Brownian ni dhihirisho la harakati ya machafuko ya molekuli za kioevu. Kiwango chake huongezeka ikiwa joto la kioevu linafufuliwa. Ni aina hii ya harakati inayosababisha chembe ndogo za miyeyusho ya colloidal kusimamishwa.
Sifa ya Adsorption
Utawanyiko ni uwiano wa wastani wa ukubwa wa chembe. Kwa kuwa saizi hii katika colloids iko katika safu kutoka 1 nm hadi 100 nm, zina uso uliokuzwa sana, ambayo ni, uwiano wa S / m ni thamani kubwa, hapa S ni eneo la jumla la interface kati ya awamu mbili (kati ya utawanyiko). na chembe), m - jumla ya wingi wa chembe katika myeyusho.
Atomu zilizo kwenye uso wa chembechembe za awamu iliyotawanywa zina vifungo vya kemikali visivyojaa. Hii ina maana kwamba wanaweza kuunda misombo na wenginemolekuli. Kama sheria, misombo hii hutokea kwa sababu ya nguvu za van der Waals au vifungo vya hidrojeni. Zina uwezo wa kushikilia tabaka kadhaa za molekuli kwenye uso wa chembe za koloidal.
Mfano wa kawaida wa kiambatanisho ni kaboni iliyoamilishwa. Ni colloid, ambapo kati ya utawanyiko ni imara, na awamu ni gesi. Eneo mahususi kwa ajili yake linaweza kufikia 2500 m2/g.
Shahada ya unafuu na eneo mahususi la uso
Kuhesabu S/m si kazi rahisi. Ukweli ni kwamba chembe katika suluhisho la colloidal zina ukubwa tofauti, maumbo, na uso wa kila chembe una msamaha wa pekee. Kwa hivyo, njia za kinadharia za kutatua shida hii husababisha matokeo ya ubora, na sio kwa idadi kubwa. Hata hivyo, ni muhimu kutoa fomula ya eneo mahususi la uso kutoka kiwango cha mtawanyiko.
Iwapo tutachukulia kwamba chembe zote za mfumo zina umbo la duara na saizi sawa, basi kama matokeo ya hesabu za moja kwa moja, usemi ufuatao hupatikana: Sud=6/(dρ), ambapo Sud - eneo la uso (maalum), d - kipenyo cha chembe, ρ - msongamano wa dutu ambayo inajumuisha. Inaweza kuonekana kutoka kwa fomula kwamba chembe ndogo na nzito zaidi itachangia zaidi kwa wingi unaozingatiwa.
Njia ya majaribio ya kubainisha Sud ni kukokotoa ujazo wa gesi ambayo hutolewa na dutu inayochunguzwa, na pia kupima ukubwa wa tundu (awamu iliyotawanywa) ndani yake.
Kukausha-kugandisha nachukizo
Lyophilicity na lyophobicity - hizi ni sifa ambazo, kwa kweli, huamua kuwepo kwa uainishaji wa mifumo ya kutawanya kwa namna ambayo imetolewa hapo juu. Dhana zote mbili zina sifa ya kifungo cha nguvu kati ya molekuli za kutengenezea na solute. Ikiwa uhusiano huu ni mkubwa, basi wanazungumza juu ya lyophilicity. Kwa hivyo, suluhu zote za kweli za chumvi katika maji ni lyophilic, kwani chembe zake (ions) zimeunganishwa kwa umeme na molekuli za polar H2O. Ikiwa tutazingatia mifumo kama vile siagi au mayonesi, basi hizi ni wawakilishi wa koloidi za kawaida za haidrofobu, kwani molekuli za mafuta (lipid) ndani yake hufukuza molekuli za polar H2O.
Ni muhimu kutambua kwamba mifumo ya lyophobic (hidrophobic ikiwa kiyeyusho ni maji) haina uthabiti wa hali ya hewa, ambayo inaitofautisha na ile ya lyophilic.
Sifa za kusimamishwa
Sasa zingatia aina ya mwisho ya mifumo ya kutawanya - kusimamishwa. Kumbuka kwamba wao ni sifa ya ukweli kwamba chembe ndogo ndani yao ni kubwa kuliko au ya utaratibu wa 100 nm. Je, wana mali gani? Orodha sambamba imetolewa hapa chini:
- Hazina uimara kiufundi, kwa hivyo zinatengeneza mashapo katika muda mfupi.
- Zina mawingu na hazipewi mwangaza wa jua.
- Awamu inaweza kutenganishwa na wastani kwa karatasi ya kichungi.
Mifano ya kusimamishwa kwa asili ni pamoja na maji yenye tope kwenye mito au majivu ya volkeno. Matumizi ya kibinadamu ya kusimamishwa yanahusishwa kamakwa kawaida na dawa (masuluhisho ya dawa).
Mgando
Ni nini kinachoweza kusemwa kuhusu mchanganyiko wa dutu zenye viwango tofauti vya utawanyiko? Kwa sehemu, suala hili tayari limefunikwa katika makala, kwa kuwa katika mfumo wowote wa kutawanya chembe zina ukubwa ulio ndani ya mipaka fulani. Hapa tunazingatia kesi moja tu ya kushangaza. Nini kinatokea ikiwa unachanganya colloid na suluhisho la kweli la elektroliti? Mfumo wa uzani utavunjwa, na kuganda kwake kutatokea. Sababu yake iko katika ushawishi wa sehemu za umeme za ioni za suluhisho la kweli kwenye chaji ya uso ya chembe za koloidal.
