Mifumo ya Colloid ni muhimu sana katika maisha ya mtu yeyote. Hii ni kutokana na ukweli kwamba karibu maji yote ya kibaiolojia katika kiumbe hai huunda colloids. Lakini matukio mengi ya asili (ukungu, moshi), udongo, madini, chakula, madawa pia ni mifumo ya colloidal.
Kipimo cha miundo kama hii, inayoakisi utungo na sifa mahususi, inachukuliwa kuwa molekuli kuu, au micelle. Muundo wa mwisho unategemea mambo kadhaa, lakini daima ni chembe ya multilayer. Nadharia ya kisasa ya kinetiki ya molekuli inazingatia suluhu za colloidal kama kisa maalum cha suluhu za kweli, zenye chembe kubwa zaidi za solute.
Njia za kupata suluhu za colloidal
Muundo wa micelle inayoundwa wakati mfumo wa colloidal unaonekana, inategemea kwa kiasi fulani utaratibu wa mchakato huu. Mbinu za kupata colloids zimegawanywa katika vikundi viwili tofauti kimsingi.
Njia za mtawanyiko zinahusishwa na usagaji wa chembe kubwa sana. Kulingana na utaratibu wa mchakato huu, mbinu zifuatazo zinatofautishwa.
- Kusafisha. Inaweza kufanywa kavu aunjia ya mvua. Katika kesi ya kwanza, imara ni ya kwanza kusagwa, na kisha tu kioevu huongezwa. Katika kesi ya pili, dutu hii imechanganywa na kioevu, na tu baada ya hayo inageuka kuwa mchanganyiko wa homogeneous. Usagaji hufanywa katika vinu maalum.
- Kuvimba. Kusaga kunapatikana kutokana na ukweli kwamba chembe za kutengenezea hupenya ndani ya awamu iliyotawanywa, ambayo inaambatana na upanuzi wa chembe zake hadi kujitenga.
- Mtawanyiko kwa ultrasound. Nyenzo ya kusagwa huwekwa kwenye kioevu na kuunganishwa.
- Mtawanyiko wa shoti ya umeme. Inadaiwa katika utengenezaji wa soli za chuma. Inafanywa kwa kuweka electrodes iliyofanywa kwa chuma cha kutawanyika ndani ya kioevu, ikifuatiwa na kutumia voltage ya juu kwao. Kama matokeo, safu ya voltaic huundwa ambayo chuma hunyunyiziwa na kisha kuunganishwa kuwa suluhisho.
Njia hizi zinafaa kwa chembe za colloidal za lyophilic na lyophobic. Muundo wa micelle unafanywa wakati huo huo na uharibifu wa muundo asili wa solid.
Njia za kuganda
Kundi la pili la mbinu kulingana na upanuzi wa chembe huitwa ufupisho. Utaratibu huu unaweza kutegemea matukio ya kimwili au kemikali. Mbinu za kufidia kimwili ni pamoja na zifuatazo.
- Ubadilishaji wa kiyeyusho. Inakuja kwa uhamisho wa dutu kutoka kwa kutengenezea moja, ambayo hupasuka vizuri sana, hadi nyingine, ambayo umumunyifu ni chini sana. Matokeo yake, chembe ndogoitaunganishwa katika mijumuisho mikubwa na suluhu ya colloidal itaonekana.
- Uboreshaji wa mvuke. Mfano ni ukungu, ambao chembe zake zinaweza kutua kwenye sehemu zenye baridi kali na kukua polepole zaidi.
Mbinu za kufidia kemikali ni pamoja na baadhi ya athari za kemikali zinazoambatana na kunyesha kwa muundo changamano:
- Kubadilisha ion: NaCl + AgNO3=AgCl↓ + NaNO3.
- Michakato ya Redox: 2H2S + O2=2S↓ + 2H2O.
- Hydrolysis: Al2S3 + 6H2O=2Al(OH) 3↓ + 3H2S.
Masharti ya kufidia kemikali
Muundo wa viini vilivyoundwa wakati wa athari hizi za kemikali hutegemea ziada au upungufu wa dutu inayohusika. Pia, kwa kuonekana kwa suluhu za colloidal, ni muhimu kuzingatia idadi ya masharti ambayo yanazuia mvua ya kiwanja cha mumunyifu kidogo:
- maudhui ya dutu katika miyeyusho mchanganyiko inapaswa kuwa ya chini;
- kasi yao ya kuchanganya inapaswa kuwa ya chini;
- moja ya suluhu inapaswa kuchukuliwa kupita kiasi.
Muundo wa Micelle
Sehemu kuu ya micelle ndio msingi. Inaundwa na idadi kubwa ya atomi, ions na molekuli ya kiwanja kisichoweza kuingizwa. Kawaida msingi una sifa ya muundo wa fuwele. Uso wa kiini una hifadhi ya nishati ya bure, ambayo inafanya uwezekano wa kuchagua ioni za adsorb kutoka kwa mazingira. Utaratibu huuinatii sheria ya Peskov, ambayo inasema: juu ya uso wa imara, ioni hizo zinatangazwa kwa kiasi kikubwa ambazo zina uwezo wa kukamilisha kimiani yake ya kioo. Hili linawezekana ikiwa ioni hizi zinahusiana au zinafanana kwa asili na umbo (ukubwa).
Wakati wa utangazaji, safu ya ioni zenye chaji chanya au hasi, inayoitwa ioni zinazoweza kuamua, huundwa kwenye msingi wa micelle. Kwa sababu ya nguvu za kielektroniki, jumla ya chaji inayotokana huvutia kaunta (ioni zilizo na chaji kinyume) kutoka kwa suluhisho. Kwa hivyo, chembe ya colloidal ina muundo wa multilayer. Miseli hupata safu ya dielectri iliyojengwa kutoka kwa aina mbili za ioni zilizo na chaji kinyume.
Hydrosol BaSO4
Kwa mfano, inafaa kuzingatia muundo wa micelle ya salfati ya bariamu katika mmumunyo wa colloidal uliotayarishwa kwa ziada ya kloridi ya bariamu. Mchakato huu unalingana na mlingano wa majibu:
BaCl2(p) + Na2SO4(p)=BaSO 4(t) + 2NaCl(p).
Inayeyuka kidogo katika maji, salfati ya bariamu huunda mkusanyiko wa fuwele ndogo iliyojengwa kutoka kwa nambari ya m-th ya molekuli za BaSO4. Uso wa jumla huu huvutia kiasi cha n-th cha ioni za Ba2+. 2(n - x) Cl- ioni zimeunganishwa kwenye safu ya ioni zinazoweza kubainisha. Na wengine wa counterions (2x) iko katika safu ya kuenea. Yaani, chembechembe ya micelle hii itachajiwa vyema.
Iwapo salfati ya sodiamu itachukuliwa kwa ziada, basiioni zinazoweza kubainisha zitakuwa SO42- ioni, na viunzi vitakuwa Na+. Katika hali hii, chaji ya chembechembe itakuwa hasi.
Mfano huu unaonyesha kwa uwazi kwamba ishara ya chaji ya chembechembe ya micelle inategemea moja kwa moja na masharti ya utayarishaji wake.
Micelles ya kurekodi
Mfano uliopita ulionyesha kuwa muundo wa kemikali wa micelles na fomula inayoakisi hubainishwa na dutu inayochukuliwa kupita kiasi. Hebu tuchunguze njia za kuandika majina ya sehemu za kibinafsi za chembe ya colloidal kwa kutumia mfano wa hydrosol ya sulfidi ya shaba. Ili kuitayarisha, mmumunyo wa salfidi ya sodiamu hutiwa polepole ndani ya kiasi cha ziada cha myeyusho wa kloridi ya shaba:
CuCl2 + Na2S=CuS↓ + 2NaCl.
Muundo wa CuS micelle iliyopatikana zaidi ya CuCl2 imeandikwa hivi:
{[mCuS]·nCu2+·xCl-}+(2n-x)·(2n-x)Cl-.
Sehemu za muundo wa chembe ya colloidal
Katika mabano ya mraba andika fomula ya mchanganyiko unaoyeyuka kwa kiasi, ambao ndio msingi wa chembe nzima. Kwa kawaida huitwa mkusanyiko. Kwa kawaida, idadi ya molekuli zinazounda jumla huandikwa kwa herufi ya Kilatini m.
Iyoni zinazoweza kubainisha zimo katika suluhu ya ziada. Ziko juu ya uso wa jumla, na katika formula zimeandikwa mara moja baada ya mabano ya mraba. Idadi ya ioni hizi inaonyeshwa na ishara n. Jina la ioni hizi linaonyesha kuwa chaji yao huamua malipo ya chembechembe za micelle.
Chembechembe huundwa na kiini na sehemucounterions katika safu ya adsorption. Thamani ya malipo ya chembechembe ni sawa na jumla ya gharama za kaunta zinazoweza kubainisha na zenye matangazo: +(2n – x). Sehemu iliyobaki ya vihesabio iko kwenye safu ya msambao na hufidia malipo ya chembechembe.
Ikiwa Na2S ilichukuliwa kupita kiasi, basi kwa micelle ya colloidal iliyoundwa mpango wa muundo ungeonekana kama:
{[m(CuS)]∙nS2–∙xNa+}–(2n – x) ∙(n2 – x)Na+.
Miseli ya viboreshaji
Iwapo mkusanyiko wa vitu vinavyofanya kazi kwenye uso (vipitishio) katika maji ni vingi mno, mijumuisho ya molekuli (au ayoni) inaweza kuanza kuunda. Chembe hizi zilizopanuliwa zina umbo la tufe na huitwa micelles ya Gartley-Rebinder. Ikumbukwe kwamba sio wasaidizi wote wana uwezo huu, lakini ni wale tu ambao uwiano wa sehemu za hydrophobic na hydrophilic ni bora. Uwiano huu unaitwa usawa wa hydrophilic-lipophilic. Uwezo wa vikundi vyao vya polar kulinda msingi wa hidrokaboni kutoka kwa maji pia una jukumu muhimu.
Jumla za molekuli za surfactant huundwa kwa mujibu wa sheria fulani:
- tofauti na dutu zenye molekuli ya chini, mijumuisho ambayo inaweza kujumuisha idadi tofauti ya molekuli m, kuwepo kwa miseli ya surfactant kunawezekana kwa idadi iliyobainishwa kabisa ya molekuli;
- ikiwa kwa dutu isokaboni mwanzo wa uchanganyaji hubainishwa na kikomo cha umumunyifu, basi kwa viambata vya kikaboni hubainishwa na kufikiwa kwa viwango muhimu vya uchanganyaji;
- kwanza, idadi ya micelles kwenye suluhu huongezeka, na kisha ukubwa wao huongezeka.
Athari ya umakini kwenye umbo la micelle
Muundo wa miseli ya surfactant huathiriwa na ukolezi wao katika myeyusho. Baada ya kufikia baadhi ya maadili yake, chembe za colloidal huanza kuingiliana na kila mmoja. Hii husababisha umbo lao kubadilika kama ifuatavyo:
- tufe hugeuka kuwa duaradufu na kisha kuwa silinda;
- mkusanyiko wa juu wa mitungi husababisha uundaji wa awamu ya hexagonal;
- katika baadhi ya matukio, awamu ya lamela na fuwele thabiti (chembe za sabuni) huonekana.
Aina za micelles
Aina tatu za mifumo ya colloidal hutofautishwa kulingana na upekee wa mpangilio wa muundo wa ndani: suspensoids, colloids ya micellar, koloidi za molekuli.
Suspensoids inaweza kuwa koloidi zisizoweza kutenduliwa, pamoja na colloids zinazofoka. Muundo huu ni wa kawaida kwa ufumbuzi wa metali, pamoja na misombo yao (oksidi mbalimbali na chumvi). Muundo wa awamu iliyotawanywa inayoundwa na suspensoids haina tofauti na muundo wa dutu ya kompakt. Ina kimiani ya kioo ya molekuli au ionic. Tofauti kutoka kwa kusimamishwa ni mtawanyiko wa juu. Kutoweza kutenduliwa kunadhihirishwa katika uwezo wa suluhu zao baada ya uvukizi ili kuunda mvua kavu, ambayo haiwezi kubadilishwa kuwa sol kwa kufutwa rahisi. Zinaitwa lyophobic kwa sababu ya mwingiliano dhaifu kati ya awamu iliyotawanywa na njia ya utawanyiko.
Micellar koloidi ni miyeyusho ambayo chembechembe za koloidi huundwawakati wa kushikamana na molekuli za diphilic zilizo na vikundi vya polar vya atomi na radicals zisizo za polar. Mifano ni sabuni na viambata. Molekuli katika micelles vile hushikiliwa na nguvu za utawanyiko. Umbo la koloidi hizi linaweza kuwa sio tu la duara, bali pia lamela.
Koloidi za molekuli ni thabiti bila vidhibiti. Vitengo vyao vya kimuundo ni macromolecules ya mtu binafsi. Sura ya chembe ya colloid inaweza kutofautiana kulingana na sifa za mwingiliano wa molekuli na intramolecular. Kwa hivyo molekuli ya mstari inaweza kuunda fimbo au koili.
