کلوئیدها(به یونانی: kolla glue + eidos view؛ syn. سیستم های کلوئیدی) - سیستم های پراکنده با ذرات نسبتاً بزرگ در مقایسه با مولکول های گازها و مایعات معمولی با شعاع 10 -9 - 10 -7 M یا 0.001 - 0.1 میکرون. K. می تواند محلول های کلوئیدی به نام sols (نگاه کنید به)، یا سیستم های ژلاتینی (ساختار یافته) - ژل (نگاه کنید به) و ژله. محلول های پروتئین ها، پلی ساکاریدها، اسیدهای نوکلئیک و سایر مواد فعال بیولوژیکی K. هستند که تحت نام کلی بیوکولوئیدها متحد می شوند. سیستم های کلوئیدی مبنایی را تشکیل می دهند که بدون آن تصور وجود همه موجودات زنده غیرممکن است.

K. در طبیعت گسترده هستند - آنها ارگانیسم های گیاهان، حیوانات و انسان را تشکیل می دهند؛ آنها در جو، اقیانوس ها، خاک و برخی مواد معدنی یافت می شوند. تولید تعدادی دارو، استخراج و فرآوری بسیاری از مواد معدنی، تولید مواد غذایی، پوشاک و کفش، ساخت و ساز و سایر مواد با ایجاد و اصلاح سیستم‌های کلوئیدی مرتبط است. آگاهی از خواص کلسیم برای درک بسیاری از فرآیندهای بیوشیمیایی و بیوفیزیکی، از جمله آنهایی که در بدن انسان اتفاق می‌افتد، مهم است. بسیاری از روش های توسعه یافته برای مطالعه K. به طور گسترده در حل مشکلات پیش روی پزشکی استفاده می شود.

باصطلاح دیسپرسوئیدها یا مواد میسلی که ذرات آنها در محیط اطراف خود نامحلول هستند که محیط پراکندگی نامیده می شود، یک فاز پراکنده را تشکیل می دهند. ذرات میسلی را لیوفوبیک نیز می‌نامند، بنابراین بر عدم وجود برهمکنش مستقیم بین ماده ذرات و محیط پراکندگی اطراف آنها تأکید می‌کنند. نمونه‌هایی از ترکیبات مایسلاری عبارتند از: نمک نقره مورد استفاده در عسل. به عنوان عوامل ضد عفونی کننده تحت نام های "collargol" و "protargol" عمل کنید، که در آن ذرات ریز نقره - میسل، متشکل از چند صد اتم، در یک محیط آبی معلق می شوند.

باصطلاح آنها می گویند کلوئیدهای مولکولی (ماکرومولکولی) محلول (یا ژله) ترکیبات با مولکولی بالا هستند. وزن (جرم) آنها بیش از 10000 است. اینها پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، پلی ساکاریدها و همچنین پلیمرهای مصنوعی متعدد هستند. محلول های رقیق K. مولکولی حاوی ذراتی هستند که به صورت تک تک بزرگ هستند (گاهی اوقات به شکل گلوله ها در می آیند - گلبول ها) مولکول ها - ماکرومولکول ها. محلول های با غلظت بالاتر حاوی به اصطلاح. ازدحام، یا همبستگان، متشکل از تعداد نسبتا کمی از ماکرومولکول. مولکول‌های مولکولی معمولاً سیستم‌های تک فازی (همگن) هستند و بنابراین، نام‌های «فاز پراکنده» و «محیط پراکندگی» را فقط می‌توان به صورت مشروط برای آنها اعمال کرد. قبلاً ترکیبات مولکولی لیوفیل نامیده می شدند، با این فرض که درجه حلالیت آنها (نگاه کنید به) بسیار زیاد است (یعنی پوسته های حلالیت لایه های پلی مولکولی حلال هستند)، اما اندازه گیری درجه حلالیت نشان داد که ترکیبات مولکولی بالا به همان میزان ترکیبات با وزن مولکولی کم حل می شوند. بنابراین، اصطلاحات "لیوفوبیک" و "لیوفیلیک"، با تاکید بر حضور حلال شدن مولکول های مولکولی و عدم وجود آن در سلول های میسلی، می توانند ناموفق تلقی شوند، زیرا برهمکنش با مولکول های محیط پراکندگی در سطح سلول های میسلی گاهی اوقات حتی رخ می دهد. به میزان بیشتری از K مولکولی.

علاوه بر دو نوع کلوئیدی که شرح داده شد، سیستم هایی به نام نیمه کلوئیدها یا نیمه کلوئیدها وجود دارد که در آنها می توان انتقال های تعادلی را مشاهده کرد: محلول واقعی ⇄ سل ⇄ ژل، به عنوان مثال، نشان دهنده محلول های واقعی در برخی شرایط، و سل ها در برخی دیگر، مایعات ساختاری، ژل ها این انتقال ها می توانند به صورت برگشت پذیر با تغییرات دما، غلظت، pH، قدرت یونی محلول (یعنی هنگام افزودن الکترولیت ها) رخ دهند. نمونه‌هایی از نیمه کلوئیدها شامل محلول‌های صابون و دیگر سورفکتانت‌ها، تانن‌ها (تانن‌های با منشأ گیاهی) و برخی رنگ‌های آلی (بنزوپورپورین، ژرانین و غیره) است. بیشترین مورد مطالعه سورفکتانت های کلوئیدی (CSAS) هستند. آنها به عنوان امولسیفایر مایعات کم محلول در آب، به عنوان مثال، در تولید لوازم آرایشی و دارویی، به عنوان عواملی که تشکیل پراکندگی برخی مواد جامد را تسهیل می کنند، به عنوان مثال، در غلظت شناور سنگ معدن، برای تصفیه پارچه استفاده می شود. در صنعت نساجی، به عنوان عوامل کف کننده در شرایط اطفاء حریق و به عنوان لخته کننده برای تصفیه آب (به لخته سازی مراجعه کنید).

انواع سورفکتانت های زیر وجود دارد: یونی (آنیونی، کاتیونی، آمفولیتیک)، غیر یونی.

سورفکتانت های آنیونی عبارتند از اسیدهای صفراوی (نگاه کنید به) و نمک های آنها - کلات ها، که به عنوان امولسیفایر در هنگام جذب چربی ها در روده ها، نمک ها (عمدتا سدیم) اسیدهای چرب بالاتر - استئاریک، پالمیتیک و غیره، که از دیرباز به عنوان مورد استفاده قرار می گیرند، عمل می کنند. صابون ها (نگاه کنید به. ) ، نمک های سدیم اسیدهای سولفونیک آلی - آلکیل و آلکیلاریل سولفونات ها و همچنین نمک های اسید استرهای اسید سولفوریک و الکل های چرب بالاتر که از جمله شوینده های مقرون به صرفه و مؤثر هستند (نگاه کنید به).

از میان سورفکتانت‌های کاتیونی، رایج‌ترین مورد استفاده نمک‌های آمونیوم چهارتایی آلی، پیریدین جایگزین‌شده با N-آلکیل و سایر مشتقات دارای خواص باکتری‌کشی هستند. آنها در پزشکی و همچنین در فناوری به عنوان بازدارنده های خوردگی اسیدی فلزات استفاده می شوند.

سورفکتانت های آمفولیتیک پلی پپتید و تا حدی پروتئین هستند (نگاه کنید به).

بسیاری از سورفکتانت‌های غیر یونی غیر سمی در صنایع غذایی (به عنوان مثال در نانوایی، شیرینی‌سازی، بستنی، تولید مارگارین) به عنوان لخته‌ساز، عوامل کف‌ساز یا امولسیون‌کننده استفاده می‌شوند.

مهم ترین مشخصه محلول های نیمه کلوئیدی غلظت بحرانی تشکیل میسل است، یعنی حداقل غلظت ماده محلول (mol/l،%)، که در آن فاز کلوئیدی را می توان به صورت تجربی تشخیص داد. تشکیل میسل ها در محلول های نیمه کلوئیدی را می توان با افزایش شدت نور پراکنده مشاهده کرد. مقدار غلظت بحرانی با اندازه گیری تغییر در کشش سطحی، هدایت الکتریکی و سایر پارامترهای مرتبط با تغییرات در غلظت نیمه کلوئید تعیین می شود.

اندازه بزرگ میسل های سورفکتانت ها و ساختار ویژه آنها پدیده انحلال (نگاه کنید به)، اتصال آبگریز یا انحلال کلوئیدی (معمولاً در آب اگر سورفکتانت در آن وجود داشته باشد) موادی را توضیح می دهد که عملاً بدون آنها در آب نامحلول هستند.

تهیه محلول های ترکیبات مولکولی از ترکیبات مولکولی بالا معمولاً هیچ مشکلی ایجاد نمی کند، بنابراین، تمام روش های آماده سازی در نظر گرفته شده فقط برای ترکیبات میسلی اعمال می شود.

سیستم های پراکنده، از جمله مواد شیمیایی، به دو روش متضاد به دست می آیند: 1) با خرد کردن، یا پراکندگی ذرات درشت و نسبتا بزرگ به ذرات کوچکتر. اینها روشهای پراکندگی (نگاه کنید به)، یا پراکندگی هستند. 2) با تجمع مولکول ها به ذرات بزرگتر (به تجمع مراجعه کنید). این‌ها روش‌های تراکم هستند که با قیاس با فرآیندهای تراکم که برای مثال زمانی که قطرات مه از بخار تشکیل می‌شوند، نامگذاری شده‌اند.

روش های پراکندگی معمولاً برای به دست آوردن سیستم های درشت - پراکندگی ها، یعنی سوسپانسیون ها، امولسیون ها و پودرها استفاده می شود. در عمل، اینها روشهای آسیاب مکانیکی و اولتراسونیک مواد اولیه، و برای ذرات معلق در هوا - پاشش آنها است. تولید نمک با پاشش الکتریکی در یک قوس ولتایی از الکترودهای فلزی که در یک محیط پراکندگی قرار می‌گیرند را فقط می‌توان مشروط به عنوان پراکندگی در نظر گرفت، زیرا در دمای قوس بالا، فلز الکترودها ابتدا تبخیر می‌شود و سپس متراکم می‌شود و ذرات کلوئیدی را تشکیل می‌دهد. در عین حال، جداسازی ذرات به طور مستقیم می تواند از الکترودها و ورود به محیط پراکندگی رخ دهد. پپتیزاسیون (نگاه کنید به)، یعنی تشکیل سل از ژل یا رسوبات سست تحت تأثیر مواد خاصی - پپتایزرها، که در سطح ذرات کلوئیدی جذب می شوند و به آنها میل ترکیبی برای محیط پراکندگی می دهند، نیز نمی توانند تنها به آن نسبت داده شوند. روش های پراکندگی، زیرا در حین پپتیزاسیون، تغییری در درجه پراکندگی ذرات تشکیل دهنده ژل (یا رسوب) ایجاد نمی شود، بلکه فقط ذرات موجود جدا می شوند.

انتخاب نوع سنگ زنی مواد جامد به خواص آنها بستگی دارد: مواد شکننده در اثر ضربه خرد می شوند، چسبناک - با سایش. در آسیاب های گلوله ای - هموژنایزرها (نگاه کنید به هموژن ها) از نوع خاصی - می توانید ذراتی به قطر 2-3 میکرون بدست آورید، به خصوص اگر از ارتعاش استفاده شود. سنگ زنی ریزتر در اصطلاح به دست می آید. آسیاب های کلوئیدی، که به دست آوردن سوسپانسیون هایی با اندازه ذرات متوسط ​​1 میکرون امکان پذیر است (یعنی تولید کلسیم با کمک آنها هنوز به دست نیامده است).

پراکندگی اولتراسونیک به دلیل کاویتاسیون امواج اولتراسونیک رخ می دهد که مواد را از بین می برد. درجه پراکندگی با افزایش فرکانس ارتعاشات اولتراسونیک افزایش می یابد. آئروسل ها را می توان با استفاده از امواج فراصوت با اسپری مایعات یا محلول های مایع به دست آورد. روشی که به دست آوردن پتاسیم با غلظت بالایی از فاز پراکنده را ممکن می سازد در عسل استفاده می شود. تمرین برای به دست آوردن آئروسل از محلول های آبی آنتی بیوتیک ها.

اسپری یک محلول با هوای فشرده با استفاده از بطری اسپری از دیرباز برای تولید آئروسل ها از جمله در پزشکی استفاده می شده است. اگر بطری اسپری به یک قطب ولتاژ الکتریکی متصل شود، آئروسل های پایدارتری در میدان الکتریکی به دست می آیند. این صنعت دستگاه هایی را برای به دست آوردن مواد دارویی به شکل چنین ذرات معلق در هوا تولید می کند.

تشکیل محلول های پتاسیم مولکولی نیز گاهی به عنوان پراکندگی در نظر گرفته می شود. با این حال، در این مورد، تورم نامحدود ممکن است رخ دهد که به انحلال ختم می‌شود؛ یک فاز جدید (پراکنده) ایجاد نمی‌شود، یا ژله‌های متورم تشکیل می‌شوند که در تعادل با محلولی حاوی کسرهای با وزن مولکولی پایین‌تر از ترکیبات با وزن مولکولی بالا هستند. محلول های K. وجود دارد که در آنها مولکول های بزرگ ترکیبات مولکولی بالا، که در یک "حلال بد" قرار دارند، به شکل یک توپ متراکم - یک گلوله، که رابط واضحی با محیط خود دارد، می پیچند. چنین گلبول هایی در محلول های پروتئینی یافت می شوند. شیره شیری بسیاری از گیاهان (مثلاً گیاهان لاستیک)، و همچنین لاتکس های مصنوعی، که در آنها ذرات نورد شده (معمولا بزرگتر از کلوئیدی) در محیط آبی قرار دارند، شبیه به چنین سیستم هایی هستند و پایداری آنها توسط یک ماده ویژه - یک تثبیت کننده.

تولید سیستم‌های پراکنده توسط تراکم می‌تواند با خود چگالش، تبخیر ماده و سپس ایجاد شرایط مناسب برای تشکیل ذرات کوچک انجام شود. تغییر محیط یا شرایط دیگر برای به دست آوردن یک ماده قابل چگالش به گونه ای که ماده از محلول نامحلول شود، به عنوان مثال، تغییر ترکیب حلال، وارد کردن مایعی که قادر به حل کردن ماده معین نیست. انجام مواد شیمیایی واکنش همراه با تشکیل مواد کم محلول.

در شرایط طبیعی، مه ها و ابرها، یعنی ذرات معلق در هوا، از تراکم بخار آب در جو تشکیل می شوند. با توجه به روش چگالش مناسب برای تولید سلهای لیوفیلیک (lyosols) که در اتحاد جماهیر شوروی توسط S.Z. Roginsky و A.I. Shalnikov توسعه داده شد، مواد تشکیل دهنده فاز پراکنده در خلاء تبخیر می شوند و بخارها بر روی سطحی که توسط هوای مایع خنک می شود متراکم می شوند. .

روش جایگزینی حلال برای تهیه بسیاری از لیوسول ها مناسب است. برای به دست آوردن یک سل، ماده ای را در یک حلال مناسب حل می کنند و محلول را در حجم زیادی از مایع دیگری که آن ماده را حل نمی کند، می ریزند که حلال اول به طور نامحدود با آن مخلوط می شود. پرکاربردترین روشها روشهایی هستند که در آنها یک ماده با محلول ضعیف در نتیجه یک واکنش شیمیایی تشکیل می شود. واکنش در همان مایع رخ می دهد که بعداً به عنوان یک محیط پراکندگی عمل می کند. به این ترتیب لیوسول های فلزاتی مانند نقره و طلا تهیه می شود.

محلول های کلوئیدی فلزات در یک محیط پراکندگی جامد، به عنوان مثال، در شیشه، پیروسول نامیده می شوند. آنها ممکن است همان رنگ لیوسول ها را داشته باشند. برای اولین بار، توضیح درستی از ماهیت شیشه های یاقوتی، که محلول های کلوئیدی طلا در شیشه هستند، توسط M. V. Lomonosov ارائه شد.

برای اینکه تراکم یک ماده معین در یک سیستم اتفاق بیفتد، باید نسبت به این ماده فوق اشباع شده باشد، باید شرایطی برای ظهور هسته های یک فاز جدید، به عنوان مثال، هسته های تبلور در آن ایجاد شود. ماده تشکیل دهنده فاز پراکنده باید کمی در مایع اطراف محلول باشد و در نهایت شرایطی ایجاد شود که از تجمع ذرات کلوئیدی با یکدیگر جلوگیری کند. از آنجایی که تشکیل هسته‌ها و رشد آنها معمولاً همزمان اتفاق می‌افتد، سلهای چند دیسپرس به دست می‌آیند، یعنی ذرات حاوی ذرات با اندازه‌های مختلف. سل های تک پراکنده حاوی ذرات تقریباً یکسان با استفاده از روش های خاصی به دست می آیند. به عنوان مثال، برای به دست آوردن یک سل مونوسپرز نقره (یا طلا)، ابتدا به اصطلاح را آماده کنید. جنینی، یعنی یک سل بسیار پراکنده، و سپس مقدار معینی از این سل به محلول نمک یک فلز معین وارد می شود و احیای آن انجام می شود. اندازه ذرات سل تک پراکنده حاصل بیشتر خواهد بود، هسته های کمتری قبل از کاهش آن به محلول وارد شده است.

برای خالص‌سازی سول‌ها از ناخالصی‌های کم مولکولی، تغلیظ آن‌ها، تکه تکه کردن ذرات کلوئیدی بر اساس اندازه و در نهایت، جداسازی فاز پراکنده از محیط پراکندگی، اغلب از روش‌های اولترافیلتراسیون (نگاه کنید به) و دیالیز (نگاه کنید به) استفاده می‌شود. برخی از سل ها که در دماهای بالا پایدار هستند را می توان با تبخیر متمرکز کرد، برخی دیگر با حذف جزئی محیط پراکندگی توسط اولترافیلتراسیون.

بسیاری از C. رنگ های روشن دارند و مانند همه سیستم های رنگی، می توانند نور را جذب کنند. علاوه بر این، کلوئیدها نور تابیده شده را بر روی خود پراکنده می کنند و به لطف این، یک پرتو نور که از سیستم کلوئیدی عمود بر محور دید ناظر می گذرد، یک مخروط درخشان را تشکیل می دهد که مخروط فارادی-تیندال نامیده می شود.

همانطور که جی رایلی نشان داد، برای ذرات کروی که رسانای جریان الکتریکی نیستند، شدت نور پراکنده به اندازه ذرات فاز پراکنده، غلظت آنها، تفاوت در ضرایب شکست فاز پراکنده و پراکندگی بستگی دارد. متوسط، و به خصوص به شدت در طول موج نور فرودی، و امواج کوتاه به شدت پراکنده می شوند. بنابراین، ذرات مواد بی رنگ در نور بازتابی مایل به آبی و در نور عبوری مایل به زرد به نظر می رسند، زیرا پرتوهای آبی که طول موج کوتاه تری دارند، با شدت بیشتری توسط ذرات پراکنده می شوند. این تفاوت رنگ هنگام بررسی K. در نور عبوری و منعکس شده که در اثر پراکندگی نور ایجاد می شود، مات نامیده می شود (نگاه کنید به). ماکرومولکول‌های مولکولی نور عبوری از خود را به میزان بسیار کمتری پراکنده می‌کنند؛ به همین دلیل، ماکرومولکول‌ها را نمی‌توان به شکل ذرات منفرد در اولترامیکروسکوپ مشاهده کرد. پراکندگی نور در چنین محلول هایی به همان دلیلی اتفاق می افتد که در گازها، مایعات و محلول های معمولی، جایی که مولکول ها، به دلیل حرکت آشفته، ریز و فوق ریز مناطق (نوسانات) با افزایش غلظت مولکول ها را تشکیل می دهند. این نوسانات فقط برای دوره های زمانی بسیار کوتاه وجود دارند و به طور مداوم بوجود می آیند و از بین می روند. بنابراین، پراکندگی نور خورشید در جو به دلیل نوسانات مولکول های گاز، رنگ آبی آسمان را توضیح می دهد. پراکندگی نور در آب دریا رنگ دریا را تعیین می کند. اندازه گیری شدت نور پراکنده یا مقدار معکوس آن - ضریب (t) - با استفاده از نفلومتر (نفلومتری را ببینید) یا فتومتر (نگاه کنید به نورسنجی) انجام می شود و برای تعیین وزن مولکولی (جرم) کربن و غلظت آنها در نمک استفاده می شود. .

بسیاری از ترکیبات دارای ثبات جنبشی بالا و پایداری تجمعی پایینی هستند. هنگام مشاهده محلول های کلوئیدی از طریق اولترا میکروسکوپ، می توان مشاهده کرد که ذرات کلوئیدی در حالت حرکت شدید و تصادفی هستند که به آن حرکت براونی می گویند. گیاه شناس R. Brown، که اولین بار این نوع حرکت ذرات میکروسکوپی گرده را در سال 1827 مشاهده کرد. علت حرکت براونی حرکت مولکول های محیط پراکندگی اطراف ذرات کلوئیدی است.

لایه دوگانه الکتریکی در سیستم های مختلف بیوشیمیایی گسترده است؛ به ویژه، این لایه در سطح هر غشای بیولوژیکی وجود دارد.

حالت محلول کلوئیدی که در آن پتانسیل ξ ذرات کلوئیدی برابر با صفر است، ایزوالکتریک نامیده می شود. در این حالت محلول های کلوئیدی پایداری کمتری دارند و معمولاً تحت انعقاد قرار می گیرند.

کلوئیدها معمولاً با گذشت زمان خواص خود را تغییر می دهند و فرآیندهایی که در طی این فرآیند اتفاق می افتد تحت نام کلی پیری کلوئیدی ترکیب می شوند.بنابراین در سل های فلزات نجیب پیری به صورت بزرگ شدن ذرات از طریق تجمع یا تبلور مجدد بیان می شود که می تواند در کلوئیدهای مولکولی و نیمه کلوئیدی، تغییرات در ویسکوزیته محلول‌های کلوئیدی (η) در طول زمان مشخص‌تر می‌شوند. با افزایش سن، مقدار η اغلب افزایش می یابد، که می تواند منجر به تشکیل ژل یا ژله شود. این فرآیند ژلاتینه شدن یا ژله شدن نامیده می شود و با تشکیل پیوندهای کم و بیش قوی بین ذرات کلوئیدی توضیح داده می شود. افزایش مقدار η در طول پیری رخ می دهد. arr به دلیل به اصطلاح ویسکوزیته ساختاری (به ویسکوزیته مراجعه کنید). به عنوان مثال، چنین ویسکوزیته ای در محلول های نشاسته و ژلاتین، پلاسمای خون، پروتوپلاسم، مایعات سینوویال، و سل سیلیکون ظاهر می شود. ویسکوزیته ساختاری در نتیجه برهمکنش ذرات کلوئیدی با یکدیگر ایجاد می شود که به ویژه در سیستم هایی با غلظت نسبتاً بالا حاوی ذرات ناهمسان قطری (میله های سفت یا انعطاف پذیر ، نخ ها ، صفحات) قابل توجه است. مناطق جداگانه سطح چنین ذرات را می توان از چسبیدن به درجات مختلف محافظت کرد. به این ترتیب توده‌های ذرات تشکیل می‌شوند که می‌توان بین آن‌ها یک مایع ثابت (بی حرکت) محصور کرد. در سرعت های جریان کم و چسبندگی ضعیف ذرات، سنگدانه های آنها زمان بازیابی دارند و ویسکوزیته ناشی از چسبندگی ذرات حفظ می شود. در سرعت های جریان بالا، پیوندهای بین ذرات تشکیل دهنده ساختار شکسته می شود و حجم مایع بی حرکت بین آنها و ویسکوزیته کاهش می یابد. اگر تعداد اتصالات بین ذرات زیاد باشد، جریان دیگر امکان پذیر نیست و چنین سیستم ساختاری مانند یک جامد - ژل یا ژله - رفتار می کند. پیری می تواند بیشتر ادامه یابد و ژل، به تدریج متراکم تر می شود، حجم آن کاهش می یابد، معمولاً شکل اولیه خود را حفظ می کند و بخشی از مایع (محیط پراکندگی) را آزاد می کند. پدیده توصیف شده سینرزیس نامیده می شود. تصویر مشابهی از پیری را می توان در هیدروسول های بسیاری از هیدروکسیدهای فلزی نامحلول در آب - آهن، آلومینیوم، کروم و غیره، و همچنین در سل های سیلیکون و در برخی نیمه کلوئیدها، به عنوان مثال، در محلول ها و ژله های رنگ مشاهده کرد. ژرانین اگر این فرآیند با واکنش های شیمیایی همراه باشد، پیری می تواند برگشت ناپذیر باشد. تبدیل، برگشت پذیر یا در نهایت، تا حدی برگشت پذیر. پدیده های همراه با تشکیل و پیری K. ، با استفاده از میکروسکوپ الکترونی توسط V. A. Kargin و Z. Ya. Berestneva مورد مطالعه قرار گرفتند که مشخص کردند در مرحله اول تشکیل، ذرات میسلی کلوئیدی دانه های آمورف هستند و تنها پس از مدت زمان معینی در طول فرآیند پیری به حالت کریستالی تبدیل می شوند.

برخی از ژل ها یا ژله ها تحت تأثیر عمل مکانیکی (تکان دادن، هم زدن و ...) مایع می شوند، اما پس از مدتی معین (در حالت آرام)، مایعات به دست آمده از آنها خود به خود ژل می کنند. این پدیده تیکسوتروپی نامیده می شود (نگاه کنید به).

اگر پیوندهایی بین ذرات به دلیل خواص شیمیایی آنها ایجاد شود، پیری برگشت ناپذیر است. برهم کنش یا همجوشی کریستال ها به عنوان مثال، ساختارهایی که در هنگام انعقاد خون یا در هنگام سخت شدن سیمان ها، زمانی که تبلور مجدد رخ می دهد، تشکیل شده اند، برگشت ناپذیر هستند.

پیری اغلب یک فرآیند برگشت پذیر برای اجسامی است (به عنوان مثال، ترکیبات با مولکولی بالا تشکیل شده) که قادر به متورم شدن هستند (نگاه کنید به)، یعنی جذب مایع، بخار یا گاز، که گاهی با افزایش قابل توجهی در حجم K همراه است.

معرفی

مواد خالص در طبیعت بسیار نادر هستند. سیستم های کلوئیدی یک موقعیت میانی بین سیستم های درشت و راه حل های واقعی را اشغال می کنند. آنها در طبیعت گسترده هستند.

نقش جهانی کلوئیدها در علوم طبیعی در این واقعیت نهفته است که آنها اجزای اصلی تشکیلات بیولوژیکی مانند موجودات زنده هستند. کل بدن ما از سیستم های کلوئیدی تشکیل شده است. یک علم کامل وجود دارد - شیمی کلوئیدی. این سؤال بلافاصله در برابر من مطرح شد: چرا طبیعت حالت کلوئیدی را ترجیح می دهد؟

در این راستا اهداف و اهداف زیر مطرح می شود:

هدف کار: پی بردن به اینکه سیستم های کلوئیدی چیست و چه ویژگی هایی دارند.

اهداف: 1. انجام آزمایش های تجربی برای مطالعه خواص محلول های کلوئیدی.

2. به این سوال پاسخ دهید: چرا طبیعت حالت کلوئیدی را ترجیح می دهد؟

انواع محلول های کلوئیدی

اصطلاح کلوئید در سال 1861 توسط شیمیدان انگلیسی توماس گراهام معرفی شد. او در آزمایش‌های خود متوجه شد که محلول‌های ژلاتین، نشاسته و سایر مواد چسب مانند از نظر تعدادی از خواص بسیار متفاوت از محلول‌های نمک‌های معدنی و اسیدها هستند. این نام از پیشوند یونانی "kolo" - چسب گرفته شده است. درست است که نه در مورد مواد کلوئیدی، بلکه در مورد سیستم های کلوئیدی صحبت کنیم. این اصطلاح توسط دانشمند روسی P.P. وایمارن در سال 1908. انواع سیستم های کلوئیدی در تصاویر قابل مشاهده است.

ذرات با اندازه های کلوئیدی می توانند ساختارهای داخلی متفاوتی داشته باشند. چندین نوع اصلی سیستم کلوئیدی وجود دارد:

• 1) دود یک سیستم پراکنده پایدار است که از ذرات جامد کوچک معلق در گازها تشکیل شده است. دود یک آئروسل با اندازه ذرات جامد در محدوده 10-7 تا 10/5 متر است. برخلاف گرد و غبار که یک سیستم درشت پراکنده تر است، ذرات دود عملاً تحت تأثیر گرانش ته نشین نمی شوند.
• 2) آئروسل - یک سیستم پراکنده متشکل از ذرات کوچک معلق در یک محیط گازی، معمولاً در هوا. ذرات معلق در هوا که فاز پراکنده آنها از قطرات مایع تشکیل شده است، مه نامیده می شوند و در مورد ذرات جامد، اگر رسوب نکنند، از بخار (آئروسل های آزاد پراکنده) یا غبار (آئروسل های درشت پراکنده) صحبت می کنند.
• 3) امولسیون - یک سیستم پراکنده متشکل از قطرات میکروسکوپی مایع (فاز پراکنده) که در مایع دیگری توزیع شده است. رایج ترین نماینده این نوع سیستم کلوئیدی شیر است.
• 4) فوم - سیستم های پراکنده با یک فاز پراکنده گاز و یک محیط پخش مایع یا جامد.
• 5) ژل - سیستم های متشکل از مواد مولکولی بالا و کم مولکولی. ژل ها به دلیل وجود چارچوب پلیمری سه بعدی (مش) برخی از خواص مکانیکی جامدات (عدم سیالیت، قابلیت حفظ شکل، استحکام و قابلیت تغییر شکل (پلاستیسیته و کشسانی) را دارند.
• 6) سوسپانسیون یک سیستم پراکنده درشت با یک فاز پراکنده جامد و یک محیط پخش مایع است.

سیستم های کلوئیدی متعلق به سیستم های پراکنده- سیستم هایی که در آن یک ماده به شکل ذرات با اندازه های مختلف در دیگری توزیع می شود (به بخش 4.1 مراجعه کنید). سیستم های پراکنده بسیار متنوع هستند. تقریباً هر سیستم واقعی پراکنده است. سیستم های پراکنده در درجه اول بر اساس اندازه ذرات فاز پراکنده (یا درجه پراکندگی) طبقه بندی می شوند. علاوه بر این، آنها به گروه هایی تقسیم می شوند که در ماهیت و وضعیت تجمع فاز پراکنده و محیط پراکندگی متفاوت هستند.

اگر محیط پراکندگی مایع و فاز پراکنده ذرات جامد باشد، سیستم تعلیق یا سوسپانسیون نامیده می شود. تعلیق; اگر فاز پراکنده از قطرات مایع تشکیل شده باشد، سیستم نامیده می شود امولسیون. امولسیون ها به نوبه خود به دو نوع تقسیم می شوند: سر راست، یا "روغن در آب"(زمانی که فاز پراکنده یک مایع غیر قطبی است و محیط پراکندگی یک مایع قطبی است) و معکوس، یا "آب در روغن"(زمانی که یک مایع قطبی در یک مایع غیر قطبی پراکنده می شود). در میان سیستم های پراکنده نیز وجود دارد فوم(گاز پراکنده در مایع) و اجسام متخلخل(فاز جامد که در آن گاز یا مایع پراکنده شده است). انواع اصلی سیستم های پراکنده در جدول 1 آورده شده است.

با توجه به درجه پراکندگی، معمولاً کلاس های زیر از سیستم های پراکنده متمایز می شوند:

سیستم های درشت- سیستم هایی که در آنها اندازه ذرات فاز پراکنده بیش از 7-10 متر است.

سیستم های کلوئیدی- سیستم هایی که در آنها اندازه ذرات فاز پراکنده 10 -7 - 10 -9 متر است. سیستم های کلوئیدی با ناهمگنی مشخص می شوند. وجود رابط های فاز و سطح ویژه بسیار بزرگ فاز پراکنده. این باعث می شود که فاز سطحی سهم قابل توجهی در وضعیت سیستم داشته باشد و منجر به ظهور سیستم های کلوئیدی با خواص ویژه ای می شود که فقط برای آنها ذاتی است.

گاهی اوقات سیستم های پراکنده مولکولی (یونی) جدا می شوند، که به طور دقیق، راه حل های واقعی هستند، به عنوان مثال. سیستم های همگن، چون رابط فاز ندارند.

سیستم های کلوئیدی به نوبه خود به دو گروه تقسیم می شوند که از نظر ماهیت برهمکنش بین ذرات فاز پراکنده و محیط پراکندگی به شدت متفاوت هستند - محلول های کلوئیدی لیوفوبیک (sols)و محلول های ترکیبات با وزن مولکولی بالا (HMCs) که قبلا نامیده می شدند کلوئیدهای لیوفیلیک. کلوئیدهای لیوفوبیک شامل سیستم هایی هستند که در آنها ذرات فاز پراکنده به طور ضعیفی با محیط پراکندگی تعامل دارند. این سیستم ها فقط با صرف انرژی قابل دستیابی هستند و فقط در حضور تثبیت کننده ها پایدار هستند.

محلول های BMC به دلیل برهمکنش قوی ذرات فاز پراکنده با محیط پراکندگی به طور خود به خود تشکیل می شوند و قادرند بدون تثبیت کننده ها پایدار بمانند. کلوئیدهای لیوفوبیک و محلول های IUD نیز در ساختار ذرات تشکیل دهنده فاز پراکنده متفاوت هستند. برای کلوئیدهای لیوفوبیک واحد ساختاریک مجموعه چند جزئی پیچیده از ترکیب متغیر است - میسلبرای محلول های IUD – ماکرومولکول.

میز 1. انواع اصلی سیستم های پراکنده

فاز پراکنده	محیط پراکنده	سمبل	نمونه هایی از سیستم های پراکنده
مایع			مه، ابرها، آئروسل های مایع
جامد			دود، گرد و غبار، ذرات معلق در هوا
	مایع		فوم ها، امولسیون های گازی
مایع	مایع		امولسیون (شیر، لاتکس)
جامد	مایع		سوسپانسیون ها، محلول های کلوئیدی، ژل ها، خمیرها
	جامد		فوم های جامد، بدنه های متخلخل (فوم، ژل سیلیکا، پوکه)
مایع	جامد		مروارید، عقیق
جامد	جامد		شیشه های رنگی، آلیاژی

این نشریه برای کمک به دانشجویانی که می خواهند به سرعت برای امتحانات آماده شوند و امتحان را بدون مشکل پشت سر بگذارند، ایجاد شده است. این راهنما با در نظر گرفتن استاندارد آموزشی دولتی تدوین شده است.

5. کلوئیدها. نمونه هایی از سیستم های کلوئیدی، شیوع آنها در ماهیت و اهمیت آنها برای فناوری مدرن

سیستم های ریزهتروژن پراکنده، ذرات فاز پراکنده که ابعاد آنها 10-7-10-9 متر است و به طور یکنواخت در محیط پراکنده توزیع شده اند، نامیده می شوند. محلول های کلوئیدی.

1. سوسپنسوئیدها(یا کلوئیدهای لیوفوبیک، کلوئیدهای برگشت ناپذیر). این نام محلولهای کلوئیدی فلزات، اکسیدهای آنها، هیدروکسیدها، سولفیدها و سایر نمکها است. ذرات اولیه فاز پراکنده محلول های کلوئیدی این مواد از نظر ساختار داخلی با ساختار ماده مربوطه تفاوتی ندارند و دارای یک شبکه کریستالی هستند. سوسپنسوئیدها سیستم های کلوئیدی معمولی با سطح سطحی بسیار توسعه یافته هستند. آنها از نظر پراکندگی بالاتر با سوسپانسیون ها متفاوت هستند، اما مانند سوسپانسیون ها، در غیاب تثبیت کننده پراکندگی نمی توانند برای مدت طولانی وجود داشته باشند. برای به دست آوردن محلول های کلوئیدی پایدار، یک تثبیت کننده سیستم پراکنده با ماهیت یونی یا مولکولی اضافه می شود. تثبیت یونی با حضور الکترولیت هایی مرتبط است که لایه های مرزی یونی بین فاز پراکنده و محیط پراکندگی ایجاد می کنند. ترکیبات با وزن مولکولی بالا (پروتئین ها، پلی پپتیدها، پلی وینیل الکل) که برای تثبیت اضافه می شوند، کلوئیدهای محافظ نامیده می شوند. جذب شده در سطح مشترک فاز، ساختارهای مشبکی را در لایه سطحی تشکیل می دهند و یک مانع ساختاری-مکانیکی ایجاد می کنند که از متحد شدن ذرات فاز پراکنده جلوگیری می کند. تثبیت ساختاری مکانیکی برای تثبیت سوسپانسیون ها، خمیرها، فوم ها و امولسیون های غلیظ بسیار مهم است. رسوبات باقی مانده در طول تبخیر آنها پس از تماس با محیط پراکندگی مجدداً سل تشکیل نمی دهند. ویسکوزیته این نمک ها کمی با ویسکوزیته محیط پراکندگی متفاوت است.

2. کلوئیدهای میسلی. به آنها نیمه کلوئید (نیمه کلوئید) نیز می گویند. آنها در غلظت کافی از مولکول های آمفی دوست مواد با وزن مولکولی کم از طریق پیوند آنها به میسل های کروی یا لایه ای ایجاد می شوند. میسل‌ها خوشه‌هایی از مولکول‌هایی هستند که مرتباً مرتب شده‌اند، عمدتاً توسط نیروهای پراکندگی کنار هم قرار می‌گیرند. تشکیل میسل ها برای محلول های آبی مواد شوینده مانند صابون ها و مواد شوینده مصنوعی، برخی رنگ های آلی، تانن ها (تانن ها) و آلکالوئیدها معمول است. در رسانه های دیگر، مانند اتانول، این مواد محلول های مولکولی را تشکیل می دهند.

3. مولکولی،یا کلوئیدهای لیوفیلیک. آنها برگشت پذیر نامیده می شوند، زیرا پس از تبخیر محلول های آنها و افزودن بخش جدیدی از حلال، باقی مانده خشک به محلول باز می گردد. اینها شامل مواد طبیعی و مصنوعی با مولکولی بالا با وزن مولکولی از 10000 تا چند میلیون است. مولکول های این مواد به اندازه ذرات کلوئیدی هستند، بنابراین به این گونه مولکول ها ماکرومولکول می گویند. برای به دست آوردن محلول های کلوئیدی مولکولی، کافی است ماده خشک را با حلال مناسب در تماس قرار دهید. ماکرومولکول های غیرقطبی در هیدروکربن ها حل می شوند (مثلاً لاستیک ها در بنزن)، و ماکرومولکول های قطبی در حلال های قطبی (مثلاً برخی از پروتئین ها در آب) حل می شوند. محلول های آنها ویسکوزیته قابل توجهی دارند که با افزایش غلظت محلول افزایش می یابد. افزایش غلظت محلول های ماکرومولکولی، افزودن موادی که حلالیت پلیمر را کاهش می دهد و اغلب کاهش دما منجر به ژل شدن می شود - تبدیل یک محلول بسیار چسبناک به یک ژله جامد که شکل خود را حفظ می کند. محلول‌های پلیمری با ماکرومولکول‌های بسیار کشیده در غلظت‌های محلول کم ژل می‌کنند. بنابراین، ژلاتین و آگار آگار در محلول های 0.2-1.0٪ ژله و ژل تشکیل می دهند. ژله های خشک می توانند دوباره متورم شوند (تفاوت قابل توجهی با ژل).

کلوئیدها در طبیعت، فناوری و زندگی روزمره گسترده هستند.

• 1. پیدایش و مراحل اصلی توسعه شیمی کلوئیدی. موضوع و موضوعات تحقیق شیمی کلوئیدی
• 2. ویژگی های اصلی سیستم های پراکنده. ویژگی های حالت فوق میکروتروژن (نانواستات)
• 3. انواع طبقه بندی سیستم های پراکنده. سیستم های پراکنده لیوفیل و لیوفوبیک
• 4. پراکندگی. سطح ویژه سیستم های پراکنده، روش های اندازه گیری آن
• 5. کلوئیدها. نمونه هایی از سیستم های کلوئیدی، شیوع آنها در ماهیت و اهمیت آنها برای فناوری مدرن
• 6. روش های نوری برای مطالعه سیستم های پراکنده (نفلومتری، کدورت سنجی)
• 7. خواص نوری کلوئیدها. پراکندگی نور ساکن ناهمسانگردی نوری
• 8. جذب نور توسط سیستم های پراکنده، معادله بوگر-لامبر-بیر. تعیین اندازه ذرات کلوئیدی
• 9. پدیده های سطحی. نقش پدیده های سطحی در فرآیندهای رخ داده در سیستم های پراکنده
• 10. رابط. انرژی سطح آزاد کشش سطحی. جذب
• 11. توصیف ترمودینامیکی سطح تقسیم
• 12. جذب. مساحت هر مولکول در لایه جذب
• 14. نظم های تبادل یونی در محلول های کلوئیدی. اسیدوئیدها نقش pH در تبادل یونی
• 16. ویژگی های تبادل یونی در آمفولیتوئیدها، حالت ایزوالکتریک آمفولیتوئیدها. مفهوم ظرفیت مبادله

ذرات با اندازه های کلوئیدی می توانند ساختارهای داخلی متفاوتی داشته باشند که به طور قابل توجهی بر روش های تهیه محلول های کلوئیدی و خواص آنها تأثیر می گذارد. سه نوع ساختار داخلی ذرات اولیه با اندازه های کلوئیدی زیر وجود دارد.

نوع I - سوسپانسیونوئیدها (یا کلوئیدهای برگشت ناپذیر، کلوئیدهای لیوفوبیک). این نام محلولهای کلوئیدی فلزات، اکسیدهای آنها، هیدروکسیدها، سولفیدها و سایر نمکها است. ذرات اولیه فاز پراکنده محلول های کلوئیدی این مواد در ساختار داخلی خود با ساختار ماده فشرده مربوطه تفاوتی ندارند و دارای شبکه کریستالی مولکولی یا یونی هستند. Suspensoids سیستم های معمولی ناهمگن بسیار پراکنده هستند، که خواص آنها توسط یک سطح بین فاز بسیار توسعه یافته تعیین می شود. آنها در پراکندگی بالاتر با سوسپانسیون ها تفاوت دارند. آنها را تعلیق می نامیدند زیرا مانند سوسپانسیون ها در غیاب تثبیت کننده پراکندگی نمی توانند برای مدت طولانی وجود داشته باشند. آنها برگشت ناپذیر نامیده می شوند زیرا رسوبات باقی مانده در طول تبخیر چنین محلول های کلوئیدی پس از تماس با محیط پراکندگی مجدداً سل تشکیل نمی دهند. آنها را لیوفوبیک (یونانی "lios" - مایع، "phobio" - نفرت) نامیدند، با این فرض که خواص ویژه محلول های کلوئیدی از این نوع به دلیل برهم کنش بسیار ضعیف فاز پراکنده و محیط پراکندگی است. غلظت sol lyophobic کم است، معمولا کمتر از 0.1٪. ویسکوزیته این نوع نمک ها کمی با ویسکوزیته محیط پراکندگی متفاوت است.

نوع II - کلوئیدهای انجمنی یا میسلی. به آنها نیمه کلوئید نیز می گویند. ذرات کلوئیدی از این نوع با غلظت کافی از مولکول‌های آمفی‌فیلیک مواد با وزن مولکولی کم از طریق پیوند آنها به توده‌های مولکول - میسل - کروی یا لایه‌ای شکل به وجود می‌آیند (شکل 10.4).

محلول مولکولی واقعی - محلول کلوئیدی میسلی (sol).

میسل‌ها خوشه‌هایی از مولکول‌هایی هستند که مرتباً مرتب شده‌اند، عمدتاً توسط نیروهای پراکندگی کنار هم قرار می‌گیرند.

تشکیل میسل ها برای محلول های آبی مواد شوینده (به عنوان مثال، صابون ها - نمک های قلیایی اسیدهای چرب بالاتر) و برخی رنگ های آلی با مولکول های بزرگ معمول است. در رسانه های دیگر، به عنوان مثال در اتیل الکل، این مواد حل می شوند و محلول های مولکولی تشکیل می دهند.

نوع III - کلوئیدهای مولکولی. آنها همچنین کلوئیدهای برگشت پذیر یا لیوفیلیک (از یونانی "filio" - عشق) نامیده می شوند. اینها شامل مواد طبیعی و مصنوعی با مولکولی بالا با وزن مولکولی از ده هزار تا چند میلیون است. مولکول های این مواد به اندازه ذرات کلوئیدی هستند، بنابراین به این گونه مولکول ها ماکرومولکول می گویند.

محلولهای رقیق ترکیبات با مولکولی بالا محلولهای واقعی و همگنی هستند که وقتی تا حد مجاز رقیق شوند از قوانین کلی محلولهای رقیق تبعیت می کنند. محلول های ترکیبات با وزن مولکولی بالا نیز می توانند با محتوای وزنی بالا - تا ده درصد یا بیشتر - تهیه شوند. با این حال، غلظت مولی چنین محلول هایی به دلیل وزن مولکولی بالای املاح کم است. بنابراین، یک محلول 10٪ از یک ماده با وزن مولکولی 100000 تنها تقریباً 0.0011 M محلول است.

انحلال کلوئیدهای ماکرومولکولی از مرحله تورم می گذرد که یکی از ویژگی های کیفی بارز مواد از این نوع است. هنگام تورم، مولکول های حلال به پلیمر جامد نفوذ می کنند و ماکرومولکول ها را از هم جدا می کنند. دومی به دلیل اندازه بزرگ خود به آرامی در محلول پخش می شود که از بیرون در افزایش حجم پلیمر ظاهر می شود. تورم می تواند نامحدود باشد، زمانی که نتیجه نهایی آن تبدیل پلیمر به محلول باشد، و محدود باشد، اگر تورم به انحلال پلیمر نرسد. پلیمرها با ساختار ویژه و "سه بعدی" که با این واقعیت مشخص می شود که اتم های کل ماده با پیوندهای ظرفیتی به هم متصل هستند، معمولاً به میزان محدودی متورم می شوند. اصلاح شیمیایی پلیمرها با "پیوند متقاطع" ماکرومولکول های آنها به منظور کاهش تورم پلیمر، مرحله مهمی در تولید بسیاری از مواد است (دباغی پوست خام، ولکانیزه کردن لاستیک هنگام تبدیل آن به لاستیک).

اصطلاح "کلوئید" که به معنای "چسب مانند" است (از یونانی "colla" - چسب ، "eidos" - نوع) در سال 1861 بوجود آمد. زمانی که T. Graham از دیالیز برای جداسازی مواد استفاده کرد (شکل 10.5).

روش دیالیز بر اساس توانایی نابرابر اجزای محلول برای انتشار از طریق لایه های نازک - غشاها (ساخته شده از سلفون، پوست، نیتروسلولز، استات سلولز) است. این روش به طور گسترده برای خالص سازی محلول های کلوئیدی و محلول های ترکیبات با وزن مولکولی بالا استفاده می شود. موادی که در حین دیالیز به غشاها نفوذ نمی کنند، کلوئید نامیده می شوند. هر ماده ای تحت شرایط مناسب را می توان در حالت کلوئیدی به دست آورد (P.P. Weymarn, 1906).

در دهه 30-40 قرن بیستم، ماهیت شیمیایی ذرات اولیه کلوئیدهای برگشت پذیر (لیوفیل) که معلوم شد ماکرومولکول هستند، مشخص شد. در ارتباط با این، یک رشته شیمیایی جدید از شیمی کلوئیدی جدا شد - شیمی فیزیکی ترکیبات مولکولی بالا. با این حال، به دلایل تاریخی، خواص جنبشی مولکولی رایج کلوئیدهای لیوفیل و لیوفوبیک، تشکیل مکرر ساختارهای ناهمگن در کلوئیدهای مولکولی، و همچنین وجود ترکیبات متعدد از ترکیبات با وزن مولکولی بالا و سیستم های بسیار پراکنده.

اعلام وصول

سل های لیوفوبیک، به طور کلی به عنوان سیستم های پراکنده، مطابق با موقعیت میانی خود بین دنیای مولکول ها و اجسام بزرگ، به دو روش به دست می آیند: با روش های پراکندگی، یعنی آسیاب اجسام بزرگ، و با روش های تراکم مولکولی. یا مواد محلول یونی آسیاب کردن با خرد کردن، آسیاب کردن و سایش پودرهای نسبتاً درشتی تولید می کند.< 60 мкм). Более тонкого измельчения достигают с помо-щью специальных аппаратов, получивших название коллоидных мельниц, или применяя ультразвук.

روش تراکم شامل به دست آوردن ترکیبات نامحلول از طریق واکنش های تبادلی، هیدرولیز، احیا و اکسیداسیون است. انجام این واکنش‌ها در محلول‌های بسیار رقیق و در حضور کمی بیش از حد یکی از اجزاء، نه رسوب، بلکه محلول‌های کلوئیدی به دست می‌آید. روش های تراکم نیز شامل تولید لیوسول با جایگزینی حلال است. به عنوان مثال، با ریختن محلول الکلی آن در آب که رزین در آن نامحلول است، محلول کلوئیدی رزین به دست می آید.

همانطور که قبلا مشخص شد، هرچه پراکندگی بیشتر باشد، کشش سطحی بیشتر، تمایل به کاهش خود به خود پراکندگی بیشتر خواهد بود. بنابراین، برای به دست آوردن تعلیق های پایدار، یعنی طولانی مدت؛ امولسیون ها و محلول های کلوئیدی، نه تنها برای دستیابی به یک پراکندگی مشخص، بلکه ایجاد شرایط برای تثبیت آن نیز ضروری است. با توجه به این موضوع، سیستم های پراکنده پایدار حداقل از سه جزء تشکیل شده است: یک محیط پراکندگی، یک فاز پراکنده و یک جزء سوم - یک تثبیت کننده.

سیستم پراکنده

تثبیت کننده می تواند هم ماهیت یونی و هم مولکولی، اغلب دارای مولکولی بالا باشد. تثبیت یونی سل کلوئیدهای لیوفوبیک با حضور غلظت های کم الکترولیت ها، ایجاد لایه های مرزی یونی بین فاز پراکنده و محیط پراکندگی همراه است.

ترکیبات مولکولی بالا (پروتئین ها، پلی وینیل الکل و غیره) که برای تثبیت سیستم های پراکنده اضافه می شوند، کلوئیدهای محافظ نامیده می شوند. جذب شده در سطح مشترک فاز، ساختارهای مش و ژل مانند را در لایه سطحی تشکیل می دهند و یک مانع ساختاری-مکانیکی ایجاد می کنند که از یکسان شدن ذرات فاز پراکنده جلوگیری می کند. تثبیت ساختاری مکانیکی برای تثبیت سوسپانسیون ها، خمیرها، فوم ها و امولسیون های غلیظ بسیار مهم است.

برای بدست آوردن محلول کلوئیدهای مولکولی کافی است ماده خشک را با حلال مناسب در تماس قرار دهید. ماکرومولکول های غیر قطبی در هیدروکربن ها حل می شوند (به عنوان مثال، لاستیک ها - در بنزن)، و ماکرومولکول های قطبی - در حلال های قطبی (به عنوان مثال، برخی از پروتئین ها - در آب و محلول های آبی نمک). موادی از این نوع کلوئیدهای برگشت پذیر نامیده می شوند زیرا پس از تبخیر محلول آنها و افزودن بخش جدیدی از حلال، باقیمانده خشک به محلول برمی گردد. نام کلوئیدهای لیوفیلیک از این فرض برخاسته است (همانطور که معلوم شد - اشتباه است) که یک تعامل قوی با محیط، تفاوت آنها را با کلوئیدهای لیوفوبیک تعیین می کند.

محلول های ترکیبات با وزن مولکولی بالا دارای ویسکوزیته قابل توجهی هستند که با افزایش غلظت محلول به سرعت افزایش می یابد. افزایش غلظت محلول های درشت مولکولی، افزودن موادی که حلالیت پلیمر را کاهش می دهد و اغلب کاهش دما منجر به ژل شدن می شود، یعنی تبدیل یک محلول بسیار چسبناک اما سیال به ژله ای جامد مانند که در خود باقی می ماند. شکل آن محلول‌های پلیمری با ماکرومولکول‌های بسیار کشیده در غلظت‌های محلول کم ژل می‌کنند. بنابراین، ژلاتین و آگار آگار در محلول های 0.2-0.1٪ ژله و ژل تشکیل می دهند. ژله های خشک می توانند دوباره متورم شوند (تفاوت قابل توجهی با ژل).

تشکیل ژله مرحله مهمی در تولید مواد فیبری از محلول های پلیمری است. خواص محلول های ترکیبات با مولکولی بالا با غلظت های فزاینده بیشتر و بیشتر با خواص محلول های ترکیبات کم مولکولی متفاوت است. این در نتیجه تعامل ماکرومولکول های فردی با یکدیگر رخ می دهد و منجر به تشکیل ساختارهای فوق مولکولی می شود که تأثیر زیادی بر کیفیت محصولات (الیاف، توده های ابریشم) ساخته شده از پلیمرها دارد.

ترکیبات با مولکولی بالا، مانند هر ماده دیگری، در شرایط مناسب را می توان در حالت کلوئیدی بسیار پراکنده به دست آورد. این گونه پراکندگی پلیمرها در مایعاتی که آنها را عمدتاً در آب حل نمی کند، لاتکس نامیده می شود. ذرات فاز پراکنده لاتکس کروی κ نزدیک هستند

شکل و اندازه از مرتبه 10-100 نانومتر.

انعقاد

انرژی پتانسیل برهمکنش (E mv) بین ذرات کلوئیدی مجموع جبری انرژی پتانسیل دافعه الکترواستاتیکی (Eot) و انرژی پتانسیل جاذبه پراکنده (E pr) بین آنها است:

E mv = E pr + E از

اگر E از > E pr (در مقدار مطلق)، پس دافعه بر جاذبه غالب می شود و سیستم پراکنده پایدار است. اگر E از< Е пр, то происхо-дит слипание сталкивающихся при броуновском движении коллоидных частиц в более крупные агрегаты и седиментация последних. Коллоидный раствор ко-агулируетп, т. е. разделяется на коагулят (осадок) и дисперсионную среду.

این ماهیت تئوری تثبیت الکتریکی و انعقاد سیستم های پراکنده توسط Deryagin، Landau، Verwey و Overbeck (نظریه DLVO) است.

عکس. 1. انرژی بالقوه برهمکنش بین دو ذره با بار مساوی: 1- دافعه الکتریکی (E از)؛ 2 - جاذبه پراکندگی (E P p); 3 - انرژی برهمکنش حاصل (E mv); 4 - یکسان، اما با افت شدیدتر در منحنی 1. r - فاصله بین ذرات؛ E max مانع بالقوه برهم کنش ذرات پراکنده است.

ها انجیر. شکل 1 وابستگی مقادیر E در و E pr را به فاصله بین ذرات کلوئیدی نشان می دهد. همانطور که مشاهده می شود، انرژی برهمکنش حاصل (منحنی 3 در شکل 10.17) منجر به جذب κ (E mv) می شود.< 0) на очень малых и отталкиванию (Е мв >0) در فواصل زیاد بین ذرات. از اهمیت تعیین کننده ای برای پایداری سیستم های پراکنده، مقدار مانع بالقوه دفع (E max) است که به نوبه خود به سیر منحنی های E from و E pr بستگی دارد. در مقادیر زیاد این مانع، سیستم کلوئیدی پایدار است. چسبندگی ذرات کلوئیدی تنها زمانی امکان پذیر است که به اندازه کافی نزدیک باشند. این امر مستلزم غلبه بر مانع احتمالی دافعه است. در برخی مقادیر مثبت کوچک E max (منحنی 3)، تنها چند ذره کلوئیدی با انرژی جنبشی به اندازه کافی بالا می توانند بر آن غلبه کنند. این مربوط به مرحله انعقاد آهسته است، زمانی که تنها بخش کوچکی از برخورد ذرات کلوئیدی منجر به چسبندگی آنها می شود. با انعقاد آهسته، با گذشت زمان، کاهش جزئی در تعداد کل ذرات کلوئیدی در نتیجه تشکیل توده های 2-3 ذره اولیه وجود دارد، اما منعقد نمی ریزد. چنین انعقادی، با تغییر قابل مشاهده همراه نیست. در محلول کلوئیدی، انعقاد پنهان نامیده می شود. با کاهش بیشتر مانع پتانسیل، سرعت انعقاد که با تغییر در تعداد ذرات در واحد زمان مشخص می شود، افزایش می یابد. در نهایت، اگر مانع پتانسیل از ناحیه دافعه حرکت کند. در ناحیه جذب (منحنی 4 در شکل 1)، انعقاد سریع رخ می دهد؛ برخورد ذرات کلوئیدی منجر به چسبندگی آنها می شود؛ در محلول کلوئیدی یک رسوب تشکیل می شود - یک منعقد، رخ می دهد. انعقاد آشکار

سد بالقوه دافعه (Emax) در نتیجه مجموع نیروهای دافعه و جاذبه بین ذرات کلوئیدی ایجاد می شود. بنابراین، تمام عوامل مؤثر بر سیر منحنی‌های 1 و 2 (شکل 1) منجر به تغییر در مقدار E max می‌شود. آنجا و موقعیت حداکثر (یعنی فاصله متناظر حداکثر E).

کاهش قابل توجه Emax در نتیجه تغییر در انرژی پتانسیل دافعه الکترواستاتیک (یعنی سیر منحنی 1) ناشی از افزودن الکترولیت ها به محلول کلوئیدی رخ می دهد. با افزایش غلظت هر الکترولیت، بازسازی لایه دوگانه الکتریکی احاطه کننده ذرات کلوئیدی رخ می دهد: بخش فزاینده ای از یون های ضد یون از قسمت پخش شده به قسمت جذب لایه دوگانه الکتریکی جابجا می شود. ضخامت قسمت پراکنده لایه دوتایی الکتریکی (لایه 4 در شکل 10.14) و با آن کل لایه دوگانه الکتریکی (لایه 2 در شکل 10.14) کاهش می یابد. بنابراین، منحنی انرژی پتانسیل دافعه الکترواستاتیکی شدیدتر از آنچه در شکل نشان داده شده کاهش می یابد. 10.17 منحنی 1. در نتیجه این، مانع بالقوه دفع (E max)کاهش می یابد و به سمت فاصله کمتری بین ذرات کلوئیدی حرکت می کند. هنگامی که لایه دوتایی الکتریکی به ضخامت لایه جذب فشرده می شود (لایه 3 در شکل 10.14)، آنگاه کل منحنی برهمکنش ذرات پراکنده در ناحیه جذب (منحنی 4 در شکل 10.17) و سریع ظاهر می شود. انعقاد رخ می دهد. این اندازه گیری پایداری یک محلول کلوئیدی زمانی اتفاق می افتد که هر الکترولیت اضافه شود.

خاصیت انعقادی الکترولیت ها با آستانه انعقاد،یعنی کمترین غلظت الکترولیت که باعث انعقاد می شود. بسته به ماهیت الکترولیت و محلول کلوئیدی، آستانه انعقاد از 10-5 تا 0.1 مول در لیتر سل متغیر است. مهمترین تأثیر بر آستانه انعقاد بار است یون منعقد کنندهالکترولیت، یعنی یونی که بار آن مخالف بار ذره کلوئیدی است.

ژل

سیستم های پراکنده می توانند باشند آزادانه پراکنده شده است(شکل 10.2) و به طور منسجم پراکنده شده است(شکل 10.3، آ-و) بسته به عدم وجود یا وجود برهمکنش بین ذرات فاز پراکنده. سیستم‌هایی که آزادانه پراکنده می‌شوند شامل آئروسل‌ها، لیوسول‌ها، سوسپانسیون‌های رقیق‌شده و امولسیون‌ها هستند. سیال هستند. در این سیستم ها، ذرات فاز پراکنده هیچ تماسی ندارند، در حرکت حرارتی تصادفی شرکت می کنند و تحت تأثیر گرانش آزادانه حرکت می کنند. سیستم های منسجم پراکنده جامد هستند. هنگامی که ذرات فاز پراکنده با هم تماس پیدا می کنند، به وجود می آیند که منجر به تشکیل ساختاری به شکل چارچوب یا شبکه می شود. این ساختار سیالیت سیستم پراکنده را محدود می کند و به آن توانایی حفظ شکل خود را می دهد. چنین سیستم های کلوئیدی ساختاری نامیده می شوند ژل هاانتقال سل به ژل که در نتیجه کاهش پایداری سل اتفاق می افتد، نامیده می شود. ژل شدن(یا ژلاتینه سازی).شکل بسیار دراز و لایه لایه ذرات پراکنده، احتمال تماس بین آنها را افزایش می دهد و به شکل گیری ژل در غلظت های پایین فاز پراکنده کمک می کند. پودرها، امولسیون ها و سوسپانسیون های غلیظ (خمیرها)، فوم ها نمونه هایی از سیستم های پراکنده منسجم هستند. خاکی که در نتیجه تماس و فشردگی ذرات پراکنده مواد معدنی خاک و مواد هوموسی (آلی) تشکیل شده است نیز یک سیستم پراکنده منسجم است.