Багато людей, які не мають справу з хімією, чуючи словосполучення «колоїдні розчини», представляють щось на зразок гелю, в`язкої суміші. Справа в тому, що спочатку таке назва походить від грецького слова, в перекладі означає «клеевідного». При порушенні збалансованості системи золі дають осад, що нагадує холодець.
Як правило, колоїдні розчини являють собою абсолютно прозору рідину. Залежно від складу, вона може бути безбарвною або забарвленою. На перший погляд золі нічим не відрізняються від справжніх розчинів. Вивченням подібного роду субстанцій займається цілий розділ - колоїдна хімія.
Загальна характеристика
Будь розчин являє собою однофазну систему, що включає два компонента або більше. На відміну від нього, суспензія або емульсія менш стійкі. У рідких розчинах при зберіганні може випасти осад, якщо, наприклад, вони можуть очікувати в негерметично закриту тару і відбувається випаровування рідини. В інших випадках це інертна система, де компоненти не вступають в реакцію один з одним, і тому вона може залишатися незмінною протягом тривалого часу.
Властивості колоїдних розчинів
Молекули речовини рівномірно розподіляються по всьому розчинника, однак вони постійно роблять броунівський (коливальний) рух. Внаслідок цього відбувається повне перемішування компонентів системи. Властивості колоїдних розчинів в даному процесі трохи інші. Частинки такої системи називаються мицеллами. Вони дифундують з одного шару рідини в інший повільніше (в 100 разів). Причиною низької швидкості є більший обсяг мицелл в порівнянні з молекулами істинних розчинів.
Залежно від розміру часток, їх кількості, колоїдні розчини відрізняються по в`язкості. Часто зустрічаються системи, що переходять в гелевидний стан при зниженні температури. Наявність занадто великих мицелл і перевищення меж розчинності призводить до помутніння.
Частинки колоїду, на відміну від молекул, мають більші розміри і тому здатні розсіювати світло. Таким чином, можна відрізнити ці розчини від справжніх. При проходженні через таку систему пучок світла буде видно.
структура мицелл
Отримання колоїдних розчинів грунтується на утворенні міцел, які повинні перебувати для збереження властивостей системи в стабільному стані. Частка має складну структуру, складається з ядра, яке утворюється малорозчинний речовиною. Навколо нього розподіляється шар потенціалоопределяющіх іонів. Зазвичай вони є такими ж, що і в малорозчинні речовині, розташованому в центрі міцели (правило Панета-Фаянсу). Такі іони визначають заряд ядра.
Наприклад, при взаємодії йодиду калію і нітрату срібла утворюються міцели. Ядром таких частинок є йодид срібла (AgI). Якщо переважає другий компонент, то потенціалоопределяющімі іонами будуть Ag+, якщо перший - I-. Наступним шаром є протівоіони того речовини, яке було взято в надлишку. Вони утворюють дві зони. Перша розташована близько до поверхні ядра, входить до складу адсорбованого шару. Друга входить до складу дифузійного шару, складається з іонів, вільно переміщаються поблизу поверхні.
Колоїдної часткою називається ядро з адсорбованим шаром, який включає потенціалопределяющего іони і протівоіони. Дане освіту має заряд. Міцела включає колоїдну частинку і дифузний шар протиіонів і є нейтральною.
Як відбувається утворення міцели
Будь-які методи отримання колоїдних розчинів засновані на взаємодії молекул труднорастворимого з`єднання з електролітом. Наприклад, AgNO3 (Нітрат срібла) з KI (йодидом калію). В результаті реакції виходить AgI і KNO3 (Нітрат калію). Структуру міцели можна зобразити схематично. Є 2 варіанти освіти колоїдних частинок з вищевказаних сполук:
- При надлишку AgNO3 -{N (AgI) mAg+ (M-x) NO3macr-} xNO3macr-.
- При надлишку KI - {n (AgI) mImacr- (m-x) K+} xK+.
Спочатку вказується ядро, потім потенціалоопределяющіе іони і протівоіони адсорбованого і дифузійного шару. Електрокінетичний потенціал, який визначає заряд колоїдної частинки, позначається буквою "x". Він виникає в силу різниці поверхневої енергії ядра частинки з потенціалоопределяющімі іонами.
стабільність
Колоїдні розчини здатні зберігатися в незмінному стані досить довго. Стабільність таких систем є наслідком однойменного зарядів мицелл, що призводить до їх відштовхування одне від одного. Однак при занадто великих розмірах і високої концентрації частки можуть стикатися і об`єднуватися. Стійкість колоїдних розчинів - відносне поняття. Вони можуть зберігатися в незмінному стані досить довго.
Коагуляція колоїдних розчинів являє собою процес злипання мицелл один з одним. При стабільному стані системи дане явище відбувається повільно, що дозволяє їй зберігатися тривалий (до 100 років) час в однофазному стані. Таке явище отримало назву агрегативна нестійкість.
швидкість коагуляції
Швидкість агрегації частинок і, як наслідок, поділу фаз залежить від багатьох факторів, в тому числі від розміру і концентрації міцел, температури зберігання. До прискорення процесу коагуляції призводить додавання електроліту. Дане явище спостерігається в гідрофільних системах. Відомі методи уповільнення процесу агрегації частинок. Наприклад, змішання ліпофільного колоїду з гідрофільним. На втрату стабільного стану золів може вплинути нагрів або охолодження, механічна дія.
Коагуляція колоїдних розчинів за допомогою електролітів
Існують певні закономірності впливу електролітів на колоїдний розчин. Так, для початку процесу потрібна певна концентрація останнього, не нижче певного рівня - поріг коагуляції. Електроліт - речовина, здатна проводити електричний струм в результаті дисоціації в розчині або розплаву на іони. На стан колоїдного розчину впливає іон, заряд якого протилежний до такого у міцели. Дія посилюється зі ступенем заряду (правило Шульце-Гарді).
Інший фактор, що визначає ступінь впливу іонів, - їх гідратіруемость. Частинки з однойменною зарядом надають різний рівень дії на процес коагуляції. При поділі колоїдного розчину іони, що викликали коагуляцію, присутні в осаді. При додаванні суміші електролітів її компоненти можуть послаблювати дію один одного (антагонізм) або, навпаки, посилювати (синергізм). Рідше спостерігається незалежне (адитивна) вплив.
способи отримання
Методи одержання колоїдних розчинів зводяться до двох. Одним з варіантів є розпорошення (подрібнення) великих частинок до розмірів, відповідних колоїдним. Такий процес можна здійснювати, наприклад, з використанням ультразвукових приладів (механічне подрібнення). Різновидом дисперсних методів є формування колоїдних частинок в результаті додавання електролітів, які адсорбуються на поверхні колоїдних ядер і переводять частки в розчинений стан.
Протилежним дисперсионному методу є конденсаційний, що полягає в агрегації дрібних часток у більші. Таке явище відбувається, наприклад, при заміні розчинника. Яким чином можна домогтися такого ефекту? Спостерігається різке зниження розчинності в силу зміни середовища. Далі речовина утворює колоїдну частинку. В її формуванні беруть участь молекули розчинника, з яким воно краще змішується. Такий ефект, наприклад, досягається при поступовому додаванні каніфолі, розчиненої в етанолі, до води.
Різного роду конденсаційні реакції, в тому числі описані вище, також відносяться до методів агрегації. Іншими прикладами може бути гідроліз солей металів, зокрема хлориду заліза (FeCl3), Реакція нейтралізації в результаті взаємодії гідроксиду барію (Ba (OH)2) З сірчаною кислотою (H2SO4).
солюбілізація
Значення колоїдних розчинів в житті людини велике в зв`язку зі здатністю поверхнево-активних речовин підвищувати розчинення гідрофобних сполук у воді. Таке явище отримало назву "солюбілізація". За своєю суттю цей процес являє розчинення сполук в мицеллах. Завдяки цьому явищу порошки здатні видаляти забруднення з тканин, виходять стійкі емульсії вуглеводнів і барвників у воді.
Солюбілізація може проходити різними способами. Так, неполярні вуглеводні проникають в ядро міцели, в той час як сполуки, що мають гідрофільну і гідрофобну частину (аміни, спирти), вбудовуються так, що перша знаходиться зовні, а друга йде вглиб колоїдної частинки. Існує також таке явище, як зворотна солюбілізація, яка полягає в розчиненні води в маслах. У разі неіоногенних ПАВов виділяють ще один спосіб підвищення розчинності гідрофобних сполук - прикріплення до поверхні міцели за допомогою хімічних зв`язків (водневих зокрема).
повсюдне поширення
Колоїдні розчини присутні незмінно всередині людини і навколо нього. До них відносяться кров, лімфа, часто використовувані в різних будівельних і оздоблювальних роботах клеї і фарби. З колоїдних розчинів в результаті коагуляції і осадження отримують гелі. До таких можна, наприклад, віднести холодець, мармелад, агар-агар, желатин, карагенан. Останні використовуються для поліпшення структури продуктів, зокрема паштетів. Скрізь в організмі людини присутні колоїдні розчини, збагачені білками.
Використання в медицині
У медицині колоїдні розчини застосовуються повсюдно. Ось кілька прикладів їх використання. Колоїдне срібло, представляє собою дрібні частинки металу, дисперговані у воді, застосовується при лікуванні опіків, виразкових хвороб шлунка і дванадцятипалої кишки, для промивання слизової носа з метою запобігання поширенню вірусних інфекцій.
Фармацевтична промисловість пропонує великий вибір колоїдних розчинів для різних цілей. Серед них зустрічають універсальні засоби, які можна застосовувати як ранозагоювальні при опіках, геморрое- протизапальні - при нежиті, ангіні, гайморіте- анальгетики - для зняття зубного болю і не тільки. До таких належить колоїдний розчин «Міленіум». До складу гелю входить алое, білок пшениці, женьшень, вітамін Е та інші корисні добавки. Багато фармацевтичні засоби для зовнішнього застосування насправді являють собою колоїдний розчин. Для суглобів, наприклад, використовується "Артро Комплекс", що містить такий корисний компонент, як акулячий хрящ.
Застосування в побуті та промисловості
Колоїдні розчини складають основу миючих ПАВов. Забруднення проникають всередину міцели і таким чином видаляються з поверхні.
Інший важливий аспект застосування міцеллообразующих ПАВов - виробництво полімерів, зокрема латексів, полівінілового спирту, клеїв рослинного походження. Різні пластмаси, шкірозамінник отримані на основі емульсії. Пави застосовуються також при очищенні стічних вод і питної води.
Переваги косметики на основі колоїдних розчинів полягають в проникненні діючих речовин через шкірні покриви людини і структуру волосся. Такі кошти ефективно використовуються проти старіння. До них відноситься, зокрема, гель «Міленіум Нео». Колоїдний розчин допомагає містяться в ньому компонентів досягти глибоких шарів шкіри, минаючи епідерміс.
