DISPERZNI SISTEMI-čestice jedne ili više supstanci raspoređene u okružujućoj sredini

Transcript

1 KOLOIDNI SISTEMI

2 DISPERZNI SISTEMIčestice jedne ili više supstanci raspoređene u okružujućoj sredini DISPERZNA FAZAfaza čestica sistema DISPERZNO SREDSTVOfaza u kojoj su čestice raspoređene Zavisno od veličine čestica disperzni sistemi se dele na: MIKROHETREOGENE ILI GRUBO DISPERZNE SISTEME (suspenzije i emulzije; čestice veće od 10 7 m) ULTRAMIKROHETEROGENE ILI KOLOIDNE SISTEME (čestice između 10 9 i 10 7 m) MOLEKULSKO ILI JONSKO DISPERZNI SISTEMI (PRAVI RASTVORI)pravi rastvori su homogeni sa veličinom čestica koja odgovara veličini molekula ili jona) Disperzni sistemi se mogu podeliti i prema agregatnom stanju disperzne faze i disperzne sredine (pena, dim, aerosol, emulzija itd.) Koloidni sistemi su dvofazni sistemi sa veličinom čestica ispod oblasti vidljivosti optičkim mikroskopom a iznad vidljivosti elektronskim mikroskopom. Rastvori makromolekula pokazuju osobine koloida. Između disperzne faze i disperznog sredstva postoji granica faza velike površine pa time i velike slobodne površinske energije pa dolazi do adsorpcije na površini čime koloidna čestica postaje naelektrisana a što je uzrok stabilnosti koloida.

3 PODELA KOLOIDA MONODISPERZNIod čestica jednake veličine POLIDISPERZNI od čestica različite veličine Prema obliku koloidnih čestica: GLOBULARNIsferni DVODIMENZIONALNIfilmovi JEDNODIMENZIONALNI linearni Od oblika koloidnih čestica zavisi npr. viskoznost koloidnog rastvora kao i boja. Prema sposobnosti da adsorbuju molekule disperzne sredine: LIOFILNI LIOFOBNI Liofilni privlače molekule rastvarača a liofobni nemaju afinitet prema rastvaraču. Ako je rastvarač voda onda su HIDROFILNI ili HIDROFOBNI. Ako je rastvarač organski onda su ORGANOFILNI ili LIPOFILNI ako je solvatacija lipidima.

4 DOBIJANJE KOLOIDA Pošto su po stepenu disperznosti između grubo disperznih sistema i pravih rastvora mogu se dobiti: DISPERZIONIM METODAMA (sitnjenje, dispergovanje grubo disperznih) KONDENZACIONIM METODAMA (agregacija, kondenzacija manjih čestica u veće) Makromolekuli samim rastvaranjem grade liofilne koloide. MEHANIČKO DISPERGOVANEu kolidnim mlinovima ELEKTRIČNO DISPERGOVANJEelektričnom varnicom HEMIJSKO DISPERGOVANJEpeptizacijom ULTRAZVUČNO DISPERGOVANJEultrazvučnim talasima PEPTIZACIJA proces suprotan koagulaciji. Čestice taloga adsorbuju jone, postaju naelektrisane, odbijaju se i prelaze u rastvor obrazujući koloid. Peptizator je supstanca koja peptizuje talog i to je najčešće neki elektrolit. Peptizacija je uspešna kod svežih taloga sa malim kristalima koji se još nisu ukrupnili. Npr. talog Fe(OH) 3 se peptizuje dodatkom HCl ili FeCl 3. Lako se peptizuje Al(OH) 3, SiO 2 HEMIJSKE METODE KONDENZACIJE različitim hemijskim reakcijama (hidroliza, oksidacija, redukcija, dvojna izmena) pri čemu nastaju teško rastvorna jedinjenja ili dolazi do kristalizacije. KONDENZACIJA SMANJENJEM RASTVORLJIVOSTI RASTVORKApromenom rastvarača ili promenom temperature.

5 LIOFILNI I LIOFOBNI KOLOIDI Podela na osnovu afiniteta koloidnih čestica prema molekulima rastvarača. Razlikuju se u mnogim fizičkohemijskim osobinama. LIOFOBNIslični disperznoj sredini u pogledu površinskog napona i viskoznosti; lako se vide pod ultramikroskopom; kreću se u električnom polju u određenom smeru. Čestice liofobnih koloida se lako spajaju u veće agregate pri dodatku malih količina nekog elektrolita FLOKULACIJA ILI KOAGULACIJA. LIOFILNI imaju manji površinski napon a veću viskoznost od disperzne sredine; ne mogu se videti na ultramikroskopu; u električnom polju se čestice kreću u oba smera ili se ne kreću uopšte. Zagrevanjem ili hlađenjem daju gelove reverzibilno. Zbog solvatnog omotača imaju znatno manju težnju ka koagulaciji. Njihova stabilnost veoma zavisi od ph

6 STRUKTURA LIOFOBNIH ČESTICA granula micela Osnovni deo MICELE je JEZGRO kristalne strukture, velike površine, velike slobodne energije površine i da bi čestica bila stabilna ta energija se smanjuje adsorpcijom jona iz rastvora. Adsorbuju se joni koji su u višku a zajednički su sa komponentom jezgra po principu rasta kristala. Adsorbovani joni sad privlače iz rastvora jone suprotnog naelektrisanja i formiraju nepokretni adsorpcioni sloj. To je GRANULA (jezgo i adsorpcioni sloj). Naelektrisanje granule je određeno razlikom naelektrisanja jona adsorbovanih na jezgru i suprotno naelektrisanih jona. Granula je dalje okružena delom jona suprotnog naelektrisanja od adsorbovanih jona na jezgru i oni okružuju granulu u vidu jonske atmosfere. To je difuzni deo micele koji je čini elektroneutralnom. ako je npr. AgNO 3 u višku sledi da je granula pozitivno naelektrisana AgClm nag jezgro

7 Ako je KCl u višku sledi da je granula negativno naelektrisana E nag Razlika u naelektrisanju granule i micele je ELEKTROKINETIČKI (ZETA) POTENCIJAL Što je veća debljina difuznog sloja to je ovaj potencijal veći i jače je odbijanje čestica pa su stabilnije. AgCl Pri smanjivanju difuznog sloja elektrokinetički potencijal opada i kada difuzni sloj nestane (ξ=0) i to je izoelektrično stanje kada nema elektrostatičkog odbijanja između čestica; sistem je nestabilan i pri sudaru čestica dolazi do njihovog ukrupnjavanja i taloženja odnosno koagulacije. ads. sloj dif. sloj rastojanje dvostruki (dvojni) električni sloj; pad potencijala kroz dvostruki električni sloj

8 PRAG KOAGULACIJE C minimalna koncentracija elektrolita potrebna da dovede do koagulacije KOAGULACIONA MOĆ P=1/Ckoagulaciona sposobnost elektrolita. Sposobnost jona da izazove koagulaciju je utoliko veća ukoliko je njegovo naelektrisanje veće. STABILNOST LIOFILNIH KOLOIDA Potiče prvenstveno od prisustva SOLVATNOG OMOTAČA koji se vezuje za česticu preko njenih liofilnih grupa a u manjoj meri od prisustva dvostrukog električnog sloja. Npr. skrob, želatin, agaragar pri rastvaranju u vodi vezuju molekule vode preko liofilnih grupa stvarajući hidratni omotač koji im daje stabilnost. Dodatak male količine elektrolita smanjuje dvojni električni sloj ali ne dovodi do taloženja. Da bi došlo do koagulacije treba ukloniti solvatni omotač dodatkom npr. alkohola ili acetona koji vezuju molekule vode. Ako sad takve dehidratisane čestice nemaju dvostruki električni sloj doći će do koagulacije. Stabilnost liofilnih koloida se može narušiti dodatkom većih količina elektrolitaisoljavanje LIOTROPNI NIZ joni poređani po sposobnosti da talože liofilne koloide.

9 SPECIFIČNE OSOBINE I PONAŠANJE KOLOIDA DIJALIZApostupak odvajanja koloida i makromolekula od čestica molekulskih dimenzija zbog činjenice da ne prolaze kroz razne tipove membrana ELEKTRODIJALIZAuz primenu električnog polja ULTRAFILTRACIJAza prečišćavanje i obogaćivanje koloidnih rastvora sa membranama vrlo sitnih pora pod sniženim ili povećanim pritiskom BRAUNOVO KRETANJEkoloidne čestice su u neprekidnom kretanju zbog sudara sa molekulima disperzne sredine OPTIČKE OSOBINErasipanje svetlosti zbog mikroheterogenosti (TINDALOV EFEKAT) ELEKTROFOREZAkretanje naelektrisanih koloidnih čestica u odnosu na nepokretnu disperznu sredinu pod dejstvom električnog polja. Na osnovu smera kretanja utvrđuje se znak naelektrisanja. Pod dejstvom električnog polja jezgro čestice zajedno sa adsorpcionim slojem se kreće prema odgovarajućoj elektrodi određenom brzinom. Pokretljivost ovih naelektrisanih čestica kao brzina kretanja pri jediničnom gradijentu potencijala: elektrokinetički potencijal dielektrična konstanta rastvarača jačina polja pokretljivost viskoznost Postoje razne elektroforetske tehnike: na papiru; gelelektroforeza; diskelektroforeza; kapilarna elektroforeza itd. ELEKTROOSMOZAkretanje disperzne sredine u odnosu na disperznu fazu kroz neku membranu u električnom polju.