Табиғатта таза элементтер жоқ. Негізінде олардың барлығы қоспалар. Олар, өз кезегінде, гетерогенді немесе біртекті болуы мүмкін. Олар агрегаттық күйдегі заттардан түзіледі, осылайша әртүрлі фазалар болатын белгілі дисперсиялық жүйені жасайды. Сонымен қатар, қоспалар әдетте дисперсиялық ортаны қамтиды. Оның мәні қандай да бір зат таралатын үлкен көлемі бар элемент ретінде қарастырылуында. Дисперсті жүйеде фаза мен орта олардың арасында интерфейстің бөлшектері болатындай етіп орналасады. Сондықтан оны гетерогенді немесе гетерогенді деп атайды. Осыны ескере отырып, жалпы бөлшектердің емес, беттің әрекеті үлкен маңызға ие.
Дисперстік жүйе классификациясы
Фаза, өзіңіз білетіндей, күйі басқа заттармен берілген. Және бұл элементтер бірнеше түрге бөлінеді. Дисперсті фазаның агрегаттық күйі комбинациясына байланыстыорта, нәтижесінде жүйенің 9 түрі пайда болады:
- Газ. Сұйық, қатты және қарастырылатын элемент. Біртекті қоспа, тұман, шаң, аэрозольдер.
- Сұйық дисперсті фаза. Газ, қатты, су. Көбіктер, эмульсиялар, ерітінділер.
- Қатты дисперсті фаза. Бұл жағдайда қарастырылатын сұйықтық, газ және зат. Топырақ, медицинадағы немесе косметикадағы құралдар, тастар.
Ереже бойынша дисперсті жүйенің өлшемі фазалық бөлшектердің өлшемімен анықталады. Келесі классификация бар:
- дөрекі (суспензиялар);
- жұқа (коллоидтық және шынайы ерітінділер).
Дисперсиялық жүйенің бөлшектері
Дөрекі қоспаларды зерттегенде құрылымдағы бұл қосылыстардың бөлшектерін олардың өлшемдері 100 нм-ден астам болуына байланысты жай көзбен көруге болатынын байқауға болады. Суспензиялар, әдетте, дисперсті фаза ортадан бөлінетін жүйеге жатады. Себебі олар мөлдір емес болып саналады. Суспензиялар эмульсиялар (ерімейтін сұйықтықтар), аэрозольдар (ұсақ бөлшектер және қатты заттар), суспензиялар (судағы қатты заттар) болып бөлінеді.
Коллоидты зат – оның үстіне біркелкі таралатын басқа элементі бар кез келген зат. Яғни, ол бар, дәлірек айтсақ, дисперсті фазаның бөлігі болып табылады. Бұл бір материалдың екіншісіне, дәлірек айтқанда, оның көлеміне толығымен бөлінген күйі. Сүт мысалында сұйық май сулы ерітіндіде таратылады. Бұл жағдайда кішірек молекула 1 ішінде боладынанометр және 1 микрометр, бұл қоспа біртекті болған кезде оны оптикалық микроскопқа көрінбейтін етеді.
Яғни, ерітіндінің ешбір бөлігінде дисперсті фазаның концентрациясы басқаларына қарағанда үлкен немесе аз емес. Табиғаты коллоидты деп айта аламыз. Үлкені үздіксіз фаза немесе дисперстік орта деп аталады. Өйткені оның мөлшері мен таралуы өзгермейді, ал қарастырылып отырған элемент оның үстіне таратылады. Коллоидтардың түрлеріне аэрозольдар, эмульсиялар, көбіктер, дисперсиялар және гидрозолдар деп аталатын қоспалар жатады. Әрбір мұндай жүйенің екі фазасы бар: дисперсті және үздіксіз фаза.
Тарих бойынша коллоидтар
Мұндай заттарға үлкен қызығушылық 20 ғасырдың басында барлық ғылымдарда болды. Эйнштейн және басқа ғалымдар олардың сипаттамалары мен қолданылуын мұқият зерттеді. Ол кезде бұл жаңа ғылым саласы теоретиктердің, зерттеушілер мен өндірушілердің жетекші зерттеу саласы болды. 1950 жылға дейін қызығушылық шыңынан кейін коллоидтар туралы зерттеулер айтарлықтай төмендеді. Бір қызығы, жоғары қуатты микроскоптар мен «нанотехнологиялар» (белгілі бір шағын масштабтағы объектілерді зерттеу) жақында пайда болғаннан бері жаңа материалдарды зерттеуге ғылыми қызығушылықтың жаңарғанын атап өту керек.
Осы заттар туралы толығырақ
Табиғатта да, жасанды ерітінділерде де байқалатын коллоидтық қасиетке ие элементтер бар. Мысалы, майонез, косметикалық лосьон және майлағыштар жасанды эмульсиялардың бір түрі, ал сүт ұқсас.табиғатта кездесетін қоспа. Коллоидты көбіктерге кілегей мен қырыну көбігі жатады, ал жеуге жарамды заттарға сары май, зефир және желе жатады. Азық-түліктен басқа, бұл заттар белгілі бір қорытпалар, бояулар, сиялар, жуғыш заттар, инсектицидтер, аэрозольдер, пенополистер және резеңке түрінде болады. Бұлт, інжу және опал сияқты әдемі табиғи нысандардың да коллоидтық қасиеттері бар, өйткені оларда біркелкі таралған басқа зат бар.
Колоидты қоспаларды алу
Кішкентай молекулаларды 1-1 микрометр диапазонына дейін ұлғайту арқылы немесе үлкен бөлшектерді бірдей өлшемге дейін азайту арқылы. Коллоидты заттарды алуға болады. Әрі қарай өндіріс дисперсті және үздіксіз фазаларда қолданылатын элементтердің түріне байланысты. Коллоидтар әдеттегі сұйықтықтарға қарағанда басқаша әрекет етеді. Ал бұл көліктік және физика-химиялық қасиеттерде байқалады. Мысалы, мембрана сұйық молекулаларға қосылған қатты молекулалары бар шынайы ерітіндінің ол арқылы өтуіне мүмкіндік береді. Сұйықтықта дисперсті қатты заты бар коллоидты зат мембрана арқылы созылады. Бөлу паритеті бүкіл екінші элементтегі саңылаудағы микроскопиялық теңдік нүктесіне дейін біркелкі болады.
Нағыз шешімдер
Коллоидтық дисперсия біртекті қоспа түрінде берілген. Элемент екі жүйеден тұрады: үздіксіз және дисперсті фаза. Бұл істің қатысы бар екенін көрсетедішынайы ерітінділер, өйткені олар бірнеше заттардан тұратын жоғарыда аталған қоспамен тікелей байланысты. Коллоидта екіншісі ұсақ бөлшектердің немесе тамшылардың құрылымына ие, олар біріншісінде біркелкі таралған. 1 нм-ден 100 нм-ге дейін кем дегенде бір өлшемдегі дисперсті фазаны, дәлірек айтқанда бөлшектерді құрайтын өлшем. Бұл диапазонда дисперсті фаза көрсетілген өлшемдері бар біртекті қоспалар болып табылады, сипаттауға сәйкес келетін шамамен элементтерді атауға болады: коллоидты аэрозольдар, эмульсиялар, көбіктер, гидрозолдар. Бетінің химиялық құрамына айтарлықтай әсер ететін заттарға қаралып жатқан құрамдарда кездесетін бөлшектер немесе тамшылар жатады.
Коллоидтық ерітінділер мен жүйелер
Дисперстік фаза өлшемі жүйеде өлшеу қиын айнымалы екенін ескеру керек. Ерітінділер кейде өзіндік қасиеттерімен сипатталады. Композициялардың көрсеткіштерін қабылдауды жеңілдету үшін коллоидтар оларға ұқсайды және бірдей дерлік көрінеді. Мысалы, егер оның сұйық дисперсті, қатты түрі болса. Нәтижесінде бөлшектер мембранадан өтпейді. Ол арқылы еріген иондар немесе молекулалар сияқты басқа компоненттер өте алады. Егер талдау оңайырақ болса, онда еріген компоненттер мембрана арқылы өтеді, ал қарастырылған фазада коллоидты бөлшектер өте алмайды.
Түс сипаттамаларының пайда болуы және жойылуы
Тиндалл әсерінің арқасында бұл заттардың кейбірі мөлдір. Элемент құрылымында бұл жарықтың шашырауы. Басқа жүйелер мен формулалар бірге жеткізіледікейбір көлеңке немесе тіпті мөлдір емес, белгілі бір түспен, тіпті кейбіреулері ашық болмаса да. Сары май, сүт, кілегей, аэрозольдер (тұман, түтін, түтін), асфальт, бояулар, бояулар, желім және теңіз көбігін қоса көптеген таныс заттар коллоидтар болып табылады. Бұл зерттеу саласын 1861 жылы шотланд ғалымы Томас Грэм енгізген. Кейбір жағдайларда коллоидты біртекті (гетерогенді емес) қоспа ретінде қарастыруға болады. Себебі "еріген" және "түйіршікті" заттардың арасындағы айырмашылық кейде көзқарас мәселесі болуы мүмкін.
Заттардың гидроколлоидтық түрлері
Бұл компонент бөлшектері суда дисперсті болатын коллоидтық жүйе ретінде анықталады. Гидроколлоидтық элементтер сұйықтық мөлшеріне байланысты әртүрлі күйлерге ие болуы мүмкін, мысалы, гель немесе золь. Олар қайтымсыз (бір компонентті) немесе қайтымды. Мысалы, агар, гидроколлоидтың екінші түрі. Гель және золь күйінде болуы мүмкін және жылу қосылған немесе жойылған күйлер арасында ауысуы мүмкін.
Көптеген гидроколлоидтар табиғи көздерден алынған. Мысалы, қарагенан балдырлардан, желатин - ірі қара майынан, пектин - цитрус қабығынан және алма помасынан алынады. Гидроколлоидтар тағамда негізінен консистенцияға немесе тұтқырлыққа (тұздыққа) әсер ету үшін қолданылады. Сондай-ақ тері күтімі үшін немесе жарақаттан кейін емдік агент ретінде қолданылады.
Колоидтық жүйелердің негізгі сипаттамалары
Бұл ақпараттан коллоидтық жүйелер дисперсті сфераның бір бөлігі екенін көруге болады. Олар, өз кезегінде, шешімдер болуы мүмкін (sols)немесе гельдер (желе). Біріншісі көп жағдайда тірі химия негізінде жасалады. Соңғылары зольдердің коагуляциясы кезінде пайда болатын шөгінділердің астында түзіледі. Ерітінділер органикалық заттармен, әлсіз немесе күшті электролиттермен сулы болуы мүмкін. Коллоидтардың дисперстік фазасының бөлшектерінің өлшемдері 100-ден 1 нм-ге дейін. Оларды жай көзбен көру мүмкін емес. Шөгу нәтижесінде фаза мен ортаны ажырату қиын.
Дисперстік фаза бөлшектерінің түрлері бойынша классификация
Көп молекулалы коллоидтар. Еріген кезде заттардың атомдары немесе кішірек молекулалары (диаметрі 1 нм-ден аз) бірдей мөлшердегі бөлшектерді құру үшін біріктірілгенде. Бұл зольдерде дисперсті фаза молекулалық өлшемі 1 нм-ден аз атомдар немесе молекулалар агрегаттарынан тұратын құрылым болып табылады. Мысалы, алтын мен күкірт. Бұл коллоидтарда бөлшектер ван-дер-Ваальс күштерімен бірге ұсталады. Олар әдетте лиофильді сипатқа ие. Бұл бөлшектердің айтарлықтай әрекеттесуін білдіреді.
Молекулярлық салмағы жоғары коллоидтар. Бұл еріген кезде белгілі бір диаметрді құрайтын үлкен молекулалары бар заттар (макромолекулалар деп аталады). Мұндай заттарды макромолекулалық коллоидтар деп атайды. Бұл дисперсті фаза құраушы элементтер әдетте өте жоғары молекулалық массасы бар полимерлер болып табылады. Табиғи макромолекулаларға крахмал, целлюлоза, белоктар, ферменттер, желатин және т.б.. Жасандыларға нейлон, полиэтилен, пластмасса, полистирол және т.б. синтетикалық полимерлер жатады.e. Олар әдетте лиофобты болып табылады, бұл бұл жағдайда бөлшектердің әлсіз әрекеттесуін білдіреді.
Байланысты коллоидтар. Бұл ортада еріген кезде төмен концентрацияда қалыпты электролиттер сияқты әрекет ететін заттар. Бірақ олар біріктірілген элементтердің түзілуіне байланысты құрамдастардың үлкенірек ферменттік компоненті бар коллоидты бөлшектер. Осылайша түзілген агрегаттық бөлшектер мицеллалар деп аталады. Олардың молекулаларында лиофильді және лиофобты топтар бар.
Мицеллалар. Олар ерітіндідегі коллоидтың қосылуынан түзілген кластерленген немесе агрегацияланған бөлшектер. Жалпы мысалдар - сабындар мен жуғыш заттар. Түзілу белгілі бір Крафт температурасынан жоғары және белгілі бір критикалық мицелдену концентрациясынан жоғары болады. Олар ион түзуге қабілетті. Мицеллалар 100 молекулаға дейін немесе одан да көп болуы мүмкін, мысалы, натрий стеараты әдеттегі мысал болып табылады. Ол суда еріген кезде иондарды шығарады.
