Sis dağıtma sistemi. Dağınık faz - nedir bu? Kolloidal sistemlerin temel özellikleri

Dispersiyon sistemi- pratik olarak karışmayan ve birbirleriyle kimyasal olarak reaksiyona girmeyen iki veya daha fazla fazın (gövdenin) oluşumları. İki fazlı bir sistemin tipik bir durumunda, maddelerden ilki ( dağınık faz) ikincide ince bir şekilde dağıtılmış ( dağılım ortamı). Eğer birden fazla faz varsa fiziksel olarak (santrifüj, ayırma vb.) birbirlerinden ayrılabilirler.

Tipik olarak dağılmış sistemler kolloidal çözeltiler, sollardır. Dağınık sistemler aynı zamanda dağılmış fazın yer aldığı katı dağılmış ortam durumunu da içerir. Yüksek moleküler ağırlıklı bileşiklerin sizin tarafınızdan çözümleri

Dispers sistemlerin sınıflandırılması

Dispers sistemlerin en genel sınıflandırması, dispersiyon ortamının ve dağılmış fazın (fazların) toplanma durumu arasındaki farka dayanmaktadır. Üç tip toplanma durumunun kombinasyonları, dokuz tip iki fazlı dağılma sistemini ayırt etmeyi mümkün kılar. Kısalık açısından, genellikle payları dağılmış fazı ve paydası dağılım ortamını gösteren bir kesirle gösterilirler; örneğin sıvı içinde gaz sistemi için G/L tanımı kabul edilir.

Dağınık fazın kinetik özelliklerine bağlı olarak iki fazlı dağılma sistemleri iki sınıfa ayrılabilir:

• Serbestçe dağılmış sistemler dağılmış fazın hareketli olduğu;
• Yapışkan olarak dağılmış sistemler dispersiyon ortamının katı olduğu ve dağılmış fazındaki parçacıkların birbirine bağlı olduğu ve serbestçe hareket edemediği.

Buna karşılık bu sistemler dağılım derecesine göre sınıflandırılır.

Eşit boyutta dağılmış faz parçacıklarına sahip sistemlere monodispers, eşit olmayan boyutlara sahip parçacıklara sahip sistemlere ise polidispers denir. Kural olarak, etrafımızdaki gerçek sistemler çok yönlüdür.

Daha fazla sayıda faza sahip dağınık sistemler de vardır - karmaşık dağınık sistemler. Örneğin, sıvı bir dispersiyon ortamı, katı bir dağılmış faz ile kaynatıldığında, üç fazlı bir “buhar - damlalar - katı parçacıklar” sistemi elde edilir.

Karmaşık bir dispers sistemin bir başka örneği, ana bileşenleri (su hariç) yağ, kazein ve süt şekeri olan süttür. Yağ emülsiyon halindedir ve süt durduğunda yavaş yavaş yukarıya doğru (krema) yükselir. Kazein kolloidal bir çözelti formunda bulunur ve kendiliğinden salınmaz, ancak süt örneğin sirke ile asitleştirildiğinde kolaylıkla çökelebilir (süzme peynir şeklinde). Doğal koşullar altında süt ekşidiğinde kazein açığa çıkar. Son olarak süt şekeri moleküler bir çözelti halindedir ve yalnızca su buharlaştığında açığa çıkar.

Serbestçe dağılmış sistemler

Parçacık boyutuna bağlı olarak serbestçe dağılmış sistemler aşağıdakilere ayrılır:

Ultramikroheterojen sistemlere kolloidal veya sollar da denir. Dispersiyon ortamının doğasına bağlı olarak soller katı sollara, aerosollere (gazlı dispersiyon ortamına sahip sollar) ve liyosollere (sıvı dispersiyon ortamına sahip soller) ayrılır. Mikroheterojen sistemler arasında süspansiyonlar, emülsiyonlar, köpükler ve tozlar bulunur. En yaygın kaba sistemler katı gaz sistemleridir (örneğin kum).

Kolloidal sistemler biyoloji ve insan yaşamında büyük rol oynamaktadır. Vücudun biyolojik sıvılarında çok sayıda madde kolloidal durumdadır. Biyolojik nesneler (kas ve sinir hücreleri, kan ve diğer biyolojik sıvılar) koloidal çözeltiler olarak düşünülebilir. Kanın dağılım ortamı, inorganik tuzların ve proteinlerin sulu bir çözeltisi olan plazmadır.

Yapışkan olarak dağılmış sistemler

Gözenekli malzemeler

Gözenekli malzemeler, M. M. Dubinin'in sınıflandırmasına göre gözenek boyutuna göre ayrılır:

Geometrik özelliklerine göre gözenekli yapılar ikiye ayrılır: düzenli(vücut hacminde bireysel gözeneklerin veya boşlukların ve bunları birbirine bağlayan kanalların doğru bir şekilde değişmesi) ve stokastik(gözeneklerin yönelimi, şekli, boyutu, göreceli konumu ve ilişkileri rastgeledir). Çoğu gözenekli malzeme stokastik bir yapıyla karakterize edilir. Gözeneklerin doğası da önemlidir: açık gözenekler gövdenin yüzeyi ile iletişim halindedir, böylece sıvı veya gaz içlerinden filtrelenebilir; çıkmaz sokak gözenekler ayrıca gövdenin yüzeyiyle de iletişim kurar, ancak bunların varlığı malzemenin geçirgenliğini etkilemez; kapalı gözenekler .

Katı heterojen sistemler

Katı heterojen sistemlerin tipik bir örneği, son zamanlarda yaygın olarak kullanılan kompozit malzemelerdir (kompozitler) - yapay olarak oluşturulmuş katı, ancak aralarında net arayüz sınırları bulunan iki veya daha fazla bileşenden oluşan heterojen malzemeler. Bu malzemelerin çoğunda (katmanlı olanlar hariç), bileşenler aşağıdakilere ayrılabilir: matris ve buna dahil takviye elemanları; bu durumda takviye elemanları genellikle malzemenin mekanik özelliklerinden sorumludur ve matris, takviye elemanlarının ortak çalışmasını sağlar. En eski kompozit malzemeler arasında kerpiç, betonarme, şam çeliği ve kartonpiyer bulunur. Günümüzde fiber takviyeli plastikler, fiberglas ve metal seramikler yaygın olarak kullanılmakta ve teknolojinin çok çeşitli alanlarında uygulama alanı bulmaktadır.

Dağınık sistemlerin hareketi

Çok fazlı ortamın mekaniği, dağınık sistemlerin hareketinin incelenmesiyle ilgilidir. Özellikle, çeşitli ısı ve güç cihazlarının (buhar türbin üniteleri, ısı eşanjörleri, vb.) optimizasyonu sorunları ve çeşitli kaplamaların uygulanmasına yönelik teknolojilerin geliştirilmesi, gazın duvara yakın akışlarının matematiksel modellenmesi problemini daha da karmaşık hale getirmektedir. -sıvı damlacık karışımı ilgili. Buna karşılık, çok fazlı ortamın duvara yakın akış yapısının önemli çeşitliliği, çeşitli faktörlerin (damlacıkların ataleti, sıvı filmin oluşumu, faz geçişleri vb.) dikkate alınması ihtiyacı, özel matematiksel modellerin oluşturulmasını gerektirir. Şu anda aktif olarak geliştirilmekte olan çok fazlı ortamların

Toplama durumuna göre sınıflandırma. Dağınık sistemlerin en genel sınıflandırması, dağılmış faz ile dağılmış faz arasındaki toplanma durumu farkına dayanmaktadır. Üç tip toplanma durumunun kombinasyonları, dokuz tip dağınık sistemi ayırt etmeyi mümkün kılar. Kısalık açısından, genellikle payları dağılmış fazı, paydaları ise dağılım ortamını gösteren bir kesirle gösterilirler; örneğin "sıvı içindeki gaz" sistemi için G/L tanımı kabul edilir.

Dağınık sistemlerin dağılmış fazın ve dağılım ortamının toplanma durumuna göre sınıflandırılması

Yukarıdaki kombinasyonların tümü mümkündür ve gerçekte mevcuttur.

İlk durum biraz ayrı duruyor - G 1 / G 2. Kural olarak, gaz karışımları homojen bir moleküler dağılım sistemi oluşturur. Ve yalnızca yüksek basınçtaki bazı gazlar sınırlı çözünürlüğe sahip bir karışım (heterojen karışımlar) üretebilir. Ayrıca köpükler, polistiren köpükler, konsantre emülsiyonlar ve macunlar gibi sistemlerin orijinalliğine de dikkat edilmelidir. Tuhaflık, bu durumda sadece dağılmış fazın değil, aynı zamanda dağılmış malzemenin parçacıkları ortamın ince bir filmi ile ayrıldığından dağılma ortamının da dağılmış olması gerçeğinde yatmaktadır; Filmin kalınlığı kolloidal boyutlara ulaşabilir, yani ortam da koloidal olarak dağılmıştır, ancak yalnızca tek bir boyutta kalınlıktadır.

Koloidal dağılmış durumda, dağılmış faz nispeten az sayıda molekülden oluşur. Bireysel koloidal parçacıklar esas olarak bir fazın çekirdekleridir ve bunların toplanma durumunun tam bir güvenle belirlenmesi bazen zordur.

Ek olarak deneyimler, dağılmış bir maddenin toplanma durumundaki farklılığın (dağılım ortamının sabit bir toplanma durumuyla) kolloidal sistemin özelliklerinde önemli değişiklikler gerektirmediğini göstermektedir. Bu bağlamda, sınıflandırma basitleştirilmiştir ve ortamın toplam durumuna göre olası dokuz tip dağınık sistem üçe indirilebilir: gazlı, sıvı ve katı ortamlı sistemler. Kısaca anlatmak gerekirse, sırasıyla aerosoller, liyosoller ve katıosoller olarak adlandırılırlar. Dispersiyon ortamının doğasına bağlı olarak liyosollere hidrosoller, alkosoller, eterosoller vb. adı verilir. Bu sollerin dispersiyon ortamı sırasıyla su, alkol ve eterdir. Sıvı dağılım ortamına ve katı dağılmış faza sahip mikroheterojen sistemlere süspansiyonlar ve sıvı dağılmış faza sahip emülsiyonlar denir.

Bu üç sol grubu özellikler, özellikle stabilite bakımından birbirinden önemli ölçüde farklılık gösterir. Kolloidal sistemlerin kararlılığı sorunu, onların varlığını doğrudan ilgilendiren çok önemli bir sorudur. Bu nedenle daha yakından bakmayı hak ediyor. Daha önce kolloidal dispers sistemlerin termodinamik olarak kararsız olduğu belirtilmişti. Ancak bu konumun açıklığa kavuşturulması gerekir, çünkü özellikle farklı soller (aerosoller, liyosoller, katıosoller) için son durum farklıdır.

Süspansiyonlar- dağılmış fazın bir katı ve dağılım ortamının bir sıvı olduğu ve katının pratik olarak sıvı içinde çözünmediği dağılmış sistemler. Bir süspansiyon hazırlamak için, maddeyi ince bir toz haline getirmeniz, maddenin çözünmediği bir sıvıya dökmeniz ve iyice çalkalamanız (örneğin kili su içinde çalkalamanız) gerekir. Zamanla parçacıklar kabın dibine düşecektir. Bu süreç denir sedimantasyon. Açıkçası, parçacıklar ne kadar küçük olursa süspansiyon o kadar uzun süre dayanır. Bu nedenle parçacıklar ne kadar büyük olursa sedimantasyon kararsızlığı da o kadar yüksek olur.

Emülsiyonlar- hem dağılmış fazın hem de dağılma ortamının karşılıklı olarak karışmayan sıvılar olduğu dağılmış sistemler. Karışımın uzun süre çalkalanmasıyla su ve yağdan bir emülsiyon hazırlanabilir. Bir emülsiyon örneği, içinde küçük yağ küreciklerinin sıvı içinde yüzdüğü süttür. Süspansiyonlar ve emülsiyonlar iki fazlı sistemlerdir.

Köpük. Emülsiyonlar gibi köpükler de kaba dağılmış sistemlerdir, bu nedenle birçok teknolojik işlemde köpükler, gaz kabarcıkları elde etmek için kullanılan dispersiyon yöntemleriyle aynı şekilde elde edilir.

Aerosol Gazlı bir ortamda asılı duran küçük, katı veya sıvı parçacıklardan oluşan dağınık bir sistem. Dağınık fazı sıvı damlacıklardan oluşan aerosollere sis, katı dağılmış faz olması durumunda ise duman denir. Toz kaba aerosoller olarak sınıflandırılır.

Parçacık boyutuna göre Serbestçe dağılmış sistemler bölünmüştür

Ultramikroheterojen sistemlere de denir kolloidal çözümler veya sollar. Dispersiyon ortamının doğasına bağlı olarak soller, katı sollere, aerosollere (gazlı dispersiyon ortamına sahip sollar) ve liyosollere (sıvı dispersiyon ortamına sahip soller) ayrılır. İLE mikroheterojen sistemler arasında süspansiyonlar, emülsiyonlar, köpükler ve tozlar bulunur. En yaygın kaba sistemler kum gibi katı gaz sistemleridir. Bağlantılı olarak dağılmış M.M.'nin sınıflandırmasına göre sistemler (gözenekli gövdeler). Dubinin gruplara ayrılmıştır

Dispersiyon sistemi- pratik olarak karışmayan ve birbirleriyle kimyasal olarak reaksiyona girmeyen iki veya daha fazla fazın (gövdenin) oluşumları. İki fazlı bir sistemin tipik bir durumunda, maddelerden ilki ( dağınık faz) ikincide ince bir şekilde dağıtılmış ( dağılım ortamı). Eğer birden fazla faz varsa fiziksel olarak (santrifüj, ayırma vb.) birbirlerinden ayrılabilirler.

Tipik olarak dağılmış sistemler kolloidal çözeltiler, sollardır. Dağınık sistemler aynı zamanda dağılmış fazın yer aldığı katı dağılmış ortam durumunu da içerir. Yüksek molekül ağırlıklı bileşiklerin çözeltileri de dağınık sistemlerin tüm özelliklerine sahiptir.

Dispers sistemlerin sınıflandırılması

Dispers sistemlerin en genel sınıflandırması, dispersiyon ortamının ve dağılmış fazın (fazların) toplanma durumu arasındaki farka dayanmaktadır. Üç tip toplanma durumunun kombinasyonları, dokuz tip iki fazlı dağılma sistemini ayırt etmeyi mümkün kılar. Kısalık açısından, genellikle payları dağılmış fazı ve paydası dağılım ortamını gösteren bir kesirle gösterilirler; örneğin sıvı içinde gaz sistemi için G/L tanımı kabul edilir.

Dağınık fazın kinetik özelliklerine bağlı olarak iki fazlı dağılma sistemleri iki sınıfa ayrılabilir:

• Serbestçe dağılmış sistemler dağılmış fazın hareketli olduğu;
• Yapışkan olarak dağılmış sistemler dispersiyon ortamının katı olduğu ve dağılmış fazındaki parçacıkların birbirine bağlı olduğu ve serbestçe hareket edemediği.

Buna karşılık bu sistemler dağılım derecesine göre sınıflandırılır.

Eşit boyutta dağılmış faz parçacıklarına sahip sistemlere monodispers, eşit olmayan boyutlara sahip parçacıklara sahip sistemlere ise polidispers denir. Kural olarak, etrafımızdaki gerçek sistemler çok yönlüdür.

Daha fazla sayıda faza sahip dağınık sistemler de vardır - karmaşık dağınık sistemler. Örneğin, sıvı bir dispersiyon ortamı, katı bir dağılmış faz ile kaynatıldığında, üç fazlı bir “buhar - damlalar - katı parçacıklar” sistemi elde edilir.

Karmaşık bir dispers sistemin bir başka örneği, ana bileşenleri (su hariç) yağ, kazein ve süt şekeri olan süttür. Yağ emülsiyon halindedir ve süt durduğunda yavaş yavaş yukarıya doğru (krema) yükselir. Kazein kolloidal bir çözelti formunda bulunur ve kendiliğinden salınmaz, ancak süt örneğin sirke ile asitleştirildiğinde kolaylıkla çökelebilir (süzme peynir şeklinde). Doğal koşullar altında süt ekşidiğinde kazein açığa çıkar. Son olarak süt şekeri moleküler bir çözelti halindedir ve yalnızca su buharlaştığında açığa çıkar.

Serbestçe dağılmış sistemler

Parçacık boyutuna bağlı olarak serbestçe dağılmış sistemler aşağıdakilere ayrılır:

Ultramikroheterojen sistemlere kolloidal veya sollar da denir. Dispersiyon ortamının doğasına bağlı olarak soller katı sollara, aerosollere (gazlı dispersiyon ortamına sahip sollar) ve liyosollere (sıvı dispersiyon ortamına sahip soller) ayrılır. Mikroheterojen sistemler arasında süspansiyonlar, emülsiyonlar, köpükler ve tozlar bulunur. En yaygın kaba sistemler katı gaz sistemleridir (örneğin kum).

Kolloidal sistemler biyoloji ve insan yaşamında büyük rol oynamaktadır. Vücudun biyolojik sıvılarında çok sayıda madde kolloidal durumdadır. Biyolojik nesneler (kas ve sinir hücreleri, kan ve diğer biyolojik sıvılar) koloidal çözeltiler olarak düşünülebilir. Kanın dağılım ortamı, inorganik tuzların ve proteinlerin sulu bir çözeltisi olan plazmadır.

Yapışkan olarak dağılmış sistemler

Gözenekli malzemeler

Gözenekli malzemeler, M. M. Dubinin'in sınıflandırmasına göre gözenek boyutuna göre ayrılır:

Geometrik özelliklerine göre gözenekli yapılar ikiye ayrılır: düzenli(vücut hacminde bireysel gözeneklerin veya boşlukların ve bunları birbirine bağlayan kanalların doğru bir şekilde değişmesi) ve stokastik(gözeneklerin yönelimi, şekli, boyutu, göreceli konumu ve ilişkileri rastgeledir). Çoğu gözenekli malzeme stokastik bir yapıyla karakterize edilir. Gözeneklerin doğası da önemlidir: açık gözenekler gövdenin yüzeyi ile iletişim halindedir, böylece sıvı veya gaz içlerinden filtrelenebilir; çıkmaz sokak gözenekler ayrıca gövdenin yüzeyiyle de iletişim kurar, ancak bunların varlığı malzemenin geçirgenliğini etkilemez; kapalı gözenekler .

Katı heterojen sistemler

Katı heterojen sistemlerin tipik bir örneği, son zamanlarda yaygın olarak kullanılan kompozit malzemelerdir (kompozitler) - yapay olarak oluşturulmuş katı, ancak aralarında net arayüz sınırları bulunan iki veya daha fazla bileşenden oluşan heterojen malzemeler. Bu malzemelerin çoğunda (katmanlı olanlar hariç), bileşenler aşağıdakilere ayrılabilir: matris ve buna dahil takviye elemanları; bu durumda takviye elemanları genellikle malzemenin mekanik özelliklerinden sorumludur ve matris, takviye elemanlarının ortak çalışmasını sağlar. En eski kompozit malzemeler arasında kerpiç, betonarme, şam çeliği ve kartonpiyer bulunur. Artık yaygın

Hem dispersiyon ortamı hem de dispersiyon fazı, farklı toplanma durumlarındaki maddelerden oluşabilir. Dispersiyon ortamının ve dağılmış fazın durumlarının kombinasyonuna bağlı olarak, bu tür sistemlerin sekiz türü ayırt edilebilir

Dağınık sistemlerin toplanma durumuna göre sınıflandırılması

Ayrıca, bir sınıflandırma özelliği olarak, böyle bir kavramı dağınık bir sistemin parçacıklarının boyutu olarak ayırt edebiliriz:

• - İri dağılmış (> 10 mikron): toz şeker, toprak, sis, yağmur damlaları, volkanik kül, magma vb.
• - Orta-ince (0,1-10 mikron): insan kanı eritrositleri, E. coli vb.

dağılmış emülsiyon süspansiyon jeli

• - Yüksek oranda dağılmış (1-100 nm): grip virüsü, duman, doğal sulardaki bulanıklık, çeşitli maddelerin yapay olarak elde edilen solleri, doğal polimerlerin sulu çözeltileri (albümin, jelatin vb.), vb.
• - Nano boyutlu (1-10 nm): glikojen molekülü, kömürün ince gözenekleri, parçacıkların büyümesini sınırlayan organik madde moleküllerinin varlığında elde edilen metal solleri, karbon nanotüpleri, demir, nikel vb.'den yapılmış manyetik nano-iplikler.

İri dağılmış sistemler: emülsiyonlar, süspansiyonlar, aerosoller

Dağınık fazı oluşturan maddenin parçacıklarının boyutuna bağlı olarak, dağılmış sistemler, parçacık boyutları 100 nm'den büyük olan kaba ve 1 ila 100 nm arası parçacık boyutlarına sahip ince dağılmış sistemlere ayrılır. Maddenin boyutu 1 nm'den küçük moleküllere veya iyonlara parçalanması durumunda homojen bir sistem oluşur - bir çözüm. Çözelti homojendir, parçacıklar ile ortam arasında arayüz yoktur ve bu nedenle dağınık sistemlere ait değildir. Kabaca dağılmış sistemler üç gruba ayrılır: emülsiyonlar, süspansiyonlar ve aerosoller.

Emülsiyonlar, bir sıvı dağılım ortamına ve bir sıvı dağılmış faza sahip dağılmış sistemlerdir.

Ayrıca iki gruba ayrılabilirler: 1) doğrudan - kutupsal bir ortamda kutupsal olmayan bir sıvının damlaları (sudaki yağ); 2) ters (yağda su). Emülsiyonların bileşimindeki veya dış etkilerdeki bir değişiklik, doğrudan bir emülsiyonun ters bir emülsiyona dönüşmesine veya bunun tersinin gerçekleşmesine yol açabilir. En iyi bilinen doğal emülsiyonların örnekleri süt (direkt emülsiyon) ve yağdır (ters emülsiyon). Tipik bir biyolojik emülsiyon, lenfteki yağ damlacıklarıdır.

İnsan pratiğinde bilinen emülsiyonlar arasında kesme sıvıları, bitümlü malzemeler, pestisitler, ilaçlar ve kozmetikler ve gıda ürünleri bulunmaktadır. Örneğin, tıbbi uygulamada, yağ emülsiyonları, açlıktan ölmek üzere olan veya zayıflamış bir vücuda intravenöz infüzyon yoluyla enerji sağlamak için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tür emülsiyonların elde edilmesi için zeytin, pamuk tohumu ve soya fasulyesi yağları kullanılır. Kimyasal teknolojide emülsiyon polimerizasyonu, kauçuk, polistiren, polivinil asetat vb. üretiminde ana yöntem olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Süspansiyonlar, katı dağılmış faza ve sıvı dağılım ortamına sahip kaba sistemlerdir.

Tipik olarak, bir süspansiyonun dağılmış fazının parçacıkları o kadar büyüktür ki yerçekiminin - tortunun etkisi altında çökerler. Dağınık faz ile dağılım ortamı arasındaki küçük yoğunluk farkından dolayı sedimantasyonun çok yavaş gerçekleştiği sistemlere de süspansiyon adı verilir. Pratik olarak önemli inşaat süspansiyonları badana (“kireç sütü”), emaye boyalar ve çeşitli inşaat süspansiyonlarıdır, örneğin “çimento harcı” olarak adlandırılanlar. Süspansiyonlar ayrıca sıvı merhemler - merhemler gibi ilaçları da içerir. Özel bir grup, dağınık fazın konsantrasyonunun, süspansiyonlardaki düşük konsantrasyonuna kıyasla nispeten yüksek olduğu, kabaca dağılmış sistemlerden oluşur. Bu tür dağınık sistemlere macun adı verilir. Örneğin günlük hayattan iyi bildiğiniz dişçilik, kozmetik, hijyen vb.

Aerosoller, dağılım ortamının hava olduğu kabaca dağılmış sistemlerdir ve dağılmış faz, sıvı damlacıklar (bulutlar, gökkuşağı, saç spreyi veya bir kutudan salınan deodorant) veya katı madde parçacıkları (toz bulutu, kasırga) olabilir.

Kolloidal sistemler - içlerinde kolloidal parçacıkların boyutları 100 nm'ye kadar ulaşır. Bu tür parçacıklar kağıt filtrelerin gözeneklerine kolayca nüfuz eder, ancak bitki ve hayvanların biyolojik zarlarının gözeneklerine nüfuz etmez. Kolloidal parçacıklar (miseller) elektrik yüküne sahip oldukları ve iyonik kabukları çözdükleri için askıda kaldıkları için uzun süre çökelmeyebilirler. Kolloidal sistemin çarpıcı bir örneği jelatin, albümin, arap zamkı çözeltileri ve altın ve gümüşün kolloidal çözeltileridir.

Kolloidal sistemler kaba sistemler ile gerçek çözümler arasında bir ara pozisyonda bulunur. Doğada yaygın olarak bulunurlar. Toprak, kil, doğal sular, bazı değerli taşlar da dahil olmak üzere birçok mineral koloidal sistemlerdir.

İki grup kolloidal çözelti vardır: sıvı (kolloidal çözeltiler - sollar) ve jel benzeri (jöle - jeller).

Hücrenin çoğu biyolojik sıvısı (daha önce bahsedilen sitoplazma, nükleer meyve suyu - karyoplazma, vakuollerin içeriği) ve bir bütün olarak canlı organizma kolloidal çözeltilerdir (soller). Canlı organizmalarda meydana gelen tüm hayati süreçler, maddenin kolloidal durumuyla ilişkilidir. Her canlı hücrede biyopolimerler (nükleik asitler, proteinler, glikozaminoglikanlar, glikojen) dağınık sistemler halinde bulunur.

Jeller, dağılmış fazın parçacıklarının uzaysal bir yapı oluşturduğu koloidal sistemlerdir.

Jeller şunlar olabilir: yiyecek - marmelat, marshmallow, jöleli et, jöle; biyolojik - kıkırdak, tendonlar, saç, kas ve sinir dokusu, denizanası gövdeleri; kozmetikler - duş jelleri, kremler; tıbbi - ilaçlar, merhemler; mineral - inciler, opal, akik, kalsedon.

Kolloidal sistemler biyoloji ve tıp açısından büyük önem taşımaktadır. Herhangi bir canlı organizmanın bileşimi, çevreyle karmaşık bir ilişki içinde olan katı, sıvı ve gaz halindeki maddeleri içerir. Kimyasal açıdan bakıldığında vücut bir bütün olarak birçok kolloidal sistemin karmaşık bir koleksiyonudur.

Biyolojik sıvılar (kan, plazma, lenf, beyin omurilik sıvısı vb.), proteinler, kolesterol, glikojen ve diğerleri gibi organik bileşiklerin kolloidal durumda olduğu kolloidal sistemlerdir. Doğa neden onu bu kadar tercih ediyor? Bu özellik öncelikle kolloidal durumdaki bir maddenin fazlar arasında geniş bir arayüze sahip olmasından kaynaklanmaktadır ve bu da daha iyi metabolik reaksiyonlara katkıda bulunmaktadır.

Doğal ve yapay dispers sistemlere örnekler. Doğal karışımlar olarak mineraller ve kayalar

Bizi çevreleyen tüm doğa - hayvan ve bitki organizmaları, hidrosfer ve atmosfer, yer kabuğu ve toprak altı - birçok farklı ve farklı türde kaba ve kolloidal sistemin karmaşık bir koleksiyonudur. Gezegenimizin bulutları, bizi çevreleyen tüm doğayla aynı canlı varlıklardır. Bilgi kanalları oldukları için Dünya için büyük önem taşıyorlar. Sonuçta bulutlar suyun kılcal maddesinden oluşur ve bildiğiniz gibi su çok iyi bir bilgi depolama aracıdır. Doğadaki su döngüsü, gezegenin durumu ve insanların ruh hali hakkındaki bilgilerin atmosferde birikmesine ve bulutlarla birlikte Dünya'nın tüm alanı boyunca hareket etmesine yol açar. Doğanın muhteşem bir yaratımı - insanlara neşe, estetik zevk ve sadece bazen gökyüzüne bakma arzusu veren bulutlar.

Sis ayrıca, su buharının küçük yoğunlaşma ürünleri oluştuğunda (? 10°'nin üzerindeki bir hava sıcaklığında - küçük su damlacıkları,? 10..?'da) havadaki su birikimi olan doğal bir dağılım sisteminin bir örneği olabilir. 15° - aşağıdaki sıcaklıkta su damlacıkları ve kristal buz karışımı? 15° - güneş ışınlarında veya ay ve fener ışığında parıldayan buz kristalleri). Sis sırasında bağıl hava nemi genellikle %100'e yakındır (en azından %85-90'ı aşar). Bununla birlikte, yerleşim yerlerinde, tren istasyonlarında ve havaalanlarında şiddetli donlarda (? 30° ve altı), yakıtın yanması sırasında oluşan su buharının yoğunlaşması nedeniyle herhangi bir bağıl hava neminde (%50'den az bile olsa) sisler gözlemlenebilir. (motorlarda, fırınlarda vb.) egzoz boruları ve bacalar yoluyla atmosfere salınır.

Sislerin sürekli süresi, özellikle soğuk mevsimde genellikle birkaç saatten (bazen yarım saatten bir saate kadar) birkaç güne kadar değişir.

Sisler her türlü ulaşımın (özellikle havacılık) normal işleyişini engeller, bu nedenle sis tahminleri büyük ekonomik öneme sahiptir.

Karmaşık bir dispers sistemin bir örneği, ana bileşenleri (su hariç) yağ, kazein ve süt şekeri olan süttür. Yağ emülsiyon halindedir ve süt durduğunda yavaş yavaş yukarıya doğru (krema) yükselir. Kazein kolloidal bir çözelti formunda bulunur ve kendiliğinden salınmaz, ancak süt örneğin sirke ile asitleştirildiğinde kolaylıkla çökelebilir (süzme peynir şeklinde). Doğal koşullar altında süt ekşidiğinde kazein açığa çıkar. Son olarak süt şekeri moleküler bir çözelti halindedir ve yalnızca su buharlaştığında açığa çıkar.

Birçok gaz, sıvı ve katı madde suda çözünür. Şeker ve sofra tuzu suda kolaylıkla çözünür; karbondioksit, amonyak ve diğer birçok madde suyla çarpıştığında çözeltiye geçerek önceki topaklanma durumlarını kaybeder. Bir çözünen, bir çözeltiden belirli bir şekilde izole edilebilir. Bir sofra tuzu çözeltisini buharlaştırırsanız, tuz katı kristaller halinde kalır.

Maddeler suda (veya başka bir çözücüde) çözündüğünde tekdüze (homojen) bir sistem oluşur. Bu nedenle çözüm, iki veya daha fazla bileşenden oluşan homojen bir sistemdir. Çözeltiler sıvı, katı ve gaz halinde olabilir. Sıvı çözeltiler örneğin su içinde şeker veya sofra tuzu çözeltisi, su içinde alkol ve benzerlerini içerir. Bir metalin diğerindeki katı çözeltileri alaşımları içerir: pirinç, bir bakır ve çinko alaşımıdır, bronz, bir bakır ve kalay alaşımıdır ve benzerleri. Gaz halindeki bir madde hava veya herhangi bir gaz karışımıdır.

Saf maddeler doğada çok nadir bulunur. Farklı toplanma durumlarındaki farklı maddelerin karışımları, heterojen ve homojen sistemler (dağılmış sistemler ve çözümler) oluşturabilir.

Daha küçük miktarlarda bulunan ve bir başkasının hacminde dağılan maddeye dağılmış faz denir. Birkaç maddeden oluşabilir.

Haciminde dağılmış fazın dağıldığı daha büyük miktarlarda bulunan maddeye dağılım ortamı denir. Kendisi ile dağılmış fazın parçacıkları arasında bir arayüz vardır, bu nedenle dağılmış sistemlere heterojen (homojen olmayan) denir.

Hem dispersiyon ortamı hem de dispersiyon fazı farklı toplanma durumlarındaki (katı, sıvı ve gaz) maddelerle temsil edilebilir.

Dispersiyon ortamının toplam durumunun ve dağılmış fazın kombinasyonuna bağlı olarak, bu tür sistemlerin 8 tipi ayırt edilebilir (Tablo 11).

Tablo 11
Dağınık sistem örnekleri

Dağınık fazı oluşturan maddelerin parçacık boyutuna bağlı olarak, dağılmış sistemler, parçacık boyutları 100 nm'den büyük olan kaba dağılmış (süspansiyonlar) ve parçacık boyutları 100'den 1'e kadar olan ince dağılmış (kolloidal çözeltiler veya koloidal sistemler) olarak ayrılır. nm. Maddenin boyutu 1 nm'den küçük moleküllere veya iyonlara parçalanması durumunda homojen bir sistem oluşur - bir çözüm. Üniformdur (homojen), dağılmış fazın parçacıkları ile ortam arasında arayüz yoktur.

Dağınık sistemler ve çözümlerle hızlı bir tanışma bile bunların günlük yaşamda ve doğada ne kadar önemli olduğunu gösterir (bkz. Tablo 11).

Kendiniz karar verin: Nil'in alüvyonu olmasaydı Eski Mısır'ın büyük uygarlığı gerçekleşemezdi; su, hava, kayalar ve mineraller olmasaydı, yaşayan gezegen, yani ortak evimiz olan Dünya var olamazdı; hücreler olmasaydı canlı organizmalar olmazdı vb.

Dağınık sistemlerin ve çözümlerin sınıflandırılması Şema 2'de sunulmaktadır.

Şema 2
Dispers sistemlerin ve çözümlerin sınıflandırılması

Askıya almak

Süspansiyonlar, faz parçacık boyutunun 100 nm'den büyük olduğu dağınık sistemlerdir. Bunlar, bireysel parçacıkları çıplak gözle görülebilen opak sistemlerdir. Dağınık faz ve dağılım ortamı çökeltme yoluyla kolayca ayrılır. Bu tür sistemler üç gruba ayrılır:

1. emülsiyonlar (hem ortam hem de faz birbiri içinde çözünmeyen sıvılardır). Bunlar iyi bilinen süt, lenf, su bazlı boyalar vb.;
2. süspansiyonlar (ortam bir sıvıdır ve faz, içinde çözünmeyen bir katıdır). Bunlar inşaat çözümleri (örneğin, badana için "kireç sütü"), suda asılı kalan nehir ve deniz alüvyonu, deniz suyundaki mikroskobik canlı organizmaların canlı bir süspansiyonu - dev balinaların beslendiği plankton vb.;
3. Aerosoller, küçük sıvı veya katı parçacıklarının bir gazdaki (örneğin, havadaki) süspansiyonlarıdır. Toz, duman ve sisi ayırt edin. İlk iki tür aerosol, gazdaki katı parçacıkların (tozdaki daha büyük parçacıklar) süspansiyonlarıdır; ikincisi, gazdaki küçük sıvı damlacıklarının süspansiyonudur. Örneğin, doğal aerosoller: sis, gök gürültülü bulutlar - havada su damlacıklarının süspansiyonu, duman - küçük katı parçacıklar. Ve dünyanın en büyük şehirlerinin üzerinde asılı olan duman da katı ve sıvı dağılmış faza sahip bir aerosoldür. Çimento fabrikalarının yakınındaki yerleşim yerlerinin sakinleri, çimento hammaddelerinin ve onun pişirilmesinin ürünü olan klinkerin öğütülmesi sırasında oluşan, her zaman havada asılı kalan en ince çimento tozundan muzdariptir. Benzer zararlı aerosoller (toz) metalurjik üretim yapılan şehirlerde de mevcuttur. Fabrika bacalarından çıkan duman, duman, grip hastasının ağzından çıkan küçük tükürük damlacıkları ve ayrıca zararlı aerosoller.

Aerosoller doğada, günlük yaşamda ve insan üretim faaliyetlerinde önemli bir rol oynamaktadır. Bulut birikimleri, tarlaların kimyasal olarak arıtılması, sprey boya uygulaması, yakıt atomizasyonu, süt tozu üretimi ve solunum tedavisi (inhalasyon), aerosollerin fayda sağladığı olay ve süreçlere örnektir.

Aerosoller, deniz sörfü üzerinde, şelale ve çeşmelerin yakınında oluşan sislerdir; içlerinde beliren gökkuşağı insana neşe ve estetik zevk verir.

Kimya için suyun ortam olduğu dağınık sistemler büyük önem taşımaktadır.

Kolloidal sistemler

Kolloidal sistemler, faz parçacık boyutunun 100 ila 1 nm arasında olduğu dağılmış sistemlerdir. Bu parçacıklar çıplak gözle görülemez ve bu tür sistemlerde dağılmış faz ile dağılım ortamının çökeltilerek ayrılması zordur.

Sollara (kolloidal çözeltiler) ve jellere (jöle) ayrılırlar.

1. Kolloidal çözümler, veya sollar. Bu, canlı bir hücrenin (sitoplazma, nükleer meyve suyu - karyoplazma, organel ve vakuol içerikleri) ve bir bütün olarak canlı organizmanın (kan, lenf, doku sıvısı, sindirim suları, humoral sıvılar vb.) sıvılarının çoğunluğudur. Bu tür sistemler yapıştırıcılar, nişasta, proteinler ve bazı polimerler oluşturur.

Kimyasal reaksiyonlar sonucunda kolloidal çözeltiler elde edilebilir; örneğin, potasyum veya sodyum silikatların ("çözünür cam") çözeltileri asit çözeltileriyle reaksiyona girdiğinde koloidal bir silisik asit çözeltisi oluşur. Demir (III) klorürün sıcak suda hidrolizi sırasında da bir sol oluşur. Kolloidal çözeltiler görünüş olarak gerçek çözeltilere benzer. İkincisinden, oluşan "parlak yol" ile ayırt edilirler - içlerinden bir ışık huzmesi geçtiğinde bir koni. Bu olguya Tyndall etkisi denir. Solun dağılmış fazının gerçek çözeltiden daha büyük parçacıkları yüzeylerinden gelen ışığı yansıtır ve gözlemci kolloidal çözeltinin bulunduğu kapta parlak bir koni görür. Gerçek bir çözümde oluşmaz. Benzer bir etkiyi sinemalarda, bir film kamerasından gelen bir ışık huzmesi sinema salonunun havasından geçtiğinde, sıvı kolloid yerine yalnızca bir aerosol için gözlemleyebilirsiniz.

Kolloidal çözeltilerin dağılmış fazındaki parçacıklar, termal hareket nedeniyle solvent molekülleriyle sürekli çarpışmalar nedeniyle uzun süreli depolama sırasında bile çoğu zaman çökelmez. Yüzeylerinde aynı isimdeki elektrik yüklerinin bulunması nedeniyle birbirlerine yaklaşırken birbirine yapışmazlar. Ancak belirli koşullar altında bir pıhtılaşma süreci meydana gelebilir.

Pıhtılaşma- kolloidal parçacıkların birbirine yapışması ve çökelmesi olgusu - koloidal çözeltiye bir elektrolit eklendiğinde bu parçacıkların yükleri nötralize edildiğinde gözlenir. Bu durumda çözelti bir süspansiyona veya jele dönüşür. Bazı organik kolloidler ısıtıldığında (yapıştırıcı, yumurta akı) veya çözeltinin asit-baz ortamı değiştiğinde pıhtılaşır.

2. Kolloidal sistemlerin ikinci alt grubu jeller, veya jöleler y sollerin pıhtılaşması sırasında oluşan jelatinimsi çökeltileri temsil eder. Bunlar arasında çok iyi bilinen şekerleme, kozmetik ve tıbbi jeller (jelatin, jöle, jöle, marmelat, Kuş Sütlü sufle keki) ve tabii ki sonsuz çeşitlilikte doğal jeller: mineraller (opal), denizanası gibi çok sayıda polimer jel bulunur. vücutlar , kıkırdak, tendonlar, saç, kas ve sinir dokusu vb. Dünyadaki yaşamın gelişim tarihi, aynı zamanda maddenin kolloidal durumunun evriminin tarihi olarak da düşünülebilir. Zamanla jellerin yapısı bozulur ve içlerinden su açığa çıkar. Bu olaya sinerez denir.