Sistemet koloidale janë jashtëzakonisht të rëndësishme në jetën e çdo personi. Kjo është për shkak jo vetëm të faktit se pothuajse të gjitha lëngjet biologjike në një organizëm të gjallë formojnë koloidë. Por shumë dukuri natyrore (mjegulla, smogu), dheu, mineralet, ushqimi, ilaçet janë gjithashtu sisteme koloidale.
Njësia e formacioneve të tilla, që pasqyron përbërjen dhe vetitë e tyre specifike, konsiderohet të jetë një makromolekulë ose micelë. Struktura e kësaj të fundit varet nga një sërë faktorësh, por është gjithmonë një grimcë shumështresore. Teoria kinetike molekulare moderne i konsideron tretësirat koloidale si një rast të veçantë të zgjidhjeve të vërteta, me grimca më të mëdha të lëndës së tretur.
Metodat për marrjen e tretësirave koloidale
Struktura e një micele e formuar kur shfaqet një sistem koloidal, varet pjesërisht nga mekanizmi i këtij procesi. Metodat për marrjen e koloideve ndahen në dy grupe thelbësisht të ndryshme.
Metodat e shpërndarjes shoqërohen me bluarjen e grimcave mjaft të mëdha. Në varësi të mekanizmit të këtij procesi, dallohen metodat e mëposhtme.
- Përpunim. Mund të bëhet e thatë osemënyrë të lagësht. Në rastin e parë, së pari grimcohet lënda e ngurtë dhe vetëm atëherë shtohet lëngu. Në rastin e dytë, substanca përzihet me një lëng dhe vetëm pas kësaj shndërrohet në një përzierje homogjene. Bluarja kryhet në mullinj të posaçëm.
- Ënjtje. Bluarja arrihet për faktin se grimcat e tretësit depërtojnë në fazën e shpërndarë, e cila shoqërohet me zgjerimin e grimcave të saj deri në ndarje.
- Dispersion me ultratinguj. Materiali që do të bluhet vendoset në një lëng dhe sonikohet.
- Dispersion i goditjes elektrike. Kërkohet në prodhimin e soleve metalike. Ajo kryhet duke vendosur elektroda të bëra nga një metal i shpërndarë në një lëng, e ndjekur nga aplikimi i tensionit të lartë në to. Si rezultat, formohet një hark voltaik në të cilin metali spërkatet dhe më pas kondensohet në një tretësirë.
Këto metoda janë të përshtatshme për grimcat koloidale liofilike dhe liofobike. Struktura e micelës kryhet njëkohësisht me shkatërrimin e strukturës origjinale të lëndës së ngurtë.
Metodat e kondensimit
Grupi i dytë i metodave të bazuara në zmadhimin e grimcave quhet kondensim. Ky proces mund të bazohet në dukuri fizike ose kimike. Metodat fizike të kondensimit përfshijnë si më poshtë.
- Zëvendësimi i tretësit. Bëhet fjalë për transferimin e një lënde nga një tretës, në të cilin tretet shumë mirë, në një tjetër, në të cilin tretshmëria është shumë më e ulët. Si rezultat, grimca të voglado të kombinohen në agregate më të mëdhenj dhe do të shfaqet një zgjidhje koloidale.
- Kondensimi i avullit. Një shembull është mjegulla, grimcat e të cilave janë në gjendje të vendosen në sipërfaqe të ftohta dhe gradualisht të rriten.
Metodat e kondensimit kimik përfshijnë disa reaksione kimike të shoqëruara me precipitim të një strukture komplekse:
- Shkëmbimi jonesh: NaCl + AgNO3=AgCl↓ + NaNO3.
- Proceset redoks: 2H2S + O2=2S↓ + 2H2O.
- Hidrolizë: Al2S3 + 6H2O=2Al(OH) 3↓ + 3H2S.
Kushtet për kondensimin kimik
Struktura e micelave të formuara gjatë këtyre reaksioneve kimike varet nga teprica ose mungesa e substancave të përfshira në to. Gjithashtu, për shfaqjen e tretësirave koloidale, është e nevojshme të respektohen një sërë kushtesh që pengojnë precipitimin e një përbërjeje pak të tretshme:
- përmbajtja e substancave në tretësirat e përziera duhet të jetë e ulët;
- shpejtësia e tyre e përzierjes duhet të jetë e ulët;
- një nga solucionet duhet të merret me tepricë.
Struktura micelle
Pjesa kryesore e micelës është bërthama. Formohet nga një numër i madh atomesh, jonesh dhe molekulash të një përbërjeje të patretshme. Zakonisht bërthama karakterizohet nga një strukturë kristalore. Sipërfaqja e bërthamës ka një rezervë energjie të lirë, e cila bën të mundur përthithjen selektive të joneve nga mjedisi. Ky procesi bindet rregullit Peskov, i cili thotë: në sipërfaqen e një trupi të ngurtë, mbizotërojnë ato jone që janë në gjendje të plotësojnë rrjetën e saj kristalore. Kjo është e mundur nëse këto jone janë të lidhura ose të ngjashme në natyrë dhe formë (madhësi).
Gjatë adsorbimit, një shtresë jonesh të ngarkuar pozitivisht ose negativisht, të quajtur jone përcaktues të potencialit, formohet në bërthamën e micelës. Për shkak të forcave elektrostatike, agregati i ngarkuar që rezulton tërheq kundërjonet (jonet me ngarkesë të kundërt) nga tretësira. Kështu, një grimcë koloidale ka një strukturë shumështresore. Micela fiton një shtresë dielektrike të ndërtuar nga dy lloje jonesh të ngarkuar në mënyrë të kundërt.
Hydrosol BaSO4
Si shembull, është e përshtatshme të merret në konsideratë struktura e një miceli të sulfatit të bariumit në një tretësirë koloidale të përgatitur në një tepricë të klorurit të bariumit. Ky proces korrespondon me ekuacionin e reaksionit:
BaCl2(p) + Na2SO4(p)=BaSO 4(t) + 2NaCl(p).
Pak i tretshëm në ujë, sulfati i bariumit formon një agregat mikrokristalor të ndërtuar nga numri m-të i molekulave BaSO4. Sipërfaqja e këtij agregati thith sasinë e n-të të joneve Ba2+. 2(n - x) Cl- jonet janë të lidhur me shtresën e joneve përcaktuese të potencialit. Dhe pjesa tjetër e kundërjoneve (2x) ndodhet në shtresën difuze. Kjo do të thotë, granula e kësaj micele do të jetë e ngarkuar pozitivisht.
Nëse sulfati i natriumit merret me tepricë, atëherëjonet përcaktuese potenciale do të jenë SO42- jonet, dhe kundërjonet do të jenë Na+. Në këtë rast, ngarkesa e granulës do të jetë negative.
Ky shembull tregon qartë se shenja e ngarkesës së një kokrrize micele varet drejtpërdrejt nga kushtet për përgatitjen e saj.
Regjistrimi i micelave
Shembulli i mëparshëm tregoi se struktura kimike e micelave dhe formula që e pasqyron atë përcaktohet nga substanca që merret me tepricë. Le të shqyrtojmë mënyrat e shkrimit të emrave të pjesëve individuale të një grimce koloidale duke përdorur shembullin e hidrosolit të sulfurit të bakrit. Për ta përgatitur atë, tretësira e sulfurit të natriumit derdhet ngadalë në një sasi të tepërt të tretësirës së klorurit të bakrit:
CuCl2 + Na2S=CuS↓ + 2NaCl.
Struktura e një micelli CuS të marrë më tepër se CuCl2 shkruhet si më poshtë:
{[mCuS]·nCu2+·xCl-}+(2n-x)·(2n-x)Cl-.
Pjesë strukturore të një grimce koloidale
Në kllapa katrore shkruani formulën e një përbërjeje pak të tretshme, e cila është baza e të gjithë grimcës. Zakonisht quhet agregat. Zakonisht, numri i molekulave që përbëjnë agregatin shkruhet me shkronjën latine m.
Jonet përcaktuese të potencialit përmbahen me tepricë në tretësirë. Ato janë të vendosura në sipërfaqen e agregatit dhe në formulë shkruhen menjëherë pas kllapave katrore. Numri i këtyre joneve shënohet me simbolin n. Emri i këtyre joneve tregon se ngarkesa e tyre përcakton ngarkesën e granulës së micelës.
Një kokrrizë formohet nga një bërthamë dhe një pjesëkundërjoneve në shtresën e adsorbimit. Vlera e ngarkesës së granulës është e barabartë me shumën e ngarkesave të kundërjoneve përcaktues të potencialit dhe të adsorbuar: +(2n – x). Pjesa e mbetur e kundërjoneve është në shtresën difuze dhe kompenson ngarkesën e granulës.
Nëse Na2S është marrë me tepricë, atëherë për micelën koloidale të formuar skema e strukturës do të dukej si:
{[m(CuS)]∙nS2–∙xNa+}–(2n – x) ∙(2n – x)Na+.
Micellat e surfaktantëve
Në rast se përqendrimi i substancave aktive sipërfaqësore (surfaktantëve) në ujë është shumë i lartë, agregatet e molekulave (ose joneve) të tyre mund të fillojnë të formohen. Këto grimca të zmadhuara kanë formën e një sfere dhe quhen micela Gartley-Rebinder. Duhet të theksohet se jo të gjithë surfaktantët e kanë këtë aftësi, por vetëm ata në të cilët raporti i pjesëve hidrofobike dhe hidrofile është optimal. Ky raport quhet ekuilibër hidrofilik-lipofilik. Aftësia e grupeve të tyre polare për të mbrojtur bërthamën hidrokarbure nga uji gjithashtu luan një rol të rëndësishëm.
Agregatet e molekulave surfaktant formohen sipas disa ligjeve:
- ndryshe nga substancat me molekulare të ulët, agregatet e të cilave mund të përfshijnë një numër të ndryshëm molekulash m, ekzistenca e micelave surfaktantësh është e mundur me një numër molekulash të përcaktuar rreptësisht;
- nëse për substancat inorganike fillimi i micelizimit përcaktohet nga kufiri i tretshmërisë, atëherë për surfaktantët organikë përcaktohet nga arritja e përqendrimeve kritike të micelizimit;
- së pari, numri i micelave në tretësirë rritet dhe më pas rritet madhësia e tyre.
Efekti i përqendrimit në formën e micelës
Struktura e micelave surfaktant ndikohet nga përqendrimi i tyre në tretësirë. Me arritjen e disa vlerave të saj, grimcat koloidale fillojnë të ndërveprojnë me njëra-tjetrën. Kjo bën që forma e tyre të ndryshojë si më poshtë:
- sfera kthehet në një elipsoid dhe më pas në një cilindër;
- përqendrimi i lartë i cilindrave çon në formimin e një faze gjashtëkëndore;
- në disa raste shfaqet një fazë lamelare dhe një kristal i ngurtë (grimca sapuni).
Llojet e micelave
Sipas veçorive të organizimit të strukturës së brendshme dallohen tre lloje sistemesh koloidale: suspensoidet, koloidet micelare, koloidet molekulare.
Suspensoidet mund të jenë koloidë të pakthyeshëm, si dhe koloidë liofobikë. Kjo strukturë është tipike për tretësirat e metaleve, si dhe për përbërjet e tyre (okside dhe kripëra të ndryshme). Struktura e fazës së shpërndarë të formuar nga suspensoidet nuk ndryshon nga struktura e një substance kompakte. Ka një rrjetë kristalore molekulare ose jonike. Dallimi nga pezullimet është një shpërndarje më e lartë. Pakthyeshmëria manifestohet në aftësinë e tretësirave të tyre pas avullimit për të formuar një precipitat të thatë, i cili nuk mund të shndërrohet në sol me tretje të thjeshtë. Ata quhen liofobikë për shkak të ndërveprimit të dobët midis fazës së shpërndarë dhe mjedisit të shpërndarjes.
Kolloidet micellare janë tretësira, grimcat koloidale të të cilave formohenkur ngjiten molekulat difilike që përmbajnë grupe polare atomesh dhe radikale jopolare. Shembuj janë sapunët dhe surfaktantët. Molekulat në micela të tilla mbahen nga forcat e dispersionit. Forma e këtyre koloideve mund të jetë jo vetëm sferike, por edhe lamelare.
Kolloidet molekulare janë mjaft të qëndrueshme pa stabilizues. Njësitë e tyre strukturore janë makromolekula individuale. Forma e një grimce koloidale mund të ndryshojë në varësi të vetive të molekulës dhe ndërveprimeve intramolekulare. Pra, një molekulë lineare mund të formojë një shufër ose një spirale.
