Kolloidisysteemit , kolloidit ( muut kreikkalainen κόλλα - liima + εἶδος - näkymä; "liimamainen") - dispergoidut järjestelmät todellisten liuosten ja karkeiden systeemien välissä - suspensiot , joissa on erillisiä hiukkasia, pisaroita tai kuplia, joiden koko on dispergoituva faasi Ainakin jossakin mittauksessa 1 - 1000 nm , jakautuneena dispersioväliaineeseen, yleensä jatkuvaan, koostumukseltaan tai aggregaatiotilaltaan erilainen kuin ensimmäinen . Samaan aikaan alle 100 nm:n mittakaavoja pidetään erityisenä alaluokkana, jota kutsutaan "kvanttikokoisiksi" kolloidisiksi järjestelmiksi [1] . ATvapaasti dispergoidut kolloidiset järjestelmät ( höyryt , soolit ) hiukkaset eivät saostu.
Kolloidisuspensiot ovat tutkimuskohteena kolloidikemiassa . Tämän tutkimusalueen esitteli vuonna 1845 italialainen kemisti Francesco Selmi [2] , ja vuodesta 1861 lähtien sitä on tutkinut skotlantilainen tiedemies Thomas Graham [3] .
Dispergoituneiden hiukkasten luonteen mukaan kolloidit jaetaan orgaanisiin ja epäorgaanisiin dispergoidun faasin ja dispergoidun väliaineen välisen vuorovaikutuksen voimakkuuden mukaan - lyofiilisiin ja lyofobisiin . Dispergoituneen väliaineen aggregaatiotilan mukaan erotetaan kaasumaiset ( aerosolit ), nestemäiset ( lyosolit ) ja kiinteät (kryo- ja solidotsolit) kolloidiset järjestelmät [5] .
Kolloidisista systeemeistä hydrosolilla on suurin merkitys kemiallisessa analyysissä – kaksifaasiset mikroheterogeeniset dispersiosysteemit, joille on ominaista erittäin korkea dispergoituvuus ja joissa dispersioväliaine on vesi – analyyttisessä käytännössä yleisimmin käytetty liuotin. On myös organosoleja , joissa dispersioväliaine on vedetön ( orgaaninen ) liuottimia . Dispergoituneen faasin hiukkasten molekyyliadheesion seurauksena sooleista muodostuu geelejä niiden koaguloitumisen aikana. Tässä tapauksessa faasierottelua ei tapahdu; toisin sanoen soolien siirtyminen geeliksi ei ole faasimuutosta.
Geelin muodostumisen aikana koko dispersioväliaine (esimerkiksi vesi hydrosolissa) sitoutuu tiukasti dispergoituneen faasin hiukkasten pintaan ja geelin tilarakenteen soluihin. Geelit pystyvät palauttamaan tilarakenteensa palautuvasti ajoissa, mutta kuivumisen jälkeen niiden rakenne tuhoutuu ja ne menettävät tämän kyvyn.
Hopeahalogenidien kolloidiset ominaisuudetTitrausprosessissa halogenidi -ioneja hopeasuolojen liuoksilla saadaan hopeahalogenideja, jotka ovat erittäin alttiita kolloidisten liuosten muodostumiselle. Hal -ionien ylimäärän läsnä ollessa , toisin sanoen ekvivalenssipisteeseen saakka halogenidien titrauksessa hopea - ioneilla tai ekvivalenssipisteen jälkeen hopea-ionien titrauksessa halogenideilla , johtuen Hal -ionien adsorptiosta , AgHalin suspendoituneet hiukkaset saavat negatiivisen varauksen:
m AgHal + n Нal − → [AgHal ] m n Нal −Ag ± -ionien ylimäärän läsnäollessa (eli ekvivalenssipisteeseen asti, kun hopea-ioneja titrataan halogenideilla tai ekvivalenssipisteen jälkeen, kun halogenideja titrataan hopeaioneilla), suspendoituneet hiukkaset saavat positiivisen varauksen:
m AgHal + n Ag + → [AgHal] m n Ag +Siten suspendoidun hiukkasen varaus [AgHal] m n Hal − tai [AgHal] m n Ag + määräytyy miselliytimen pintaan adsorboituneiden ionien varauksesta [AgHal] m , ja se riippuu hiukkasen läsnäolosta. Hal - tai Ag + -ylimäärä järjestelmässä , mikä aiheuttaa suspendoidun soolihiukkasen negatiivisen tai positiivisen varauksen.
Miselliytimen pinnalla sijaitsevan ja tietyn sähkövarauksen aiheuttavan adsorptiokerroksen lisäksi miselli sisältää myös osan vastakkaisen merkkisiä ioneja, jotka muodostavat toisen (ulomman) ionikerroksen.
Esimerkiksi kaliumjodidin titrausprosessissa hopeanitraattiliuoksella
Ag + + NO 3 - + K + + I - → AgI + K + + NO 3 -muodostuu seuraavan rakenteen omaavia misellejä:
Kolloidihiukkaset, joissa on samat sähkövaraukset, hylkivät toisiaan. Keskinäiset hylkimisvoimat estävät hiukkasia pääsemästä tarpeeksi lähelle molemminpuolista vetovoimaa. Samanaikaisesti varautuneilla hiukkasilla on korkea adsorptiokyky , ne houkuttelevat hiukkasia, jotka kuljettavat vastakkaisia sähkövarauksia ja muodostavat niiden kanssa niukkaliukoisia yhdisteitä. Ensinnäkin ne ionit adsorboituvat varautuneiden kolloidisten hiukkasten pinnalle, jotka muodostavat vähiten liukenevia saostumia ionien kanssa , jotka ovat osa näitä hiukkasia. Lisäksi ne ionit, joilla on suurin pitoisuus, adsorboituvat. Esimerkiksi AgI:n laskeutumisen aikana Br- , Cl- , SCN- ja muut ionit voivat saostua sen kanssa. Vieraita epäpuhtauksia sisältämättömien halogenidien titrausvaiheessa sakka adsorboi liuoksessa olevat Hal -ionit ja muodostaa negatiivisia varauksia AgHal-partikkeleihin. Molemmissa tapauksissa titraustulokset ovat vääristyneitä. Siksi tiettyjen aineiden määritysmenetelmissä suositeltuja saostumisolosuhteita on noudatettava tarkasti.
Kolloidisten järjestelmien analysointiin on olemassa useita menetelmiä, joista löytyy kemiallisia ja fysikaalis-kemiallisia menetelmiä: analyysi adsorptioindikaattoreita käyttäen; läpäisevän valon sironnan mittaamiseen perustuvat menetelmät ( nefelometria ja turbidimetria ); menetelmät, jotka perustuvat sedimentaationopeuden mittaamiseen ( Sedimentaatioanalyysi ), sekä Brownin liikkeen nopeuteen kolloidisissa järjestelmissä ( nanohiukkasten liikeradan analyysi ), dynaamiseen ja staattiseen valonsirontaan.
| Aineen termodynaamiset tilat | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Vaiheen tilat |
| ||||||||||||||||
| Vaiheen siirtymät |
| ||||||||||||||||
| Hajotusjärjestelmät | |||||||||||||||||
| Katso myös | |||||||||||||||||