Kolloid sistemlər hər bir insanın həyatında son dərəcə vacibdir. Bu, təkcə canlı orqanizmdəki demək olar ki, bütün bioloji mayelərin kolloidlər əmələ gətirməsi ilə əlaqədar deyil. Lakin bir çox təbiət hadisələri (duman, duman), torpaq, minerallar, qida, dərmanlar da kolloid sistemlərdir.
Tərkibi və spesifik xassələrini əks etdirən belə formasiyalar vahidi makromolekul və ya misel hesab olunur. Sonuncunun strukturu bir sıra amillərdən asılıdır, lakin həmişə çox qatlı hissəcikdir. Müasir molekulyar kinetik nəzəriyyə kolloid məhlulları məhlulun daha böyük hissəcikləri ilə həqiqi məhlulların xüsusi halı kimi nəzərdən keçirir.
Kolloid məhlulların alınması üsulları
Koloidal sistemin meydana çıxması zamanı əmələ gələn miselin quruluşu qismən bu prosesin mexanizmindən asılıdır. Kolloidlərin alınması üsulları iki əsas fərqli qrupa bölünür.
Dispersiya üsulları kifayət qədər böyük hissəciklərin üyüdülməsi ilə əlaqələndirilir. Bu prosesin mexanizmindən asılı olaraq aşağıdakı üsullar fərqləndirilir.
- Təmizləmə. Quru və ya edilə biləryaş yol. Birinci halda, bərk əvvəlcə əzilir və yalnız bundan sonra maye əlavə edilir. İkinci halda, maddə maye ilə qarışdırılır və yalnız bundan sonra homojen bir qarışığa çevrilir. Taşlama xüsusi dəyirmanlarda aparılır.
- Şişlik. Taşlama həlledici hissəciklərin dispers fazaya nüfuz etməsi səbəbindən əldə edilir ki, bu da onun hissəciklərinin ayrılana qədər genişlənməsi ilə müşayiət olunur.
- Ultrasəs ilə dispersiya. Torpaqlanacaq material mayenin içinə qoyulur və sonikləşdirilir.
- Elektrik şoku dispersiyası. Metal sols istehsalında tələb olunur. Dağılan metaldan hazırlanmış elektrodları mayenin içinə yerləşdirməklə, sonra onlara yüksək gərginlik tətbiq etməklə həyata keçirilir. Nəticədə, metalın püskürtüldüyü və daha sonra məhlulda qatılaşdığı bir volta qövsü yaranır.
Bu üsullar həm liyofil, həm də liofob kolloid hissəciklər üçün uyğundur. Misel quruluşu bərk cismin orijinal strukturunun məhv edilməsi ilə eyni vaxtda həyata keçirilir.
Kondensasiya üsulları
Zərrəciklərin böyüdülməsinə əsaslanan metodların ikinci qrupu kondensasiya adlanır. Bu proses fiziki və ya kimyəvi hadisələrə əsaslana bilər. Fiziki kondensasiya üsullarına aşağıdakılar daxildir.
- Holventin dəyişdirilməsi. Bu, bir maddənin çox yaxşı həll olduğu bir həlledicidən həllolma qabiliyyətinin daha aşağı olduğu digərinə keçməsinə aiddir. Nəticədə, kiçik hissəciklərdaha böyük aqreqatlara birləşəcək və kolloid məhlul görünəcək.
- Buxar kondensasiyası. Məsələn, hissəcikləri soyuq səthlərdə yerləşə bilən və tədricən böyüyə bilən dumanlardır.
Kimyəvi kondensasiya üsullarına mürəkkəb strukturun çökməsi ilə müşayiət olunan bəzi kimyəvi reaksiyalar daxildir:
- İon mübadiləsi: NaCl + AgNO3=AgCl↓ + NaNO3.
- Redoks prosesləri: 2H2S + O2=2S↓ + 2H2O.
- Hidroliz: Al2S3 + 6H2O=2Al(OH) 3↓ + 3H2S.
Kimyəvi kondensasiya şərtləri
Bu kimyəvi reaksiyalar zamanı əmələ gələn misellərin quruluşu onlarda iştirak edən maddələrin çoxluğundan və ya çatışmazlığından asılıdır. Həmçinin, kolloid məhlulların görünüşü üçün az həll olunan birləşmənin çökməsinə mane olan bir sıra şərtlərə riayət etmək lazımdır:
- qarışıq məhlullarda maddələrin tərkibi aşağı olmalıdır;
- onların qarışdırma sürəti aşağı olmalıdır;
- həlllərdən biri həddindən artıq qəbul edilməlidir.
Misel quruluşu
Miselin əsas hissəsi nüvədir. Çox sayda atom, ion və həll olunmayan birləşmənin molekullarından əmələ gəlir. Adətən nüvə kristal quruluşu ilə xarakterizə olunur. Nüvənin səthi sərbəst enerji ehtiyatına malikdir, bu da ətraf mühitdən ionları seçici şəkildə adsorbsiya etməyə imkan verir. Bu prosesPeskov qaydasına tabe olur, burada deyilir: bərk cismin səthində həmin ionlar əsasən adsorbsiya olunur və öz kristal şəbəkəsini tamamlaya bilir. Bu, əgər bu ionlar əlaqəli və ya təbiət və forma (ölçü) baxımından oxşar olduqda mümkündür.
Adsorbsiya zamanı misel nüvəsində potensial təyin edən ionlar adlanan müsbət və ya mənfi yüklü ionlardan ibarət təbəqə əmələ gəlir. Elektrostatik qüvvələr hesabına yaranan yüklü aqreqat məhluldan əks ionları (əks yüklü ionları) çəkir. Beləliklə, kolloid hissəcik çox qatlı quruluşa malikdir. Misel iki növ əks yüklü ionlardan ibarət dielektrik təbəqə əldə edir.
Hydrosol BaSO4
Nümunə olaraq, artıq barium xloriddə hazırlanmış kolloid məhlulda barium sulfat miselinin strukturunu nəzərdən keçirmək rahatdır. Bu proses reaksiya tənliyinə uyğundur:
BaCl2(p) + Na2SO4(p)=BaSO 4(t) + 2NaCl(p).
Suda bir qədər həll olan barium sulfat m-ci sayda BaSO molekullarından ibarət mikrokristal aqreqat əmələ gətirir4. Bu aqreqatın səthi Ba2+ ionlarının n-ci miqdarını adsorbsiya edir. 2(n - x) Cl- ionları potensial təyin edən ionların təbəqəsi ilə əlaqələndirilir. Qalan əks ionlar (2x) diffuz təbəqədə yerləşir. Yəni bu miselin qranulu müsbət yüklənəcək.
Natrium sulfat artıq qəbul edilərsə, o zamanpotensial təyin edən ionlar SO42- ionları, əks ionlar isə Na+ olacaq. Bu halda qranulun yükü mənfi olacaq.
Bu nümunə aydın şəkildə nümayiş etdirir ki, misel qranulunun yükünün işarəsi birbaşa onun hazırlanması şərtlərindən asılıdır.
Misellər qeydə alınır
Əvvəlki misal göstərdi ki, misellərin kimyəvi quruluşu və onu əks etdirən düstur artıq qəbul edilən maddə ilə müəyyən edilir. Mis sulfid hidrozol nümunəsindən istifadə edərək kolloid hissəciyin ayrı-ayrı hissələrinin adlarını yazmaq yollarını nəzərdən keçirək. Onu hazırlamaq üçün natrium sulfid məhlulu yavaş-yavaş artıq miqdarda mis xlorid məhluluna tökülür:
CuCl2 + Na2S=CuS↓ + 2NaCl.
CuCl2-dən artıq alınan CuS miselinin strukturu aşağıdakı kimi yazılır:
{[mCuS]·nCu2+·xCl-}+(2n-x)·(2n-x)Cl-.
Kolloid hissəciyin struktur hissələri
Kvadrat mötərizədə bütün hissəciyin əsasını təşkil edən az həll olunan birləşmənin düsturunu yazın. O, ümumiyyətlə məcmu adlanır. Adətən, aqreqatı təşkil edən molekulların sayı Latın m hərfi ilə yazılır.
Potensial təyin edən ionlar məhlulda artıqdır. Onlar məcmuənin səthində yerləşir və düsturda kvadrat mötərizədən dərhal sonra yazılır. Bu ionların sayı n simvolu ilə işarələnir. Bu ionların adı göstərir ki, onların yükü misel qranulunun yükünü müəyyən edir.
Qranul özək və hissədən əmələ gəliradsorbsiya qatında əks ionlar. Qranul yükünün qiyməti potensial təyin edən və adsorbsiya edilmiş əks ionların yüklərinin cəminə bərabərdir: +(2n – x). Əks ionların qalan hissəsi diffuz təbəqədədir və qranulun yükünü kompensasiya edir.
Əgər Na2S artıq qəbul edilsə, o zaman əmələ gələn kolloid misel üçün struktur sxemi belə görünərdi:
{[m(CuS)]∙nS2–∙xNa+}–(2n – x) ∙(2n – x)Na+.
Səthi aktiv maddələrin miselləri
Suda səthi aktiv maddələrin (səthi aktiv maddələrin) konsentrasiyası çox yüksək olarsa, onların molekullarının (və ya ionlarının) aqreqatları əmələ gələ bilər. Bu böyüdülmüş hissəciklər kürə formasına malikdir və Gartley-Rebinder miselləri adlanır. Qeyd etmək lazımdır ki, bütün səthi aktiv maddələr bu qabiliyyətə malik deyil, yalnız hidrofobik və hidrofilik hissələrin nisbəti optimal olanlar. Bu nisbət hidrofilik-lipofilik balans adlanır. Onların qütb qruplarının karbohidrogen nüvəsini sudan qorumaq qabiliyyəti də mühüm rol oynayır.
Səthi aktiv maddə molekullarının aqreqatları müəyyən qanunlara əsasən əmələ gəlir:
- aqreqatlarına müxtəlif sayda molekullar daxil ola bilən aşağı molekulyar maddələrdən fərqli olaraq m, səthi aktiv maddə misellərinin mövcudluğu ciddi şəkildə müəyyən edilmiş molekulların sayı ilə mümkündür;
- qeyri-üzvi maddələr üçün miselləşmənin başlanğıcı həllolma həddi ilə müəyyən edilirsə, üzvi səthi aktiv maddələr üçün miselizasiyanın kritik konsentrasiyalarının əldə edilməsi ilə müəyyən edilir;
- əvvəlcə məhluldakı misellərin sayı artır, sonra isə onların ölçüsü artır.
Konsentrasiyanın misel formasına təsiri
Səthi aktiv maddə misellərinin strukturuna onların məhluldakı konsentrasiyası təsir edir. Bəzi dəyərlərinə çatdıqdan sonra kolloid hissəciklər bir-biri ilə qarşılıqlı təsir göstərməyə başlayır. Bu, onların formasının aşağıdakı kimi dəyişməsinə səbəb olur:
- kürə ellipsoidə, sonra isə silindrə çevrilir;
- silindrlərin yüksək konsentrasiyası altıbucaqlı fazanın yaranmasına səbəb olur;
- bəzi hallarda lamel faza və bərk kristal (sabun hissəcikləri) görünür.
Mişel növləri
Daxili quruluşun təşkili xüsusiyyətlərinə görə üç növ kolloid sistemlər fərqləndirilir: suspensoidlər, miselyar kolloidlər, molekulyar kolloidlər.
Suspensoidlər geri dönməz kolloidlər, həmçinin liofob kolloidlər ola bilər. Bu quruluş metalların məhlulları, eləcə də onların birləşmələri (müxtəlif oksidlər və duzlar) üçün xarakterikdir. Suspensoidlərin əmələ gətirdiyi dispers fazanın strukturu kompakt maddənin quruluşundan fərqlənmir. Molekulyar və ya ion kristal şəbəkəsinə malikdir. Süspansiyonlardan fərqi daha yüksək dispersiyadır. Geri dönməzlik onların məhlullarının buxarlanmadan sonra sadə həll yolu ilə solmaya çevrilə bilməyən quru çöküntü əmələ gətirmə qabiliyyətində özünü göstərir. Dispers faza ilə dispersiya mühiti arasında zəif qarşılıqlı təsirə görə onlar liofob adlanır.
Miselyar kolloidlər kolloid hissəcikləri əmələ gələn məhlullardır.atomların qütb qruplarını və qütb olmayan radikalları ehtiva edən difilik molekulları yapışdırarkən. Nümunələr sabun və səthi aktiv maddələrdir. Belə misellərdəki molekullar dispersiya qüvvələri tərəfindən tutulur. Bu kolloidlərin forması təkcə sferik deyil, həm də qatlı ola bilər.
Molekulyar kolloidlər stabilizatorlar olmadan kifayət qədər sabitdir. Onların struktur vahidləri fərdi makromolekullardır. Kolloid hissəciyinin forması molekulun xüsusiyyətlərindən və molekuldaxili qarşılıqlı təsirlərdən asılı olaraq dəyişə bilər. Beləliklə, xətti molekul çubuq və ya sarğı əmələ gətirə bilər.
