Profesionalna interesovanja: Strateški menadžment. Inovacijske aktivnosti. Praksa razvoja malog inovativnog biznisa. godine - Stručna prekvalifikacija iz oblasti vrednovanja poslovanja na Moskovskom međunarodnom institutu za ekonometriju, računarstvo
Plan:
Disperzovani sistemi.
Struktura koloidne micele.
Metode za dobijanje liofobnih koloida (CL).
Predmet i značaj koloidne hemije.
Koloidna hemija- Ovo nauka o dispergovanim sistemima i površinskim pojavama koje nastaju na interfejsima.
Koloidna hemija je hemija stvarnih tela, budući da su stvarni objekti živi i nežive prirode, proizvodi i materijali koje stvaraju i koriste ljudi gotovo su uvijek u raspršenom stanju, odnosno sadrže male čestice, tanki filmovi, membrane, vlakna sa jasno definisanim interfejsom. Istovremeno, površinski fenomeni i disperzni sistemi se javljaju daleko izvan Zemlje. Na primjer, međuzvjezdana materija su oblaci plina i prašine. Meteorološke pojave - grmljavina, kiša, snijeg, grad, magla i druge - su koloidni procesi.
Koloidna hemija iznosi naučne osnove proizvodnja plastike, gume, sintetička vlakna, ljepila, boje i građevinski materijal, hranu, lijekove itd. Praktično ne postoji oblast industrije koja se u ovom ili onom stepenu ne bavi koloidnim sistemima.
Uloga koloidne hemije je također velika u rješavanju niza problema očuvanja. okruženje uključujući čišćenje Otpadne vode, tretman vode, hvatanje aerosola, kontrola erozije tla, itd.
Koloidna hemija otvara nove pristupe proučavati istoriju zemljine kore, uspostaviti veze između koloidno-hemijskih svojstava tla i njegove plodnosti, razjasniti uslove za nastanak života, mehanizme života; ona je jedna od vodećih fondacija moderna biologija, nauka o tlu, geologija, meteorologija. Zajedno sa biohemijom i fizičkom hemijom polimera, čini osnova doktrine o nastanku i razvoju života na Zemlji. Činjenica da su svi živi sistemi visoko disperzovani naglašava važnost koloidne hemije za razvoj moderne nauke u celini.
Značaj koloidnih procesa u poljoprivredi je ogroman (stvaranje dima i magle za suzbijanje poljoprivrednih štetočina, granulacija đubriva, poboljšanje strukture zemljišta i dr.). Kulinarski procesi: starenje želea (stajanje hleba, odvajanje tečnosti od želea, želea i sl.), adsorpcija (bistrenje čorba) koloidni su procesi koji su u osnovi pečenja, vinarstva, pivarstva i druge proizvodnje hrane.
2. Disperzovani sistemi.
Disperzovani sistemi- to su sistemi u kojima je jedna supstanca u obliku čestica razne veličine distribuira u drugoj supstanci.
U disperznim sistemima razlikuje se disperzna faza (DP) - fino usitnjena supstanca i disperzioni medij (DS) - homogena supstanca u kojoj je disperzovana faza raspoređena (u mutna voda koji sadrže glinu, DF su čvrste čestice gline, a DS su voda).
Važna karakteristika disperznih sistema je stepen disperzije - prosječne veličinečestice disperzne faze.
Prema stepenu disperzije, obično se razlikuju sljedeće klase dispergiranih sistema:
Grubi sistemi– sistemi u kojima veličina čestica dispergovane faze prelazi 10 -7 m (suspenzije i emulzije).
Koloidni sistemi– sistemi u kojima je veličina čestica dispergovane faze 10 -7 – 10 -9 m. To su mikroheterogeni sistemi sa dobro razvijenim interfejsom između faza. Njihove čestice se ne talože pod uticajem gravitacije i prolaze kroz papirne filtere, već ih zadržavaju biljne i životinjske membrane. Na primjer, proteinske otopine, koloidi tla, itd.
Ponekad su izolovani molekularni (jonski) dispergovani sistemi, koji, strogo govoreći, jesu istinita rješenja, tj. homogeni sistemi, jer nemaju fazne interfejse. Veličina čestica dispergirane faze je manja od 10 -9 m. Otopljena supstanca je u obliku molekula ili jona. Na primjer, otopine elektrolita, šećera.
Koloidni sistemi su pak podijeljeni u dvije grupe, koje se oštro razlikuju po prirodi interakcije između čestica dispergirane faze i disperzijskog medija - liofobne koloidne otopine (soli) i otopine jedinjenja visoke molekularne težine (HMC), koje su ranije nazivane liofilnih koloida.
TO liofobni koloidi To uključuje sisteme u kojima čestice dispergirane faze slabo interaguju sa disperzionim medijem; ovi sistemi se mogu dobiti samo uz utrošak energije i stabilni su samo uz prisustvo stabilizatora.
IUD rješenja nastaju spontano zbog snažne interakcije čestica dispergirane faze sa disperzijskim medijem i mogu ostati stabilne bez stabilizatora.
Liofobni koloidi i rastvori spirale razlikuju se po komponentama dispergovane faze. Za liofobne koloide jedinica strukture je složen višekomponentni agregat promjenljivog sastava – micelle, za IUD rješenja – makromolekula.
Disperzovani sistemi su podeljeni u grupe koje se razlikuju po prirodi i stanje agregacije disperzna faza i disperzioni medij:
Ako je disperzioni medij tečan, a disperzna faza čvrste čestice, sistem se naziva suspenzija ili suspenzija;
Ako se raspršena faza sastoji od kapljica tekućine, tada se sistem naziva emulzija. Emulzije se, pak, dijele na dvije vrste: ravno, ili "ulje u vodi"(kada je disperzna faza nepolarna tečnost, a disperzioni medij je polarna tečnost) i obrnuto, ili "voda u ulju"(kada je polarna tečnost raspršena u nepolarnoj).
Među dispergovanim sistemima postoje i Pjena(gas dispergovan u tečnosti) i porozna tijela(čvrsta faza u kojoj je raspršen gas ili tečnost). Glavni tipovi disperznih sistema su dati u tabeli.
3. Struktura koloidne micele.
Čestice DF u liofobnim koloidima imaju složenu strukturu u zavisnosti od sastava DF, DS i uslova za dobijanje koloidnog rastvora. Neophodan uslov za dobijanje stabilnih solova je prisustvo treće komponente, koja igra ulogu stabilizatora.
Raspršena čestica – micela se sastoji od:
jezgra, u kristalnom ili tekućem stanju;
monomolekularni adsorpcioni sloj joni koji određuju potencijal;
tečna ljuska, više zbijena na površini čestice i koja se postepeno pretvara u običan disperzioni medij;
čvrsto vezan sloj protivjona, tj. ioni koji nose naboj suprotan znaku naboja jona koji određuju potencijal;
difuzioni sloj kontrajoni koji se slobodno kreću tokom elektroforeze ili elektroosmoze.
Struktura strukturna jedinica liofobni koloidi - micele– može se prikazati samo shematski, jer micela nema specifičan sastav. Razmotrimo strukturu koloidne micele koristeći primjer hidrosol srebrnog jodida, dobijen reakcijom razrijeđenih otopina srebrnog nitrata i kalijevog jodida:
AgNO 3 + KI ––> AgI + KNO 3
Koloidna micela sola srebrnog jodida formirana je od mikrokristala AgI, koji je sposoban za selektivnu adsorpciju Ag + ili I - katjona iz okoline. Da bi se dobio stabilan sol, potrebno je da jedan od elektrolita AgNO 3 ili KI bude prisutan u višku kao stabilizator.
Ako se reakcija izvodi u višku kalijevog jodida, kristal će adsorbirati I - ; sa viškom srebrnog nitrata, mikrokristal adsorbira Ag + ione. Kao rezultat toga, mikrokristal dobiva negativan ili pozitivan naboj.
1. Višak KI
Nerastvorljivi molekuli AgI formu jezgro koloidne čestice (micele) m[ AgI].
I - joni se adsorbuju na površini jezgra (obično oni ioni koji su deo jezgra, tj. adsorbuju se u ovom slučaju Ag + ili I -), dajući mu negativan naboj. Oni dovršavaju kristalnu rešetku jezgra, čvrsto ulazeći u njegovu strukturu, formirajući se adsorpcioni sloj m[ AgI] · nI – . Ioni koji se adsorbiraju na površini jezgra i daju mu odgovarajući naboj nazivaju se joni koji određuju potencijal.
Adsorbirani ioni koji određuju potencijal privlače ione iz otopine suprotan znak kontrajoni(K +), a dio njih (n-x) je adsorbiran na čestici { m[ AgI] · nI – · (n- x) K + } x – . Jezgra + adsorpcioni sloj = granula.
Preostali kontrajoni se formiraju difuznog sloja jona.
Jezgro sa adsorpcijskim i difuznim slojevima predstavlja micelle.
Shematski dijagram dobivene sol micele srebrnog jodida u višku kalijum jodida (joni koji određuju potencijal su I – anjoni, protujoni su K+ joni) može se prikazati na sljedeći način:
(m · nI – · (n-x)K + ) x– · xK +
2. Po prijemu sol srebrnog jodida u višku srebrnog nitrata koloidne čestice će imati pozitivan naboj:
(m nAg + (n-x)NO 3 – ) x+ x NO 3 –
Koloidna hemija je nauka o fizičkim i hemijskim svojstvima dispergovanih sistema i površinskih pojava.
Disperzni sistem (DS) je sistem u kojem je najmanje jedna supstanca u manje ili više usitnjenom (raspršenom) stanju jednoliko raspoređena u masi druge supstance. DS je heterogena, sastoji se od najmanje dvije faze. Zdrobljena faza naziva se disperzovana faza. Kontinuirani medij u kojem je raspršena faza fragmentirana naziva se disperzioni medij. Karakteristično svojstvo DS-a je prisustvo velike površine međufaza. U tom smislu, određujuća svojstva su svojstva površine, a ne čestica u cjelini. DS karakteriziraju procesi koji se odvijaju na površini, a ne unutar faze.
Površinski fenomeni i adsorpcija
Površinski fenomeni su pojave koje se javljaju na granici između faza dispergovanih sistema. To uključuje: površinski napon, vlaženje, adsorpciju itd. površinske pojave najvažniji tehnički procesi: prečišćavanje vazduha i otpadnih voda od štetnih nečistoća, obogaćivanje mineralnih ruda (flotacija), zavarivanje metala, čišćenje, podmazivanje, farbanje raznih površina i mnoge druge.
Površinski napon
Bilo koji fazni interfejs ima posebna svojstva koja se razlikuju od svojstava unutrašnjih delova susednih faza. To je zbog činjenice da površinski slojevi imaju višak slobodna energija. Razmotrimo sistem koji se sastoji od tečnosti i gasa (slika 1).
Po molekulu A, koji se nalazi unutar tečnosti, sile međusobnog privlačenja djeluju na dio svih susjednih molekula koji ga okružuju. Rezultanta ovih sila je nula. Za molekul IN, koji se nalazi na površini tekućine, neće biti kompenzirane sve sile molekularne privlačnosti. To je zbog činjenice da su u plinu molekule udaljene jedna od druge, a privlačne sile između njih su zanemarljive. Dakle, molekuli IN doživite privlačnost samo iz tečnosti. Za njih rezultanta sila molekularne privlačnosti nije nula i usmjerena je duboko u tečnu fazu. Ova sila se zove unutrašnji pritisak. Ovaj pritisak teži da povuče sve molekule sa površine duboko u tečnost. Pod ovim pritiskom, tečnost se skuplja i ponaša kao da ima „kožu“. Što su intermolekularne interakcije u susjednim fazama različite, to je veći unutrašnji pritisak.
U cilju stvaranja nova površina razdvajanje faza, na primjer, da bi se tekućina razvukla u film, potrebno je uložiti rad protiv unutrašnjih sila pritiska. Što je veći unutrašnji pritisak, potrebno je više energije. Ova energija je koncentrisana u molekulima koji se nalaze na površini i naziva se slobodna površinska energija.
Rad utrošen na formiranje 1 cm 2 međufazne površine, ili njene ekvivalentne slobodne površinske energije, naziva se površinski napon i označiti , J/m 2. Tada je rezerva slobodne energije (F s) koncentrisana na međufaznoj granici (S) jednaka: F s = S. Stoga, nego manja veličinačestica, što je veća površina S, to je veća rezerva slobodne površinske energije ovaj dispergovani sistem ima u poređenju sa konvencionalnim masivnim telima.
Iz termodinamike je poznato da uslov za stabilnu ravnotežu sistema je minimalna slobodna energija. U tom smislu, disperzni sistemi su termodinamički nestabilni: u njima procesi se odvijaju spontano , povezano sa smanjenjem međufaznog interfejsa usled povećanja čestica. Očigledno, stanje ravnoteže odgovara stratifikacija sistema (na primjer, emulzija se dijeli na dvije tekućine, a suspenzija na tekućinu i sediment). Osim toga, budući da vrijednost teži minimumu, tečnost u slobodnom stanju uzima oblik sfere, (kapi tečnosti). Ovo se objašnjava činjenicom da je površina lopte minimalna za dati volumen materije.
Minimalna vrijednost F s, odnosno stanje ravnoteže sistema, može se postići i težnjom ka minimalnoj vrijednosti . dakle, spontano u disperznim sistemima postoje i procesi povezani sa smanjenjem površinske napetosti. Za čvrste materije , koje ne mogu promijeniti svoj oblik tako lako kao tekućine, slobodna površinska energija F s može se smanjiti samo na jedan način ─ zbog smanjenja površinske napetosti . To se dešava ovako: molekuli leže unutra površinski sloj, su u stanju da privuku i ponekad vrlo čvrsto drže druge molekule iz okoline koja okružuje čvrstu materiju. Ovaj fenomen se zove sorpcija.
Na vrijednost površinske napetosti utiču:
1. Priroda supstance . Magnituda je određena strukturom kondenzirane faze, odnosno prirodom sila koje djeluju između čestica. Što je veći polaritet hemijskih veza u supstanci, to su veće vrednosti karakteristika ove supstance. Među tečnostima (na granici sa vazduhom) najveću vrednost ima voda. Čak i veće vrijednosti uočeno u topljenjima jonskih kristala i čvrstih metala.
2.Temperatura. Kako temperatura raste, vrijednost smanjuje se jer termičko kretanje Kada se zagriju, čestice slabe djelovanje međučestičnih sila u tvari.
3.Koncentracije dodanih aditiva. Magnituda ovisi o koncentraciji tvari otopljenih u ispitnoj tekućini. Postoje dvije vrste supstanci. Površina ─ neaktivne supstance (PIS), podizanje površinski napon rastvora u poređenju sa čistim rastvaračem. To uključuje najjače elektrolite.
Surfaktanti (surfaktant), snažno snižavanje površinski napon dobijenog rastvora. S povećanjem koncentracije surfaktanta u otopini, vrijednost naglo opada, jer je tvar koncentrirana (sorbirana) u površinskom sloju otopine i nije ravnomjerno raspoređena po volumenu otopine. U vodenim rastvorima polarna organska jedinjenja pokazuju površinsku aktivnost ─ alkoholi, kiseline, soli itd. Molekuli takvih jedinjenja istovremeno sadrže polarne grupe (O, OH, COOH, NH 2) i nepolarni ugljikovodični lanac. Šematski, molekul surfaktanta se konvencionalno označava na sljedeći način: "O─────". Tipičan primjer surfaktanta je natrijumova so stearinske kiseline C 17 H 35 COONa (čvrsti sapun).
Moderna koloidna hemija je nauka na raskrsnici hemije, fizike i biologije. Poseban interdisciplinarni položaj koloidne hemije naglašen je činjenicom da se u literaturi na engleskom jeziku često koristi naziv “koloidna nauka” ( engleski koloidna nauka).
Istorija koloidne hemije
Koloidna hemija kao nauka ima mala prica Međutim, ljudi od davnina koriste svojstva koloidnih sistema i koloidno-hemijskih procesa. To su, na primjer, zanati kao što su izrada boja, keramike, glazure, predenje lana, pamuka, vune i štavljenje kože.
Počevši od 18. stoljeća pojavljuju se opisi pojedinačnih studija, koji su kasnije uključeni u odgovarajuće dijelove koloidne hemije. To uključuje radove M. V. Lomonosova o kristalizaciji, proizvodnji obojenih stakala upotrebom metalnih disperzija (1745-1755). U K. Scheele i F. Fontana su nezavisno otkrili fenomen adsorpcije gasa ugljem. U T. E. Lovitz otkrio fenomen adsorpcije iz rastvora. P. Laplace u gradu primio prvi kvantitativnim odnosima za kapilarni pritisak. IN 1808 F. F. Reiss, provodeći eksperimente sa elementom Volta, otkrio je te pojave elektroforeza I elektroosmoza.
Neka od najranijih studija koloidnih sistema izveo je Italijan F. Selmi 1845. godine. Proučavao je sisteme koji se sastoje od srebrnog hlorida, sumpor , pruska plava, raspoređenih u zapremini vode. Ovi sistemi koje je Selmi dobio vrlo su slični pravim. rješenja, međutim, Selmi je vjerovao da ni supstance koje je proučavao niti druge slične tvari ne mogu biti prisutne u vodi u obliku istih malih čestica kao one nastale u pravim rješenja, odnosno u obliku odvojenog molekule ili joni.
Stavove bliske Selmiju iznio je K. Naegeli, koji je vjerovao da u takvim sistemima postoje čestice sumpor, srebrni hlorid i druge supstance - veći agregati od pojedinačnih molekule. Za polimolekularne agregate uveo je koncept “ micelle" Za razliku između sistema koji sadrže micele, od rješenja, gdje je otopljena supstanca u obliku odvojenog molekule, Nägeli je nazvao sisteme koji sadrže micele " sols" Uslovi " micelle », « sol“postao opšteprihvaćen.
Trenutna drzava
Glavni pravci moderne koloidne hemije:
- Termodinamika površinskih pojava.
- Studiranje adsorpcija Surfaktant.
- Istraživanje obrazovanja i održivosti disperzovanih sistema, njihova molekularno-kinetička, optička i električna svojstva.
- Fizičko-hemijska mehanika dispergovanih struktura.
- Razvoj teorije i molekularnih mehanizama procesa koji se odvijaju u dispergovanim sistemima pod uticajem Surfaktant , električnih naboja, mehanički udar itd.
Budući da je dispergirano stanje materije univerzalno, a predmeti proučavanja koloidne hemije veoma raznoliki, koloidna hemija je usko povezana sa fizikom, biologijom, geologijom, naukom o tlu, medicinom itd.
Postoji Institut za koloidnu hemiju i hemiju vode po imenu. A. V. Dumansky NASU(Kijev).
Izdaje se naučni „Colloid Journal”.
Književnost
- Handbook of Surface and Colloid Chemistry / Ed. K.S. Birdi. - 2nd ed. - N.Y.: CRC Press, 2003. - 765 str.
- Ablesimov N. E. Sinopsis hemije: Referenca i udžbenik iz opšte hemije - Habarovsk: Izdavačka kuća FEGUPS, 2005. - 84 str.
- Ablesimov N. E. Koliko hemija postoji na svijetu? Dio 1. // Hemija i život - XXI vijek. - 2009. - br. 5. - Str. 49-52.
- Summ B. D. Osnove koloidne hemije: udžbenik. pomoć studentima viši udžbenik institucije / B. D. Sum. - 2. izd., izbrisano. - M.: Izdavački centar"Akademija", 2007. - 240 str.
- Hemijska enciklopedija. - M.: “BRE”, 1998.
- Friedrichsberg D. A. Kurs koloidne hemije. L.: Hemija, 1984. - 352 str.
- Zakharchenko V.N. Koloidna hemija: Udžbenik. za medicinskog biologa. specijalista. univerziteti - 2. izd., revidirano. i dodatni - M.: Viša škola, 1989.-238 str.: ilustr.
Wikimedia fondacija. 2010.
Pogledajte šta je "koloidna hemija" u drugim rječnicima:
KOLOIDNA HEMIJA, proučava disperzovane sisteme koji imaju visok stepen fragmentacija (veličina čestica od 10 2 do 10 7 cm) i ogromna površina (na primjer, aktivni ugljen ima specifičnu površinu od hiljade m2/g), što ih određuje ... ... Moderna enciklopedija
Veliki enciklopedijski rječnik
koloidna hemija- - grana hemije čiji su predmet visoko dispergovani sistemi i sistemi koji teku u njima. Rječnik analitičke hemije... Hemijski pojmovi
KOLOIDNA KEMIJA- nauka koja proučava fiziku. chem. svojstva dispergovanih sistema i nekih visokomolekularnih proizvoda, kao i površinske fizičke pojave. chem. procesi koji se dešavaju na interfejsu (vidi) ... Velika politehnička enciklopedija
Tradicionalni naziv fizička hemija disperzni sistemi (Vidi Disperzni sistemi) i površinski fenomeni (Vidi Površinski fenomeni). K. x. kao samostalna nauka nastala je 60-ih godina 19. veka. Od tada su njegov predmet i metode značajno... Velika sovjetska enciklopedija
Pojam koloidna hemija Pojam u engleskom koloidnoj hemiji Sinonimi koloidna nauka Skraćenice Vezani pojmovi adhezija, adsorpcija, električni dvostruki sloj, disperznost, sol, koloidni rastvor, kritična koncentracija... ... Enciklopedijski rečnik nanotehnologije
Oblast hemije koja proučava disperzne sisteme i površinske pojave koje se javljaju na granicama faza. Budući da čestice dispergirane faze i disperzioni medij koji ih okružuje imaju veoma veliku međufaznu površinu (u visoko disperznim sistemima ... ... Hemijska enciklopedija
Tradicionalni naziv za nauku o dispergovanim sistemima i površinskim fenomenima. Proučava procese i pojave kao što su adhezija, adsorpcija, vlaženje, koagulacija, elektroforeza. Razvija naučne principe tehnologije građevinskih materijala, bušenja... enciklopedijski rječnik
koloidna hemija- koloidų chemija statusas T sritis chemija apibrėžtis Dispersinių sistemų ir paviršinių reiškinių chemija. atitikmenys: engl. koloidna hemija rus. koloidna hemija... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
Nauka o površinskim pojavama i dispergovanim sistemima. Sva priroda Zemljina kora i podzemlje, atmosfera i hidrosfera, životinjski i biljni organizmi, složeni skup raznolikih disperznih sistema. Univerzalnost dispergovanog stanja određuje ... ... Veliki enciklopedijski politehnički rječnik
Knjige
- Koloidna hemija. Fizička hemija disperznih sistema. Udžbenik za studente ustanova visokog stručnog obrazovanja. Grif Ministarstvo odbrane Ruske Federacije, Eršov Jurij Aleksejevič. U udžbeniku su date osnove fizičke hemije dispergovanih sistema (koloidna hemija) u skladu sa okvirni program u disciplini "Fizikalna i koloidna hemija" za specijalnost 060301...