تحضير وتنقية أنظمة التفريق. طرق تنقية الأنظمة المشتتة طرق الحصول على الأنظمة المشتتة وتنقيتها

النظام المشتت هو نظام يتم فيه توزيع مادة ما في وسط مادة أخرى، ويكون هناك حد طور بين الجزيئات ووسط التشتت. تتكون الأنظمة المتفرقة من المرحلة متفرقةووسط التشتت.

المرحلة المشتتة هي جزيئات موزعة في الوسط. وعلاماته: التشتت والتقطع.

وسط التشتت هو الوسط المادي الذي توجد فيه المرحلة المشتتة. وعلامتها هي الاستمرارية.

طريقة التشتت. وهو يتألف من التكسير الميكانيكي للمواد الصلبة إلى تشتت معين؛ التشتت عن طريق الاهتزازات فوق الصوتية. التشتت الكهربائي تحت تأثير التناوب و التيار المباشر. للحصول على أنظمة متفرقةيتم استخدام طريقة التشتت على نطاق واسع بواسطة الأجهزة الميكانيكية: الكسارات والمطاحن ومدافع الهاون والبكرات ومطاحن الطلاء والهزازات. يتم تفتيت السوائل ورشها باستخدام الفوهات والمطاحن والأقراص الدوارة وأجهزة الطرد المركزي. يتم تشتيت الغازات بشكل أساسي عن طريق غليها عبر السائل. في بوليمرات الرغوة والخرسانة الرغوية والجبس الرغوي، يتم إنتاج الغازات باستخدام مواد تطلق الغاز عند درجات حرارة مرتفعة أو في التفاعلات الكيميائية.

على الرغم من الاستخدام الواسع النطاق لطرق التشتت، إلا أنه لا يمكن استخدامها للحصول على أنظمة تشتت بحجم جسيم يبلغ -100 نانومتر. يتم الحصول على هذه الأنظمة عن طريق طرق التكثيف.

تعتمد طرق التكثيف على عملية تكوين مرحلة مشتتة من مواد في حالة جزيئية أو أيونية. أحد المتطلبات الضرورية لهذه الطريقة هو إنشاء محلول مفرط التشبع يجب الحصول منه على نظام غرواني. ويمكن تحقيق ذلك في ظل ظروف فيزيائية أو كيميائية معينة.

الطرق الفيزيائية للتكثيف:

1) تبريد أبخرة السوائل أو المواد الصلبة أثناء التمدد الأديباتي أو خلطها بكمية كبيرة من الهواء؛

2) الإزالة التدريجية (التبخر) للمذيب من المحلول أو استبداله بمذيب آخر تكون المادة المشتتة فيه أقل قابلية للذوبان.

وبالتالي، يشير التكثيف الفيزيائي إلى تكثيف بخار الماء على سطح الجزيئات الصلبة أو السائلة المحمولة بالهواء، أو الأيونات أو الجزيئات المشحونة (الضباب، الضباب الدخاني).

يؤدي استبدال المذيب إلى تكوين محلول ملحي عند إضافة سائل آخر إلى المحلول الأصلي، والذي يمتزج جيدًا مع المذيب الأصلي ولكنه مذيب ضعيف للمذاب.

تعتمد طرق التكثيف الكيميائي على إجراء تفاعلات مختلفة، ونتيجة لذلك يتم ترسيب مادة غير مذابة من محلول مفرط التشبع.

يمكن أن يعتمد التكثيف الكيميائي ليس فقط على تفاعلات التبادل، ولكن أيضًا على تفاعلات الأكسدة والاختزال، والتحلل المائي، وما إلى ذلك.

يمكن أيضًا الحصول على الأنظمة المشتتة عن طريق الببتة، والتي تتكون من تحويل الرواسب، التي تحتوي جزيئاتها بالفعل على أحجام غروانية، إلى "محلول" غرواني. تتميز الأنواع التالية من الببتة: الببتة عن طريق غسل الرواسب؛ التبيبت مع المواد الخافضة للتوتر السطحي. التبيبتة الكيميائية.

من وجهة نظر الديناميكا الحرارية، الطريقة الأكثر فائدة هي التشتت.

طرق التنظيف:

1. غسيل الكلى - تنقية المحاليل من الشوائب باستخدام أغشية شبه نفاذة مغسولة بمذيب نقي.

2. غسيل الكلى – غسيل الكلى المتسارع الحقل الكهربائي.

3. الترشيح الفائق – التنقية بالضغط على وسط التشتت مع الشوائب ذات الجزيئات المنخفضة من خلال غشاء شبه منفذ (الترشيح الفائق).

الخواص الحركية الجزيئية والبصرية للأنظمة المشتتة: الحركة البراونية، الضغط الأسموزي، الانتشار، توازن الترسيب، تحليل الترسيب، الخواص البصرية للأنظمة المشتتة.

جميع الخواص الحركية الجزيئية تنتج عن الحركة التلقائية للجزيئات وتتجلى في الحركة البراونية، والانتشار، والتناضح، وتوازن الترسيب.

الحركة البراونية هي حركة فوضوية مستمرة ومحتملة بالتساوي في جميع الاتجاهات. جسيمات دقيقةمعلقة في السوائل أو الغازات نتيجة لتأثير جزيئات وسط التشتت. تعتمد نظرية الحركة البراونية على فكرة تفاعل القوة العشوائية التي تميز تأثيرات الجزيئات، والقوة المعتمدة على الزمن، وقوة الاحتكاك عندما تتحرك جزيئات الطور المشتت في وسط مشتت عند سرعة معينة.

بالإضافة إلى الحركة الانتقالية، فإن الحركة الدورانية ممكنة أيضًا، وهي نموذجية للجسيمات ثنائية الأبعاد ذو شكل غير منتظم(الخيوط والألياف والرقائق). تكون الحركة البراونية أكثر وضوحًا في الأنظمة شديدة التشتت، وتعتمد شدتها على التشتت.

الانتشار هو الانتشار التلقائي للمادة من منطقة ذات تركيز أعلى إلى منطقة ذات تركيز أقل. تتميز الأنواع التالية:

1.) الجزيئية

3) الجسيمات الغروية.

معدل الانتشار في الغازات هو الأعلى، وفي المواد الصلبة هو الأقل.

الضغط الأسموزي هو الضغط الزائد فوق المحلول الضروري لمنع انتقال المذيب عبر الغشاء. يحدث OD عندما يتحرك المذيب النقي نحو محلول أو من محلول أكثر تخفيفًا إلى محلول أكثر تركيزًا، وبالتالي يرتبط بتركيز المذاب والمذيب. الضغط الأسموزي يساوي الضغط الذي ينتجه الطور المشتت (المذاب) إذا كان على شكل غاز، عند نفس درجة الحرارة، يشغل نفس حجم النظام الغروي (المحلول).

الترسيب هو فصل الأنظمة المتفرقة تحت تأثير الجاذبية مع فصل الطور المشتت على شكل رواسب. تعتبر قدرة الأنظمة المتفرقة على الترسيب مؤشرا على استقرار الترسيب. يتم استخدام عمليات الفصل عندما يكون من الضروري عزل مكون أو آخر من بعض المكونات من بعض المنتجات الطبيعية أو المحضرة صناعيا، وهو نظام سائل غير متجانس. في بعض الحالات، تتم إزالة مكون قيم من النظام، وفي حالات أخرى، تتم إزالة الشوائب غير المرغوب فيها. في تقديم الطعامتكون عمليات فصل الأنظمة المتفرقة ضرورية عندما يكون من الضروري الحصول على مشروبات صافية وتصفية المرق وتخليصه من جزيئات اللحم.

يعتمد سلوك شعاع الضوء الذي يواجه جسيمات الطور المشتت في طريقه على نسبة الطول الموجي للضوء وحجم الجسيمات. إذا كان حجم الجسيم أكبر من الطول الموجي للضوء، فإن الضوء ينعكس من سطح الجسيمات بزاوية معينة. وقد لوحظت هذه الظاهرة في المعلقات. إذا كان حجم الجسيم أصغر من الطول الموجي للضوء، فإن الضوء يتبدد.

لتنقية الأنظمة المشتتة من الشوائب، يتم استخدام الترشيح وغسيل الكلى والغسيل الكهربائي والترشيح الفائق.

الترشيح (lat. الترشيح –شعر) هي طريقة فصل تعتمد على تمرير الخليط المسحوق من خلال فيلم مسامي. في هذه الحالة، تمر جزيئات df الصغيرة عبر مسام المرشحات التقليدية، ويتم الاحتفاظ بالجزيئات الكبيرة. وبالتالي، يتم استخدام الترشيح أيضًا لإزالة الجزيئات الكبيرة من المشتت.

غسيل الكلى (اليونانية) غسيل الكلى– الفصل) هي طريقة لإزالة المركبات ذات الجزيئات المنخفضة من الأنظمة والمحاليل المشتتة لـ BMS باستخدام الأغشية. في جهاز غسيل الكلى، يتم فصل الخليط السائل المراد غسيله عن المذيب النقي بواسطة غشاء مناسب (الشكل 2.6). يتم الاحتفاظ بجزيئات Df والجزيئات الكبيرة بواسطة الغشاء، وتنتشر الجزيئات الصغيرة والأيونات الصغيرة عبر الغشاء إلى المذيب و...
يمكن إزالة استبداله المتكرر بشكل كامل تقريبًا من الخليط المُدلل.

تعتمد قدرة الأغشية على الفصل فيما يتعلق بالمواد ذات الوزن الجزيئي المنخفض على حقيقة أن الجزيئات والأيونات الصغيرة تمر بحرية عبر المسام (الشعيرات الدموية) التي تخترق الغشاء أو تذوب في مادة الغشاء.

يتم استخدام أفلام مختلفة، طبيعية وصناعية، كأغشية لغسيل الكلى. الأفلام الطبيعية: مثانة الأبقار أو الخنازير، مثانة السباحة للأسماك. اصطناعية: أفلام مصنوعة من النيتروسليلوز وخلات السليلوز والسيلوفان والجيلاتين والبوليمرات الأخرى.

هناك مجموعة واسعة من أجهزة غسيل الكلى - أجهزة غسيل الكلى. تم تصميم جميع أجهزة غسيل الكلى وفقًا لذلك المبدأ العام. يوجد الخليط المُدَال (السائل الداخلي) في وعاء يتم فيه فصله عن الماء أو المذيبات الأخرى (السائل الخارجي) بواسطة غشاء (الشكل 2.6). يزداد معدل الغسيل الكلوي مع زيادة سطح الغشاء ومساميته وحجم المسام، مع زيادة درجة الحرارة، وشدة خلط السائل المدال، ومعدل تغير السائل الخارجي، ويتناقص مع زيادة سمك الغشاء. .

لزيادة معدل غسيل الكلى للكهارل ذات الوزن الجزيئي المنخفض، يتم استخدام غسيل الكلى الكهربائي. ولهذا الغرض، يتم إنشاء مجال كهربائي ثابت في جهاز الغسيل الكلوي مع انخفاض محتمل قدره 20-250 فولت/سم وأعلى (الشكل 2.7). إن إجراء غسيل الكلى في مجال كهربائي يجعل من الممكن تسريع عملية تنقية الأنظمة المتفرقة عدة عشرات المرات.

الترشيح الفائق (lat. فائقة- فوق، الترشيح– اللباد) تستخدم في أنظمة التنظيف التي تحتوي على جزيئات دقيقة (المحلول السائل، محاليل اللولب، معلقات البكتيريا، الفيروسات). تعتمد الطريقة على فصل الخليط عن طريق إجباره من خلال مرشحات ذات مسام تسمح فقط للجزيئات والأيونات ذات الوزن الجزيئي المنخفض بالمرور. يمكن اعتبار الترشيح الفائق بمثابة غسيل الكلى بالضغط. يستخدم على نطاق واسع لتنقية المياه والبروتينات احماض نوويةوالانزيمات والفيتامينات وغيرها.

طريقتان لإنتاج أنظمة التشتت - التشتت والتكثيف

التشتت والتكثيف هما طريقتان لإنتاج أنظمة مشتتة بحرية: المساحيق، والمعلقات، والمحلول الملحي، والمستحلبات، وما إلى ذلك. تحت التشتت فهم سحق وطحن المادة؛ التكثيف هو تكوين نظام مشتت غير متجانس من نظام متجانس نتيجة لربط الجزيئات أو الذرات أو الأيونات في الركام.

في الإنتاج العالمي للمواد والمواد المختلفة، تحتل عمليات التشتت والتكثيف أحد الأماكن الرائدة. يتم الحصول على مليارات الأطنان من المواد الخام والمنتجات في حالة متناثرة بحرية. وهذا يضمن سهولة النقل والجرعة، ويجعل من الممكن أيضًا الحصول على مواد متجانسة عند تحضير المخاليط.

وتشمل الأمثلة سحق وطحن الخامات والفحم وإنتاج الأسمنت. يحدث التشتت أثناء احتراق الوقود السائل.

تركيز يحدث أثناء تكوين الضباب وأثناء التبلور.

وتجدر الإشارة إلى أنه أثناء التشتت والتكثيف، يصاحب تكوين الأنظمة المتفرقة ظهور سطح جديد، أي زيادة في مساحة السطح النوعي للمواد والمواد، وأحياناً آلاف المرات أو أكثر. ولذلك، فإن إنتاج الأنظمة المتفرقة، مع بعض الاستثناءات، يتطلب إنفاق الطاقة.

عند التكسير والطحن، يتم تدمير المواد في المقام الأول في أماكن عيوب القوة (الشقوق الكبيرة والصغيرة). لذلك، مع تقدم الطحن، تزداد قوة الجزيئات، مما يؤدي إلى زيادة استهلاك الطاقة لمزيد من التشتت.

يمكن تسهيل تدمير المواد عن طريق الاستخدام تأثير ريبيندر – الحد من الامتزاز في تدهور المواد الصلبة. يهدف هذا التأثير إلى تقليل الطاقة السطحية بمساعدة المواد الخافضة للتوتر السطحي، مما يؤدي إلى تشوه وكسر أسهل صلب. على هذا النحو، تسمى هنا المواد الخافضة للتوتر السطحي مخفضات صلابة,على سبيل المثال، يمكن استخدام المعادن السائلة لتدمير المعادن الصلبة أو المواد الخافضة للتوتر السطحي النموذجية.

تتميز مخفضات الصلابة بكميات صغيرة تسبب تأثير Rebinder وخصوصية العمل. تساعد المواد المضافة التي تبلل المادة الوسط على اختراق العيوب، وبمساعدة القوى الشعرية، تسهل أيضًا تدمير المادة الصلبة. لا تساهم المواد الخافضة للتوتر السطحي في تدمير المادة فحسب، بل تعمل أيضًا على تثبيت الحالة المشتتة، مما يمنع الجزيئات من الالتصاق ببعضها البعض.

لا يمكن الحصول على الأنظمة ذات الدرجة القصوى من التشتت إلا باستخدام طرق التكثيف.

يمكن أيضًا تحضير المحاليل الغروية بطريقة التكثيف الكيميائي، على أساس إجراء التفاعلات الكيميائيةمصحوبة بتكوين مواد غير قابلة للذوبان أو ضعيفة الذوبان. لهذا الغرض، يتم استخدام أنواع مختلفة من التفاعلات - التحلل، التحلل المائي، الأكسدة، إلخ.

تنظيف الأنظمة المتفرقة.

تحتوي المحاليل والمركبات ذات الوزن الجزيئي العالي (HMCs) على مركبات ذات وزن جزيئي منخفض كشوائب غير مرغوب فيها. تتم إزالتها باستخدام الطرق التالية.

غسيل الكلى. كان غسيل الكلى تاريخياً أول وسيلة للتطهير. تم اقتراحه بواسطة T. Graham (1861). يظهر الرسم التخطيطي لأبسط جهاز غسيل الكلى في الشكل. 3 (انظر الملحق). يُسكب المحلول المراد تنقيته، أو محلول اللولب، في وعاء، يكون الجزء السفلي منه عبارة عن غشاء يحتفظ بالجزيئات الغروية أو الجزيئات الكبيرة ويسمح لجزيئات المذيبات والشوائب ذات الجزيئات المنخفضة بالمرور من خلالها. الوسيط الخارجي الملامس للغشاء هو المذيب. تمر الشوائب ذات الوزن الجزيئي المنخفض، والتي يكون تركيزها أعلى في الرماد أو المحلول الجزيئي، عبر الغشاء إلى البيئة الخارجية (الديّالة). في الشكل، يظهر اتجاه تدفق الشوائب ذات الوزن الجزيئي المنخفض بواسطة الأسهم. وتستمر عملية التنقية حتى تصبح تركيزات الشوائب في الرماد والدياليت متقاربة القيمة (بتعبير أدق، حتى تتساوى الإمكانات الكيميائية في الرماد والدياليت). إذا قمت بتحديث المذيب، فيمكنك التخلص بالكامل تقريبا من الشوائب. يعد هذا الاستخدام لغسيل الكلى مناسبًا عندما يكون غرض التنقية هو إزالة جميع المواد ذات الوزن الجزيئي المنخفض التي تمر عبر الغشاء. ومع ذلك، في بعض الحالات قد تكون المهمة أكثر صعوبة - فمن الضروري التخلص من جزء معين فقط من المركبات ذات الوزن الجزيئي المنخفض في النظام. ثم يتم استخدام محلول تلك المواد التي يجب الحفاظ عليها في النظام كبيئة خارجية. هذه هي بالضبط المهمة التي يتم تحديدها عند تنقية الدم من النفايات والسموم ذات الوزن الجزيئي المنخفض (الأملاح، واليوريا، وما إلى ذلك).

الترشيح الفائق. الترشيح الفائق هو طريقة تنقية عن طريق إجبار وسط التشتت مع الشوائب ذات الوزن الجزيئي المنخفض من خلال المرشحات الفائقة. المرشحات الفائقة هي أغشية من نفس النوع المستخدم في غسيل الكلى.

يظهر الشكل أبسط تركيب للتنقية عن طريق الترشيح الفائق. 4 (انظر الملحق). يُسكب المحلول المنقى أو محلول اللولب في الكيس من الفلتر الفائق. يتم تطبيق الضغط الزائد مقارنة بالضغط الجوي على المحلول. ويمكن إنشاؤه إما عن طريق مصدر خارجي (خزان الهواء المضغوط، الضاغط، وما إلى ذلك) أو عن طريق عمود كبير من السائل. يتم تجديد وسط التشتت بإضافة مذيب نقي إلى المحلول. للتأكد من أن سرعة التنظيف عالية بما فيه الكفاية، يتم إجراء التحديث في أسرع وقت ممكن. يتم تحقيق ذلك باستخدام ضغط زائد كبير. من أجل أن يتحمل الغشاء مثل هذه الأحمال، يتم تطبيقه على الدعم الميكانيكي. يتم توفير هذا الدعم من خلال الشبكات والألواح ذات الثقوب والمرشحات الزجاجية والسيراميك.

الترشيح الدقيق . الترشيح الدقيق هو فصل الجسيمات الدقيقة التي يتراوح حجمها من 0.1 إلى 10 ميكرون باستخدام المرشحات. يتم تحديد أداء المرشح الدقيق من خلال مسامية الغشاء وسمكه. لتقييم المسامية، أي نسبة مساحة المسام إلى المساحة الإجمالية للمرشح، يتم استخدام طرق مختلفة: ضغط السوائل والغازات، وقياس التوصيل الكهربائي للأغشية، وأنظمة الضغط التي تحتوي على جزيئات معايرة من مرحلة التشتت، وما إلى ذلك.

تصنع المرشحات الصغيرة من المواد غير العضويةوالبوليمرات. من خلال تلبيد المساحيق، يمكن الحصول على أغشية من الخزف والمعادن والسبائك. غالبًا ما يتم تصنيع أغشية البوليمر للترشيح الدقيق من السليلوز ومشتقاته.

غسيل الكلى الكهربائي. يمكن تسريع عملية إزالة الإلكتروليتات عن طريق تطبيق فرق جهد مفروض خارجيًا. تسمى طريقة التنقية هذه بالغسيل الكهربائي. بدأ استخدامه لتنقية الأنظمة المختلفة بالأشياء البيولوجية (محاليل البروتين، مصل الدم، إلخ) نتيجة للعمل الناجح الذي قام به دور (1910). يظهر جهاز أبسط جهاز تحليل كهربائي في الشكل. 5 (انظر الملحق). يوضع الجسم المراد تنظيفه (المحلول، محلول اللولب) في الحجرة الوسطى 1، ويسكب الوسط في الحجرتين الجانبيتين. في غرف الكاثود 3 والأنود 5، تمر الأيونات عبر المسام الموجودة في الأغشية تحت تأثير الجهد الكهربائي المطبق.

يعتبر الغسيل الكلوي الكهربائي هو الأكثر ملاءمة للتنقية عندما يمكن تطبيق الفولتية الكهربائية العالية. في معظم الحالات، في المرحلة الأولى من التنقية، تحتوي الأنظمة على الكثير من الأملاح الذائبة وتكون موصليتها الكهربائية عالية. لذلك، عند الفولتية العالية، يمكن إطلاق كمية كبيرة من الحرارة، وفي الأنظمة التي تحتوي على بروتينات أو غيرها المكونات البيولوجيةقد تحدث تغييرات لا رجعة فيها. لذلك، من المنطقي استخدام الغسيل الكهربائي كطريقة تنظيف نهائية، وذلك باستخدام غسيل الكلى أولاً.

مجموع طرق التنظيف.بالإضافة إلى طرق التنقية الفردية - الترشيح الفائق والتحليل الكهربائي - فإن مجموعتها معروفة: الترشيح الفائق الكهربائي المستخدم لتنقية البروتينات وفصلها.

يمكنك تنقية وزيادة تركيز محلول أو محلول اللولب في نفس الوقت باستخدام طريقة تسمى التصفيح الكهربائي.تم اقتراح الطريقة بواسطة دبليو باولي. يحدث التفريغ الكهربائي عندما يعمل المحلل الكهربائي دون التحريك. تمتلك جزيئات سول أو الجزيئات الكبيرة شحنة خاصة بها، وتحت تأثير المجال الكهربائي، تتحرك في اتجاه أحد الأقطاب الكهربائية. وبما أنها لا تستطيع المرور عبر الغشاء، فإن تركيزها في أحد الأغشية يزداد. وكقاعدة عامة، تختلف كثافة الجزيئات عن كثافة الوسط. لذلك، في المكان الذي يتركز فيه المحلول، تختلف كثافة النظام عن القيمة المتوسطة (عادةً ما تزداد الكثافة مع زيادة التركيز). يتدفق المحلول المركّز إلى قاع المحلل الكهربي، ويحدث الدوران في الحجرة، ويستمر حتى تتم إزالة الجزيئات بالكامل تقريبًا.

المحاليل الغروية، وعلى وجه الخصوص، محاليل الغرويات الكارهة للشعر، المنقى والمستقر، يمكن أن توجد لفترة طويلة إلى أجل غير مسمى، على الرغم من عدم الاستقرار الديناميكي الحراري. لم تخضع محاليل الذهب الأحمر التي أعدها فاراداي بعد لأية تغييرات مرئية. تشير هذه البيانات إلى أن الأنظمة الغروية قد تكون في حالة توازن شبه مستقر.

هناك طريقتان معروفتان لإنتاج أنظمة التفريق. في واحد منهم، الصلبة و المواد السائلةفي وسط التشتت المقابل، في وسيلة أخرى تسبب تكوين جزيئات مرحلة التشتت من جزيئات أو أيونات فردية.

تسمى طرق إنتاج الأنظمة المشتتة عن طريق طحن جزيئات أكبر مشتت.تسمى الطرق التي تعتمد على تكوين الجزيئات نتيجة التبلور أو التكثيف تركيز.

23) خصائص الغرويات.

النوع الأول - المعلقات(أو الغرويات التي لا رجعة فيها، الغرويات الكارهة للشعر). المحاليل الغروية للمعادن وأكاسيدها وهيدروكسيداتها وأملاحها. لا تختلف الجسيمات الأولية للطور المشتت عن بنية المادة المقابلة ولها شبكة جزيئية أو أيونية. هذه أنظمة شديدة التشتت ذات سطح طور بيني متطور. وهي تختلف عن المعلقات في تشتتها. لقد تم تسميتهم بهذا الاسم لأنهم لا يستطيعون البقاء لفترة طويلة بدون عامل استقرار.

النوع الثاني - النقابي (الغرويات Micellar) -أشباه الغرويات. تنشأ الجسيمات من هذا النوع عندما يكون هناك تركيز كافٍ من الجزيئات الأمفيفيلية للمواد ذات الوزن الجزيئي المنخفض في مجاميع الجزيئات - المذيلات. المذيلات عبارة عن مجموعات من الجزيئات مرتبة بانتظام ومتماسكة معًا بواسطة قوى التشتت. يعد تكوين المذيلات نموذجيًا للمحاليل المائية للمنظفات وبعض الأصباغ العضوية. وفي الوسائط الأخرى، تذوب هذه المواد لتشكل محاليل جزيئية.
النوع الثالث - الغرويات الجزيئية -مجفف بالتجميد (اليونانية "filio" - الحب). وتشمل هذه المواد الطبيعية والاصطناعية عالية الجزيئية ذات الوزن الجزيئي من عشرة آلاف إلى عدة ملايين. جزيئات هذه المواد لها حجم الجزيئات الغروية، لذلك تسمى هذه الجزيئات بالجزيئات الكبيرة.
السمة الرئيسية للجسيمات الغروية هي صغر حجمها د: 1 نانومتر< d < 10мкм

1) غسيل الكلى.إن أبسط جهاز لغسيل الكلى - جهاز غسيل الكلى - عبارة عن كيس مصنوع من مادة شبه نفاذة (الكولوديون) يوضع فيه السائل الذي تم غسيله. يتم إنزال الكيس في وعاء به مذيب (ماء). من خلال تغيير المذيب بشكل دوري أو مستمر في جهاز غسيل الكلى، يمكن إزالة شوائب الإلكتروليتات والغير إلكتروليتات ذات الوزن الجزيئي المنخفض بشكل كامل تقريبًا من المحلول الغروي.
^2) التحليل الكهربائي- تسريع عملية غسيل الكلى عن طريق العمل التيار الكهربائي. يستخدم التحليل الكهربائي لتنقية المحاليل الغروية الملوثة بالكهرباء. إذا كان من الضروري تنقية المحاليل الغروية من الكهارل ذات الوزن الجزيئي المنخفض، فإن عملية التحليل الكهربائي غير فعالة. تختلف عملية غسيل الكلى الكهربائي قليلًا عن غسيل الكلى التقليدي.
^3) الترشيح الفائق- ترشيح المحاليل الغروية من خلال غشاء شبه منفذ يسمح بمرور وسط التشتت
شوائب منخفضة الوزن الجزيئي والاحتفاظ بجزيئات الطور المشتتة أو الجزيئات الكبيرة. لتسريع عملية الترشيح الفائق، يتم تنفيذها مع اختلاف الضغط على جانبي الغشاء: تحت فراغ أو
ضغط دم مرتفع.
الترشيح الفائق ليس أكثر من غسيل الكلى الذي يتم إجراؤه تحت الضغط

24) أنظمة التشتت الغروية الكارهة للماء.
الغرويات الكارهة للماء

الأنظمة المشتتة التي لا تتفاعل فيها المادة المشتتة مع الوسط المشتت (الماء). انظر المحبة للماء والكراهية للماء.

أنظمة متفرقة،تشكيلات من مرحلتين أو أكثر (أجسام) مع واجهة متطورة للغاية بينهما. في د. يتم توزيع مرحلة واحدة على الأقل - المرحلة المشتتة - على شكل جزيئات صغيرة (بلورات، خيوط، أفلام أو صفائح، قطرات، فقاعات) في المرحلة الأخرى المستمرة - وسط التشتت. د.س. وفقًا للخاصية الرئيسية - حجم الجسيمات أو (وهو نفسه) التشتت (يتم تحديده بواسطة نسبة المساحة الإجمالية لسطح الطور البيني إلى حجم الطور المشتت) - يتم تقسيمها إلى مشتتة بشكل خشن (منخفض) و أنظمة مشتتة بدقة (عالية) أو الغروية (الغرويات). في الأنظمة الخشنة، تتراوح أحجام الجسيمات من 10 إلى 4 سموما فوق في الغرويات - من 10 -4 -10 -5 إلى 10 -7 سم.

25) الرحلان الكهربائي والتناضح الكهربائي.

التناضح الكهربائي
تسمى الحركة الموجهة للسائل في جسم مسامي تحت تأثير فرق الجهد المطبق بالتناضح الكهربائي. خذ بعين الاعتبار، على سبيل المثال، الانزلاق التناضحي الكهربي للمحلول الكهربي في المسام الشعرية أو الغشائية. لنفترض على وجه اليقين أن الأيونات السالبة يتم امتصاصها على السطح وتكون ثابتة بلا حراك، وتشكل الأيونات الموجبة الجزء المنتشر من مؤسسة كهرباء لبنان. يتم توجيه المجال الخارجي E على طول السطح. تؤدي القوة الكهروستاتيكية المؤثرة على أي عنصر عشوائي من الجزء المنتشر من EDL إلى حركة هذا العنصر على طول السطح. نظرًا لأن كثافة الشحنة في الجزء المنتشر من EDL F(x) تتغير اعتمادًا على المسافة إلى السطح x (الشكل 1)، فإن الطبقات المتحللة من المنحل بالكهرباء السائل تتحرك بسرعات مختلفة. سيتم تحقيق الحالة الثابتة (سرعة التدفق الثابتة بمرور الوقت) عندما يتم تعويض القوة الكهروستاتيكية المؤثرة على طبقة تعسفية من السائل بقوى المقاومة اللزجة الناشئة بسبب الاختلاف في سرعة حركة طبقات السائل الموجودة على مسافات مختلفة من السطح. قد تكون المعادلات الهيدروديناميكية التي تصف حركة السائل عند لزوجة ثابتة للسائل وثابت العزل الكهربائي إذا تم حلها بالضبط، فإن نتيجة الحل هي توزيع سرعة التدفق:

هنا هو المعنى الجهد الكهربائيعلى مسافة من السطح حيث تختفي سرعة تدفق السائل (ما يسمى بالمستوى المنزلق).

الكهربائي
تسمى الحركة الموجهة لجزيئات الطور المشتت تحت تأثير فرق الجهد المطبق بالرحلان الكهربائي.

إن الحركة الكهربية للجسيمات في المنحل بالكهرباء لها طبيعة مشابهة للتناضح الكهربائي: مجال كهربائي خارجي يجذب أيونات الجزء المتحرك من EDL، مما يجبر طبقات السائل المجاورة للجزيئات على التحرك بالنسبة لسطح الجسيمات. ومع ذلك، ونظرًا لضخامة حجم السائل وصغر حجم الجزيئات العالقة، فإن هذه الحركات تقل في حالة عدم وجود قوى خارجية إلى حركة الجسيم في السائل الساكن. بالنسبة للجسيمات غير الموصلة ذات السطح المسطح في الأنظمة ذات الجزء الرقيق المنتشر من EDL، تتزامن سرعة الرحلان الكهربي مع سرعة الانزلاق الكهربي التناضحي، المأخوذة بالعلامة المعاكسة. لإجراء الجسيمات الكروية، قد تكون سرعة الكهربائي تحسب بالمعادلة:

أين هي الموصلية الكهربائية للجسيم.

26) هيكل المذيلات من المحلول.
هيكل المذيلة الغروية

تتمتع الغرويات الكارهة للماء بطاقة سطحية عالية جدًا وبالتالي فهي غير مستقرة من الناحية الديناميكية الحرارية. وهذا يجعل من الممكن إجراء عملية عفوية لتقليل درجة تشتت الطور المشتت (أي دمج الجزيئات في مجاميع أكبر) - تخثر المحلول.ومع ذلك، فإن المواد الشمسية لديها القدرة الكامنة على الحفاظ على درجة التشتت - الاستقرار الجمعيوالذي يرجع، أولاً، إلى انخفاض الطاقة السطحية للنظام بسبب وجود طبقة كهربائية مزدوجة على سطح جزيئات الطور المشتت، وثانياً، إلى وجود معوقات حركية للتخثر في الشكل التنافر الكهروستاتيكي لجسيمات الطور المشتتة التي لها نفس الشحنة الكهربائية.

AgNO 3 + KI ––> AgI + KNO 3

27) تخثر المواد الكيميائية الكارهة للماء.

تتميز أنظمة التشتت الكارهة للماء بالثبات التجميعي الحركي، الذي يحدده معدل عملية التخثر. يتم تحديد حركية التخثر بواسطة معادلة سمولوتشوسكي:

أين هو العدد الإجمالي لجزيئات الطور المشتتة بمرور الوقت τ ;

العدد الأولي للجزيئات. - نصف وقت التخثر؛ ^ ك– معدل التخثر ثابت.

28) المركبات ذات الوزن الجزيئي العالي. بناء. الذوبان والتورم

محاليل المركبات ذات الوزن الجزيئي العالي (HMW)

المركبات ذات الوزن الجزيئي العالي هي مواد ذات وزن جزيئي يتراوح من 10000 إلى عدة ملايين من وحدات الاتحاد الأفريقي.

يمكن أن تصل أبعاد جزيئات BMC في الحالة الممتدة إلى 1000 نانومتر، أي 1000 نانومتر. قابلة للمقارنة بأحجام الجسيمات في المحاليل الغروية والأنظمة الدقيقة غير المتجانسة.

نقطة غليان VMC أعلى بكثير من درجة حرارة التحلل، لذلك فهي موجودة، كقاعدة عامة، فقط في الحالة السائلة أو الصلبة

الجزيئات الكبيرة في اللولب هي تكوينات عملاقة تتكون من مئات وآلاف الذرات المرتبطة كيميائيًا ببعضها البعض.

يمكن تقسيم جميع اللوالب الرحمية حسب المنشأ إلى طبيعية، تتشكل أثناء التخليق الكيميائي الحيوي، وصناعية، يتم الحصول عليها بشكل مصطنع عن طريق البلمرة أو التكثيف المتعدد.

اعتمادا على هيكل سلسلة البوليمر، يتم تقسيم اللوالب إلى خطية، متفرعة ومكانية.

مثل المحاليل الحقيقية للمواد ذات الجزيئات المنخفضة، تتشكل محاليل HMC تلقائيًا وتكون مستقرة من الناحية الديناميكية الحرارية. هذا هو اختلافهم عن الأنظمة الغروية الكارهة للشعر. يرجع الاستقرار الديناميكي الحراري إلى وجود نسبة مناسبة من عوامل المحتوى الحراري والانتروبيا.

تتمتع مركبات VMC بعدد من الخصائص المميزة للأنظمة المشتتة: فهي قادرة على تكوين مواد زميلة يمكن مقارنتها بحجم جزيئات المحلول الملحي (1-100 نانومتر)، وتشتيت الضوء، وتعزيز تكوين المستحلبات والمعلقات والرغاوي، وتتميز عن طريق الانتشار والحركة البراونية. في الوقت نفسه، على عكس سولوفوبيك، لا يوجد تجانس في محاليل اللولب، أي. لا يوجد سطح بيني كبير.

الخاصية المحددة الفريدة للـ IUDs هي التورم عند التفاعل مع المذيب. يمكن أن يكون التورم محدودًا أو غير محدود. هذا الأخير يؤدي إلى حل البوليمر.

موجود عدد كبير منتسمى BMCs التي تنفصل في المحلول لتكوين أيونات عالية الوزن الجزيئي بوليادكتروليت. اعتمادًا على طبيعة مجموعات البوليمر، يمكن أن تكون الإلكتروليتات المتعددة كاتيونية وأنيونية ومذبذبة. يحتوي الأخير على مجموعتين حمضية وقاعدية. اعتمادا على الرقم الهيدروجيني للبيئة، فإنها تنفصل كأحماض أو قواعد. تسمى الحالة التي يتم فيها تعويض الشحنات الموجبة والسالبة في جزيء البروتين بالكهرباء التساويية، وتسمى قيمة الرقم الهيدروجيني التي ينتقل عندها الجزيء إلى الحالة الكهربية بالنقطة الكهربية للبروتين (IPP).

هناك طريقتان عامتان للحصول على disp. أنظمة - التشتت والتكثيف. تعتمد طريقة التشتت على طحن الجزيئات العيانية إلى أحجام نانوية (1-100 نانومتر).

لا يتم استخدام الطحن الميكانيكي على نطاق واسع بسبب استهلاكه العالي للطاقة. في الممارسة المخبرية، يتم استخدام الطحن بالموجات فوق الصوتية. أثناء الطحن، تتنافس عمليتان: تشتت وتجميع الجزيئات الناتجة. وتعتمد نسبة معدلات هذه العمليات على مدة الطحن، ودرجة الحرارة، وطبيعة الطور السائل، ووجود المثبتات (في أغلب الأحيان المواد الخافضة للتوتر السطحي). ومن خلال اختيار الظروف المثلى، من الممكن الحصول على جزيئات بالحجم المطلوب، ولكن يمكن أن يكون توزيع حجم الجسيمات واسعًا جدًا.

الأكثر إثارة للاهتمام هو التشتت التلقائي للأجسام الصلبة في الطور السائل. ويمكن ملاحظة عملية مماثلة بالنسبة للمواد ذات البنية الطبقية. في مثل هذه الهياكل، يوجد تفاعل قوي بين الذرات الموجودة داخل الطبقة وتفاعل v-d-v ضعيف بين الطبقات. على سبيل المثال، الموليبدينوم وكبريتيد التنغستن، التي لها بنية طبقية، تتفرق تلقائيًا في الأسيتونتريل لتكوين جسيمات ثنائية الطبقة بحجم نانومتر. في هذه الحالة، يخترق الطور السائل بين الطبقات، فتزيد المسافة البينية، ويضعف التفاعل بين الطبقات. تحت تأثير الاهتزازات الحرارية، يتم فصل الجسيمات النانوية عن سطح الطور التلفزيوني.

طرق التكثيفوتنقسم إلى الفيزيائية والكيميائية. ويحدث تكوين الجسيمات النانوية من خلال سلسلة من الحالات الانتقالية أثناء تكوين المجموعات الوسيطة، مما يؤدي إلى ظهور نواة مرحلة جديدة ونموها التلقائي وظهور واجهة طور فيزيائية. من المهم ضمان معدل مرتفع لتكوين الجنين ومعدل نمو منخفض.

تُستخدم الطرق الفيزيائية على نطاق واسع للحصول على جزيئات معدنية فائقة الشدة. هذه الطرق هي في الأساس طرق التشتت والتكثيف. في المرحلة الأولى، يتم تشتيت المعدن إلى ذرات عن طريق التبخر. ثم يحدث التكثيف بسبب فرط تشبع البخار.

طريقة الشعاع الجزيئيتستخدم لإنتاج الطلاءات بسماكة حوالي 10 نانومتر. يتم تسخين مادة التغذية الموجودة في الحجرة ذات الحجاب الحاجز إلى درجات حرارة عالية في الفراغ. تشكل الجسيمات المتبخرة، التي تمر عبر الحجاب الحاجز، شعاعًا جزيئيًا. يمكن تغيير شدة الشعاع ومعدل تكثيف الجسيمات على الركيزة عن طريق تغيير درجة الحرارة وضغط البخار فوق المادة المصدر.

طريقة الهباء الجوييتكون من تبخر المعدن في جو مخلخل لغاز خامل عند درجة حرارة منخفضة، يليه تكثيف البخار. باستخدام هذه الطريقة، تم الحصول على الجسيمات النانوية من Au، Fe، Co، Ni، Ag، Al؛ أكاسيدها والنيتريدات والكبريتيدات.

التوليف الكيميائي البارديعتمد على تكثيف ذرات المعدن (أو المركبات المعدنية) عند درجة حرارة منخفضة في مصفوفة خاملة.

التكثيف الكيميائي. تم الحصول على محلول غرواني من الذهب (الأحمر) بحجم جسيمي في عام 1857 بواسطة فاراداي. هذا سول معروض في المتحف البريطاني. يتم تفسير استقرارها من خلال تكوين EDL في واجهة محلول الطور الصلب وظهور مكون إلكتروستاتيكي للضغط المنفصل.

في كثير من الأحيان، يتم تصنيع الجسيمات النانوية في محلول أثناء التفاعلات الكيميائية. تستخدم تفاعلات الاختزال لإنتاج جزيئات معدنية. يتم استخدام الألومنيوم والبوروهيدريدات وهيبوفوسفيت وما إلى ذلك كعوامل اختزال، على سبيل المثال، يتم الحصول على محلول الذهب بحجم جسيم 7 نانومتر عن طريق اختزال كلوريد الذهب مع بوروهيدريد الصوديوم.

يتم الحصول على الجسيمات النانوية من الأملاح المعدنية أو الأكاسيد من خلال تفاعلات التبادل أو التحلل المائي.

تستخدم المواد الخافضة للتوتر السطحي الطبيعية والاصطناعية كمثبتات.

تم تصنيع الجسيمات النانوية ذات التركيب المختلط. على سبيل المثال، Cd/ZnS، ZnS/CdSe، TiO 2 /SiO 2. يتم الحصول على هذه الجسيمات النانوية عن طريق ترسيب جزيئات من نوع واحد (القشرة) على جسيم نانوي تم تصنيعه مسبقًا من نوع آخر (القلب).

العيب الرئيسي لجميع الأساليب هو التوزيع الواسع الحجم للجسيمات النانوية. ترتبط إحدى طرق تنظيم حجم الجسيمات النانوية بإنتاج الجسيمات النانوية في المستحلبات الدقيقة العكسية. في المستحلبات الدقيقة العكسية، تكون مرحلة الديس هي الماء ووسط الديس هو الزيت. يمكن أن يختلف حجم قطرات الماء (أو أي سائل قطبي آخر) بشكل كبير حسب ظروف الإنتاج وطبيعة المثبت. تلعب قطرة الماء دور المفاعل الذي تتشكل فيه مرحلة جديدة. حجم الجسيم الناتج محدود بحجم القطرة، وشكل هذا الجسيم يتبع شكل القطرة.

طريقة سول جليحتوي على المراحل التالية: 1. تحضير محلول البدء، والذي يحتوي عادة على ألكوكسيدات معدنية M(OR) n، حيث M عبارة عن السيليكون، والتيتانيوم، والزنك، والألومنيوم، والقصدير، والسيريوم، وما إلى ذلك، R قلوية أو أريل؛ 2. تكوين هلام بسبب تفاعلات البلمرة. 3. التجفيف. 4. المعالجة الحرارية. يتم إجراء التحلل المائي في المذيبات العضوية

M(OR) 4 +4H 2 OM(OH) 4 +4ROH.

ثم تحدث البلمرة وتكوين الهلام

مم (OH) ن  (MO) 2 +2mH 2 O.

طريقة التحضين.هناك بيبتزيشن عند غسل الرواسب، وبيبتيزيشن للرواسب بالكهرباء؛ التبيبت مع المواد الخافضة للتوتر السطحي. التبيبتة الكيميائية.

يتم تقليل عملية التضميد عند غسل الرواسب إلى إزالة المنحل بالكهرباء من الرواسب الذي يسبب التخثر. في هذه الحالة، يزداد سمك EDL، وتسود قوى التنافر الأيوني الكهروستاتيكي على قوى الجذب بين الجزيئات.

يرتبط تهضم الرواسب بالكهارل بقدرة أحد أيونات الإلكتروليت على الامتصاص على الجزيئات، مما يشجع على تكوين DES على الجزيئات.

التضمين مع المواد الخافضة للتوتر السطحي. الجزيئات الكبيرة ذات الفاعل بالسطح، الممتزة على الجزيئات، إما تمنحها شحنة (المواد الخافضة للتوتر السطحي الأيونية) أو تشكل حاجزًا للامتصاص والتحلل يمنع الجزيئات من الالتصاق ببعضها البعض في الرواسب.

تحدث الببتة الكيميائية عندما تتفاعل مادة مضافة إلى النظام مع مادة موجودة في الراسب. في هذه الحالة، يتم تشكيل المنحل بالكهرباء، والذي يشكل DES على سطح الجزيئات.