Dispers sistemlerin hazırlanması ve saflaştırılması. Dağınık sistemleri saflaştırma yöntemleri Dağınık sistemleri elde etme ve saflaştırma yöntemleri

Dağınık sistem, bir maddenin diğerinin ortamında dağıldığı ve parçacıklar ile dağılım ortamı arasında bir faz sınırının bulunduğu bir sistemdir. Dağınık sistemler şunlardan oluşur: dağınık faz ve dağılım ortamı.

Dağınık faz, ortamda dağılmış parçacıklardır. İşaretleri: dağılım ve aralıklılık.

Dispersiyon ortamı, dağılmış fazın bulunduğu maddi ortamdır. Onun işareti sürekliliktir.

Dispersiyon yöntemi. Katıların belirli bir dağılıma kadar mekanik olarak ezilmesinden oluşur; ultrasonik titreşimlerle dağılım; alternatif ve etkisi altında elektriksel dağılım doğru akım. Almak için dağınık sistemler Dispersiyon yöntemi, mekanik cihazlar tarafından yaygın olarak kullanılmaktadır: kırıcılar, değirmenler, harçlar, silindirler, boya öğütücüler, çalkalayıcılar. Sıvılar nozullar, öğütücüler, döner diskler ve santrifüjler kullanılarak atomize edilir ve püskürtülür. Gazların dağıtımı esas olarak bir sıvı içerisinden kabarcıklandırılarak gerçekleştirilir. Köpük polimerlerde, köpük betonda ve köpük alçıda gazlar, yüksek sıcaklıklarda veya kimyasal reaksiyonlarda gaz açığa çıkaran maddeler kullanılarak üretilir.

Dispersiyon yöntemleri yaygın olarak kullanılmasına rağmen -100 nm parçacık boyutuna sahip dispers sistemlerin elde edilmesinde kullanılamamaktadır. Bu tür sistemler yoğunlaştırma yöntemleriyle elde edilir.

Yoğunlaşma yöntemleri, moleküler veya iyonik durumdaki maddelerden dağılmış bir fazın oluşma sürecine dayanmaktadır. Bu yöntem için gerekli bir gereklilik, koloidal bir sistemin elde edilmesi gereken aşırı doymuş bir çözeltinin oluşturulmasıdır. Bu, belirli fiziksel veya kimyasal koşullar altında başarılabilir.

Fiziksel yoğunlaşma yöntemleri:

1) adyabatik genleşme sırasında sıvı veya katı buharların soğutulması veya bunların büyük miktarda hava ile karıştırılması;

2) çözücünün çözeltiden kademeli olarak uzaklaştırılması (buharlaştırılması) veya bunun, dağılmış maddenin içinde daha az çözünür olduğu başka bir çözücü ile değiştirilmesi.

Dolayısıyla fiziksel yoğunlaşma, havadaki katı veya sıvı parçacıkların, iyonların veya yüklü moleküllerin (sis, duman) yüzeyinde su buharının yoğunlaşmasını ifade eder.

Çözücü değişimi, orijinal çözeltiye başka bir sıvı eklendiğinde, orijinal çözücüyle iyi karışan ancak çözünen madde için zayıf bir çözücü olan bir sol oluşumuyla sonuçlanır.

Kimyasal yoğunlaşma yöntemleri, çözünmemiş bir maddenin aşırı doymuş bir çözeltiden çökeltilmesi sonucunda çeşitli reaksiyonların gerçekleştirilmesine dayanır.

Kimyasal yoğunlaşma yalnızca değişim reaksiyonlarına değil aynı zamanda redoks reaksiyonlarına, hidrolize vb. de dayanabilir.

Dağınık sistemler, parçacıkları zaten koloidal boyutlara sahip olan çökeltilerin kolloidal bir "çözeltiye" dönüştürülmesinden oluşan peptizasyon yoluyla da elde edilebilir. Aşağıdaki peptizasyon türleri ayırt edilir: çökeltiyi yıkayarak peptizasyon; yüzey aktif maddelerle peptizasyon; kimyasal peptizasyon.

Termodinamik açıdan en avantajlı yöntem dispersiyondur.

Temizleme yöntemleri:

1. Diyaliz - saf bir solvent ile yıkanmış yarı geçirgen membranlar kullanılarak sollerin safsızlıklardan saflaştırılması.

2. Elektrodiyaliz – diyalizin hızlandırılması Elektrik alanı.

3. Ultrafiltrasyon – yarı geçirgen bir membrandan (ultrafiltre) düşük moleküler yabancı maddelerle birlikte bir dispersiyon ortamına basılarak saflaştırma.

Dağınık sistemlerin moleküler-kinetik ve optik özellikleri: Brown hareketi, ozmotik basınç, difüzyon, sedimantasyon dengesi, sedimantasyon analizi, dağınık sistemlerin optik özellikleri.

Tüm moleküler kinetik özellikler moleküllerin kendiliğinden hareketinden kaynaklanır ve Brown hareketi, difüzyon, ozmoz ve sedimantasyon dengesinde kendini gösterir.

Brown hareketi, tüm yönler için eşit olasılıklı, sürekli, kaotik bir harekettir. ince parçacıklar dispersiyon ortamındaki moleküllerin etkisi nedeniyle sıvılarda veya gazlarda asılı kalır. Brown hareketi teorisi, moleküllerin etkilerini karakterize eden rastgele bir kuvvetin, zamana bağlı bir kuvvetin ve dağınık bir fazın parçacıkları dağıtıcı bir ortamda belirli bir hızda hareket ettiğinde sürtünme kuvvetinin etkileşimi fikrine dayanmaktadır. belirli hız.

Öteleme hareketine ek olarak, iki boyutlu parçacıklar için tipik olan dönme hareketi de mümkündür düzensiz şekil(iplikler, lifler, pullar). Brown hareketi en çok yüksek derecede dağılmış sistemlerde belirgindir ve yoğunluğu dağılıma bağlıdır.

Difüzyon, bir maddenin daha yüksek konsantrasyonlu bir alandan daha düşük konsantrasyonlu bir alana kendiliğinden yayılmasıdır. Aşağıdaki türler ayırt edilir:

1.)moleküler

3) koloidal parçacıklar.

Gazlarda difüzyon hızı en yüksek, katılarda ise en azdır.

Ozmotik basınç, solventin membrandan transferini önlemek için gerekli olan çözeltinin üzerindeki aşırı basınçtır. OD, saf bir çözücü bir çözeltiye doğru veya daha seyreltik bir çözeltiden daha konsantre bir çözeltiye doğru hareket ettiğinde meydana gelir ve bu nedenle çözünen maddenin ve çözücünün konsantrasyonuyla ilişkilidir. Ozmotik basınç, dağılmış fazın (çözünen madde) aynı sıcaklıkta gaz formunda koloidal sistem (çözelti) ile aynı hacmi işgal etmesi durumunda üreteceği basınca eşittir.

Sedimantasyon, dağılmış sistemlerin yer çekiminin etkisi altında çökelti halindeki dağılmış fazın ayrılmasıyla ayrılmasıdır. Dağınık sistemlerin çökelme yeteneği, bunların çökelme stabilitesinin bir göstergesidir. Ayırma işlemleri, heterojen bir sıvı sistemi olan doğal veya yapay olarak hazırlanmış bir üründen bir veya başka bir bileşenin bir bileşenden izole edilmesi gerektiğinde kullanılır. Bazı durumlarda değerli bir bileşen sistemden çıkarılır, diğerlerinde ise istenmeyen yabancı maddeler uzaklaştırılır. İÇİNDE yemek servisi Berrak içeceklerin elde edilmesi, et suyunun berraklaştırılması ve et parçacıklarından arındırılması gerektiğinde dağılmış sistemlerin ayrılması işlemleri gereklidir.

Yolu üzerinde dağılmış fazın parçacıklarıyla karşılaşan bir ışık ışınının davranışı, ışığın dalga boyu oranına ve parçacıkların boyutuna bağlıdır. Parçacık boyutu ışığın dalga boyundan büyükse ışık parçacıkların yüzeyinden belirli bir açıyla yansır. Bu fenomen süspansiyonlarda gözlenir. Parçacık boyutu ışığın dalga boyundan küçükse ışık saçılır.

Dağınık sistemleri safsızlıklardan arındırmak için filtreleme, diyaliz, elektrodiyaliz ve ultrafiltrasyon kullanılır.

Filtrasyon (lat. Filtrum – Keçe), ezilmiş karışımın gözenekli bir filmden geçirilmesine dayanan bir ayırma yöntemidir. Bu durumda, küçük df parçacıkları geleneksel filtrelerin gözeneklerinden geçer ve büyük parçacıklar tutulur. Bu nedenle, büyük parçacıkları bir dispersiyondan uzaklaştırmak için filtrasyon da kullanılır.

Diyaliz (Yunanca) diyaliz– ayırma), düşük moleküllü bileşiklerin dağınık sistemlerden ve BMS çözeltilerinden membranlar kullanılarak uzaklaştırılmasına yönelik bir yöntemdir. Diyalizörde diyaliz edilecek sıvı karışımı uygun bir membran ile saf solventten ayrılır (Şekil 2.6). Df parçacıkları ve makromoleküller membran tarafından tutulur ve küçük moleküller ve küçük iyonlar membrandan solvente yayılır ve...
Yeterince sık değiştirilmesi, diyaliz edilen karışımdan neredeyse tamamen çıkarılabilir.

Membranların düşük moleküler ağırlıklı maddelere göre ayrılma kabiliyeti, küçük moleküllerin ve iyonların, membrana nüfuz eden veya membran maddesinde çözünen gözeneklerden (kılcal damarlar) serbestçe geçmesine dayanmaktadır.

Diyaliz için membran olarak hem doğal hem de yapay çeşitli filmler kullanılır. Doğal filmler: sığır veya domuz mesanesi, balık yüzme mesanesi. Yapay: nitroselüloz, selüloz asetat, selofan, jelatin ve diğer polimerlerden yapılmış filmler.

Diyaliz cihazları - çok çeşitli diyalizörler vardır. Tüm diyalizörler aşağıdakilere uygun olarak üretilmiştir: Genel prensip. Diyaliz edilen karışım (dahili sıvı), sudan veya diğer solventten (harici sıvı) bir membranla ayrıldığı bir kap içerisindedir (Şekil 2.6). diyaliz hızı, membran yüzeyinin, gözenekliliğinin ve gözenek boyutunun artmasıyla, sıcaklığın, diyaliz edilen sıvının karışma yoğunluğunun ve dış sıvının değişim hızının artmasıyla artar, membran kalınlığının artmasıyla azalır. .

Düşük molekül ağırlıklı elektrolitlerin diyaliz oranını arttırmak için elektrodiyaliz kullanılır. Bu amaçla diyalizörde 20-250 V/cm ve daha yüksek potansiyel düşüşe sahip sabit bir elektrik alanı oluşturulur (Şekil 2.7). Diyalizin bir elektrik alanında gerçekleştirilmesi, dağınık sistemlerin saflaştırılmasının onlarca kat hızlandırılmasını mümkün kılar.

Ultrafiltrasyon (lat. Ultra- üstünde, filtre– keçe) mikropartiküller (soller, RİA solüsyonları, bakteri süspansiyonları, virüsler) içeren sistemlerin temizlenmesi için kullanılır. Yöntem, karışımın yalnızca düşük molekül ağırlıklı maddelerin moleküllerinin ve iyonlarının geçmesine izin veren gözenekli filtreler aracılığıyla ayrılmaya zorlanması esasına dayanır. Ultrafiltrasyon basınçlı diyaliz olarak düşünülebilir. Suyu, proteinleri arıtmak için yaygın olarak kullanılır. nükleik asitler, enzimler, vitaminler vb.

Dağınık sistemler üretmek için iki yöntem - dispersiyon ve yoğunlaşma

Dispersiyon ve yoğuşma, serbestçe dağılmış sistemler üretmeye yönelik yöntemlerdir: tozlar, süspansiyonlar, soller, emülsiyonlar vb. Dağılım altında bir maddenin ezilmesi ve öğütülmesini anlar; yoğunlaşma, moleküllerin, atomların veya iyonların agregatlar halinde birleşmesi sonucu homojen bir sistemden heterojen dağılmış bir sistemin oluşmasıdır.

Çeşitli madde ve malzemelerin küresel üretiminde, dağılma ve yoğunlaşma süreçleri önde gelen yerlerden birini işgal etmektedir. Milyarlarca ton hammadde ve ürün serbestçe dağılmış halde elde ediliyor. Bu durum taşıma ve dozaj kolaylığı sağladığı gibi, karışımlar hazırlanırken homojen malzeme elde edilmesini de mümkün kılar.

Örnekler arasında cevherlerin, kömürün ve çimento üretiminin ezilmesi ve öğütülmesi yer alır. Sıvı yakıtın yanması sırasında dağılma meydana gelir.

Yoğuşma sis oluşumu sırasında, kristalleşme sırasında meydana gelir.

Dispersiyon ve yoğunlaşma sırasında, dağılmış sistemlerin oluşumuna yeni bir yüzeyin ortaya çıkması, yani maddelerin ve malzemelerin spesifik yüzey alanında bazen binlerce veya daha fazla artış eşlik ettiği unutulmamalıdır. Bu nedenle dağınık sistemlerin üretimi bazı istisnalar dışında enerji harcaması gerektirmektedir.

Kırma ve öğütme sırasında malzemeler öncelikle mukavemet kusurlarının olduğu yerlerde (makro ve mikro çatlaklar) yok edilir. Bu nedenle öğütme ilerledikçe parçacıkların mukavemeti artar ve bu da bunların daha fazla dağılması için enerji tüketiminin artmasına neden olur.

Malzemelerin imhası kullanımla kolaylaştırılabilir Rehbinder etkisi – katıların bozulmasında adsorpsiyonun azaltılması. Bu etki, yüzey aktif maddeler yardımıyla yüzey enerjisini azaltarak deformasyonun ve kırılmanın daha kolay olmasını sağlamaktır. sağlam. Bu tür yüzey aktif maddeler olarak burada adı geçen sertlik azaltıcılar,Örneğin, katı metalleri veya tipik yüzey aktif maddeleri yok etmek için sıvı metaller kullanılabilir.

Sertlik azaltıcılar, Yeniden Bağlayıcı etkisine ve eylemin özgüllüğüne neden olan küçük miktarlarla karakterize edilir. Malzemeyi ıslatan katkı maddeleri ortamın kusurlara nüfuz etmesine yardımcı olur ve kılcal kuvvetlerin yardımıyla katının tahrip edilmesini de kolaylaştırır. Yüzey aktif maddeler yalnızca malzemenin tahribatına katkıda bulunmakla kalmaz, aynı zamanda dağılmış durumu da stabilize ederek parçacıkların birbirine yapışmasını önler.

Maksimum dağılım derecesine sahip sistemler ancak yoğunlaştırma yöntemleri kullanılarak elde edilebilir.

Kolloidal çözeltiler de hazırlanabilir kimyasal yoğunlaştırma yöntemiyle yürütülmesine dayalı kimyasal reaksiyonlarçözünmeyen veya az çözünen maddelerin oluşumu eşlik eder. Bu amaçla çeşitli reaksiyon türleri kullanılır - ayrışma, hidroliz, redoks vb.

Dağınık sistemlerin temizlenmesi.

Yüksek moleküler ağırlıklı bileşiklerin (HMC'ler) solleri ve çözeltileri, istenmeyen safsızlıklar olarak düşük moleküler ağırlıklı bileşikler içerir. Aşağıdaki yöntemler kullanılarak kaldırılırlar.

Diyaliz. Diyaliz tarihsel olarak ilk arınma yöntemiydi. T. Graham (1861) tarafından önerilmiştir. En basit diyalizörün diyagramı Şekil 1'de gösterilmektedir. 3 (bkz. ek). Saflaştırılacak sol veya RİA çözeltisi, tabanı kolloidal parçacıkları veya makromolekülleri tutan ve solvent moleküllerinin ve düşük moleküler safsızlıkların geçmesine izin veren bir membran olan bir kaba dökülür. Membranla temas halinde olan dış ortam bir çözücüdür. Kül veya makromoleküler çözeltide konsantrasyonu daha yüksek olan düşük moleküler ağırlıklı safsızlıklar, membrandan dış ortama (diyalizat) geçer. Şekilde düşük molekül ağırlıklı safsızlıkların akış yönü oklarla gösterilmiştir. Saflaştırma, kül ve diyalizattaki safsızlıkların konsantrasyonları değer olarak yakınlaşana kadar (daha doğrusu kül ve diyalizattaki kimyasal potansiyeller eşitlenene kadar) devam eder. Çözücüyü güncellerseniz, yabancı maddelerden neredeyse tamamen kurtulabilirsiniz. Saflaştırmanın amacı membrandan geçen tüm düşük molekül ağırlıklı maddelerin uzaklaştırılması olduğunda diyalizin bu kullanımı uygundur. Bununla birlikte, bazı durumlarda görev daha zor hale gelebilir - sistemdeki düşük molekül ağırlıklı bileşiklerin yalnızca belirli bir kısmından kurtulmak gerekir. Daha sonra sistemde korunması gereken maddelerin bir çözeltisi dış ortam olarak kullanılır. Bu tam olarak kanı düşük moleküler ağırlıklı atıklardan ve toksinlerden (tuzlar, üre vb.) arındırırken belirlenen görevdir.

Ultrafiltrasyon. Ultrafiltrasyon, bir dispersiyon ortamını düşük molekül ağırlıklı yabancı maddelerle birlikte ultrafiltreler yoluyla zorlayan bir saflaştırma yöntemidir. Ultrafiltreler diyalizde kullanılanlarla aynı tipte membranlardır.

Ultrafiltrasyonla saflaştırmanın en basit kurulumu Şekil 1'de gösterilmektedir. 4 (bkz. ek). Saflaştırılmış sol veya RİA solüsyonu ultrafiltreden torbaya dökülür. Sol'a atmosferik basınca kıyasla aşırı basınç uygulanır. Harici bir kaynak (basınçlı hava tankı, kompresör vb.) veya büyük bir sıvı sütunu tarafından oluşturulabilir. Dispersiyon ortamı, sol'a saf bir çözücü eklenerek yenilenir. Temizleme hızının yeterince yüksek olmasını sağlamak için güncelleme mümkün olduğu kadar hızlı gerçekleştirilir. Bu, önemli ölçüde aşırı basınç kullanılarak elde edilir. Membranın bu tür yüklere dayanabilmesi için mekanik bir desteğe uygulanır. Bu destek, delikli ağlar ve plakalar, cam ve seramik filtrelerle sağlanır.

Mikrofiltrasyon . Mikrofiltrasyon, boyutları 0,1 ila 10 mikron arasında değişen mikropartiküllerin filtreler kullanılarak ayrılmasıdır. Mikrofiltratın performansı membranın gözenekliliği ve kalınlığına göre belirlenir. Gözenekliliği, yani gözenek alanının filtrenin toplam alanına oranını değerlendirmek için çeşitli yöntemler kullanılır: sıvıları ve gazları sıkmak, membranların elektriksel iletkenliğini ölçmek, dağılım fazının kalibre edilmiş parçacıklarını içeren sıkma sistemleri vb.

Mikro gözenekli filtreler yapılır inorganik maddeler ve polimerler. Tozların sinterlenmesiyle porselen, metal ve alaşımlardan membranlar elde edilebilir. Mikrofiltrasyon için polimer membranlar çoğunlukla selüloz ve türevlerinden yapılır.

Elektrodiyaliz. Elektrolitlerin uzaklaştırılması, dışarıdan uygulanan bir potansiyel fark uygulanarak hızlandırılabilir. Bu saflaştırma yöntemine elektrodiyaliz denir. Çeşitli sistemlerin biyolojik nesnelerle (protein çözeltileri, kan serumu vb.) saflaştırılmasında kullanılması Dore'un (1910) başarılı çalışmaları sonucunda başlamıştır. En basit elektrodiyaliz cihazının cihazı Şekil 2'de gösterilmektedir. 5 (bkz. ek). Temizlenecek nesne (sol, RİA solüsyonu) orta bölmeye (1) yerleştirilir ve ortam, iki yan bölmeye dökülür. Katot 3 ve anot 5 odalarında iyonlar, uygulanan elektrik voltajının etkisi altında membranlardaki gözeneklerden geçer.

Elektrodiyaliz, yüksek elektrik voltajlarının uygulanabildiği durumlarda saflaştırma için en uygun yöntemdir. Çoğu durumda, saflaştırmanın ilk aşamasında sistemler çok miktarda çözünmüş tuz içerir ve bunların elektriksel iletkenliği yüksektir. Bu nedenle, yüksek voltajlarda önemli miktarda ısı açığa çıkabilir ve protein veya diğer proteinlerin bulunduğu sistemlerde biyolojik bileşenler geri dönüşü olmayan değişiklikler meydana gelebilir. Bu nedenle, öncelikle diyaliz kullanılarak son temizleme yöntemi olarak elektrodiyalizi kullanmak mantıklıdır.

Kombine temizleme yöntemleri. Bireysel saflaştırma yöntemlerine (ultrafiltrasyon ve elektrodiyaliz) ek olarak bunların kombinasyonları da bilinmektedir: proteinlerin saflaştırılması ve ayrılması için kullanılan elektroultrafiltrasyon.

RİA sol veya solüsyonunun konsantrasyonunu, adı verilen bir yöntemi kullanarak saflaştırabilir ve aynı anda artırabilirsiniz. elektrokantasyon. Yöntem W. Pauli tarafından önerildi. Elektrodekantasyon, elektrodiyalizör karıştırmadan çalıştığında meydana gelir. Sol parçacıkları veya makromoleküllerin kendi yükleri vardır ve bir elektrik alanının etkisi altında elektrotlardan birinin yönünde hareket ederler. Membrandan geçemedikleri için zarlardan birindeki konsantrasyonları artar. Kural olarak parçacıkların yoğunluğu ortamın yoğunluğundan farklıdır. Bu nedenle solun yoğunlaştığı yerde sistemin yoğunluğu ortalama değerden farklılık gösterir (genellikle yoğunluk arttıkça yoğunluk da artar). Konsantre sol, elektrodiyalizörün tabanına akar ve bölmede dolaşım meydana gelir ve parçacıklar neredeyse tamamen uzaklaştırılıncaya kadar devam eder.

Kolloidal çözeltiler ve özellikle saflaştırılmış ve stabilize edilmiş liyofobik kolloidlerin çözeltileri, termodinamik kararsızlığa rağmen süresiz olarak uzun bir süre var olabilir. Faraday'ın hazırladığı kırmızı altın sol çözeltilerinde henüz gözle görülür bir değişiklik yaşanmadı. Bu veriler kolloidal sistemlerin yarı kararlı dengede olabileceğini düşündürmektedir.

Dispers sistemlerin üretilmesi için bilinen iki yöntem vardır. Bunlardan birinde sağlam ve sıvı maddeler karşılık gelen bir dispersiyon ortamında, diğerinde bireysel moleküllerden veya iyonlardan dispersiyon fazının parçacıklarının oluşumuna neden olurlar.

Daha büyük parçacıkların öğütülmesiyle dağınık sistemler üretme yöntemlerine denir. dağıtıcı. Kristalleşme veya yoğunlaşma sonucu partikül oluşumuna dayanan yöntemlere denir. yoğunlaşma.

23) Kolloidlerin özellikleri.

Tip I - süspansiyonoidler(veya geri dönüşü olmayan kolloidler, liyofobik kolloidler). Metallerin kolloidal çözeltileri, bunların oksitleri, hidroksitleri, tuzları. Dağınık fazın birincil parçacıkları, karşılık gelen maddenin yapısından farklı değildir ve moleküler veya iyonik bir kafese sahiptir. Bunlar gelişmiş bir fazlar arası yüzeye sahip oldukça dağınık sistemlerdir. Dispersiyonları bakımından süspansiyonlardan farklıdırlar. Dengeleyici olmadan uzun süre var olamayacakları için bu şekilde adlandırıldılar.

Tip II – birleştirici (misel kolloidler) - yarıkolloidler. Bu tür parçacıklar, düşük molekül ağırlıklı maddelerin amfifilik moleküllerinin molekül kümeleri - miseller içinde yeterli bir konsantrasyonu olduğunda ortaya çıkar. Miseller, dispersiyon kuvvetleri tarafından bir arada tutulan, düzenli olarak düzenlenmiş molekül kümeleridir. Misel oluşumu, deterjanların ve bazı organik boyaların sulu çözeltileri için tipiktir. Diğer ortamlarda bu maddeler moleküler çözeltiler oluşturacak şekilde çözünür.
III tipi - moleküler kolloidler - liyofilik (Yunanca "filio" - aşk). Bunlar, molekül ağırlığı on bin ila birkaç milyon arasında olan doğal ve sentetik yüksek moleküllü maddeleri içerir. Bu maddelerin molekülleri koloidal parçacık boyutunda olduğundan bu tür moleküllere makromoleküller denir.
Kolloidal parçacıkların ana özelliği küçük boyutlarıdır d: 1 nm< d < 10мкм

1) Diyaliz. Diyaliz için en basit cihaz - diyalizör - içine diyaliz sıvısının yerleştirildiği yarı geçirgen malzemeden (kolodyon) yapılmış bir torbadır. Torba, solvent (su) içeren bir kaba indirilir. Diyalizördeki solventin periyodik veya sürekli olarak değiştirilmesiyle, elektrolitlerin safsızlıkları ve düşük molekül ağırlıklı elektrolit olmayanlar kolloidal solüsyondan neredeyse tamamen uzaklaştırılabilir.
^2) Elektrodiyaliz- Eylemle hızlandırılan diyaliz süreci elektrik akımı. Elektrodiyaliz, elektrolitlerle kontamine olmuş koloidal çözeltileri saflaştırmak için kullanılır. Kolloidal çözeltilerin düşük molekül ağırlıklı elektrolit olmayanlardan saflaştırılması gerekiyorsa, elektrodiyaliz işlemi etkisizdir. Elektrodiyaliz işlemi geleneksel diyalizden çok az farklıdır.
^3) Ultrafiltrasyon- kolloidal çözeltilerin, bir dispersiyon ortamının geçmesine izin veren yarı geçirgen bir zar yoluyla filtrelenmesi
düşük molekül ağırlıklı safsızlıklar ve dağılmış faz parçacıklarının veya makromoleküllerin tutulması. Ultrafiltrasyon işlemini hızlandırmak için membranın her iki tarafında basınç farkı olacak şekilde gerçekleştirilir: vakum altında veya
yüksek tansiyon.
Ultrafiltrasyon, basınç altında yapılan diyalizden başka bir şey değildir

24) Hidrofobik kolloidal dispers sistemler.
Hidrofobik kolloidler

dağılmış maddenin dağılmış ortam (su) ile etkileşime girmediği dağılmış sistemler. Bkz. Hidrofiliklik ve Hidrofobiklik.

Dağınık sistemler, Aralarında oldukça gelişmiş bir arayüze sahip iki veya daha fazla fazın (cisimlerin) oluşumu. D. s. Fazlardan en az biri - dağılmış faz - diğer sürekli faz - dispersiyon ortamında küçük parçacıklar (kristaller, filamanlar, filmler veya plakalar, damlalar, kabarcıklar) şeklinde dağıtılır. D. s. Ana özelliğe göre - parçacık boyutu veya (aynı olan) dağılım (fazlar arası yüzeyin toplam alanının dağılmış fazın hacmine oranıyla belirlenir) - bunlar kaba (düşük) dağılmış ve ince (yüksek oranda) dağılmış veya kolloidal sistemler (kolloidler). Kaba sistemlerde partiküllerin boyutları 10-4 arasında değişmektedir. santimetre ve daha yüksek, kolloidlerde - 10 -4 -10 -5 ila 10 -7 arası santimetre.

25) Elektroforez ve elektroosmoz.

Elektroosmoz
Uygulanan potansiyel farkın etkisi altında gözenekli bir gövdedeki sıvının yönlendirilmiş hareketine elektroozmoz denir. Örneğin, bir elektrolitin kılcal veya membran gözeneklerindeki elektroozmotik kaymasını düşünün. Kesin olarak, negatif iyonların yüzeyde adsorbe edildiğini ve hareketsiz olarak sabitlendiğini ve pozitif iyonların EDL'nin dağınık kısmını oluşturduğunu varsayalım. Dış alan E yüzey boyunca yönlendirilir. EDL'nin dağınık kısmının herhangi bir rastgele elemanına etki eden elektrostatik kuvvet, bu elemanın yüzey boyunca hareketine neden olur. EDL F(x)'in dağınık kısmındaki yük yoğunluğu x yüzeyine olan mesafeye bağlı olarak değiştiğinden (Şekil 1), ayrışan sıvı elektrolit katmanları farklı hızlarda hareket eder. Rastgele bir sıvı katmanına etki eden elektrostatik kuvvet, farklı mesafelerde bulunan sıvı katmanlarının hareket hızlarındaki farklılık nedeniyle ortaya çıkan viskoz direnç kuvvetleriyle telafi edildiğinde, sabit bir durum (zaman içinde sabit akış hızı) elde edilecektir. yüzeyden. Sıvının sabit viskozitesinde ve dielektrik sabitinde bir sıvının hareketini tanımlayan hidrodinamik denklemler şu şekilde olabilir: tam olarak çözüldüğünde, çözümün sonucu akış hızı dağılımıdır:

İşte anlamı elektrik potansiyeli sıvı akış hızının kaybolduğu yüzeyden belli bir mesafede (sözde kayma düzlemi).

Elektroforez
Uygulanan potansiyel farkın etkisi altında dağılmış fazdaki parçacıkların yönlendirilmiş hareketine elektroforez denir.

Bir elektrolit içindeki parçacıkların elektroforetik hareketi, elektroozmoza benzer bir yapıya sahiptir: harici bir elektrik alanı, EDL'nin hareketli kısmının iyonlarını sürükler ve parçacıklara bitişik sıvı katmanlarını, parçacıkların yüzeyine göre hareket etmeye zorlar. Ancak sıvının büyük hacmi ve asılı parçacıkların küçüklüğü nedeniyle, bu hareketler dış kuvvetlerin yokluğunda sabit bir sıvı içindeki bir parçacığın hareketine indirgenir. EDL'nin ince dağınık kısmına sahip sistemlerde düz yüzeye sahip iletken olmayan parçacıklar için, elektroforez hızı, zıt işaretle alınan elektroozmotik kayma hızıyla çakışır. Küresel parçacıkların iletilmesi için elektroforez hızı şu şekilde olabilir: denklemle hesaplanır:

parçacığın elektriksel iletkenliği nerede.

26) Sol misellerinin yapısı.
Kolloidal bir miselin yapısı

Liyofobik kolloidler çok yüksek yüzey enerjisine sahiptir ve bu nedenle termodinamik olarak kararsızdır; bu, dağılmış fazın dağılım derecesinin azaltılmasına yönelik kendiliğinden süreci mümkün kılar (yani parçacıkları daha büyük agregatlar halinde birleştirir) - sollerin pıhtılaşması. Bununla birlikte sollar, dağılım derecesini koruma konusunda doğal bir yeteneğe sahiptir. toplu kararlılık bu, ilk olarak, dağılmış fazdaki parçacıkların yüzeyinde çift bir elektrik katmanının varlığına bağlı olarak sistemin yüzey enerjisindeki bir azalmaya ve ikinci olarak, formda pıhtılaşmanın önündeki kinetik engellerin varlığına bağlıdır. Aynı elektrik yüküne sahip dağınık faz parçacıklarının elektrostatik itilmesi.

AgNO 3 + KI ––> AgI + KNO 3

27) Hidrofobik sollerin pıhtılaşması.

Hidrofobik dispers sistemler, pıhtılaşma işleminin hızıyla belirlenen kinetik agregasyon stabilitesi ile karakterize edilir. Pıhtılaşma kinetiği Smoluchowski denklemi ile belirlenir:

zamana göre toplam dağılmış faz parçacıklarının sayısı nerede τ ;

Başlangıç ​​parçacık sayısı; - yarı pıhtılaşma süresi; ^K– pıhtılaşma hızı sabit.

28) Yüksek molekül ağırlıklı bileşikler. Yapı. Çözünme ve şişme

Yüksek moleküler ağırlıklı bileşiklerin (HMW) çözeltileri

Yüksek moleküler ağırlıklı bileşikler, 10.000 ila birkaç milyon amu arasında moleküler ağırlığa sahip olan maddelerdir.

BMC moleküllerinin genişletilmiş durumdaki boyutları 1000 nm'ye ulaşabilir, yani. koloidal çözeltilerdeki ve mikroheterojen sistemlerdeki parçacık boyutlarıyla karşılaştırılabilir.

VMC'nin kaynama noktası, ayrışma sıcaklığından önemli ölçüde yüksektir, bu nedenle kural olarak yalnızca sıvı veya katı halde bulunurlar.

RİA makromolekülleri birbirine kimyasal olarak bağlı yüzlerce ve binlerce atomdan oluşan dev oluşumlardır.

Tüm RİA'lar kökene göre biyokimyasal sentez sırasında oluşan doğal ve polimerizasyon veya polikondensasyon yoluyla yapay olarak elde edilen sentetik olarak ayrılabilir.

Polimer zincirinin yapısına bağlı olarak RİA'lar doğrusal, dallanmış ve uzaysal olarak ayrılır.

Düşük moleküllü maddelerin gerçek çözeltileri gibi, HMC çözeltileri de kendiliğinden oluşur ve termodinamik olarak kararlıdır. Liyofobik kolloidal sistemlerden farkı budur. Termodinamik kararlılık, entalpi ve entropi faktörlerinin uygun oranından kaynaklanmaktadır.

VMC'ler, dağınık sistemlerin karakteristik bir takım özelliklerine sahiptir: boyutları, sol parçacıkların boyutuyla (1-100 nm) karşılaştırılabilir olan birleşimler oluşturabilirler, ışığı dağıtabilirler, emülsiyonların, süspansiyonların ve köpüklerin oluşumunu teşvik edebilirler, karakterize edilirler difüzyon ve Brown hareketi ile. Aynı zamanda liyofobik sollardan farklı olarak RİA solüsyonlarında heterojenlik yoktur. geniş bir arayüzey yüzeyi yoktur.

RİA'lara özgü spesifik bir özellik, bir solvent ile etkileşime girdiğinde şişmesidir. Şişme sınırlı veya sınırsız olabilir. İkincisi polimerin çözünmesine yol açar.

Var çok sayıda Yüksek moleküler ağırlıklı iyonlar oluşturmak üzere çözelti içinde ayrışan BMC'lere poliadektrolitler denir. Polielektrolitler, polimer gruplarının yapısına bağlı olarak katyonik, anyonik ve amfoterik olabilir. İkincisi hem asidik hem de bazik grupları içerir. Ortamın pH'ına bağlı olarak asit veya baz olarak ayrışırlar. Bir protein molekülündeki pozitif ve negatif yüklerin dengelendiği duruma izoelektrik, molekülün izoelektrik duruma geçtiği pH değerine ise proteinin izoelektrik noktası (IPP) adı verilir.

Disp elde etmek için iki genel yaklaşım vardır. sistemler – dağılım ve yoğunlaşma. Dispersiyon yöntemi, makroskobik parçacıkların nano boyutlara (1-100 nm) kadar öğütülmesine dayanır.

Mekanik taşlama, enerji tüketiminin yüksek olması nedeniyle yaygın olarak kullanılmamaktadır. Laboratuvar uygulamalarında ultrasonik taşlama kullanılmaktadır. Öğütme sırasında iki süreç rekabet eder: ortaya çıkan parçacıkların dağılması ve toplanması. Bu işlemlerin oranlarının oranı, öğütme süresine, sıcaklığa, sıvı fazın doğasına ve stabilizatörlerin (çoğunlukla yüzey aktif maddeler) varlığına bağlıdır. Optimum koşulların seçilmesiyle istenilen büyüklükte parçacıklar elde etmek mümkündür ancak parçacık boyutu dağılımı oldukça geniş olabilir.

En ilginç olanı katı cisimlerin sıvı fazda kendiliğinden dağılmasıdır. Katmanlı yapıya sahip maddeler için de benzer bir süreç gözlemlenebilir. Bu tür yapılarda katman içindeki atomlar arasında güçlü bir etkileşim, katmanlar arasında ise zayıf bir v-d-v etkileşimi vardır. Örneğin katmanlı bir yapıya sahip olan molibden ve tungsten sülfürler, asetonitril içerisinde kendiliğinden dağılarak nanometre boyutunda çift katmanlı parçacıklar oluşturur. Bu durumda sıvı faz katmanlar arasına nüfuz ederek katmanlar arası mesafeyi arttırır ve katmanlar arasındaki etkileşim zayıflar. Termal titreşimlerin etkisi altında nanopartiküller TV fazının yüzeyinden ayrılır.

Yoğunlaşma yöntemleri fiziksel ve kimyasal olarak ikiye ayrılır. Nanopartiküllerin oluşumu, ara toplulukların oluşumu sırasında bir dizi geçiş durumu yoluyla meydana gelir; bu, yeni bir fazın çekirdeğinin ortaya çıkmasına, kendiliğinden büyümesine ve bir fiziksel faz arayüzünün ortaya çıkmasına yol açar. Yüksek oranda embriyo oluşumu ve düşük oranda büyüme sağlanması önemlidir.

Ultra dispers metal parçacıkları elde etmek için fiziksel yöntemler yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu yöntemler esasen dispersiyon-yoğunlaştırma yöntemleridir. İlk aşamada metal buharlaşarak atomlarına dağılır. Daha sonra buharın aşırı doygunluğu nedeniyle yoğuşma meydana gelir.

Moleküler ışın yöntemi Yaklaşık 10 nm kalınlığında kaplamalar üretmek için kullanılır. Besleme malzemesi diyaframlı bir haznede vakumda yüksek sıcaklıklara ısıtılır. Diyaframdan geçen buharlaşan parçacıklar moleküler bir ışın oluşturur. Işının yoğunluğu ve parçacıkların alt tabaka üzerinde yoğunlaşma hızı, kaynak malzemenin üzerindeki sıcaklık ve buhar basıncı değiştirilerek değiştirilebilir.

Aerosol yöntemi düşük sıcaklıkta inert bir gazın seyreltilmiş atmosferinde metalin buharlaştırılması ve ardından buharın yoğunlaşmasından oluşur. Bu yöntem kullanılarak Au, Fe, Co, Ni, Ag, Al nanopartikülleri elde edildi; oksitleri, nitrürleri, sülfürleri.

Kriyokimyasal sentez metal atomlarının (veya metal bileşiklerinin) düşük sıcaklıkta inert bir matris içinde yoğunlaşmasına dayanır.

Kimyasal yoğunlaşma. Parçacık boyutunda koloidal bir altın (kırmızı) çözeltisi 1857'de Faraday tarafından elde edildi. Bu sol British Museum'da sergileniyor. Kararlılığı, katı faz-çözelti arayüzünde EDL oluşumu ve ayrışan basıncın elektrostatik bileşeninin ortaya çıkmasıyla açıklanır.

Çoğunlukla nanopartiküllerin sentezi kimyasal reaksiyonlar sırasında çözelti halinde gerçekleştirilir. İndirgeme reaksiyonları metal parçacıkları üretmek için kullanılır. İndirgeyici ajan olarak alüminyum ve borohidritler, hipofosfitler vb. Kullanılır.Örneğin, altın klorürün sodyum borohidrit ile indirgenmesiyle parçacık boyutu 7 nm olan bir altın sol elde edilir.

Metal tuzlarının veya oksitlerin nanopartikülleri, değişim veya hidroliz reaksiyonları yoluyla elde edilir.

Stabilizatör olarak doğal ve sentetik yüzey aktif maddeler kullanılır.

Karışık bileşimli nanopartiküller sentezlendi. Örneğin, Cd/ZnS, ZnS/CdSe, TiO2/SiO2. Bu tür nanopartiküller, bir tipteki moleküllerin (kabuk), önceden sentezlenmiş başka bir tipteki (çekirdek) nanopartikül üzerine biriktirilmesiyle elde edilir.

Tüm yöntemlerin temel dezavantajı nanopartiküllerin geniş boyut dağılımıdır. Nanopartiküllerin boyutunu düzenlemeye yönelik yöntemlerden biri, ters mikroemülsiyonlarda nanopartiküllerin üretimi ile ilişkilidir. Ters mikroemülsiyonlarda dis fazı su, dis ortamı ise yağdır. Su damlacıklarının (veya diğer polar sıvının) boyutu, üretim koşullarına ve stabilizatörün yapısına bağlı olarak büyük ölçüde değişebilir. Bir damla su, yeni bir fazın oluştuğu bir reaktörün rolünü oynar. Ortaya çıkan parçacığın boyutu damlanın boyutuyla sınırlıdır; bu parçacığın şekli damlanın şeklini takip eder.

Sol-jel yöntemi aşağıdaki aşamaları içerir: 1. genellikle M(OR)n metal alkoksitlerini içeren bir başlangıç ​​çözeltisinin hazırlanması, burada M silikon, titanyum, çinko, alüminyum, kalay, seryum vb.'dir; R, alkal veya arildir; 2. Polimerizasyon reaksiyonlarından dolayı jel oluşumu; 3. kurutma; 4. ısıl işlem. Hidroliz organik çözücülerde gerçekleştirilir

M(OR) 4 +4H 2 OM(OH) 4 +4ROH.

Daha sonra polimerizasyon ve jel oluşumu meydana gelir

mM(OH) n (MO) 2 +2mH 2 O.

Peptizasyon yöntemi. Tortu yıkanırken peptizasyon, tortunun bir elektrolit ile peptitlenmesi; yüzey aktif maddelerle peptizasyon; kimyasal peptizasyon.

Tortu yıkanırken peptizasyon, pıhtılaşmaya neden olan elektrolitin tortudan çıkarılmasına indirgenir. Bu durumda EDL'nin kalınlığı artar, iyonik-elektrostatik itme kuvvetleri moleküller arası çekim kuvvetlerine üstün gelir.

Tortunun bir elektrolit ile peptizasyonu, elektrolit iyonlarından birinin parçacıklar üzerinde adsorbe edilebilme yeteneği ile ilişkilidir, bu da parçacıklar üzerinde DES oluşumunu teşvik eder.

Yüzey aktif maddelerle peptizasyon. Parçacıklar üzerinde adsorbe edilen yüzey aktif madde makromolekülleri ya onlara bir yük verir (iyonojenik yüzey aktif maddeler) ya da parçacıkların çökelti içinde birbirine yapışmasını önleyen bir adsorpsiyon-solvasyon bariyeri oluşturur.

Sisteme eklenen bir madde çökeltideki bir maddeyle reaksiyona girdiğinde kimyasal peptizasyon meydana gelir. Bu durumda parçacıkların yüzeyinde DES oluşturan bir elektrolit oluşur.