Что такое коллоидные свойства
Коллоидные системы
Коллоидные системы (коллоиды, др.-греч. κόλλα — клей и εἶδος — вид; «клеевидные») — дисперсные системы, промежуточные между истинными растворами и грубодисперсными системами — взвесями. Или это система, в которой дискретные частицы, капли или пузырьки дисперсной фазы, имеющие размер хотя бы в одном из измерений от 1 до 100 нм, распределены в другой фазе, обычно непрерывной, отличающейся от первой по составу или агрегатному состоянию и именуемой дисперсионной средой.
Размеры коллоидных частиц варьируются в пределах от 0.001 до 0.1 мкм. В свободнодисперсных коллоидных системах (дымы, золи) частицы не выпадают в осадок.
Содержание
Основные свойства
Основные виды
Коллоидные системы, применяемые в химическом анализе
Из коллоидных систем наибольшее значение для химического анализа имеют гидрозоли — двухфазные микрогетерогенные дисперсные системы, характеризующиеся предельно высокой дисперсностью, в которых дисперсионной средой является вода — наиболее часто применяемый в аналитической практике растворитель. Встречаются также органозоли, в которых дисперсионной средой являются неводные (органические) растворители. В результате молекулярного сцепления частиц дисперсной фазы из золей при их коагуляции образуются гели. При этом не происходит разделения фаз; другими словами, переход золей в гель не является фазовым превращением.
При образовании геля вся дисперсионная среда (например, вода в гидрозоле) прочно связывается поверхностью частиц дисперсной фазы и в ячейках пространственной структуры геля. Гели способны обратимо восстанавливать свою пространственную структуру во времени, но после высушивания наступает разрушение их структуры и они теряют эту способность.
Коллоидные свойства галогенидов серебра
mAgHal + nНаl − → [AgHal]m • nНаl −
В присутствии избытка Ag±ионов (то есть до точки эквивалентности при титровании ионов серебра галогенидами или после точки эквивалентности при титровании галогенидов ионами серебра) взвешенные частицы приобретают положительный заряд:
mAgHal + nAg + → [AgHal]m • nAg +
Например, в процессе титрования иодида калия раствором нитрата серебра
образуются мицеллы следующего строения:
б) мицеллы, образуемые AgI при избытке иодида калия <[AgI]m • nI − • (n-x)K + >x − • xK +
Анализ коллоидных систем
Существует несколько методов анализа коллоидных систем, среди них есть химические и физико-химические методы: анализ с помощью адсорбционных индикаторов; методы на основе измерения рассеяния проходящего света (нефелометрия и турбидиметрия); методы на основе измерения скорости седиментации (Седиментационный анализ), а также скорости Броуновского движения в коллоидных системах (анализ траекторий наночастиц, динамическое и статическое светорассеяние.
Коллоиды
Коллоидные системы (коллоиды, др.-греч. κόλλα — клей и εἶδος — вид) — дисперсные системы, промежуточные между истинными растворами и грубодисперсными системами — взвесями и эмульсиями.
Содержание
Основные свойства
Основные виды
Коллоидные системы, применяемые в химическом анализе
Из коллоидных систем наибольшее значение для химического анализа имеют гидрозоли — двухфазные микрогетерогенные дисперсные системы, характеризующиеся предельно высокой дисперсностью, в которых дисперсионной средой является вода — наиболее часто применяемый в аналитической практике растворитель. Встречаются также органозоли, в которых дисперсионной средой являются неводные (органические) растворители. В результате молекулярного сцепления частиц дисперсной фазы из золей при их коагуляции образуются гели. При этом не происходит разделения фаз; другими словами, переход золей в гель не является фазовым превращением.
При образовании геля вся дисперсионная среда (например, вода в гидрозоле) прочно связывается поверхностью частиц дисперсной фазы и в ячейках пространственной структуры геля. Гели способны обратимо восстанавливать свою пространственную структуру во времени, но после высушивания наступает разрушение их структуры и они теряют эту способность.
Коллоидные свойства галогенидов серебра
В процессе титрования галогенид-ионов растворами солей серебра получаются галогениды серебра, весьма склонные к образованию коллоидных растворов. В присутствии избытка На1—ионов, то есть до точки эквивалентности при титровании галогенидов ионами серебра или после точки эквивалентности при титровании ионов серебра галогенидами, вследствие адсорбции Hal—ионов взвешенные частицы AgHal приобретают отрицательный заряд:
В присутствии избытка Ag+-ионов (то есть до точки эквивалентности при титровании ионов серебра галогенидами или после точки эквивалентности при титровании галогенидов ионами серебра) взвешенные частицы приобретают положительный заряд:
Таким образом, заряд взвешенной частицы [AgHal]m•nHal- или [AgHal]m•nAg+ определяется зарядом ионов, адсорбированных на поверхности ядра мицеллы [AgHal]m, и зависит от наличия в системе избытка Hal- или Ag+, обусловливающих отрицательный или положительный заряд взвешенной частицы золя. Помимо адсорбционного слоя, находящегося на поверхности ядра мицеллы и обусловливающего определенный электрический заряд, в состав мицеллы входит также часть ионов противоположного знака, образующих второй (внешний) слой ионов.
Например, в процессе титрования иодида калия раствором нитрата серебра
образуются мицеллы следующего строения:
а) мицеллы, образуемые Ag при избытке нитрата серебра: <[AgI]m• nAg+ • (n-x)NO >x+ • xNO
б) мицеллы, образуемые AgI при избытке иодида калия <[AgI]m • nI- • (n-x)K+>x- • xK+
Коллоидные частицы, несущие одноимённые электрические заряды, отталкиваются друг от друга. Силы взаимного отталкивания мешают частичкам сблизиться настолько, чтобы произошло взаимное притяжение. В то же время заряженные частички обладают высокой адсорбционной способностью, они притягивают к себе частицы, несущие обратные по знаку электрические заряды, и образуют с ними малорастворимые соединения. В первую очередь на поверхности заряженных коллоидных частиц адсорбируются те ионы, которые дают наименее растворимые осадки с ионами, входящими в состав этих частиц. Кроме того, адсорбируются те ионы, концентрация которых наибольшая. Например, при осаждении AgI могут соосаждаться вместе с ним Вr-, CI-, SCN- и другие ионы. При титровании галогенидов, не содержащих посторонних примесей, осадком адсорбируются имеющиеся в растворе На1—ионы, сообщая частичкам AgHal отрицательные заряды. И в том, и в другом случаях результаты титрования искажаются. Поэтому требуется строго соблюдать условия осаждения, рекомендуемые в методиках определения тех или иных веществ.
Анализ коллоидных систем
Существует несколько методов анализа коллоидных систем, среди них есть химические и физико-химические методы: анализ с помощью адсорбционных индикаторов; методы на основе измерения рассеяния проходящего света (нефелометрия и турбидиметрия); методы на основе измерения скорости седиментации.
Коллоидные растворы: сама жизнь!
Коллоидные растворы представляют собой дисперсные системы, частицы которых, как правило, невозможно наблюдать с помощью обыкновенного микроскопа —
они видны через световой микроскоп в виде точек, находящихся в беспрерывном движении. Коллоидные растворы легко проходят через обычные фильтры и почти полностью усваиваются организмом. Кколлоидным растворам относятся все внутренние среды организма (кровь, лимфа, внутри- и внеклеточная жидкости).
Вся природа — организмы животных и растений, гидросфера и атмосфера, земная кора и недра — представляет собой сложную совокупность множества разнообразных и разнотипных коллоидных систем. Поэтому коллоидная химия занимает особое положение в естествознании и развивается во взаимодействии со многими, часто не связанными между собой областями науки, промышленности, медицины и сельского хозяйства.
Коллоидные частицы настолько малы, что направление их движения непрерывно изменяется в результате случайных столкновений с молекулами дисперсионной среды, в которой они находятся. В результате частицы движутся по непредсказуемой зигзагообразной траектории. Это явление в 1827 г. впервые наблюдал британский учёный Роберт Броун в воде с частицами цветочной пыльцы. Его имя и легло в основу названия «броуновское движение», а затем основные положения теории этого явления и его макроскопического проявления — диффузии — были разработаны Альбертом Эйнштейном и экспериментально подтверждены французским физиком Жаном Перреном.
Homo colloidus
Коллоидные системы являются основными компонентами живых организмов, в том числе человека. Из коллоидов, богатых белками, состоят кожа, мышцы, ногти, волосы, кровеносные сосуды, лёгкие, весь желудочно-кишечный тракт и многое другое, без чего немыслима сама жизнь. Кровь — это дисперсная система, в которой ферментные элементы — эритроциты, тромбоциты, лейкоциты — являются частицами, а плазма — дисперсной средой. В науке существует отдельное направление – коллоидно-химическая физиология человека, — изучающее функционирование систем организма, образующих коллоидные соединения. Можно смело сказать, что человек — это коллоидный организм; даже наши кости являются коллоидом, насыщенным кальцием и фосфором.
Мельчайшей структурно-функциональной единицей организма является клетка. Она тоже представляет собой сложный комплекс коллоидных образований, основными из которых являются клеточные мембраны, гиалоплазма, ядро и др. Каждая клетка окружена клеточной стенкой, или мембраной. Коллоидные свойства мембран обеспечивают обменные функции, проникновение питательных веществ в клетку и выведение из неё продуктов метаболизма, а также множество других важнейших функций, обеспечивающих жизнеспособность клеток и нормальное протекание биохимических процессов.
Сохранение коллоидности мембран необходимо как для самой клетки, так и для нормального функционирования мембранных клеточных структур, например «энергетических станций» клеток митохондрий. Ядро клетки — структура, в которой хранится генетическая информация в виде молекул ДНК. Коллоидная среда ядра обеспечивает нормальные условия сохранения генетической информации.
Наиболее изученной является такая коллоидная система организма, как кровь и её основа — плазма. Дисперсной средой крови является вода, а коллоидными частицами — самые разнообразные по химическому составу и молекулярному строению вещества: от молекул аминокислот до крупных белковых молекул (ферментов, гормонов белковой природы, транспортных белков и др.), от простых молекул сахаров и жирных кислот до сложнейших их комплексов.
Соединительная ткань является универсальным материалом организма. Она присутствует практически во всех органах, образуя их каркас (строму). Помимо разнообразия клеточных элементов (более 10 разновидностей клеток) важной составляющей частью соединительной ткани являются волокна. Основные виды волокон — коллагеновые, эластические, гиалиновые и другие. Строительным материалом для них являются белки: коллаген, эластин, гиалин, оссеин. Обладая всеми свойствами коллоидных растворов, они удерживают воду и образуют пространственные структурные сетки. Наиболее богато коллоидные структуры представлены в хрящах, костной ткани, суставно-связочном аппарате, коже.
Практически любая жидкость или ткань организма человека представляет собой коллоидно-дисперсную среду. Таковыми являются, например, лимфа, молоко, содержимое желудочно-кишечного тракта, желчь, спинномозговая жидкость и т. д.
Нарушение коллоидных свойств этих жидкостей приводит к возникновению различных заболеваний. Например, в крови образуются тромбы, и, как следствие, может произойти инсульт или инфаркт. В желчи и моче образуются камни, в суставной ткани — выпадение солей мочевой кислоты (подагра).
Съеденная пища в желудочно-кишечном тракте с помощью пищеварительных соков сначала превращается в коллоидный раствор и только после этого может быть усвоена организмом. Именно при изучении законов коллоидно-химической физиологии человека и возникла идея создания препаратов со свойствами близкими к законам нормальной физиологии человека. В результате была разработана и запатентована принципиально новая технология производства целебных коллоидных растворов, получившая название Advanced Liquid Technology, а затем Компанией ЭД Медицин были созданы коллоидные фитоформулы с целым рядом уникальных свойств. Advanced Liquid Technology позволяет перевести практически любое биологически активное вещество или комплекс веществ в активированную коллоидную форму.
Благодаря этой форме коллоидные фитоформулы практически полностью усваиваются клетками организма. Они обладают максимально близким составом к тем или иным органам и системам организма, что позволяет им восстанавливать его коллоидные структуры и в результате обеспечивать условия для его нормального функционирования.
Преимущества очевидны
Продукция ЭД Медицин создаётся из натуральных природных компонентов, максимально близких человеческому организму. При этом коллоидная форма придаёт им свойства жидкостей и тканей человеческого тела. В результате коллоидные фитоформулы обладают уникальными качествами, позволяющими поставить их в один ряд по эффективности и безопасности с исключительно дорогостоящими препаратами, получаемыми в виде субстратов и вытяжек из живых организмов.
Источник: Журнал Доктор ЭД «Гормональный контроль», лето 2011
Урок №13. Коллоидные растворы
Дисперсные системы
Чистые вещества в природе встречаются очень редко. Смеси разных веществ в различных агрегатных состояниях могут образовывать гетерогенные и гомогенные системы — дисперсные системы и растворы.
Дисперсными называют гетерогенные системы, в которых одно вещество в виде очень мелких частиц равномерно распределено в объеме другого.
И дисперсионную среду, и дисперсную фазу могут представлять вещества, находящиеся в различных агрегатных состояниях — твердом, жидком и газообразном.
В зависимости от сочетания агрегатного состояния дисперсионной среды и дисперсной фазы можно выделить 9 видов таких систем.
Уже беглое знакомство с дисперсными системами и растворами показывает, насколько они важны в повседневной жизни и в природе.
Судите сами: без нильского ила не состоялась бы великая цивилизация Древнего Египта; без воды, воздуха, горных пород и минералов вообще бы не существовала живая планета — наш общий дом — Земля; без клеток не было бы живых организмов и т. д.
Классификация дисперсных систем и растворов
Взвеси
Взвеси — это дисперсные системы, в которых размер частиц фазы более 100 нм. Это непрозрачные системы, отдельные частицы которых можно заметить невооруженным глазом. Дисперсная фаза и дисперсионная среда легко разделяются отстаиванием. Такие системы разделяют на:
1) эмульсии (и среда, и фаза — нерастворимые друг в друге жидкости). Это хорошо известные вам молоко, лимфа, водоэмульсионные краски и т. д.;
2) суспензии (среда — жидкость, а фаза — нерастворимое в ней твердое вещество). Это строительные растворы (например, «известковое молоко» для побелки), взвешенный в воде речной и морской ил, живая взвесь микроскопических живых организмов в морской воде — планктон, которым питаются гиганты-киты, и т. д.;
3) аэрозоли — взвеси в газе (например, в воздухе) мелких частиц жидкостей или твердых веществ. Различают пыли, дымы, туманы. Первые два вида аэрозолей представляют собой взвеси твердых частиц в газе (более крупные частицы в пылях), последний — взвесь мелких капелек жидкости в газе. Например, природные аэрозоли: туман, грозовые тучи — взвесь в воздухе капелек воды, дым — мелких твердых частиц. А смог, висящий над крупнейшими городами мира, также аэрозоль с твердой и жидкой дисперсной фазой. Жители населенных пунктов вблизи цементных заводов страдают от всегда висящей в воздухе тончайшей цементной пыли, образующейся при размоле цементного сырья и продукта его обжига — клинкера. Аналогичные вредные аэрозоли — пыли — имеются и в городах с металлургическими производствами. Дым заводских труб, смоги, мельчайшие капельки слюны, вылетающие изо рта больного гриппом, также вредные аэрозоли.
Аэрозоли играют важную роль в природе, быту и производственной деятельности человека. Скопления облаков, обработка полей химикатами, нанесение лакокрасочных покрытий при помощи пульверизатора, распыление топлив, выработка сухих молочных продуктов, лечение дыхательных путей (ингаляция) — примеры тех явлений и процессов, где аэрозоли приносят пользу. Аэрозоли — туманы над морским прибоем, вблизи водопадов и фонтанов, возникающая в них радуга доставляет человеку радость, эстетическое удовольствие.
Для химии наибольшее значение имеют дисперсные системы, в которых средой является вода и жидкие растворы.
Природная вода всегда содержит растворенные вещества. Природные водные растворы участвуют в процессах почвообразования и снабжают растения питательными веществами. Сложные процессы жизнедеятельности, происходящие в организмах человека и животных, также протекают в растворах. Многие технологические процессы в химической и других отраслях промышленности, например получение кислот, металлов, бумаги, соды, удобрений, протекают в растворах.
Коллоидные системы
Коллоидные системы — это такие дисперсные системы, в которых размер частиц фазы от 100 до 1 нм. Эти частицы не видны невооруженным глазом, и дисперсная фаза и дисперсионная среда в таких системах отстаиванием разделяются с трудом.
Их подразделяют на золи (коллоидные растворы) и гели (студни).
Коллоидные растворы могут быть получены в результате химических реакций; например, при взаимодействии растворов силикатов калия или натрия («растворимого стекла») с растворами кислот образуется коллоидный раствор кремниевой кислоты. Золь образуется и при гидролизе хлорида железа (Ш) в горячей воде. Коллоидные растворы внешне похожи на истинные растворы. Их отличают от последних по образующейся «светящейся дорожке» — конусу при пропускании через них луча света.
Холодный утренний туман, оседающий на землю, столб дыма над костром, взвешенные частицы в воде рек и озер — все это мы видели множество раз.
Нас постоянно окружают дисперсные системы
Понимание коллоидных систем важно для общего понимания образования гидроокиси железа в водоочистке и принципов фильтрации. Этот старый советский обучающий фильм отлично рассказывает о том, что такое коллоиды, как они образуются и взаимодействуют с окружающей средой. СМОТРИМ! Если смотреть не получается — читаем.
Они состоят из вещества в мелкораздробленом состоянии — дисперсной фазы и среды в которой эта фаза распределеа и которую называют дисперсионной средой.
Величина частиц и степень их дисперсности может быть различной. Сравнительно большие размеры частиц имеют грубодисперсные системы — взвеси и эмульсии.
В истинных растворах вещество находится в виде молекул или оинов распределенных равномерно среди молекул растворителя.
Частицы грубодисперсных систем хорошо видны в микроскоп. Например, молоко, представляющее эмульсию капелек жира в сыворотке, дым — это множество твердых частиц, взвешенных в воздухе.
Грубодисперсные системы неустойчивы и со временем дисперсная фаза отделяется от дисперсионной среды (выпадает в осадок).
По размеру частиц промежуточной положение между истинными растворами и взвесями занимают коллоидные растворы — золи.
Коллоидные частицы очень малы. И все же они могут состоять из сотен и тысяч молекул.
Свойства коллоидных растворов
Коллоидные частицы настолько малы, что не видны в обычный микроскоп. По внешнему виду коллоидный раствор нельзя отличить от истинного. Однако, если на освещенный коллоидный раствор посмотреть сбоку, то свет луча будет виден, как светлая дорожка, образовавшаяся от рассеивания света частицами. Это явление используют для распознавания коллоидных растворов.
В истинном растворе свет луча не виден, так как молекулы и ионы истинного раствора слишком малы и не рассеивают его.
В коллоидном — свет хорошо заметен. Он образует так называемый конус Тиндаля. Частицы коллоидных растворов под уадарами молекул растворителя совершают непрерывные хаотические перемещения. Это явление носит название Броуновского движения.
Из-за очень малых размеров коллоидные частицы имеют огромную суммарную поверхность.
Поверхность кубика с длинной ребра в 1 см составляет всего 6 квадратных сантиметров.. Но если 1 кубический сантиметр вещества раздробить на части объемом в 1 кубический микрон, то общая их поверхность увеличится в 10 тысяч раз. Поэтому и поглотительные свойства у коллоидных частиц проявляются значительно сильнее, чем у нераздробленного вещества.