Citiți cartea liberă Chimie coloidă

(pagina 1 din 20)

1. Apariția și etapele principale ale dezvoltării chimiei coloidale. Subiectul și obiectele cercetării chimiei coloidale

Apariția științei chimiei coloidale este asociată cu cercetarea chimistului englez T. Graham. După studii de pionierat Faraday M. (1857), atunci când au fost produse mai întâi soluții coloidale stabile de aur fin divizat în 1861 g. Graham a studiat difuzia diferitelor substanțe în soluții apoase, și a constatat că unele dintre ele (gelatină, agar-agar, și așa mai departe. etc.) difuzează în apă mult mai încet decât, de exemplu, sărurile și acizii. De asemenea, aceste substanțe nu s-au cristalizat în timpul suprasaturației soluțiilor, ci au format o masă gelatinoasă, lipicioasă. Aceste substanțe T. Graham au numit coloizi (din colla grecească - "lipici", eidos - "specie"). Deci, a apărut și numele științei - "chimia coloidală". T. Graham a prezentat o ipoteză despre existența în natură a două clase opuse de substanțe chimice - cristaloide și coloizi. Această idee a fost interesată de mulți oameni de știință și în a doua jumătate a secolului al XIX-lea. a început o dezvoltare rapidă a chimiei coloidale. În Rusia, în momentul chimiei coloidale asemenea, sa dat o mulțime de atenție, în mare parte sub influența Mendeleev. Dependența de temperatură a lichidelor organice de tensiune de suprafață (1861) a condus la descoperirea Mendeleev concepte substanțe temperatură critică. Mendeleev a exprimat, de asemenea, ideea unei legături între tensiunea superficială și alte proprietăți ale materiei. În acești ani multe substanțe au fost deschise cu proprietăți coloidale, a dezvoltat diferite metode de purificare și stabilizare a coloizilor metode pentru studiul lor stabilite. Deoarece descoperirea de noi coloizi a înlocuit ipoteza lui T. Graham în prima jumătate a secolului XX, Conceptul a venit versatilitate coloidala de stat (dispersate): „starea coloidala nu este cauzată de substanțe compozițională caracteristici. În anumite condiții, fiecare substanță poate fi într-o stare coloidală. " Acest concept a fost formulat de către profesorul Institutului Minerit St. Petersburg P. P. Weimar în perioada 1906-1910. El a arătat că coloidul tipic (de exemplu, gelatină), pot fi izolați sub formă cristalină și, invers, substanțelor cristaloide poate fi preparată o soluție coloidală (de exemplu, clorură de sodiu în benzen). A existat o schimbare în prioritățile chimiei coloidale. Direcția principală a fost studiul stării dispersate (coloidale) a substanțelor. Aproximativ până în anii 1920. problemele fundamentale ale chimiei coloidale au fost în mod obișnuit împărțite în trei grupe: compoziția, structura și proprietățile particulelor coloidale; interacțiunea particulelor cu un mediu dispersat; interacțiunile de contact ale particulelor între ele, conducând la formarea de structuri coloidale. Pe parcursul acestei perioade, sa descoperit legile de bază ale chimiei coloidale - legea mișcare browniană și difuzia particulelor coloidale (Einstein). natura heterogenă a soluțiilor coloidale (R. Zigmondi). sedimentare difuzie dispersii echilibru în câmpul gravitațional (J. Perrin) și o centrifugă (T. Svedberg). împrăștierea luminii (J. Rayleigh). coagularea solurilor cu electroliți (G. Schulze și V. Hardy).

Aspect în a doua jumătate a secolului XX. Rezoluție înaltă studiul structural al metodelor de substanțe (RMN, electroni și microscopie de forță atomică, simulare pe calculator, spectroscopia de corelație fotonică, etc.) a permis să treacă la studiul sistematic al structurii și proprietăților sistemelor coloidale. Definiția modernă a științei spune, coloid chimie - este studiul proprietăților și transformările de componentele dintr-o dispersate și ultrafine fenomene de stat și de suprafață în sisteme disperse. Obiecte coloid studii de chimie au suprafață mare și reprezintă diferitele coloizilor, suspensii, emulsii, spume, pelicule de suprafață, membrane si poros, sisteme nanostructurate (nanotuburi, filme Langmuir-Blodgett, materiale compozite organice-anorganice hibride, nanocompozite).

2. Principalele caracteristici ale sistemelor de dispersie. Caracteristicile stării ultramicroheterogene (nanostate)

Sisteme disperse formate din două sau mai multe faze, cu o suprafață ridicată între acestea, în cazul în care cel puțin una dintre faze - faza discontinua - este distribuit sub formă de particule mici (cristale, picături, bule, etc ...) În celălalt, faza continuă - dispersare mediu. Exemplele includ roci, soluri, sol, fum, nori, precipitații, țesuturi de plante și animale, și altele. Cea mai importantă caracteristică a sistemelor disperse sunt eterogene. O trăsătură caracteristică a sistemelor disperse - interfață bine dezvoltată și, ca urmare, energia liberă de mare, de aceea este de obicei sisteme dispersate (cu excepția liofilici) sunt instabile termodinamic. Ele au crescut capacitatea de adsorbție, activitatea chimică și, uneori, biologică. Pentru sistemele disperse se caracterizează printr-o creștere a suprafeței cu creșterea dispersiei și a rolului crescut al fenomenelor de suprafață. Dispozitivele de dispersie sunt caracterizate printr-o suprafață specifică foarte mare a fazei dispersate.

unde K este coeficientul fără dimensiuni (pentru particule sferice și cubice K = 6); r este densitatea fazei dispersate.

Alți parametri termodinamici importanți care caracterizează sistemele coloidale sunt energia specifică a suprafeței libere. (Tensiunea superficială), entropia suprafeței h și adsorbția specifică G. O caracteristică importantă a sistemelor disperse constă în faptul că o proporție semnificativă din masa totală și energia liberă a sistemului este concentrată în straturile interfaciale. Cu această caracteristică legate proprietăți - nereproductibilitatea (sau identitatea) a sistemului datorită suprafeței neuniforme a particulelor de fază dispersată, având energie de suprafață diferită, chiar și pentru aceeași suprafață; formarea structurii. asociată cu tendința de instabilitate termodinamică. O proprietate fundamentală a sistemelor disperse este capacitatea lor de evoluție treptată, care este asociată cu natura dispersată a materialului, în special din echilibrul termodinamic. Excesul de energie liberă cauzată de prezența extrem de interfață între faza dispersată și mediul de dispersie, stimulează fluxul diferitelor procese (fizice, fizico-chimice), conducând la o scădere a energiei libere Helmholtz F. O astfel de caracteristică ca labilitate. este o consecință a instabilității termodinamice și a tendinței de a reduce energia liberă prin formarea unor structuri mai puțin dispersate. Caracteristica principală a sistemelor disperse - dimensiunea particulelor (sau dispersibility), care este raportul dintre suprafața totală a suprafeței interfaciale la volumul fazei dispersate. Pe această grosier izolat bază (low-dispersie) (particule au o dimensiune de 10 -4 cm și peste) și particule fine (superfine) (particule au o dimensiune de la 10 -4-10 -5 -10 -7 cm) sau sisteme coloidale (coloizi) . Limitarea gradului de dispersie în care sistemul coloidal reține proprietatea importantă - heterogenitate este în intervalul de 1 până la 100 nm. Particulele ultradispersive ocupă o poziție intermediară între molecule (atomi, ioni) și corpuri macroscopice (faze). Dimensiunea particulelor a fazei disperse d este aproape de maxim posibil, cu atât mai puternic va afecta efectele de scară - dependența proprietăților dimensiunii particulelor. În cazul sistemelor cu un grad mediu de dispersie a tensiunii superficiale a este determinată numai de compoziția chimică, a NanoSystems să fie deja luate în considerare dependența tensiunii superficiale a dimensiunilor de particule.

3. Diferite tipuri de clasificare a sistemelor dispersate. Sisteme de dispersie liofilice și lyofobe

Sisteme disperse sunt eterogene și constau din două faze, dintre care una (faza discontinua), sub formă de particule de diferite dimensiuni dispersate în cealaltă fază - mediu de dispersie solidă. Sistemele dispersate sunt clasificate în principal prin dimensiunea particulelor fazei dispersate (sau prin gradul de dispersie). Mai mult, acestea sunt împărțite în grupuri care diferă prin natura și starea de agregare a fazei dispersate și mediul de dispersie (poate fi solid, lichid sau gazos), structura și natura interacțiunilor interfaciale. Dacă mediul de dispersie este un lichid și faza dispersată este particule solide, sistemul este numit suspensie sau suspensie; Dacă faza dispersată este o picătură de lichid, sistemul se numește o emulsie. Printre sistemele disperse de asemenea secretă o spumă (gaz dispersat într-un lichid), spray-uri (lichid - gaz) și corpul poros (faza solidă, în care gazul dispersat sau lichid). Scurteaza dispersie de tip în funcție de starea de agregare este înregistrată ca o fracție în care faza dispersată este în numărătorul și mediul de dispersie - la numitor (de exemplu, T / T (coloizii solide - minerale, aliaje), T / G (coloizi - suspensie ) T / T (aerosoli - praf, fum); M / T (corp poros - geluri), F / F (emulsie), L / G (aerosoli - abur) T / T (sistem poros și capilară), T / F (spume - emulsii de gaz)). Sistemul Y / Y nu apar de obicei în clasificarea sau o condiție necesară pentru formarea dispersiei - .. solubilitate limitată a substanțelor din mediu.

Prin gradul de dispersie, se disting, de obicei, următoarele clase de sisteme de dispersie.

Sistemele dispersate discret sunt sisteme ale căror dimensiuni ale particulelor din faza dispersată depășesc 10 -3 cm.

Sisteme microeterogene - dimensiunea particulei variază de la 10 -5 până la 10 -3 cm.

Sisteme ultramicroheterogene - dimensiunea particulei variază de la 10 -7 la 10 -5 cm; ele sunt de asemenea numite foarte dispersate. sau coloidal. sisteme. Sistemele coloidale se caracterizează prin eterogenitate, adică prin prezența unor interfețe de fază și a unei suprafețe specifice foarte mari a fazei dispersate. Sistemele superfine sunt deseori denumite soluri. Uneori se disting sistemele dispersate molecular (ion-dispersate), care, strict vorbind, sunt soluții adevărate, adică sisteme omogene, deoarece nu au interfețe de fază. În structură, toate sistemele de dispersie sunt împărțite în sisteme dispersate liber. în care particulele fazei dispersate nu sunt interconectate (suspensii, emulsii, soluri) și sunt asociate cu cele dispersate. în care una dintre faze este fixată structural (geluri, spume). Sistemele dispersate sunt împărțite în două grupuri care diferă în caracterul interacțiunilor interfacial dintre particulele fazei dispersate și mediul de dispersie. În funcție de acestea, ele pot fi lyofobe sau liofilizate. Acestea se caracterizează printr-o interacțiune intermoleculară slabă a substanței fazei dispersate cu mediul, iar pentru cel de-al doilea, una puternică. Această interacțiune conduce la formarea de solvat (în cazul hidratului hidratat) a cojilor din moleculele mediului de dispersie în jurul particulelor, procesul se numește solvare (hidratare). [0003] Coloizii lyofobi includ sisteme în care particulele fazei dispersate interacționează slab cu mediul de dispersie; aceste sisteme pot fi obținute numai cu consumul de energie și sunt stabile numai în prezența stabilizatorilor. Sistemele de dispersie lyofobe și liofilice diferă de asemenea în structura particulelor care formează faza dispersată. Pentru coloizii lyofobi, structura unitară este un agregat complex multicomponent de compoziție variabilă - micelă, pentru soluții liofilizate - o macromolecule.

4. Dispersia. Suprafața specifică a sistemelor de dispersie, metodele de măsurare a acesteia

Principala caracteristică a sistemelor de dispersie este dimensiunea particulelor sau dispersia. Sistemele disperse sunt împărțite în grosier (dispersie redusă) și fine (înalt dispersat) sau sisteme coloidale (coloizi). In sistemele de particule grosiere au o dimensiune de la 10 -4 cm și mai sus, în coloidal - de la 10 -4-10 -5 -. 10 -7 cm Dispersabilitatea este definită în trei dimensiuni ale corpului, sau se caracterizează prin reciproca dimensiunea minimă și dispersia respectivă, fie prin suprafața specifică Sd (raportul dintre suprafața interfacială și volumul corpului). O dispersie caracteristică cantitativă (fragmentare) a substanței este gradul de dispersie (gradul de fragmentare D) - reciproca dimensiunea particulelor dispersate ca: D = 1 / a. în care a este diametrul particulelor sau a particulelor de lungime margine cubi sau grosimea peliculelor sferice sau fibroase. Toate particulele unei faze dispersate au aceleași dimensiuni - un sistem monodispers. Particulele unei faze dispersate de dimensiuni inegale sunt un sistem polidispers. Relația dintre suprafață și volum caracterizează suprafața specifică:

Pentru particule de formă sferică, acesta este egal cu:

Pentru particule de formă cubică -

unde r este raza mingii; d este diametrul său; l este lungimea marginii cubului.

Dispersia D este legată de suprafața specifică Sd:

unde V este volumul fazei dispersate, ml.

Pentru particulele sferice ecuația ia forma:

Articole similare

Pagina anterioară