Коллоидные системы - NiNa.Az

Коллоидные системы, коллоиды (др.-греч. κόλλα — клей + εἶδος — вид; «клеевидные») — дисперсные системы, промежуточные между истинными растворами и грубодисперсными системами — взвесями, в которых дискретные частицы, капли или пузырьки дисперсной фазы, имеющие размер хотя бы в одном из измерений от 1 до 1000 нм, распределены в дисперсионной среде, обычно непрерывной, отличающейся от первой по составу или агрегатному состоянию. При этом масштабы менее 100 нм рассматриваются как особый подкласс, называемый «квантоворазмерными» коллоидными системами. В свободнодисперсных коллоидных системах (дымы, золи) частицы не выпадают в осадок.

Коллоидные системы
Изучается в	коллоидная химия
Медиафайлы на Викискладе

Коллоидные суспензии являются предметом изучения коллоидной химии. Эта область исследований была введена в 1845 году итальянским химиком Франческо Сельми, а с 1861 года её исследовал шотландский ученый Томас Грэм.

Основные свойства

• Коллоидные частицы не препятствуют прохождению света.
• В прозрачных коллоидах наблюдается рассеивание светового луча (эффект Тиндаля).
• Дисперсные частицы не выпадают в осадок — Броуновское движение поддерживает их во взвешенном состоянии, но в отличие от броуновского движения частиц, дисперсные частицы в коллоидных растворах не могут встретиться, что обусловлено одинаковым зарядом частиц.

Классификация

Молоко представляет собой эмульгированный коллоид жидких шариков молочного жира, диспергированных в растворе на водной основе

Коллоиды по природе дисперсных частиц подразделяются на органические и неорганические, по интенсивности взаимодействия дисперсной фазы и дисперсной среды — на лиофильные и лиофобные. По агрегатному состоянию дисперсной среды различают газообразные (аэрозоли), жидкие (лиозоли) и твёрдые (крио-и солидозоли) коллоидные системы.

Основные виды

• Дым — взвесь твёрдых частиц в газе.
• Туман — взвесь жидких частиц в газе.
• Аэрозоль — состоит из мелких твёрдых или жидких частиц, взвешенных в газовой среде.
• Пена — взвесь газа в жидкости или твёрдом теле.
• Эмульсия — взвесь жидких частиц в жидкости.
• Золь — ультрамикрогетерогенная дисперсная система, лиозоль — золь с жидкостью в качестве дисперсионной среды.
• Гель — взвесь из двух компонентов, один из которых образует трёхмерный каркас, пустоты в котором заполнены низкомолекулярным растворителем (обладает некоторыми свойствами твёрдого тела).
• Суспензия — взвесь твёрдых частиц в жидкости.

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 ионов Наl⁻, то есть до точки эквивалентности при титровании галогенидов ионами серебра или после точки эквивалентности при титровании ионов серебра галогенидами, вследствие адсорбции ионов Hal⁻ взвешенные частицы AgHal приобретают отрицательный заряд:

mAgHal + nНаl⁻ → [AgHal]_m · nНаl⁻

В присутствии избытка ионов Ag^± (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⁺

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 определённый 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

Ag⁺ + NO₃⁻ + К⁺ + I⁻ → AgI + K⁺ + NO₃⁻

образуются мицеллы следующего строения:

• мицеллы, образуемые AgI при избытке нитрата серебра:

{[AgI]_m · nAg⁺ · (n − x)NO₃⁻}^x+ · xNO₃⁻

• 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 вместе с ним Вr⁻, Cl⁻, SCN⁻ и другие ионы. При титровании галогенидов, не содержащих посторонних примесей, осадком адсорбируются имеющиеся в растворе ионы Наl⁻, 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 (Седиментационный анализ), а также скорости Броуновского движения в коллоидных системах (анализ траекторий наночастиц), динамическое и статическое светорассеяние.

См. также

• Сыпучее тело
• Кристаллоид
• Стабильность коллоидного раствора

Примечания

1. Roldughin Vyacheslav I. Quantum-size colloid metal systems (англ.) // Russian Chemical Reviews. — 2000. — 31 October (vol. 69, no. 10). — P. 821—843. — ISSN 0036-021X. — doi:10.1070/RC2000v069n10ABEH000605. [исправить]
2. Francesco Selmi, Studi sulla dimulsione di cloruro d’argento, Nuovi Annali delle Scienze Naturali di Bologna, fasc. di agosto 1845.
3. Graham, Thomas «Liquid diffusion applied to analysis» Архивная копия от 12 сентября 2017 на Wayback Machine, Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 1861.
4. Эффект Тиндаля • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»  (неопр.). elementy.ru. Дата обращения: 29 января 2021. Архивировано 18 августа 2021 года.
5. Коллоиды // Казахстан. Национальная энциклопедия (рус.). — Алматы: Қазақ энциклопедиясы, 2005. — Т. III. — ISBN 9965-9746-4-0. (CC BY-SA 3.0)

Литература

• Морозова Э. Я. Коллоидная химия.Конспект лекций. — Витебск: ВГМУ, 2003. — 86 с.

Ссылки

• Коллоидный журнал
• Системы дисперсные и коллоидные. Базовая терминология.