6. Układy koloidalne

Biorąc pod uwagę rozmiary cząstek fazy rozproszonej wyróżniamy:

- układy o rozdrobnieniu molekularnym (roztwory właściwe - cząstki mniejsze od 1nm)

- układy o rozdrobnieniu koloidalnym (układy koloidalne - cząstki między 1nm a 200nm)

- układy grubodyspersyjne (zawiesiny - cząstki większe niż 200nm)

Układami koloidalnymi (koloidami) nazywamy układy dyspersyjne, najczęściej dwuskładnikowe, o wyglądzie układów fizycznie jednorodnych, chociaż w rzeczywistości oba składniki nie są ze sobą zmieszane cząsteczkowo. Jeżeli cząstki fazy rozproszonej mają jednakową wielkość, układ nazywamy monodysopersyjnym, jeżeli różne - polidyspersyjnym.

Koloidy liofilowe - są to układy, w których cząstki fazy rozproszonej ulegają silnej solwatacji (hydratacji) przez cząsteczki fazy rozpraszającej (rozwory białek, żelatyna).

Koloidy liofobowe - są układami, które nie ulegają solwatacji, a czynnikiem stabilizującym jest głównie ładunek elektryczny, nadany przez zaadsorbowane jony (zole metali, wodorotlenków metali).

W koloidach fazowych cząstka koloidalna nie jest pojedynczą cząsteczką związku chemicznego, ale agregatem cząstek małych o tym samym charakterze chemicznym. Jest to, zatem układ fizycznie niejednorodny.

Koloidy cząsteczkowe są to układy fizycznie jednorodne, a cząstka koloidalna jest tu cząsteczką związku chemicznego - makrocząsteczką. Charakter koloidalny jest w tym przypadku wynikiem budowy chemicznej, a nie agregacji.

Metody otrzymywania układów koloidalnych:

Metody dyspersyjne	Metody kondensacyjne
Rozdrabnianie mechaniczne	Zmniejszenie rozpuszczalności - dodanie nierozpuszczalnika
Rozpylanie w łuku Volty - otrzymuje się zole metali	Redukcja chemiczna rozcieńczonych roztworów soli metali
Peptyzacja - działanie elektrolitem na świeżo wytrącony trudno rozpuszczalny osad	Utlenianie
Naświetlanie promieniami krótkofalowymi	Hydroliza soli
	Reakcja wymiany

Własności układów koloidalnych:

- własności kinetyczne - ze względu na swe małe rozmiary cząstki koloidalne podlegają intensywnym ruchom Browna, czyli chaotycznym przesunięciom wywołanym uderzeniami cząstek otaczających cząstkę koloidalną i wykonujących ruchy cieplne.

x² = (R*T/N)*[t/(3Pi*r*η)] - wzór na średnią wartość kwadratu przesunięć cząstki w określonym kierunku, następujących w jednakowych odstępach czasu.

D = (RT/N)*[1/(6Pi*η*r)] - wzór na promień cząstki koloidalnej.

- własności optyczne - rozmiary cząstek koloidalnych powodują, że światło przepuszczone ulega nie tylko absorpcji, lecz również ugięciu i częściowemu rozproszeniu. Dlatego, że wielkość cząstek jest mniejsza niż wynosi długość fali świetlnej. Cw = n*m (n - liczba cząstek, m - masa pojedynczej cząstki, C - stężenie).

- własności elektryczne - czynnikami stabilizującymi układy koloidalne są: ładunek elektryczny cząstek liofobowych i solwatacja cząstek koloidów liofilowych.

Potencjał elektrokinetyczny - różnica potencjałów między warstwą adsorpcyjną (sztywną) i warstwą dyfuzyjną.

Koagulacja - przejście zolu w żel w wyniku agregacji cząstek koloidalnych. Wywołują ją niewielkie ilości elektrolitu. Następuje ona w wyniku zmniejszenia się ładunku cząstki koloidalnej, przez co mniejsza się również potencjał elektrokinetyczny cząstki.

Punkt izoelektryczny koloidu - ilość elektrolitu potrzebna do całkowitego rozładowania cząstek koloidu (potencjał elektrokinetyczny równa się wtedy zero).

Prawidłowości dotyczące koagulacji działania różnych elektrolitów na różne sole (Schulze i Hardy):

- działanie koagulacyjne wywierają te jony dodanego elektrolitu, których znak jest przeciwny do znaku potencjału zeta cząstki

- zdolność koagulacyjna jonu jest tym większa, im wyższa jest jego wartościowość

- jony o jednakowej wartościowości wykazują zdolność koagulacyjną wg tzw. szeregu lipotropowego

Metody oczyszczania układów koloidalnych:

- dializa

- elektrodializa

- ultrafiltracja

- elektrodekantacja

- adsorpcja jonowymienna

Dializa - jest procesem rozdzielania substancji wykorzystującym różnice ich zdolności przenikania przez membrany półprzepuszczalne.

Elektrodializa - stanowi połączenie dializy z elektrolizą. Proces elektrodializy prowadzi się w elektrodializerze za pomocą prądu o niewielkim natężeniu. W porównaniu do dializy elektrodializa przebiega z większą szybkością.

Zawiesiny (układy grubodyspersyjne) - układy wielofazowe, w których cząsteczki fazy rozproszonej są jeszcze widoczne pod mikroskopem i ulegają sedymentacji w ziemskim polu grawitacyjnym. Zawiesiny otrzymuje się najczęściej poprzez zmącenie w ośrodku rozpraszającym wcześniej otrzymanych proszków określonych substancji.

Na cząsteczki fazy rozproszonej opadające w ośrodku ciekłym lub gazowym oddziaływają trzy siły:

G = (4/3)Pi*r³*p_s*g - siła ciężkości

W = (4/3)Pi*r³*p_c*g - siła wyporu

F = 6Pi*r*η*v - siła tarcia

2

---