fazę rozpraszającą
fazę
rozproszoną

układ złożony z co najmniej

dwóch

substancji

stanowiących:

gaz w gazie

ciecz w gazie
ciało stałe w gazie
gaz w cieczy – roztwór ciekły
ciecz w cieczy – roztwór
ciekły

ciało stałe w cieczy -

roztwór ciekły

gaz w ciele stałym

ciecz w ciele stałym
ciało stałe w ciele stałym -
roztwór stały

W zależności od

stanu skupienia

substancji rozpraszającej i substancji

rozproszonej

mogą istnieć następujące

rodzaje układów dyspersyjnych

:

ROZPUSZCZALNOŚĆ GAZÓW W

CIECZACH

rozpuszczalność różnych gazów w tym

samym ciekłym rozpuszczalniku jest różna

ze wzrostem temperatury rozpuszczalność

gazu w cieczy maleje — PRAWO BEHRA

Total air

O

2

in air

N

2

in air

R

O

Z

P

U

S

Z

C

Z

A

L

N

O

Ś

Ć

,

m

g

g

a

zu

/1

0

0

g

w

o

d

y

TEMPERATURA,

0

C

Gaz w cieczy

ROZPUSZCZALNOŚĆ GAZÓW

W CIECZACH

na ogół gazy,

z wyjątkiem amoniaku

i chlorowcowodorów

,

rozpuszczają się lepiej

w cieczach

organicznych

niż w wodzie

Gaz w cieczy

m = kp

m  masa gazu

rozpuszczonego

k  współczynnik

proporcjonalności

dla danej cieczy

p  ciśnienie

Masa gazu

rozpuszczonego

w danej objętości

cieczy

jest w stałej

temperaturze

wprost

proporcjonalna

do ciśnienia gazu

nad cieczą

Gaz w cieczy

H

2

N

2

CH

4

O

2

Ar

NO

zależność rozpuszczalności

gazów

w cieczy od ciśnienia

wyraża —

PRAWO

HENRY’EGO

(1803r.)

R

O

Z

P

U

S

Z

C

Z

A

L

N

O

Ś

Ć

,

m

g

g

a

zu

/1

0

0

g

w

o

d

y

CIŚNIENIE GAZU,

atm

Gaz w cieczy

ROZPUSZCZALNOŚĆ CIECZY

W CIECZY

ROZPUSZCZALNOŚĆ CIECZY

W CIECZY

Typ I

ciecze

rozpuszczają

się

wzajemnie we

wszystkich

możliwych

stosunkach:

np. alkohol etylowy i woda

Typ II

ciecze praktycznie biorąc, są w

sobie

wzajemnie nierozpuszczalne:

np. woda i benzen

Typ
III

ciecze rozpuszczają się w

sobie w

stopniu ograniczonym, zależnym

od

temperatury

np. w układzie utworzonym z

wody

i eteru tworzą się dwie

warstwy cieczy

ciecz w cieczy

Biorąc pod uwagę stopień

rozdrobnienia

fazy

rozproszonej,

rozróżnia się następujące roztwory ciekłe

(

ciało stałe w cieczy

):

Biorąc pod uwagę

stopień

rozdrobnienia

fazy

rozproszonej,

rozróżnia się następujące

roztwory ciekłe

(

ciało stałe w cieczy

):

 

układy nietrwałe

, zawierają cząstki

fazy

rozproszonej:
o bardzo dużych rozmiarach

powyżej 100m

widoczne gołym okiem lub przez

mikroskop

świetlny
osadzające się na dnie zbiornika,

lub

unoszące się do góry

1. Zawiesiny

1. Zawiesiny

Ciało stałe w cieczy

 

układy trwałe

, zawierają cząstki fazy

rozproszonej:

o rozdrobnieniu cząsteczkowym

rozmiary — pojedynczych

cząsteczek
lub rzędu
pojedynczych
cząsteczek

widoczne

w

mikroskopie

elektronowym

nie rozdzielające się w czasie

długotrwałego

stania

2.Roztwory właściwe

2.Roztwory właściwe

Ciało stałe w cieczy

 

drobne cząstki substancji

rozproszonej

roztworu koloidalnego można

zobaczyć

za pomocą

ultramikroskopu

,

a

najdrobniejsze widoczne są

przez

mikroskop elektronowy

rozmiary cząstek fazy

rozproszonej

mniejsze od cząsteczek

zawiesin, a większe od

cząstek

rozproszonych w roztworach

właściwych

3.Roztwory koloidalne 

[roztwory

niewłaściwe]

3.Roztwory koloidalne 

[roztwory

niewłaściwe]

Ciało stałe w cieczy

jednorodne

układy doskonale

ze sobą

zmieszanych

cząsteczek

ośrodka

rozpraszającego i

cząsteczek

substancji

rozproszonej

 

w roztworach

właściwych zachodzi

dokładne wzajemne

przenikanie się

rozpuszczalnika i

ciała

rozpuszczonego,

przy czym za

rozpuszczalnik

przyjmujemy

substancję, która

zachowuje swój

pierwotny stan

skupienia

Ciało stałe w cieczy

Ze względu na

stan skupienia

roztwory

dzieli się na:

stałe

–

stopy metali

ciekłe

– sól fizjologiczna, wódka

gazowe

–

atmosfera, gazy do

anestezji

Ciało stałe w cieczy

roztwór zawierający

największą ilość substancji

stałej,

jaką określona objętość

danego rozpuszczalnika

zdolna jest rozpuścić w

danych warunkach

ciśnienia i temperatury

Ciało stałe w cieczy

miarą rozpuszczalności danej substancji w

rozpuszczalniku

jest stężenie roztworu nasyconego
stopień nasycenia zależy:

od

natury

ciał tworzących

roztwór

w wysokim stopniu od

temperatury

w mniejszym stopniu od

ciśnienia

miarą rozpuszczalności danej substancji w

rozpuszczalniku

jest stężenie roztworu nasyconego
stopień nasycenia zależy:

od

natury

ciał tworzących

roztwór

w wysokim stopniu

od

temperatury

w mniejszym stopniu

od

ciśnienia

ROZPUSZCZALNOŚĆ SUBSTANCJI

STAŁEJ W CIECZY

ROZPUSZCZALNOŚĆ SUBSTANCJI

STAŁEJ W CIECZY

Cs

2

SO

2

NaClO

3

KNO

3

Pb(NO

3

)

2

K

2

CrO

4

NH

4

Cl

NaCl

KlCO

3

KCl

Li

2

SO

4

Ba(NO

3

)

2

R

O

Z

P

U

S

Z

C

Z

A

L

N

O

Ś

Ć

,

g

r

o

zt

w

o

ru

/1

0

0

g

w

o

d

y

TEMPERATURA,

0

C

Zależnie od wymiarów cząstek układów

dyspersyjnych rozróżniamy:

AMIKRONY 

od 1 nm do 5 nm



widzialne

w mikroskopie

elektronowym,

SUBMIKRONY 

od 5 nm do 200 nm



widoczne w

ultramikroskopie,

MIKRONY 

od 200 nm do 100



m



widoczne w

mikroskopie

zwykłym

1.

3.

2.

Roztwory właściwe

Roztwory

koloidalne

Zależnie od stanu skupienia fazy

rozdrobnionej

i

ośrodka

dyspersyjnego

rozróżniamy szereg typów układów koloidalnych

Zależnie od

stanu skupienia fazy

rozdrobnionej

i

ośrodka

dyspersyjnego

rozróżniamy szereg typów układów koloidalnych

Podział koloidów wg W. OSTWALDA

Ośrodek

dyspersyjn

y

Faza

rozproszo

na

Nazwa

układu

Przykłady

gaz

ciecz

gazozole

mgła

gaz

ciało stałe gazozole

dym, kurz

ciecz

gaz

piany, zole

piana mydlana

ciecz

ciecz

emulsje

mleko

homogenizowane

ciecz

ciało stałe zole

suspensoi

dy

roztwory koloidalne w

wodzie siarczków,

wodorotlenków lub

metali

ciało stałe

gaz

piany

stałe

okluzje powietrza w

ciałach stałych np.

minerał sepiolit

ciało stałe

ciecz

piany

stałe

kryształy z

okludowaną wodą

ciało stałe

ciało stałe zole stałe

kryształy z inkluzjami

krystalicznymi

Najbardziej rozpowszechnione i najlepiej

zbadane są

z o l e

z ośrodkiem dyspersyjnym

ciekłym, zwykle nazywane

roztworami

koloidalnymi

hydrozola

mi

-

roztwory

koloidowe,

w których

ośrodkiem

dyspersyjny

m jest woda

alkozola

mi

-

roztwory

w alkoholu

organozol

ami

-

roztwory

w cieczach

organicznych

Pod względem

stosunku fazy rozproszonej
do fazy ciekłej, koloidy
można podzielić na:

liofilowe

liofilowe

liofobowe

liofobowe

Cząstki koloidu liofilowego ulegają

solwatacji

Cząstki koloidu liofilowego ulegają

solwatacji

Do grupy koloidów liofilowych należą

koloidy

cząsteczkowe

Cząstki koloidu liofobowego nie

ulegają solwatacji, albo ulegają tylko

w bardzo nieznacznym stopniu

Cząstki koloidu liofobowego nie

ulegają solwatacji, albo ulegają tylko

w bardzo nieznacznym stopniu

Koloidy pod wpływem:

- ogrzewania,

-

mocnych

elektrolitów,

- odparowania

- wymrożenia

ulegają koagulacji

żel

koagulacja

zol

żel

peptyzacja

zol

W zależności od zachowania się osadów

powstających podczas osadzania się fazy

rozproszonej, koloidy dzieli się na:

W zależności od zachowania się osadów

powstających podczas osadzania się fazy

rozproszonej, koloidy dzieli się na:

odwracalne

nieodwracalne

zol odwracalny

odparowany do

sucha daje się

łatwo

peptyzować

wytrącone osady koloidów

nieodwracalnych przy

zwykłym zetknięciu się z fazą

ciekłą nie dają zolu

wszystkie koloidy liofobowe

są nieodwracalne

Ze względu na budowę

cząsteczki koloidy dzielimy

na:

Ze względu na budowę

cząsteczki koloidy dzielimy

na:

fazowe

cząsteczkowe

asocjacyjne

KOLOIDY FAZOWE

wyróżniają się fizyczną

niejednorodnością

—

powstają przez rozdrobnienie większych

cząstek
lub strącenie z roztworów właściwych

—

są to koloidy

liofobowe

—

cząstki fazy rozproszonej tworzą

odrębną fazę
o ogromnej powierzchni rozdziału

—

koloidami tego typu są zole AgCl, AgI,

Ag

2

S

3

KOLOIDY CZĄSTECZKOWE

—

fazę rozproszoną stanowią

pojedyncze
makrocząsteczki, składające się z
tysięcy

atomów

—

charakter koloidalny jest wynikiem

ich budowy
chemicznej, a nie agregacji

—

są to koloidy liofolowe

—

należą do nich polimery, białka

KOLOIDY ASOCJACYJNE

—

powstają przez samorzutne skupienie

się dużej
liczby małych cząsteczek w agregaty,
po
przekroczeniu pewnego stężenia

—

należą do nich roztwory mydeł

i innych
detergentów

obniżenie temp., zatężenie

ZOL ROZTWÓR

WŁAŚCIWY

obniżenie temp., zatężenie

ZOL

ROZTWÓR

WŁAŚCIWY

ZOL ROZTWÓR

WŁAŚCIWY

podwyższenie temp., rozcieńczanie

ZOL

ROZTWÓR

WŁAŚCIWY

podwyższenie temp., rozcieńczanie

Asocjacja cząsteczek

koloidów

na drodze

rozdrobnie

nia cząstek

większych

metody

dyspersyj

ne

przez

tworzenie

agregatów

złożonych

z

oddzielnych

cząsteczek

metody

kondensac

yjne

UKŁADY

KOLOIDALNE

można

otrzymywać:

Właściwości układów

koloidalnych

są związane z:

Właściwości układów

koloidalnych

są związane z:

—

rozwiniętą

powierzchnią

fazy rozproszonej

— wymiarami cząstek

—

wymiarami cząstek

brak

stożka

EFEKT TYNDALLA

EFEKT TYNDALLA

stożek

Tyndalla

roztwór

właściw

y

źródło

światła

roztwór

koloidaln

y

Użycie

ultramikroskopu

pozwala obserwować

światło rozproszone na poszczególnych

cząstkach koloidalnych

Tyndal

effect

Tynda

l

effect

Przejście światła

przez roztwór właściwy i koloidalny

R

U

C

H

Y

B

R

O

W

N

A

Ruchy te zwane

ruchami Browna są

wynikiem zderzeń,

którym ulegają

cząstki koloidalne

z cząstkami

ośrodka

dyspersyjnego

Ruchy Browna

występują wyraźniej

w koloidach

hydrofobowych

niż

w hydrofilowych

Cząstki koloidalne zawieszone w cieczy,

oglądane pod ultramikroskopem, wykazują

ciągły, nieuporządkowany ruch drgający

Cząstki koloidalne zawieszone w cieczy,

oglądane pod ultramikroskopem, wykazują

ciągły, nieuporządkowany ruch drgający

cząsteczki lub jony są przepuszczalne

cząsteczki koloidowe są zatrzymane

proces rozdzielania

substancji

wykorzystujący różnice

ich zdolności

przenikania przez

błony

półprzepuszczalne —

— zwierzęce, roślinne

lub otrzymanych

sztucznie

(np. pęcherz wołowy,

pergamin,

błony z kolodium)

S C H E M A T

procesu dyfuzyjnego na błonie

półprzepuszczalnej



substancja o

rozdrobieniu

cząsteczkowy

m lub

jonowym –

zanieczyszcze

nia układu

koloidalnego
cząstka

koloidalna

kierunek

dyfuzji

zanieczyszcz

eń (dążność

układu do

wyrównania

stężeń)

A



C

B

Schemat dializy

DIALIZĘ

najczęściej

stosuje się do oczyszczania

układu koloidalnego od

zanieczyszczeń

substancjami

niekoloidalnymi

rozpuszczonymi w ośrodku

dyspersyjnym

Białka osocza

Erytrocyty

Hemodializa

Kre
w

wpływają
ca

błona

dializacy-

jna

Substancje potrzebne dla organizmu

(glukoza, aminokwasy)

Substancje szkodliwe

(mocznik, nadmiar soli)

Płyn
dializa
-cyjny

wypływa

-

jący

Płyn
dializa-
cyjny

wpływ

Krew

wypływ

Szybszą metodą

oczyszczania koloidów od

zanieczyszczeń

elektrolitycznych jest

— ELEKTRODIALIZA

—

proces dializy połączony

z

elektrolizą

Szybszą metodą

oczyszczania koloidów od

zanieczyszczeń

elektrolitycznych jest

— ELEKTRODIALIZA

—

proces dializy połączony

z

elektrolizą

Schemat elektrodializy

ŁADUNEK ELEKTRYCZNY

CZĄSTEK KOLOIDALNYCH

ŁADUNEK ELEKTRYCZNY

CZĄSTEK KOLOIDALNYCH

cząstki

koloidalne

naładowane są

elektrycznie

cząstki

koloidalne

naładowane są

elektrycznie

ładunek koloidów może

być wywołany:

ładunek koloidów może

być wywołany:

selektywną

adsorpcję

poszczególnych

jonów

 

elektryzacją

stykową  

dysocjacją

elektrolityczną

cząstek

koloidalnych

[As

2

S

3

]

m

.

nHS

– .

(n–x)H

+

jądro

granula

powłoka

adsorpcyjna

+

=

granula

powłoka adsorpcyjna

jadro

micela

powłoka

dyfuzyjna

{[As

2

S

3

]

m

.

nHS

–

.

(n–x)H

+

} + xH

+

zmiany składu jonowego cieczy mogą

wywołać

zmianę

ładunku

elektrycznego warstw

ten sam koloid może mieć w

różnych warunkach ładunek

dodatni lub ujemny

AgI

powstały na drodze reakcji:

3

3

AgNO

KI

AgI KNO

+ �

+

3

3

AgNO

KI

AgI KNO

+ �

+

ładunek dodani

przy nadmiarze AgNO

3

ładunek ujemny

przy stosowaniu nadmiaru

KI,

może mieć:

ładunek ujemny

przy stosowaniu nadmiaru KI,

m

{[AgI]

nI (n x)K } xK

-

+

+

� � -

+

m

{[AgI]

nI (n x)K } xK

-

+

+

� � -

+

obecności

w

AgI

Micela

powłoka

dyfuzyjna

{[AgI]

m

.

nI

–

.

(n–x)K

+

} +

xK

+

granula

powłoka

adsorpcyjna

jądro

micela

granula

micela

KI K

+

+ I

–

ładunek dodani

przy nadmiarze AgNO

3

m

3

3

{[AgI]

nAg (n x)NO } xNO

+

-

-

�

-

+

m

3

3

{[AgI]

nAg (n x)NO } xNO

+

-

-

�

-

+

obecności

w

AgI

Micela

powłoka

dyfuzyjna

granula

powłoka

adsorpcyjna

jądro

{[AgI]

m

.

nAg

+

.

(n–x)NO

3

-

} +

x

NO

3

-

I

-

micela



I



I



I



I



I



I



I



I



I



I



I



I



I



I



I

Ag

+

Ag

+

Ag

+

Ag

+

Ag

+

Ag

+

AgI

granula

micela

3

3

AgNO

Ag

NO

+

-

�

+

druga przyczyna ładunku cząstek
koloidowych

—

elektryzacja

stykowa

druga przyczyna ładunku cząstek
koloidowych

—

elektryzacja

stykowa

zgodnie z tzw.

regułą Coehna

ciało o niższej stałej dielektrycznej
ładuje się ujemnie w zetknięciu z
ciałem

o

wyższej

stałej

dielektrycznej,

dlatego

w

roztworze

wodnym

cząstki

koloidów na ogół mają ładunek
ujemny

ELEKTROFOREZA

E l e k t r o f o r e z

a

zjawisko elektrokinetyczne

polegające na

ruchu naładowanych

elektrycznie cząstek koloidowych

pod wpływem napięcia

elektrycznego

albo

ku katodzie 

katoforeza

lub

ku anodzie 

anoforeza

Ruch

cząstek koloidu

w czasie

elektrofeorezy

cząstka koloidu

E

LEKTROOSMOZA

zjawisko

elektrokinetyczne

polegające na

wywołaniu

przez napięcie

elektryczne

ruchu cieczy

względem

nieruchomej

fazy rozproszonej

Zjawisko elektroosmozy

Faza stacjonarna – roztwór
Faza ruchoma – cząsteczki koloidu

Faza stacjonarna – cząsteczki koloidu
Faza ruchoma – roztwór

Elektroforeza

Elektroosmoza

D

YFUZJA

w układach koloidalnych

jest zwykle utrudniona

ze względu na:

— duże rozmiary cząstek

— dużą ich bezwładność

Szybkość dyfuzji jest określona

przez prawo Ficka:

x

c

q

D

v









x

c





gdzie:

v 

szybkość dyfuzji (masa lub liczba

cząsteczek
dyfundujących w jednostce czasu),

D 

współczynnik dyfuzji

q 

przekrój, przez który odbywa się

dyfuzja



gradient stężenia, czyli różnica stężeń

cząsteczek
dyfundujących w dwóch warstwach
cieczy
odległych od siebie o x

w roztworach właściwych

wskutek dyfuzji dochodzi do

równomiernego

rozmieszczenia cząsteczek

rozpuszczonych w całej

objętości rozpuszczalnika,

w układach koloidalnych

często nie dochodzi do

całkowitego wyrównania

stężeń, gdyż obok zjawiska

dyfuzji zachodzi zjawisko

sedymentacji cząstek

koloidalnych

LEPKOŚĆ

KOLOIDÓW

Lepkość koloidów jest na ogół większa

od

lepkości

czystego

ośrodka

dyspersyjnego

Lepkość zolów liofobowych niewiele

się różni od lepkości rozpuszczalnika,

gdyż zwykle stężenia tych zoli są małe

Lepkość koloidów liofilowych może

się znacznie różnić od lepkości

ośrodka dyspersyjnego, gdyż stężenia

tych roztworów mogą być znaczne

K

OAGULACJA

Z

OLI

K

OAGULACJA

Z

OLI

KOAGULACJ

A

—

zmniejszenie

stopnia

dyspersji

układu

koloidowego

ZOLE

przechodz

ą

w żele

i zachodzi

sedymenta

cja koloidu

Kationy i aniony o takiej samej

wartościowości jonu zestawione są

według wzrastającej zdolności

koagulacji koloidów w

szeregi

liotropowe



















Li

Na

K

Rb

Cs



















Li

Na

K

Rb

Cs















2

2

2

2

Mg

Ca

Sr

Ba















2

2

2

2

Mg

Ca

Sr

Ba



















Cl

Br

NO

I

CNS

3



















Cl

Br

NO

I

CNS

3

Działanie koagulujące elektrolitów

zależy od wartościowości jonu o

ładunku przeciwnym w stosunku do

ładunku cząstek koloidalnych

Koagulację można uzyskać przez

pozbawienie cząstek koloidowych ich

ładunku elektrycznego

Koagulację można uzyskać przez

pozbawienie cząstek koloidowych ich

ładunku elektrycznego

Koagulacja

koloidów

hydrofobowych

zwykle

zachodzi

łatwo

już

przy

niewielkich stężeniach elektrolitu

Koagulacja koloidów hydrofilowych o
cząsteczkach

pokrytych

warstwą

zaadsorbowanych

cząsteczek

wody

zachodzi trudniej tj. przy większych
stężeniach elektrolitu

Przyśpieszoną koagulację koloidu

można osiągnąć przez podwyższenie

temperatury układu i wzrost energii

kinetycznej cząstek

 

Koagulację

koloidów

dodatnich

można uzyskać przez naświetlenie

promieniami 

-

Czynnikiem

koagulującym

jest

również

odparowywanie

lub

wymrażanie ośrodka dyspersyjnego

Przyśpieszoną koagulację koloidu

można osiągnąć przez podwyższenie

temperatury układu i wzrost energii

kinetycznej cząstek

 

Koagulację

koloidów

dodatnich

można uzyskać przez naświetlenie

promieniami 

-

Czynnikiem

koagulującym

jest

również

odparowywanie

lub

wymrażanie ośrodka dyspersyjnego

Przeciwdziałanie

koagulacji

Przeciwdziałanie

koagulacji

zaadsorbowanie na powierzchni cząstek
koloidowych ładunków elektrycznych –
jonów

dodanie koloidu ochronnego -

hydrofilowego