ROZTWORY KOLOIDALNE

ZOL - układ koloidalny w postaci cząstek koloidalnych rozproszonych w cieczy lub gazie.

Zole, których cząstki koloidalne są rozproszone w gazie, nazywane są gazozolami, natomiast gdy są rozproszone w cieczy, nazywane są czasami liozolami. Zole, z ośrodkiem rozpraszającym w postaci cieczy, których cząstki koloidalne są tak blisko siebie, że układ zachowuje stabilność kształtu, nazywane są żelami.

W węższym znaczeniu tego terminu zolami nazywane są wszystkie układy koloidalne z ciekłą fazą rozpraszającą i stałymi cząstkami koloidalnymi. Faza rozpraszająca nazywana jest wtedy również rozpuszczalnikiem.

MGŁA - układ koloidalny w którym ośrodkiem rozpraszającym jest gaz, a cząstki koloidalne są cząstkami ciekłymi. Zawiesina bardzo drobnych cząstek ciekłych w gazie. Mgła jest, obok dymu, jedną z postaci gazozolu, a najczęściej jego odmiany - aerozolu.

ŻEL- typowa forma koagulatu, układ o wyglądzie zbliżonym do ciała stałego, często miękki i elastyczny.

PIANY - są to układy dyspersyjne, w których substancją rozpuszczoną jest gaz, a ośrodkiem dyspersyjnym ciecz lub ciało stałe; z reguły nietrwałe

WOSKI są estrami wyższych kwasów monokarboksylowych i wyższych alkoholi jednowodorotlenowych o parzystych liczbach atomów węgla od C16 do C36

EMULSJA- płyn składający się dwu nie mieszających się i nierozpuszczalnych w sobie cieczy, niejednorodny układ dwu faz ciekłych, w postaci zawiesiny kropelek jednej cieczy rozproszonej w drugiej cieczy. Aby układ taki był trwały, niezbędna jest obecność trzeciej substancji - emulgatora utrwalającego taki układ. Jeżeli zawiesina składa się z kropelek dostatecznie małych, może być mowa nawet o układzie koloidalnym.

DYM - układ koloidalny, w którym ośrodkiem rozpraszającym jest gaz, a cząstki koloidalne są cząstkami stałymi. Zawiesina bardzo drobnych cząstek stałych w gazie. Dym jest, obok mgły, jedną z postaci gazozolu, a najczęściej jego odmiany - aerozolu.

MICELLE - emulsje typu woda-w-oleju

WYSALANIE - ścinanie białka pod wpływem soli. Wysalanie stosuje się w konserwacji mięsa i ryb.

Faza: część układu ograniczona powierzchnią graniczną.

Stopień swobody - parametr który można zmienić bez zmiany ilości faz (w pewnych granicach ciśnienia i temperatury)

Reguła faz Gibasa:

f + s = n + 2

f - ilość faz, s - ilość stopni swobody, n - ilość składników

Roztwór koloidalny - układ dwu fazowy, co najmniej dwu składni-120

kowy w którym wielkość cząstek rozproszonych od 1 do 500nm

Dyfuzja - rozprzestrzenianie się cząstek substancji rozpuszczonej pod wpływem tendencji do wyrówny-wania stężeń w roztworze.

Eukloidy - związki których cząsteczki mają wymiary charaktery-styczne dla układów koloidalnych.

Podział koloidów:

F. zdysperg. F. dysperg. Układ

gaz gaz nie koloid

ciecz gaz mgła

c. stałe gaz dym

gaz ciecz piana

ciecz ciecz emulsja

c. stałe ciecz zol

gaz c. stałe piana stała

ciecz c. stałe piana stała

c. stałe c. stałe zol stały

Koloidy liofilowe - cząsteczki fazy rozproszonej (zdyspergowanej) łączą się z cząsteczkami ośrodka dyspergującego, solwatacja np. białka, żelatyna. Wrażliwe na działanie elektrolitów - stabilizacja przez ładunek elektryczny

Koloidy liofobowe - cząsteczki fazy rozproszonej nie ulegają solwa-tacji, czynnikiem stabilizacyjnym jest ładunek elektryczny np. zole metali, wodorotlenki metali. Mało wrażliwe na elektrolity - dodatek elektrolitu nie narusza liosfery, nie można go osiągnąć w inny sposób

Metody otrzymywania koloidów

1. Dyspersyjne - rozdrabnianie do wielkości cząstek koloidalnych:

- rozdrabnianie mechaniczne

- rozpylanie w łuku Volty (zole metali)

- działanie ultradźwięku

- działanie promieniowania IR, UV, X

- rozpylanie termiczne

- metody chemiczne - peptyzacja

2. Kondensacyjne - łączenie cząstek lub jonów w zespoły:

- strącanie

- hydroliza AlCl₃

- reakcje redox

- podwójna wymiana

- polimeryzacja

Właściwości układów koloidalnych:

Mechaniczne

- dyfuzja - wolna

- lepkość - większa niż ośrodka dyspersyjnego

- wielkość cząstek - nie dają się odwirować ani odfiltrować

Optyczne

- efekt Tyndalla

- absorpcja światła - dla niektórych układów silniejsza niż rozproszenie, zależy od stopnia rozproszenia.

Elektryczne

- ładunek cząstek - powstaje w wyniku adsorpcji jonów elektrolitu na powierzchni cząstek

- podwójna warstwa elektryczna - powłoka wewnętrzna (adsorpcyjna) i zewnętrzna (dyfuzyjna); skok potencjału dla elektrolitów wielko-cząsteczkowych, dysocjacja grup jonogennech

Elektroforeza - ruch cząstek fazy rozproszonej w polu elektrycznym względem nieruchomego ośrodka dyspersyjnego. Cząstki naładowane dodatnio do katody - kataforeza; naładowane ujemnie do anody - anaforeza

Elektroosmoza - ruch ośrodka dyspersyjnego pod wpływem prądu elektrycznego względem nierucho-mej fazy rozproszonej

Koagulacja - zmniejszenie stopnia dysocjacji układów koloidalnych, łączenie cząstek fazy rozproszonej w większe zespoły, przechodzenie zolu w żel. Zachodzi wtedy gdy cząstki fazy rozproszonej zostaną rozładowane (w punkcie izohele-ktrycznym). Koagulacja odwracalna - żel w zol (peptyzacja),

nieodwracalna - związana z denaturacją (zmiana struktury).

Koagulację wywołują:

- dodatek elektrolitu

- dodatek koloidu o ładunku przeciwnym

- naświetlanie promieniowaniem

- ogrzewanie - ścinanie białka

- działanie mechaniczne - wstrzą-sanie, mieszanie

- dehydratacja (desolwatacja) - dodanie środków odwadniających np. etanolu, acetonu

- odparowanie lub odmrażanie ośrodka dyspersyjnego.

Koazerwacja - z roztworu koloidal-nego wydziela się faza rozproszona (kropelki), powstaje układ dwufazo-wy, dwie ciecze nie mieszające się - zol stężony i zol rozcieńczony. Zachodzi często podczas wysalania i podczas mieszania dwóch zoli liofilowych o ładunkach przeciwnych.

Synereza - wydzielanie z osadów koloidalnych (zgęstniałych żeli) fazy dyspergującej z jednoczesną redukcją objętości osadu

Żelatynowanie (galaretowienie) - twardnienie układu na jednolitą twardą masę.

Pęcznienie - wchłanianie ośrodka dyspersyjnego przez żel, wzrost objętości i ciśnienia pęcznienia.

ZJAWISKA NA GRANICY FAZ

Zjawiska powierzchniowe:

- siły van der Valsa - siły spójności, działają w obrębie fazy

- na powierzchni (granicy faz) - siły niezrównoważone

- cząsteczki lub atomy powierzchniowe znajdują się w innym stanie energetycznym niż cząsteczki wewnątrz fazy

- dodatkowa energia - energia powierzchniowa

Napięcie powierzchniowe - siła styczna do powierzchni N/m, praca potrzebna do zwiększenia powierz-chni cieczy o jednostkę J/m³.

Napięcie roztworów ciecz - ciecz

Jeżeli napięcia powierzchniowe obu czystych cieczy różnią się znacznie, to dodanie niewielkiej ilości cieczy o mniejszym napięciu zmniejsza znacznie napięcie powierzchniowe roztworu.

Substancje powierzchniowo czynne - substancje już w niewiel-kim stopniu powodujące obniżenie napięcia powierzchniowego roztwo-rów.

Zalicza się:

- alkohole

- estry

- kwasy tłuszczowe

- etery

Reguła Traub'ego

Dla homologów organicznych: „powierzchniowa czynność” wzrasta regularnie - każda grupa CH₂ zwiększa 3,2 razy czynność powierzchniową.

Skutki napięcia

powierzchniowego:

1.Obniżenie napięcia - obniżenie parowania ze zbiorników.

2.Gromadzenia substancji na powierzchni - wzrost zanieczyszczenia.

3.Pomiar napięcia „czystość wody”

4.Obniżenie napięcia - giną ryby.

Siły powierzchniowe - nierówno-ważone siły ze strony graniczących faz

Skutek - na powierzchni granicznej zmiana liczby cząstek (atomów) w porównaniu z odpowiednią objętoś-cią sąsiadujących faz - zjawisko adsorpcji.

ABSORPCJA - wchłanianie jednej substancji przez drugą, np. cieczy przez ciało stałe (atramentu przez bibułę), lub rozpuszczanie gazu w cieczy (amoniaku w wodzie).

Adsorpcja - przenikanie substancji z jednej fazy do drugiej w wyniku dyfuzji.

Rodzaje adsorpcji:

- ciecz - ciecz

- ciało stałe - ciecz

- ciało stałe - gaz

Izo Izoterma adsorpcji- f (a,p,T)=0, a-ilość sub. zadsorbsowanej [mol/g], a=f(p,T)

-izoterma Freundlicha-empiryczna; a=kp((1/n))

-teoria Langmuira- adsorpcja zlokalizowana, pow. jednorodna, 1na wars. pow. , izoterma adsorpcji

Adsorbenty:

- węgiel aktywny

- żel krzemionkowy

- aktywny tlenek glinu

Zdolność wymienna - ilość jonów która może być wymieniona przez jednostkę masy lub objętości jonitu

Całkowita zdolność wymienna - liczba milimoli jonu, które w najkorzystniejszych warunkach procesu mogą być wymienione na inne jony przez jednostkę masy lub objętości jonitu

Robocza zdolność wymienna - wartość praktycznie użyteczna, mniejsza od całkowitej zdolności wymiennej jonitu, charakterystyczna dla danego procesu wymiany, zależ-na od stężenia roztworu, rodzaju jonitu i temperatury

Ekstrakcja - zjawisko przechodze-nia substancji rozpuszczonej w jednym rozpuszczalniku do drugiego rozpuszczalnika, nie mieszającego się z tym pierwszym. Aby zaszła ekstrakcja konieczne jest wymiesza-nie cząsteczkowe. Najczęściej jeden rozpuszczalnik woda, a drugi organiczny nie mieszają się.

Prawo podziału Nernst'a

Stosunek stężeń substancji rozpuszczonej w dwu nie mieszających się

rozpuszczalnikach jest wielkością stałą w stałej temperaturze.

K=C_A/C_B; K - współczynnik podziału Nernst'a.

Flotacja - metoda podziału składni-ków w oparciu o różne zwilżalności, na granicy faz tworzy się napięcie powierzchniowe i elektryczne. Wykorzystanie: wzbogacanie rud metali i siarki, rekultywacja gleb lub osadów dennych.

ADSORPCJA JONOWYMIENNA :

Istnieja naturalne substancje- glinokrzemiany z grupy zeolitów, niektóre gleby, które mają zdolność wymiany jonów z roztworem, w której się znajduje.Jony roztworu są zatrzymywane a do roztworu przechodzą z minerałow tego samego roztworu.Substancje stałe, rozpuszczalne w wodzie o zdolnościach jonowymiennych ( anionity - wymieniają aniony, kationity - wymieniaja kationy)

CHEMIA ORGANICZNA

Izomeria - jest to zjawisko występo-wania dwóch lub większej ilości związków o takim samym wzorze sumarycznym lecz różnej budowie cząstek.

Rodniki - fragmenty cząstek z niesparowanym elektronem.

Alkany, właściwości fizyczne

- im dłuższy łańcuch węglowy tym wyższa temperatura wrzenia

- od 1 do 4 at. C - gazy

- od 5 do 16 at. C - ciecze

- od 17 at. C - ciała stałe

- rozpuszczają się w rozpuszczal-nikach niepolarnych i słabo polarnych (benzyna, eter)

- nie rozpuszczają się w wodzie i rozpuszczalnikach polarnych.

Właściwości metanu:

- bezbarwny i bezwonny gaz prawie dwukrotnie lżejszy od powietrza

- występuje jako główny składnik gazu ziemnego

- wydziela się z bagnisk

- występuje w kopalniach

- jest bardzo łatwo zapalny, z powietrzem stanowi mieszaniny wybuchowe.

Alkeny, właściwości fizyczne

- im dłuższy łańcuch węglowy tym wyższa temperatura wrzenia

- od 1 do 4 at. C - gazy

- od 5 do 18 at. C - ciecze

- od 19 at. C - ciała stałe

Alkiny, właściwości fizyczne

- im dłuższy łańcuch węglowy tym wyższa temperatura wrzenia

- od 1 do 4 at. C - gazy

- od 5 do 16 at. C - ciecze

- od 17 at. C - ciała stałe

- etyn, gaz bezbarwny, bezwonny, palny

Podstawniki aktywujące (orientacja orto i para):

OH - hydroksylowa

OR - alkosylowa

OAr - oroksylowa

NH₂ - aminowa

NR₂ - dialkilominowa

NH-COR - acyloaminowa

R - alkilowa

Ar - arylowa

CH₂Cl - chlorometylowa

F - fluoro

Cl - chloro

Br - bromo

I - jodo

Podstawniki dezaktywujące (orientacja meta):

CN, NO₂, SO₃H, CHO, COOH

Grupy główne według malejącego pierwszeństwa:

- kwasy karboksylowe bezwodniki kwasowe

- estry

- halogenki kwasowe

- amidy

- nitryle

- aldehydy

- ketony

- alkohole

- fenole

- tiole

- aminy

- iminy

Alkohole:

- C1-C10 - ciecze

- powyżej C10 - ciała stałe

- C1-C3 - mieszają się w wodzie w każdym stosunku

-C4-C5 - dobrze rozpuszczalne w wodzie

- pow. C10 - nie rozpuszczają się w wodzie

- są stosowane jeko rozpuszczalniki organiczne

- bezbarwne, bezwonne

Etery

- lotne

- trudno rozpuszczalne w wodzie, dobrze w rozpuszczalnikach organicznych

- przyjemny zapach

- są dobrymi rozpuszczalnikami

- bierne chemicznie

Kwasy

- C1-C10 - ciecze

- pow. C12 - ciała stałe

-C1-C4 - dobrze rozpuszczalne w wodzie, rozpuszczalność maleje ze wzrostem niepolarnego łańcucha.

Nitrozwiązki aromatyczne

- ciecze lub ciała stałe

- bezbarwne lub lekko żółte

- nierozpuszczalne w wodzie

- rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych

Aminy

- do 2 at.C - gazy, bardzo dobrze rozpuszczalne w wodzie, zapach podobny do amoniaku

- 3-11 at. C - ciecze, nieprzyjemny zapach ryb

- pow. 12 at. C - ciała stałe

- im dłuższy łańcuch maleje rozpuszczalność w wodzie

- alifatyczne - łatwo palne

Buforowa pojemność - ilość moli mocnego kwasu lub zasady dodana do 1dm³ buforu, która zmienia jego pH o jednostkę n=၄c/၄pH.

Buforowe roztwory - są to najczęściej roztwory słabych kwasów i ich soli z mocnymi zasadami lub roztwory słabych zasad i ich soli z mocnymi kwasami. Wykazują one określone stężenie jonów wodorowych i służą do kontroli kwasowości roztworów. Roztwór słabego kwasu i jego soli pH=pK-log(C/Co), roztwór słabej zasady i jej soli z mocnym kwasem pH=14-pK+log(C/Co). NP.: NH₄OH i NH₄Cl, CH₃COOH i CH₃COONa.

Detergenty (związki powierzchniowo czynne) - Cząsteczka związku powierzchniowo czynnego składa się z długiego łańcucha hydrofobowego i grupy hydrofilowej. Cząsteczki tych związków mają tendencje do gromadzenia się na granicy faz. Hydrofobowa ustawia się w fazie o mniejszej stałej dielektrycznej natomiast hydrofilowa w fazie o większe stałej. Są to środki piorące zawierające 15-30% substancji powierzchniowo czynnej (związki zdolne do zmniejszania napięcia powierzchniowego - mydło) oraz 70-85% innych związków wspomagających tj.: polifosforany, chemiczne środki bielące, soda, borany, środki zapachowe. Detergenty miękkie ulegają degradacji biochemicznej natomiast twarde z trudnością podlegają rozkładowi i przez dłuższy czas pozostają w wodzie nienaruszone, tworzą obfitą pianę, która silnie utrudnia oczyszczanie wody i ścieków. Utrudnia dostęp tlenu w wodach co prowadzi do zahamowania procesów samooczyszczania. Klasyfikacja: anionowe, kationowe.

Dioksyny - jest to grupa chloropochodnych, aromatycznych związków chemicznych, których cząstki wykazują dużą stabilność termiczną i odporność termiczną na spalanie. Ich źródła w środowisku to: pożary lasów i łąk, erupcje wulkanów, spalanie odpadów miejskich i medycznych, przemysł metalowy, papierniczy, gazy spalinowe, środki ochrony roślin.

EDTA - kwas etylenodiaminotetraoctowy (kw. wersenowy) Przebieg miareczkowania roztworem EDTA - Do badanego roztworu dodaje się wskaźnik, z którym część jonów tego metalu zostaje związana i roztwór przyjmuję zabarwienie kompleksu metalu. Jednym z warunków, którym powinny odpowiadać wskaźniki jest ten, aby kompleks metalu ze wskaźnikiem był mniej trwały niż kompleks metalu z EDTA. Czerwień eriochromowa służy do oznaczenia Ca i Mg.

Freony - są to związki organiczne F C Cl, pochodne metanu, powodujące tworzenie się wolnych rodników Cl i niszczenie cząstek ozonu. Ich źródłem mogą być: lodówki, dezodoranty, składniki rozpuszczalników, środki czyszczące.

Nitrozaminy - są rakotwórcze, występują w peklowanym mięsie oraz w mniejszych ilościach w niektórych przeazotowych roślinach.

PCB - polichloropochodne bifenylu. Są to bardzo trwałe związki, niepalne, nie ulegają rozpadowi w podwyższonych temp., są dobrymi dielektrykami. Są stosowane jako ciecze dielektryczne do kondensatorów i transformatorów wysokiego napięcia, dodatki do farb. Kumulują się one w organizmach zwierząt wyższych i ciepłokrwistych. Adsorpcja na węglu aktywnym pozwala na usunięcie PCB tylko w niewielkim stopniu.

PCW - polichlorek winylu. Tworzywo to zawiera resztki chlorku winylu, który ulega w organizmie rozkładowi tworząc tlenek chloroetylenowy, który wykazuje działania rakotwórcze.

Pestycydy - jest to grupa związków chemicznych, które służą do zwalczania chorób roślin, usuwania i niszczenia chwastów, do zwalczania pasożytów u ludzi, zwierząt i roślin, a także do zaprawiania ziarna siewnego. Klasyfikacja: 1)zoocydy - środki owadobójcze, przeciw gryzoniom. 2)herbicydy - środki chwastobójcze. 3)fungicydy - grzybobójcze. 4)regulatory wzrostu roślin. Klasyfikacja ze względu na drogi przenikania do organizmu szkodnika: kontaktowe, wewnętrzne, systemiczne, wgłębne.

Prawo rozcieńczeń Ostwalda - stopień dysocjacji alfa słabego elektrolitu jest tym większy im mniejsze jest stężenie elektrolitu oraz im większa jest jego stała dysocjacji. K= α²c/1- α.

WWA - wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne. W środowisku pochodzą z niepełnych produktów spalania (smoła, sadza, gazy silników spalinowych, gazy spalinowe, dym tytoniowy).

PUNKT IZOELEKTRYCZNY - wartość pH, przy której cząsteczka chemiczna posiadająca grupy mogące przyjmować ładunek zarówno dodatni (np. aminowe) jak i ujemny (np. karboksylowe) zawiera średnio tyle samo ładunków dodatnich co ujemnych, przez co jej ładunek całkowity wynosi zero. Nie oznacza to bynajmniej, że wszystkie takie cząstki w punkcie izoelektrycznym mają ładunek zerowy, jedynie iż ładunek wynosi przeciętnie zero. Wartość oznaczana najczęściej w odniesieniu do białek i aminokwasów.

POLIMERY- zwią. O bud. Łańcuchowej których cząsteczki zbudowane sa z połączonych ze sobą powtarzających się elementów, najmniejszy powtarzający się element łańcucha polimeru to meromer.

TWORZYWA SZTUCZNE- substancje wielo cząsteczkowe naturalne modyfikowane lub otrzymane na drodze różnych polireakcji.

POLIMERY- przeważnie organiczne związki wielocząsteczkowe zbudowane z regularnie lub nieregularnie powtarzających się ugrupowań atomów o jednakowej budowie, zwanych merami, połączonych kowalencyjnymi wiązaniami chemicznymi.wiele polimerów występuje w organizmach żywych; odgrywają one ważną rolę w procesach przemiany materii (np. białka, polisacharydy, kwasy nukleinowe). niektóre z nich mogą być wykorzystywane do celów technicznych, np. cis-1,4-poliizopropen (kauczuk naturalny)

---