Колоїдні розчини, їх отримання та методи очищення

Размещено на http://www. аllbest.ru/

Зміст

Вступ

1. Методи одержання колоїдних розчинів

2. Методи очистки колоїдних розчинів

Висновки

Вступ

Колоїдними називають мікрогетерогенні системи із розмірами часток дисперсної фази, що становлять 10^-5-10^-9 м.

Колоїдні системи класифікують за дисперсністю, тобто ступінем подрібнення дисперсної фази, що виражається через середній діаметр частинок або питому поверхню поділу фаз, тобто міжфазну поверхню, що припадає на одиницю об'єму дисперсної фази. Залежно від розмірів частинок (а) дисперсної фази розрізняють: 1) а > 10^-5 м - грубодисперсні системи; 2) а = 10^-7 - 10^-5 м - мікрогетерогенні системи; 3) a = 10^-9 - 10^-7 м - колоїдні системи.

Найбільш поширеною є класифікація за агрегатним станом дисперсної фази і дисперсійного середовища (за Оствальдом).

Колоїдні системи з твердою дисперсною фазою та рідким дисперсійним середовищем називаються колоїдними розчинами, або золями.

Колоїдні системи з рідкою дисперсною фазою та рідким дисперсійним середовищем називаються емульсіями.

Колоїдні системи з твердою дисперсною фазою та газовим дисперсійним середовищем називаються аерозолями.

1. Методи одержання колоїдних розчинів

Характерним признаком відмінних колоїдних розчинів від правдивих, являється їх гетерогенність. Дійсно, розміри колоїдних частин, по зрівнянню з розмірами молекул розчинника, настільки великі, що між ними утворюється поверхність розділу.

Поверхністю розділу називаються гранична верства, відокремлюючи одну фазу від другої.

Властиво колоїдні системи, про що говорилось раніше, приставляють собою мікро гетерогенні системи (в відмінності від однофазних гомогенних систем - розчинів високомолекулярних з'єднань). Створення із двох фаз - депресійного середовища і депресійної фази з сумарною (сума поверхні всіх частин) поверхністю розподілу між ними.

Для одержання таких систем потрібно дотримання слідуючих умов.

а) довести розміри діспергіруємої речовини до розмірів колоїдних частин;

б) створити відповідні умови, які могли б забезпечити збереження колоїдних частин в рівноважному стані в депресійному середовищі. Останній звичайно створюється іонами електролітів (стабілізаторами) які на поверхні розділу фаз утворюють іонний шар і гідратну оболонку;

в) а також дерпесна фаза повинна мати погану розчинність по крайній мірі при одержанні гідрофобного попелу.

Таким чином, частки набувають електричний заряд і гідратну оболонку, що перешкоджає випаданню їх в осадок.

Враховуючи, колоїдні розчини займають по розмірах, своїх частин проміжне положення між грубодісперсними і молекулярно-дісперсними системами, в основу одержання колоїдних розчинів можуть бути покладені два принципи:

роздрібнення диспергірованих більш великих частин до бажаної степені дисперсності, відповідаючій величині коллоїдних частинок, наближених по розмірах до частин колоїдних систем.

Перший метод одержав назву депресійного, а другий - кондисаційного метода.

Дисперсійні методи.

При роздрібнені великих частин необхідно затратити деяку кількість енергії. Основним принципом одержання колоїдів дисперсійними методами являється дрібненя твердих речовин з допомогою спеціальних млинів, електричних, ультразвукових і других.

Механічні методи.

З метою дрібнення речовин в лабораторіях і виробництва використовуються машини, працюючих по методу ударного роздрібнення і ростирання належних діспергірованію матеріалів; до таких машин відносяться шарові і колоїдні машини.

Шаровий млин: преставляє собою циліндр в якому розміщенні виготовлені із сталі або другого міцного матеріалу кульки. В циліндр погружують речовину, яке потім роздрібнюється ударами і розтиранням кульками в результаті швидкого обертанні циліндра.

Степінь такій обробці залишається порівняно низький. Більш висока дісиперсность одержуємо при дробленні речовин в колоїдному млині.

Колоїдний млин сконструйований російським інженером Плауссоном (1920 році) представляє собою герметично закритий циліндр, на внутрішній поверхні якого є виступи. В середині циліндра знаходиться ексцентрично розволожений вал, який обертається до 20000 обертів в хвилину на якому в декілька рядів розміщені попасті.

В результаті швидкого обертання валу кусочки попереднього роздрібненьо речовини, загруженого разом з рідиною і стабілізатором в млин, ударяються з великою силою о виступи і попасті, розбиваючи при цьому на дрібні частинки. З допомогою таких млинів можуть бути одержані тонкоодисперсні фармацевтичні препарати, какао, краски і др.

Ультразвуковий метод.

Для подрібнення речовин в послідній час все частіше використовують ультразвуковий метод. Механізм дії ультразвуків складний і поки-що мало вивчений.

Передбачають що подрібнення зважуваних частин проходить під дією звукової хвилі в рідині в силу створення місцевих швидко змінювальних стискань і розширень системи, що супроводжується появленням розриваючих сил, ведучих до подрібнення речовин. З допомогою ультразвукового методу можна роздрібнювати різні речовини: графік сірку, краски, ртуть, свинець, цинк, крохмаль і др.

Метод пептизації.

Пептизація являється скороченою назвою від слова «пептінізація» зарпопнований Гремом для позначення процесів переходу речовини із стану гель в золь під впливом поптизаторів диспергіруючих засобів. Термін пептизації виник по аналогії з процесом розчеплення білка ферментом пепсином на пептони.

Пептизації в основному підлягають рихло з'єднаних і добре гідратіровані осадки гідроокисів металів напримір AL(ОН)3, Fe(ОН)3 і другі, тоді як щільні осадки міді, срібла і других металів не пептизіруються.

Пептізаторами являються головним образом електроліти, які допомагають дезагригації осадків.

В якості ілюстрації можна привести одержання золя гідроокисі Fe(ОН)3 при дії осадок невеликою кількістю розчину Fe CL3, взяту в якості поптизатора, або одержання золя берлінської лазурі щавелевої кислоти.

Метод розчинення.

Цей метод може бути використаний для одержання розчинів високомолекулярних речовин із твердих полімерів, шляхом діспергіровання їх в відповідних розчинах, як наприклад при розчиненні в воді крохмалю, гумміарабіка, желатина, сухого білку і др.

Конденсаційні методи.

В основі більшості конденсаційних методів одержання колоїдних розчинів лежать різновидні зімічні реакції: окислення. Востановлення, реакція обмінного розпаду і др. Метод окислення. При цьому методі в результаті реакції окислення можуть бути одержані колоїдні розчини, напр.:

2Н₂S + SO₂ > 2S + 2H₂O

Утворюються атоми нейтральної сірки потім конденсують в колоїдні частинки сірки.

Метод установлення

Реакція установлення лежить в основі одного із найбільш використовуваних хімічних методів одержання колоїдних розчинів. Установлення - це реакція приєднання електронів іонами, які перетворюються потім в атоми, конденсуються в колоїдні частинки.

В якості відновника звичайно використовуються речовини володіючими слабими відновлюваними якостями, як наприклад: формалін, танін і др.

Наприклад реакція установлення золота і срібла

Метод обмінного розкладу

Цей метод заснований на взаємодії двох речовин, в результаті реакції обмінного розкладання утворюється нова трудно розчинна річ, здатна зберігатися високодисперсному стані при наявності ряду відповідних умов (концентрація реагуючих речовин, і др.)

Класичним приміром являється одержання зали зернистого миш'яку:

2Н₂АsО₃ + 3Н₂S > Аs₂S₃ + 6H₂O

або BaCl₂ + K₂SO₄ > BaSO₄ + 2KCl

Метод гідроліза

Гідролізом широко користуються при одержанні золей із солей, якщо в результаті реакції гідроліза утворюється погано розчинна речовина.

В якості приміру приведем утворення нерозчинного гідрату окисі заліза, яке одрежуємо при гідролізі хлорного заліза рівнянням:

FeCl₃ + 3H₂O > Fe(OH)₃ + 3HCl,

Fe(OH)₃ + 3HCl> FeCl₃ + 2H₂O ,

Частково утворююча в реакції хлор окис заліза дісоціїрує на іоні:

FeОCl > FeO + Cl,

Які забезпечують іоноген ний шар навкруги частин Fe(OH)3 і утримують їх в рівноваженому стані.

Методи заміни розчинника.

Метод заснований на виділення розчинної речовини із розчину в виді високодисперсної нерозчинної фази шляхом заміни розчинника. Молекули розчинної речі. Яка знаходиться в стані молекулярної дисперсності в одному розчиннику, попадаючи в умови поганої розчинності при заміні розчинника починає конденсуватися в більші частинки, досягаючи розмірів коллоїдних. Цим методом можна користуватись при приготовленні золя сірки, каніфолі, мастики, фосфору і др. при вливанні спиртових розчинів цих речовин в воду.

Електричний метод.

Метод одержання колоїдних розчинів з допомогою електрики, рекомендований Бредігом (1898 р.), можна використати головним чином для виготовлення гідрозолей благородних металів. Цей метод обґрунтований на одержанні електричної дуги між електродами створеними із диспергіруючого металу (срібла, золота і др..) при пропусканні постійного струму. Під дією високої температури проходить випарування матеріалу електродів в дисперсійному водному середовищі. Після пари металу конденсуються в колоїдні частинки, утворюючи відповідну золу. Процес краще проводити при охолодженні.

2. Методи очистки колоїдних розчинів

Для одержання колоїдних розчинів з найбільшою стійкістю і для вивчення їх якостей необхідно видалення із золи всяких домішок і в першу чергу остатків електролітів, які, як правило, утворюються при одержанні колоїдних розчинів.

Діаліз.

Для очистки розчинів широко використовуються метод діаліза. Вилучення колоїдних розчинів від домішок, здатних проникати через рослинні і тваринні, штучні мембрани, називається діалізом, а прибори пристосовані для цього, одержали назву діалізаторів.

Перші моделі діалізаторів представляли собою посудину, заповнену проточною водою, в якій поміщалась на глибину декількох сантиметрів внутрішня частина приладу, нагадуючи широкий зрізаний отвір, на більше вузьку частину якої натягаємо мембрану із пергаменту, коллоїда, целофану. У внутрішню частину наливається колоїдний розчин, який треба очистити. З допомогою діалізу поступово проходить видалення речовин, легко проходять черех мембрану, наприклад електролітів і других кристалоїдів. Очистка неколлоїдних розчинів таким способом протікає по мало, і тому для прискорення діаліза використовуємо електричний струм.

Електродіаліз

Прискорений процес діаліза при використанні постійного електричного струму дістав назву електродіаліза.

Прилад для електродіаліза представляє собою посуд, розділений двома мембранами на три частини. В середню частину наливається неочищений колоїдний розчин. А в бокові, в яких знаходяться електроди, наливається розчинник - проточна вода. При включенні струму утворюється направлений рух анонів і катіонів до відповідних електродів, колоїдний розчин при цьому поступово очищається від електролітів, а також при діалізі можуть віддалятися низькомолекулярні неелектроліти.Компенсаційний діаліз і вивидіаліз

Для дослідження біологічних рідин Михаелісом і Рона був рекомендований метод, який дозволяв оприділити концентрацію тих або інших низькомолекулярних речовин що знаходяться в вільному стані в колоїдних розчинах.

Суть компенсаційного діаліза перебуває в заміні звичайного розчинника спеціально приготовленим розчином, маючи знайомі концентрації речовин, близькі до концентрації біологічної рідини. Після довгого діалізу, коли між даними концентраціями установиться динамічна рівновага, аналізують склад і оприділяють кількість в внутрішньому середовищі речовин, знову в ній проділізірованих. Цей метод позволяє судити про правдивих концентраціях речовин в провідяючих коллоїдних розчинах. Таким чином було виявлено наявність глюкози і мочовини в крові в вільному стані. Примірно на тому ж принципі основано прижиттєве оприділення низькомолекулярних складових частин крові методом вівідіаліза (вівідіффузія по Обелю). В кінці перерізаної кровоносної судини вставляються скляні канюлі, розгалуження частин, які з'єднуються між собою трудочками з коллоїда, і вся система занурюється в посудину, заповненою фізіологічним розчином NaCl або водою.

Було встановлено, що амінокислоти в крові, так же як і глюкоза, можуть знаходитися в вільному стані.

На принципі компенсаційної вівідіфузії був сконструйований апарат, одержавши назву «штучної нирки» з допомогою якого можна звільняти кров від продуктів обміну речовин (шлаків) і послідовно частково заміняти функцію природної але хворої нирки. Доказом по використанню «штучної нирки» являється гостра ниркова недостатність, наприклад, при отравленні сулемою, сульфаніламідними препаратами, при уремії після переливання крові, при тяжких опіках, токсикозі вагітності і т.д.

Ультрафільтрація.

Одним із важних методів очистки колоїдних розчинів являється ультрафільтрація, яка зводиться до відділення дисперсної фази від депресійного середовища. Для цього проводиться фільтрування колоїдного розчину через мембрани, які не пропускають колоїдні частинки або макромолекули. При фільтрації дисперсна фаза залишається на фільтрі. Слід сказати, що через пори звичайного фільтрувального паперу колоїдні частки легко проходять, а тому при ультрафільтрації користуються спеціальними фільтрами. Наприклад фільтрувальним папером просоченою колодіумом, целофаном. Ультрафільтрація. Як правило протікає дуже помало, а тому її частіше проводять під тиском, для чого і підкладеної під фільтром посудини відкачують повітря, або в посудину розволоженої над фільтром накачують повітря.

колоїдний розчин стабілізатор

Висновки

Кожну речовину можна одержати в колоїдному стані, підібравши для неї відповідне середовище та стабілізатор, який створює захисний адсорбційний шар навколо часток. Стабілізаторами можуть бути іони та молекули неорганічних речовин, поверхнево-активні органічні сполуки, мила, високомолекулярні сполуки (ВМС).

Для одержання колоїдних систем потрібно дотримання слідуючих умов.

а) довести розміри діспергіруємої речовини до розмірів колоїдних частин;

б) створити відповідні умови, які могли б забезпечити збереження колоїдних частин в рівноважному стані в депресійному середовищі;

в) а також дерпесна фаза повинна мати погану розчинність по крайній мірі при одержанні гідрофобного попелу.

До методів очищення колоїдних систем можна віднести діаліз, електродіаліз та ультрафільтрацію.

Размещено на аllbest.ru