أنظمة الغروانية مهمة للغاية في حياة أي شخص. هذا لا يرجع فقط إلى حقيقة أن جميع السوائل البيولوجية تقريبًا في الكائن الحي تشكل غرويات. لكن العديد من الظواهر الطبيعية (الضباب ، الضباب الدخاني) ، التربة ، المعادن ، الغذاء ، الأدوية هي أيضًا أنظمة غروانية.
تعتبر وحدة هذه التكوينات ، التي تعكس تكوينها وخصائصها المحددة ، جزيءًا ضخمًا أو مذيلة. يعتمد هيكل الأخير على عدد من العوامل ، لكنه دائمًا جسيم متعدد الطبقات. تعتبر النظرية الحركية الجزيئية الحديثة المحاليل الغروية حالة خاصة من الحلول الحقيقية ، مع وجود جزيئات أكبر من المذاب.
طرق الحصول على المحاليل الغروية
هيكل الميلي الذي يتكون عند ظهور نظام غرواني ، يعتمد جزئيًا على آلية هذه العملية. تنقسم طرق الحصول على الغرويات إلى مجموعتين مختلفتين اختلافًا جوهريًا.
ترتبط طرق التشتت بطحن الجزيئات الكبيرة نوعًا ما. اعتمادًا على آلية هذه العملية ، يتم تمييز الطرق التالية.
- تكرير. يمكن القيام به جافة أوطريقة رطبة. في الحالة الأولى ، يتم سحق المادة الصلبة أولاً ، وعندها فقط يُضاف السائل. في الحالة الثانية ، يتم خلط المادة مع سائل ، وبعد ذلك يتم تحويلها إلى خليط متجانس. يتم الطحن في مطاحن خاصة.
- تورم. يتم الطحن بسبب حقيقة أن جزيئات المذيب تخترق المرحلة المشتتة ، والتي يصاحبها تمدد جزيئاتها حتى الفصل.
- التشتت بالموجات فوق الصوتية. يتم وضع المادة المراد طحنها في سائل ويتم صوتها.
- تشتت الصدمة الكهربائية. مطلوب في إنتاج المعادن سولس. يتم تنفيذه عن طريق وضع أقطاب كهربائية مصنوعة من معدن قابل للتشتت في سائل ، متبوعًا بتطبيق جهد عالي عليها. نتيجة لذلك ، يتم تكوين قوس فولتية يتم فيه رش المعدن ثم يتكثف في محلول.
هذه الطرق مناسبة لكل من الجسيمات الغروية المحبة للتجميد و اللاجففة. يتم تنفيذ هيكل micelle في وقت واحد مع تدمير الهيكل الأصلي للمادة الصلبة.
طرق التكثيف
المجموعة الثانية من الأساليب القائمة على تكبير الجسيمات تسمى التكثيف. يمكن أن تستند هذه العملية إلى ظواهر فيزيائية أو كيميائية. تشمل طرق التكثيف المادي ما يلي.
- استبدال المذيب. يتعلق الأمر بنقل مادة من مذيب واحد ، حيث تذوب جيدًا ، إلى مذيب آخر ، حيث تكون قابلية الذوبان أقل بكثير. نتيجة لذلك ، جزيئات صغيرةسوف تتحد في مجاميع أكبر وسيظهر محلول غرواني.
- تكثيف البخار. مثال على ذلك هو الضباب ، الذي تستطيع جزيئاته الاستقرار على الأسطح الباردة وتنمو بشكل تدريجي.
تتضمن طرق التكثيف الكيميائي بعض التفاعلات الكيميائية المصحوبة بترسيب بنية معقدة:
- التبادل الأيوني: NaCl + AgNO3=AgCl ↓ + NaNO3.
- عمليات الأكسدة والاختزال: 2H2S + O2=2S ↓ + 2H2 O.
- التحلل المائي: Al2S3+ 6H2O=2Al (OH)3↓ + 3H2S.
شروط التكثيف الكيميائي
تعتمد بنية المذيلات التي تشكلت خلال هذه التفاعلات الكيميائية على زيادة أو نقص المواد المتضمنة فيها. أيضًا ، لظهور المحاليل الغروانية ، من الضروري ملاحظة عدد من الشروط التي تمنع ترسيب مركب قليل الذوبان:
- يجب أن يكون محتوى المواد في المحاليل المختلطة منخفضًا ؛
- يجب أن تكون سرعة الخلط منخفضة ؛
- يجب أخذ أحد الحلول بشكل زائد.
هيكل ميسيل
الجزء الرئيسي من الميسيل هو اللب. يتكون من عدد كبير من الذرات والأيونات والجزيئات لمركب غير قابل للذوبان. عادة ما يتميز اللب ببنية بلورية. يحتوي سطح النواة على احتياطي من الطاقة الحرة ، مما يجعل من الممكن بشكل انتقائي امتصاص الأيونات من البيئة. هذه العمليةيخضع لقاعدة Peskov ، التي تنص على: على سطح المادة الصلبة ، يتم امتصاص هذه الأيونات في الغالب بحيث تكون قادرة على إكمال الشبكة البلورية الخاصة بها. هذا ممكن إذا كانت هذه الأيونات مرتبطة أو متشابهة في الطبيعة والشكل (الحجم).
أثناء الامتصاص ، يتم تكوين طبقة من الأيونات الموجبة أو السالبة الشحنة ، تسمى الأيونات المحددة المحتملة ، على قلب المذيلة. بسبب القوى الكهروستاتيكية ، يجذب الركام المشحون الناتج عدادات (أيونات مع الشحنة المعاكسة) من المحلول. وبالتالي ، فإن الجسيم الغرواني له هيكل متعدد الطبقات. يكتسب الميسيل طبقة عازلة للكهرباء مبنية من نوعين من الأيونات المشحونة عكسيا.
Hydrosol BaSO4
كمثال ، من المناسب النظر في بنية مذيلة كبريتات الباريوم في محلول غرواني محضر بكمية زائدة من كلوريد الباريوم. تتوافق هذه العملية مع معادلة التفاعل:
BaCl2 (p)+ Na2SO4 (p)=BaSO4 ( t )+ 2NaCl(p).
قابل للذوبان بشكل طفيف في الماء ، تشكل كبريتات الباريوم تراكما جريزوفولفين مبني من العدد m من جزيئات BaSO4. يمتص سطح هذا الركام المقدار رقم n من أيونات Ba2 +. 2 (ن - س) Cl-الأيونات متصلة بطبقة الأيونات المحددة المحتملة. وتقع بقية الأعداد (2x) في الطبقة المنتشرة. وهذا يعني أن حبيبة هذا الميلي ستكون مشحونة إيجابيا.
إذا تم تناول كبريتات الصوديوم بكمية زائدة ، إذنالأيونات المحددة المحتملة ستكون SO42-أيونات ، وستكون الأيونات المضادة Na+. في هذه الحالة ، ستكون شحنة الحبيبة سالبة.
يوضح هذا المثال بوضوح أن علامة شحنة حبيبات المذيلة تعتمد بشكل مباشر على شروط تحضيرها.
تسجيل micelles
أوضح المثال السابق أن التركيب الكيميائي للمذيلات والصيغة التي تعكسها تحددها المادة التي يتم تناولها بكميات زائدة. دعونا نفكر في طرق كتابة أسماء الأجزاء الفردية للجسيم الغرواني باستخدام مثال محلول كبريتيد النحاس. لتحضيره ، يُسكب محلول كبريتيد الصوديوم ببطء في كمية زائدة من محلول كلوريد النحاس:
CuCl2+ Na2S=CuS ↓ + 2NaCl.
يتم كتابة بنية micelle التي تم الحصول عليها بما يزيد عن CuCl2على النحو التالي:
{[mCuS] · nCu2 +· xCl- }+ (2n-x) · (2n-x) Cl-.
الأجزاء الهيكلية لجسيم غرواني
بين قوسين مربعين ، اكتب صيغة المركب قليل الذوبان ، وهو أساس الجسيم بأكمله. عادة ما يطلق عليه الركام. عادة ، يتم كتابة عدد الجزيئات التي يتكون منها الركام بالحرف اللاتيني m.
الأيونات المحددة المحتملة موجودة في المحلول بشكل زائد. توجد على سطح الركام ، وفي الصيغة تمت كتابتها مباشرة بعد الأقواس المربعة. يتم الإشارة إلى عدد هذه الأيونات بالرمز n. يشير اسم هذه الأيونات إلى أن شحنتها تحدد شحنة الحبيبات.
الحبيبة تتكون من لب وجزءالمضادات في طبقة الامتزاز. قيمة شحنة الحبيبات تساوي مجموع شحنة المضادات المحددة المحتملة والممتزة: + (2n - x). الجزء المتبقي من العدادات في الطبقة المنتشرة ويعوض شحنة الحبيبات.
إذا تم أخذ Na2S بشكل زائد ، فعندئذٍ بالنسبة للميل الغرواني المُشكل ، سيبدو مخطط الهيكل كما يلي:
{[m (CuS)] ∙ nS2–∙ xNa+ }- (2n - x)∙ (2n - x) Na+.
Micelles من السطحي
في حالة ارتفاع تركيز المواد النشطة على السطح (المواد الخافضة للتوتر السطحي) في الماء ، فقد تبدأ تراكمات جزيئاتها (أو أيوناتها) في التكون. هذه الجسيمات المتضخمة لها شكل كرة وتسمى مذيلات Gartley-Rebinder. وتجدر الإشارة إلى أنه ليس كل المواد الخافضة للتوتر السطحي لديها هذه القدرة ، ولكن فقط تلك التي تكون فيها نسبة الأجزاء الكارهة للماء والأجزاء المحبة للماء مثالية. تسمى هذه النسبة بالتوازن المحبة للماء. تلعب قدرة مجموعاتهم القطبية على حماية قلب الهيدروكربون من الماء دورًا مهمًا أيضًا.
تتشكل مجاميع جزيئات الفاعل بالسطح وفقًا لقوانين معينة:
- على عكس المواد منخفضة الجزيئات ، التي قد تشتمل مجاميعها على عدد مختلف من الجزيئات م ، فإن وجود مذيلات الفاعل بالسطح ممكن مع عدد محدد بدقة من الجزيئات ؛
- إذا تم تحديد بداية عملية التحلل الجزيئي للمواد غير العضوية من خلال حد الذوبان ، فعندئذٍ بالنسبة للمواد الخافضة للتوتر السطحي العضوية ، يتم تحديدها من خلال تحقيق تركيزات حرجة للميكليز ؛
- أولاً ، يزداد عدد الميسيلات في المحلول ، ثم يزداد حجمها.
تأثير التركيز على شكل ميسيل
يتأثر هيكل المذيلات الفاعل بالسطح بتركيزها في المحلول. عند الوصول إلى بعض قيمها ، تبدأ الجسيمات الغروية في التفاعل مع بعضها البعض. هذا يتسبب في تغيير شكلها على النحو التالي:
- كرة تتحول إلى شكل بيضاوي ثم إلى أسطوانة ؛
- ارتفاع تركيز الاسطوانات يؤدي إلى تكوين مرحلة سداسية ؛
- في بعض الحالات ، تظهر المرحلة الصفائحية وبلورة صلبة (جزيئات الصابون).
أنواع الميسيلات
ثلاثة أنواع من الأنظمة الغروانية تتميز حسب خصائص تنظيم الهيكل الداخلي: معلق ، غرويات ميسيلار ، غرويات جزيئية.
المعلقات يمكن أن تكون غروانيات لا رجعة فيها ، وكذلك الغرويات المصابة بالذعر. هذا الهيكل نموذجي لمحاليل المعادن ، وكذلك مركباتها (أكاسيد وأملاح مختلفة). لا يختلف هيكل المرحلة المشتتة التي تشكلها المواد المعلقة عن هيكل المادة المدمجة. لها شبكة بلورية جزيئية أو أيونية. الفرق من المعلقات هو تشتت أعلى. تتجلى اللارجعة في قدرة حلولهم بعد التبخر على تكوين راسب جاف ، والذي لا يمكن تحويله إلى محلول مائي عن طريق الانحلال البسيط. يطلق عليهم رهاب الخوف بسبب التفاعل الضعيف بين المرحلة المشتتة ووسط التشتت.
الغرويات Micellar هي المحاليل التي تتكون جزيئاتها الغرويةعند الالتصاق بجزيئات ثنائية المحبة تحتوي على مجموعات قطبية من الذرات والجذور غير القطبية. ومن الأمثلة الصابون والمواد الخافضة للتوتر السطحي. يتم الاحتفاظ بالجزيئات في مثل هذه المذيلات بواسطة قوى التشتت. لا يمكن أن يكون شكل هذه الغرويات كرويًا فحسب ، بل يمكن أن يكون أيضًا صفيحيًا.
الغرويات الجزيئية مستقرة تمامًا بدون مثبتات. وحداتها الهيكلية هي جزيئات كبيرة فردية. يمكن أن يختلف شكل الجسيم الغرواني اعتمادًا على خصائص الجزيء والتفاعلات داخل الجزيئية. لذلك يمكن للجزيء الخطي أن يشكل قضيبًا أو ملفًا.
