Att skicka in ditt goda arbete till kunskapsbasen är enkelt. Använd formuläret nedan
Studenter, doktorander, unga forskare som använder kunskapsbasen i sina studier och arbete kommer att vara er mycket tacksamma.
Metoder för att erhålla och rena kolloidala lösningar
Kondensationsmetoder för produktion kolloidala system
Av klassificeringen av dispergerade system efter partikelstorlek följer att kolloidala lösningar (soler) intar en mellanposition mellan molekylära och grova system. Detta definierar två möjliga sätt erhålla kolloidala lösningar. Ett sätt är att förstora partiklar under aggregering av molekyler eller joner - denna metod kallas kondensation Det andra sättet är att mala stora partiklar till kolloidal dispersion dispersion.
Kondensering kan ske antingen kemiskt eller fysisk process. I båda fallen är kondensationsmetoden baserad på bildandet i ett homogent medium av en ny fas med kolloidal dispersion. Det allmänna villkoret för bildandet av en ny fas är tillståndet av övermättnad av lösningen eller ångan. När lokala övermättningar inträffar i vissa områden av lösningen, bildas aggregat av flera molekyler, som blir kärnorna i en ny fas. Kärnornas roll kan utföras av kristallisationscentra som finns eller introduceras i systemet - dammpartiklar, små tillsatser av den färdiga solen, etc. större antal kristallisationscentra och ju lägre kristalltillväxthastigheten är, desto högre är dispersionen av de resulterande solerna.
Enligt modern teori bildning av kärnor i en ny fas i en homogen miljö, är denna process fluktuerande. Förutsättningarna för bildandet av fastfaskärnor uttrycks av ekvationen
r=2 yVm/ RTln (c r/ Kuttra)
där r är kristallens radie; y är ytspänningen vid gränsytan mellan kristall och lösning; Vm - molar volym av den kristallina fasen; Med-- koncentration av den mättade lösningen; Med r -- koncentration av en övermättad lösning som krävs för bildning av små kristaller med en radie r.
Bildandet av embryon är möjligt förutsatt att Med r> s. Ett starkt dispergerat system kan erhållas från en övermättad lösning endast om hastigheten för kärnbildning är v\ mycket större än deras tillväxttakt V2, dvs Ј>i^>^2. Annars bildas stora partiklar som inte har kinetisk stabilitet och fälls ut.
Vid kemisk kondensation uppstår en ny fas när reaktioner uppstår som leder till att ämnen som är olösliga i ett givet medium bildas. Dessa kan vara reaktioner av reduktion, oxidation, utbyte, hydrolys.
För olika kemiska reaktioner som används vid framställning av soler väljs de optimala förhållandena för bildning och tillväxt av kärnor experimentellt. Som regel erhålls högdispergerade soler genom att tillsätta en liten mängd av en koncentrerad lösning av det andra reagenset till en utspädd lösning av ett av reagensen under kraftig omrörning. Med denna teknik slutar de bildade fastfaskärnorna snabbt att växa, eftersom den utspädda lösningen snart är uttömd. Den nybildade dispergerade fasen, bestående av aggregat av olösligt material, har ofta en amorf struktur. Med tiden (från några minuter till en dag). processen för kristallisering av olösliga partiklar inträffar och de får en kristallin struktur.
Återhämtningsreaktioner. För att erhålla soler av ädelmetaller (platina, guld, silver) används vanligtvis reduktionsreaktioner. Rekonstruktion kan utföras med eller utan användning av skyddskolloider. EMV används som skyddande kolloider, som adsorberas på ytan av kolloidala partiklar och bildar skyddande filmer. I farmaceutisk praxis, i närvaro av skyddande kolloider, erhålls läkemedlet collargol, som är en kolloidal lösning av silver skyddad av salter av lysalbin- och protalbinsyror.
Vid beredning av en guldsol omvandlas kloroaursyra till kaliumaurat genom reaktionen
2HAuC14 + 5K2CO3 = 2KAuO2 + 5CO2 + 8KS1 + H2O
Reduktionsreaktionen av kaliumaurat med formaldehyd fortskrider enligt ekvationen
2KAuO2 + ZNSNO + K2CO3 = 2Au + ZNSOOK + KHSOz + H2O
Auratjoner, som är potentiellt bildande joner, adsorberas på de resulterande guldmikrokristallerna. K+-joner fungerar som motjoner.
Hydrolysmetoder. Hydrolys används för att erhålla soler av tungmetallhydroxider.
Metallisk silversol kan erhållas genom att reducera utspädda lösningar av silversalter i ett alkaliskt medium med tannin. Tannin (pentadigalloylglukos) C 76 H 52 O 46 ger vid oxidation olösliga ämnen - flobafener C 76 H 52 O 49
Oxidationsprocesser.
Tillsammans med svavel producerar oxidationsreaktioner vanligtvis polytionsyror, främst pentationsyra H 2 S 5 O 6
Dubbla utbytesreaktioner. Dubbelbytesreaktioner gör det möjligt att erhålla många soler av svårlösliga föreningar. Till exempel, när man blandar utspädda lösningar av bariumnitrat och kaliumsulfat, förutsatt att det finns ett överskott av ett av reagenserna, fälls inte bariumsulfat ut utan bildar en kolloidal lösning.
Reaktionen mellan bariumnitrat och kaliumsulfat fortskrider enligt schemat
Ba (NO 3) 2 + K 2 SO 4 = BaSO 4 + 2KNO 3
Vid framställning av soler med kemiska kondensationsmetoder bör reaktioner där ämnen som är icke-elektrolyter eller svaga elektrolyter bildas tillsammans med en svårlöslig förening. Detta hjälper till att erhålla mer stabila soler, eftersom överskott av elektrolyter som astabiliserar solen inte bildas i systemet. Ett exempel på en sådan reaktion är oxidationen av vätesulfid med atmosfäriskt syre.
Byte av lösningsmedlet. Denna metod för att producera soler, till skillnad från de tidigare, hänvisar till fysisk kondensation. Den bygger på att en lösning av ett ämne tillsätts lite i taget till en vätska som blandas väl med lösningsmedlet, men i vilken det lösta ämnet är så svagt lösligt att det frigörs som en högdispergerad fas. Ett exempel är hydrosoler av svavel, kolesterol eller kolofonium, erhållna genom att hälla alkohollösningar av dessa ämnen i vatten.
Ånga kondensation. Detta är också en metod för att erhålla soler genom fysisk kondensation. När ångor av något enkelt ämne leds in i en vätska, kan persistenta soler bildas som ett resultat av kondensation. Dessa inkluderar elektriska metoder för att framställa metalldispersioner sprutade under vatten eller i en organisk vätska i en ljusbåge (Bredig-metoden) och i en högfrekvent gnisturladdning (Svedberg-metoden). Stabilisatorer för dispersionerna som bildas vid kondensering av ångor är oxider av samma metaller, som är biprodukter från förstoftningsprocessen. Oxider adsorberas på metallpartiklar och skapar ett skyddande lager.
I naturen, när vattenånga kondenserar i atmosfären, bildas dimma och moln.
S.Z. Roginsky och A.I. Shalnikov utvecklade en effektiv metod för att producera soler från så kallade molekylstrålar. Kärnan i metoden är att det dispergerbara ämnet och lösningsmedlet förångas tillsammans i vakuum. De blandade ångorna kondenserar och fryser på den kylda ytan. Blandningen tinas sedan och samlas upp i ett kärl. På så sätt erhölls svåråtkomliga soler av många ämnen. Metoden säkerställer hög renhet hos de resulterande solerna.
Framställning av kolloidala system genom dispersionsmetoder
Dispersion är finmalning av fasta material eller vätskor och fördelningen av deras partiklar i ett flytande eller gasformigt medium, vilket resulterar i bildandet av dispergerade system: pulver, suspensioner, emulsioner, aerosoler.
Metoder för att mala stora formationer till kolloidalt tillstånd är indelade i mekaniska, fysikaliska och fysikalisk-kemiska.
Mekanisk spridning. Detta är ett av de viktigaste sätten att bilda kolloidala system i naturen: under jordskred, vittring, jorderosion, etc. Konstgjord mekanisk spridning utförs med hjälp av på olika sätt slipning. Denna process inkluderar grov, medelstor och fin krossning. Driften av fragmenteringsmaskiner är baserad på principerna om krossning, klyvning, nötning, slag, etc. Egenskapen hos ett material att motstå förstörelse kallas styrka. Under malningsprocessen fast upplever elastiska och plastiska deformationer. Elastiska (reversibla) deformationer försvinner nästan helt efter att lasten avlägsnats. Vid plastiska (irreversibla) deformationer leder inte upphörandet av yttre påverkan till återställande av den fasta kroppens form och storlek. Materialets styrka försämras, dess form förändras.
Enligt P. A. Rebinders idéer går energi åt att mala materialet, lika med summan arbetet med deformation av en solid kropp och arbetet med att bilda nya ytor:
W= W def+ W n = kV+ y?S,
Där W -- fullständigt sliparbete; k -- Proportionalitetskoefficient lika med deformationsarbetet av en enhetsvolym av den kropp som krossas. V -- kroppsvolym; y - ytspänning (energi för bildning av en enhetsyta); ?S är en ny yta som bildas under förstörelsen av en kropp.
Av formeln följer att sliparbetet ökar i proportion till både volymen av det material som krossas och storleken på den nya ytan som bildas. Detta innebär att när den slutliga partikelstorleken minskar, ökar energiförbrukningen kraftigt. För att minska energikostnaderna för slipning och uppnå högre spridning av materialet i slipprocesser används Rebinder-effekten - en minskning av hårdheten på grund av tillsatsen av främmande ämnen som kallas hårdhetsreducerare. Många elektrolyter kan fungera som hårdhetsreducerande medel - salter och alkalier, ytaktiva ämnen ( alkaliska lösningar tvålar, sulfolignin och sulfonaftensyror, garvningsextrakt).
Fenomenet med minskad hårdhet har länge använts i praktiken, till exempel vid malning av fasta ämnen (svavel, järnoxid, metallsulfider) i en mortel i närvaro av några likgiltiga föreningar: socker, urea, etc. Rebinders arbete avslöjade mekanismen av detta fenomen, som består i att de tillsatta ämnena adsorberas på platser för defekter i kristallgittret av fasta ämnen, till exempel i mikrosprickor. Adsorption av tillsatsämnen, å ena sidan, orsakar en minskning av ytenergi, vilket underlättar spridning, och å andra sidan leder till uppkomsten av krafter av ömsesidig elektrostatisk avstötning av adsorptionsskikt placerade på motsatta väggar av mikrosprickor. Som ett resultat uppstår en kileffekt, vilket ökar den destruktiva effekten. Som ett resultat av denna effekt minskar de externa energikostnaderna för malningsprocessen avsevärt. Tillsatsernas positiva roll är att deras adsorptionsskikt förhindrar vidhäftning av nybildade partiklar. Tillsatsen av vätskor har också en effekt som liknar införandet av ämnen - hårdhetsreducerande medel. Våtslipning (där det är möjligt) är alltid effektivare än torrslipning. Malningen av material utförs med hjälp av mekanismer som maskiner för preliminär krossning och maskiner för slutlig (fin) malning. För preliminär slipning används mekanismer av olika design med skärande, sågning eller klyvningsverkan. Valet av krossningsmetod beror på källmaterialens fysiska tillstånd. Spröda material spricker lätt vid stötar, trögflytande föremål kräver samtidig stöt och nötning, etc.
Inom läkemedelsproduktionen, där främst växtråvara krossas, används gräs- och rotskärare och maskiner med cirkelsågar. Efter en serie krossningssteg erhålls pulver med en partikelstorlek av ca 10~4 m.
Slutslipning - pulverisering (finslipning) - utförs med hjälp av kvarnar av olika utformningar: vals, skiva, hammare, olika sönderdelare, jetslipmaskiner. Kulkvarnar, som kombinerar slag- och nötningsverkan, är effektiva för att slipa många material.
Fin- och ultrafinmalning utförs i vibrationskvarnar, kolloidala kvarnar etc. Dessa mekanismer används också för dispergering hårda material och vätskor i ett flytande medium vid framställning av suspensioner och emulsioner.
Kolloidkvarnen designades först av den ryske ingenjören K. Plausson (1920).
Konstruktionerna av kolloidala och andra kvarnar är baserade på ett system med en stator och en rötor som roterar med en frekvens på upp till 20 tusen rpm. Ytorna på statorn och rotorn som är vända mot varandra är utrustade med olika slagelement - vispar, utsprång, slitsar. I andra modeller görs ett mycket smalt gap mellan statorn och rotorn, som passerar genom vilket, under tryck, partiklar av en fast eller vätska upplever en brottkraft och sprids och bildar en suspension eller emulsion.
För att öka dispersionen av emulsioner används speciella enheter - homogenisatorer. Homogenisatorernas verkan är baserad på pressning av emulsioner under högt tryck genom smala kanaler och sprickor.
Ultraljudsdispersion är ett exempel på användningen av fysiska malningsmetoder. Ultraljudsvågor med en frekvens på 20 tusen till 1 miljon vibrationer per sekund erhålls med hjälp av en piezoelektrisk oscillator. Den dispersiva effekten av ultraljud beror på det faktum att när man passerar ljudvåg lokal snabbt omväxlande kompression och sträckning sker i vätskan, vilket skapar en brottkraft och leder till spridning av suspenderade partiklar. Fenomenet kavitation spelar dock en avgörande roll; med omväxlande kompression och sällsynthet i vätskan bildas hålrum (hålrum) kontinuerligt och kollapsar (kollaps) igen. När hålrummen kollapsar utvecklas mycket höga tryck lokalt. Detta orsakar starka mekaniska destruktiva krafter som kan sprida inte bara vätskor utan även fasta partiklar. På detta sätt erhålls högdispergerade emulsioner och suspensioner, inklusive de som är lämpliga för intravenös administrering. Dessutom, när ultraljud verkar på kolloidala lösningar, emulsioner och suspensioner, steriliseras de, eftersom kavitation orsakar förstörelsen av mikroorganismernas kroppar och deras sporer.
Även om spridningsmetoderna förbättras alltmer, visar en jämförelse med kondensationsmetoder för att producera dispergerade system att för att uppnå en maximal spridning på 1 * 10~ 7 -1 * 10~ 9 m, är endast kondensationsmetoder lämpliga. Förutom att kondenseringsmetoder ger mer dispergerade system än vid dispersion kräver kondenseringsmetoder praktiskt taget inga energikostnader. Emellertid har dispersionsmetoder en viktigare praktisk betydelse.
Fysikalisk-kemisk dispersion eller peptisering. Färskt (löst) sediment omvandlas till en sol genom behandling med peptisatorer: en elektrolytlösning, en ytaktiv lösning eller ett lösningsmedel. Begreppet "färskt" sediment hänvisar till ett sediment av en lös struktur, mellan vars partiklar det finns lager av ett dispersionsmedium, oavsett varaktigheten av sedimentets existens. Packade sediment med sammansatta partiklar kan inte spridas genom peptisering. I själva verket är peptisering inte dispersion, utan disaggregering av existerande partiklar. Det finns tre metoder för peptisering: 1) adsorptionspeptisering; 2) upplösning (eller kemisk) peptisering; 3) tvättning av fällningen med ett lösningsmedel (dispergeringsmedium).
Valet av peptiseringsmetod bestäms av produktionsförhållandena och fällningens egenskaper. Resultatet av peptisering bör i alla fall vara separation av partiklar och deras fördelning genom hela volymen av dispersionsmediet. Låt oss föreställa oss att en fällning av den svårlösliga föreningen järn(III)hexacyano(II)ferrat (preussisk blå) erhålls under loppet av en kemisk reaktion med ett stökiometriskt förhållande av reagens
K4 +FeCl3 = KFe +3KC1
Som ett resultat av reaktionen bildas en lös fällning av preussiskt blått KFe, vars partiklar inte har ett dubbelt elektriskt skikt, eftersom systemet inte innehåller joner som kan selektivt adsorberas på sedimentpartiklarna och bildandet av EDL. För att peptisering ska ske är det nödvändigt att skapa elektrostatiska repulsionskrafter på ytan av sedimentpartiklarna, vilket skulle få partiklarna att flytta bort från varandra och vara jämnt fördelade över hela lösningens volym, d.v.s. en sol. Detta kan göras genom adsorptionspeptisering, d.v.s. genom att behandla fällningen med en elektrolytlösning som innehåller en peptiserande jon med förmåga till selektiv adsorption (i enlighet med Paneth-Fajans regel). Som en elektrolyt som innehåller en peptizerjon kan du ta en lösning av FeCl-3 eller K4. I en lösning av FeCl3 är den peptiserande jonen Fe3+-jonen, i en lösning av K4Fe(CN)6 är 4-jonen. Var och en av dessa joner kan adsorberas på KFe-kristaller, vilket fullbordar deras kristallgitter och bildande av ett lager av potentialbildande joner. I detta fall ger adsorptionen av järnjoner alla sedimentpartiklar en positiv laddning, och adsorptionen av joner ger en negativ laddning. Men i båda fallen bildas sol. Strukturen av en solmicell kan avbildas med diagram:
1. Vid peptisering med en FeCl 3-lösning bildas en grön KFe-sol med positivt laddade partiklar
2. Vid peptisering med en K4-lösning bildas en mörkblå KFe-sol med negativt laddade partiklar
Upplösning, eller kemisk, peptisering tillämpas också på sediment som inte har DES på sina partiklar, i de fall elektrolyt-peptiseringsmedlet inte är tillgängligt i färdig form. I detta fall behandlas filterkakan med en liten del av ett reagens som löses upp ytskikt sedimentkorn, vilket resulterar i bildandet av en viss mängd elektrolyt som är nödvändig för peptisering av resten av sedimentet. Till exempel kan en Fe(OH)3-fällning erhållas med ett stökiometriskt förhållande av reagens i reaktionen
Fällningar som erhölls i närvaro av ett betydande överskott av ett av reagensen utsätts för peptisering genom tvättning med ett lösningsmedel. I det här fallet finns det ett dubbelt elektriskt lager på sedimentpartiklarna, men det är mycket komprimerat på grund av den höga koncentrationen av elektrolyt. I detta tillstånd av EDL uppträder inte Coulomb-repulsionskrafterna mellan sedimentpartiklar. För att återställa krafterna för elektrostatisk repulsion av partiklar och den normala strukturen hos EDL är det nödvändigt att minska koncentrationen av elektrolyten i sedimentet. För detta ändamål tvättas filterkakan med ett rent lösningsmedel eller dispersionsmedium. Överdriven överskottselektrolytström tvättas ut och en stabil sol börjar passera genom filtret.
Laddningarna (3x--f~) av kolloidala partiklar skapar repulsiva krafter mellan dem och bidrar till övergången av sedimentet till en kolloidal lösning. W. Ostwald, som studerade peptiseringsprocessen, härledde empiriskt ett antal mönster som kallas Ostwalds nederbördsregel. Han slog fast att för att peptisera en viss sedimentmassa krävs en mycket specifik optimal koncentration Med / elect.rolite-peptizer. Grafiskt uttrycks detta av kurvan för beroendet av andelen peptiserat sediment Q av koncentrationen av stabilisatorn, som passerar genom ett maximum som motsvarar det optimala förhållandet mellan massan av det tagna sedimentet och elektrolytkoncentrationen.
När denna elektrolytkoncentration överskrids, skiftar peptiseringsprocessen mot den omvända processen - koagulering eller aggregering av partiklar, eftersom överskottet av elektrolyten komprimerar DES på sedimentpartiklarna och försämrar sönderdelningsförhållandena. Det bör noteras att om ett ytaktivt ämne tjänar som peptiseringsmedel, så finns det inget sådant kritiskt koncentrationsvärde för det och en ökning av innehållet av ytaktivt ämne skadar inte peptiseringen.
Å andra sidan, vid en konstant elektrolytkoncentration ökar andelen peptiserat sediment till ett maximalt värde vid ett visst massförhållande gp" sedimentet som tagits och elektrolytkoncentrationen. En överdriven ökning av massan av fällningen som tillsätts till elektrolytlösningen försämrar peptiseringsförhållandena, vilket resulterar i värdet F minskar. Detta kan förklaras av det faktum att den tillgängliga elektrolyten inte räcker för att skapa en effektiv DES på sedimentpartiklar som tagits i överskott.
Metoder för att rena kolloidala lösningar
När man bereder kolloidala lösningar med en eller annan metod, särskilt med kemiska reaktioner, är det nästan omöjligt att exakt förutsäga det erforderliga kvantitativa förhållandet av reagens. Av denna anledning kan de resulterande solerna innehålla ett för stort överskott av elektrolyter, vilket minskar stabiliteten hos kolloidala lösningar. För att få mycket stabila system och för att studera deras egenskaper renas soler både från elektrolyter och från alla möjliga andra lågmolekylära föroreningar.
Rening av kolloidala lösningar kan utföras antingen genom dialys eller ultrafiltrering.
Dialys består av att extrahera lågmolekylära ämnen från soler med ett rent lösningsmedel med hjälp av en semipermeabel skiljevägg (membran) genom vilken kolloidala partiklar inte passerar. Genom att periodiskt eller kontinuerligt byta lösningsmedlet i en dialysanordning - en dialysator, är det möjligt att nästan helt avlägsna föroreningar av elektrolyter och lågmolekylära icke-elektrolyter från den kolloidala lösningen.
Nackdelen med denna metod är den långa varaktigheten av rengöringsprocessen (veckor, månader).
Elektrodialysär en dialysprocess som accelereras genom användning av elström. Enheten för dess implementering kallas en elektrodialysator. Den enklaste elektrodialysatorn är ett kärl som delas av två membran i tre kammare. Den kolloidala lösningen som ska rengöras hälls i mittkammaren. Elektroder från en likströmskälla placeras i sidokamrarna och lösningsmedlet (vatten) tillförs och avlägsnas. Under påverkan elektriskt fält katjoner överförs från mellankammaren till katodkammaren och anjoner överförs till anodkammaren. Lösningen i mittenkammaren kan rengöras från lösta salter under en kort tid (minuter, timmar).
Kompensatorisk dialys Och vividialys-- Metoder utvecklade för studier av biologiska vätskor, som är kolloidala system. Principen för den kompensatoriska dialysmetoden är att i dialysatorn, istället för ett rent lösningsmedel, används lösningar av bestämda lågmolekylära ämnen av olika koncentrationer. Till exempel, för att bestämma icke-proteinbundet, d.v.s. fritt, socker i blodserum, dialyseras det mot en isoton saltlösning innehållande olika koncentrationer av socker. I den lösningen
Nära denna metod ligger metoden för vividialys (vividiffusion) för intravital bestämning av föreningar med låg molekylvikt i blodet. För att utföra analysen sätts glaskanyler in i ändarna av det avskurna blodkärlet, vars grenade delar är förbundna med varandra med rör av semipermeabelt material, och hela systemet placeras i ett kärl fyllt med fysiologiska saltlösning eller vatten. På så sätt fann man att det förutom fri glukos finns fria aminosyror i blodet.
Principen för kompensatorisk vividialys användes för att skapa en enhet som kallas "konstgjord njure." Med hjälp av en "konstgjord njure" är det möjligt att rena blodet från metaboliska produkter, tillfälligt ersätta funktionen hos en sjuk njure för sådana indikationer som akut njursvikt till följd av förgiftning, svåra brännskador, etc.
Ultrafiltrering- filtrering av en kolloidal lösning genom ett semipermeabelt membran som tillåter ett dispersionsmedium med lågmolekylära föroreningar att passera och kvarhåller partiklar från den dispergerade fasen eller makromolekylerna. För att påskynda ultrafiltreringsprocessen utförs den med en tryckskillnad på båda sidor av membranet: under sällsynthet (vakuum) eller under ökat tryck. Ett vakuum skapas genom att pumpa ut luft från ett kärl som är placerat under filtret, och ett ökat tryck skapas genom att pumpa in luft i ett kärl som är placerat ovanför filtret. För att förhindra membranbrott placeras den på en solid porös platta. Ultrafiltrering gör det möjligt att snabbare separera elektrolyter och andra föroreningar (låg molekylvikt) från den kolloidala lösningen organiska föreningar) än vad som händer under dialys. Med ultrafiltrering uppnås en hög grad av solrening genom att periodiskt späda ut den senare med vatten. I slutskedet, genom att suga ut dispersionsmediet, kan den kolloidala lösningen koncentreras. Ultrafiltrering kan användas i kombination med elektrodialys (elektroultrafiltrering), på grund av vilket avlägsnandet av salter från en kolloidal lösning påskyndas avsevärt.
Eftersom porerna på vanligt filterpapper lätt låter kolloidala partiklar passera, används speciella filter (cellofan, pergament, asbest, keramiska filter, etc.) som membran under ultrafiltrering. Användningen av ett membran med en viss porstorlek gör det möjligt att separera kolloidala partiklar i fraktioner efter storlek och ungefär bestämma dessa storlekar. Så här hittades storleken på vissa virus och bakteriofager. Allt detta tyder på att ultrafiltrering inte bara är en metod för att rena kolloidala lösningar, utan kan användas för dispersionsanalys och preparativ separation av dispergerade system.
Vissa egenskaper hos membran för dialys och ultrafiltrering
Porösa semipermeabla membran som används för dialys, elektrodialys, ultrafiltrering och osmometri är som regel inte inerta rent mekaniska "silar" för lösta eller suspenderade partiklar. Membranens roll är mycket mer komplex och bestäms av ett antal av deras egenskaper. Således kan ett membrans permeabilitet bestämmas inte så mycket av närvaron av porer och kapillärer i det, utan genom upplösningen av ämnen som transporteras genom det i själva membranets substans. Denna permeabilitetsmekanism kallas fas eller homogen. Denna permeabilitetsmekanism är särskilt uttalad i finporösa, långsamt filtrerande material.
En annan egenskap hos membran är deras förmåga att laddas vid kontakt med vätskor. Laddningen på membranet uppstår på samma sätt som laddningen på vilken fast yta som helst: antingen som ett resultat av dissociation av membransubstansen eller på grund av adsorption av joner från lösning. Beroende på materialets natur kan membranet ha en positiv eller negativ laddning. Negativt laddade membran är mycket vanligare än positivt laddade. Ämnen som bildar negativt laddade membran inkluderar cellulosa, pergament, keramiska material och asbest. Positivt laddade membran kan erhållas från garvat gelatin, läder och specialbehandlat papper. Man bör komma ihåg att laddningen av proteinmembran beror på mediets pH: när koncentrationen av H+-joner är större än vid proteinets isoelektriska punkt, laddas membranet positivt, i en mer alkalisk miljö är negativt laddad. Laddningen av membran påverkar avsevärt hastigheten för diffusion av joner genom dem. Positivt laddade membran är mycket permeabla för anjoner och dåligt permeabla för katjoner; och omvänt är membran med negativ laddning bättre permeabla för katjoner. Därför är det tillrådligt att använda membran från olika material för katod- och anodkamrarna i elektrodialysatorn: katodmembranet ska vara gjort av negativt laddade material, anodmembranet ska vara gjort av positivt laddade material. I sådana membran ändras jontransporttalen, varför de kallas elektrokemiskt aktiva. Levande organismers vävnader, som i huvudsak är semipermeabla membran, har elektrokemisk aktivitet. En behandlingsmetod som jontofores bygger på denna egenskap hos vävnader - introduktion medicinska substanser in i patientens kropp genom huden. Membran som inte påverkar antalet jontransporter kallas elektrokemiskt inaktiva. Under produktionsförhållanden har de den bredaste användningen.
Referenser:
Laitinen G.A., Harris V.E. Kemisk analys. - M.: Kemi, 1979.
Petere D., Hayes J., Hiftje G. Kemisk separation och mätning. Teori och praktik av analytisk kemi. - M.: Kemi, 1978. T. 1, 2.
Vasiliev V.P. Termodynamiska egenskaper hos elektrolytlösningar. -- M.: forskarskola, 1982.
Liknande dokument
Klassificering av spridningssystem. Huvudfaktorer för stabilitet hos kolloidala lösningar. Metoder för deras framställning (dispergering, kondensation) och rening (dialys, ultrafiltrering). Micellär teori om strukturen hos kolloidala partiklar. Koagulering med elektrolytblandningar.
presentation, tillagd 2013-11-28
Kolloidkemi som en vetenskap som studerar fysikaliska och kemiska egenskaper heterogena, starkt dispergerade system och högmolekylära föreningar. Produktion och metoder för rening av kolloidala lösningar. Applicering av geler inom livsmedelsindustrin, kosmetika och medicin.
presentation, tillagd 2015-01-26
Kärnan och definierande egenskaper hos kolloidala system. Grundläggande egenskaper och struktur för lösningar av denna typ. Tyndall-effektens egenskaper. Skillnader mellan hydrosoler och organosoler. Metoder för bildande av kolloidala system, specifika egenskaper, tillämpningsområde.
presentation, tillagd 2014-05-22
Metoder för framställning av kolloidala system; faktorer som påverkar hastigheten i enskilda steg i processen, koaguleringsregler. Den astabiliserande effekten av föroreningar med låg molekylvikt i kolloidala lösningar, metoder för att avlägsna dem: dialys, elektrodialys och ultrafiltrering.
presentation, tillagd 2013-09-17
Funktioner för att erhålla kolloidala system. Teoretisk analys av processerna för bildning av kvartsglas med sol-gel-metoden. Framställning av sol-kolloidala system med "hybrid"-metoden. Egenskaper för egenskaperna hos kvantglas aktiverade av europiumjoner.
kursarbete, tillagd 2010-02-14
Den första praktiska informationen om kolloider. Egenskaper hos heterogena blandningar. Förhållandet mellan ytan av en kolloidal partikel och volymen av en kolloidal partikel. Det speciella med dispergera system. Funktioner hos kolloidala lösningar. Klassificering av spridningssystem.
presentation, tillagd 2015-08-17
Kolloidala lösningar (soler), som högdispergerade kolloidala system med ett flytande eller gasformigt dispersionsmedium. Geler eller geléer. Struktur och egenskaper hos kolloidala miceller. Tyndall effekt. Koaguleringsprocess. Stabilitetsparametrar för kolloidala lösningar.
presentation, tillagd 2013-09-15
Interaktion mellan elektriska dubbelskikt och kolloidala system. Poisson-Boltzmanns ekvation. Kontaktsats och osmotiskt tryck. Tillsätter salt och "ungefär låg överlappning". Van der Waals interaktioner och Hamaker-konstanten.
test, tillagt 2009-06-09
Framställning av lyofoba kolloidala system, dess optiska egenskaper. Bestämning av ytspänning av tensidlösningar och gränsytspänning vid gränsen av två oblandbara vätskor med den stalagmometriska metoden. Kolloidalt skydd av sols med IUD-lösningar.
abstrakt, tillagt 2016-02-15
Forskning om metoder för elektromembranteknologi: elektrodialys och elektrolys. Analys av frisättningen av kolloidala lösningar från föreningar med låg molekylvikt lösta i dem med hjälp av ett semipermeabelt membran. Genomgång av membranmorfologi och klassificering.
UNIVERSITET
INSTÄLLNINGEN FÖR KEMI
Kolloidala lösningar (del 1)
1. Grundläggande begrepp. Klassificering av dispergerade
system
2. .
3. .
4. Struktur av miceller i hydrofoba system.
5. .
.
Föreläsare: Irina Petrovna Stepanova, doktor i biologi
Vetenskaper, professor, chef. Institutionen för kemi Kolloidal kemi ("kolloid" - från
grekiska κόλλα - lim) - vetenskap,
studera fysikaliska och kemiska
egenskaper hos heterogena
mycket spridda system och andra världskriget in
fast tillstånd och i lösningar.
Kolloidal lösning av guld
(utställning av Faraday Museum i
kunglig institution)
Thomas Graham (Graham)
Engelsk/skotsk kemist
använde termen först
"kolloid" för att beskriva
lösningar med ovanliga
fastigheter.
I utvecklingen av denna vetenskap
bidragit av T. Jung,
P. Laplace, D. Gibbs,
G. Helmholtz, D. Rayleigh
I. Langmuir et al.
T. Graham (1805-1869)
Historien om utvecklingen av kolloidkemi
Nikolai Petrovich Peskov grundaren av modernkolloidkemi som en vetenskap om
ytfenomen och
spridda system.
Introducerade begreppet aggregativ och
sedimentation
stabilitet hos dispergerade
system
N. P. Peskov (1880-1940) Medicinsk och biologisk betydelse av ämnet Medicinsk och biologisk betydelse av ämnet Medicinsk och biologisk betydelse av ämnet
"Människan är en vandrande
kolloid"
I.I. Zjukov Medicinsk och biologisk betydelse av ämnet
.
Medicinsk och biologiskmeningen med ämnet
.
Medicinsk och biologisk betydelse av ämnet
silverlösning
a – E.Coli-cell
b – E.Coli-cell exponerad för nanopartiklar
silver
Baktericid aktivitet av kolloidal silverlösning
Medicinsk och biologisk betydelse av ämnetBaktericid aktivitet av kolloidal
silverlösning
Populationer av Listeria
Innan bearbetning
Efter bearbetning
på 1,5 timmar
Bionanomaterial
Medicinsk och biologisk betydelse av ämnetBionanomaterial
Reagens
Produkt
Benceller
på poröst kisel
Tvärbundna enzymer
Nanomaterial
Medicinsk och biologisk betydelse av ämnetNanomaterial
Den snabbhärdande nanovätskan består av
sexmolekylära ringar som bildas
rörformiga strukturer. Det antas att detta
vätskan kommer att användas för att behandla frakturer.
Grundläggande koncept
Tvåallmän
tecken på spridd
system: heterogenitet och spridning.
Ett disperse system (DS) kallas
ett system där ett ämne innehåller mer
eller mindre fragmenterad (spridd)
skick jämnt fördelat i
massa av ett annat ämne.
Klassificering av spridningssystem
Den dispergerade fasen (DP) representerar partiklar ochdispersivt medium (DSM) - kontinuum, i vilken
det finns en krossad dispergerad fas.
Spridningsgraden (D) bestäms av värdet
reciprok av partikeldiameter (d): D = 1/d.
Dispergerade system
Utspriddafas
Spridande
onsdag
Yta
fasgränssnitt
Exempel: system - lera i vatten.
Lera - DF, vatten - DSr.
Kolloidal silverlösning Grundläggande begrepp. Klassificering av spridningssystem
Tvärgående partikelstorlek DF
För sfäriska partiklar är detta diametern på sfären d,
för kubiska partiklar - kubkant L (m-1; cm-1) eller
dispersion (D
= 1/d, m-1, cm-1).
Former av dispergerad fas n
Grundläggande begrepp. Klassificering av spridningssystemFormer av dispergerad fas n
Kvantitativa egenskaper hos DF
Grundläggande begrepp. Klassificering av spridningssystemKvantitativa egenskaper DF
Specifik yta Syd är gränssnittet
yta per volymenhet
DF (V) eller dess massa (t).
S beat
S
V
4 r 2 3 6
S beat
6D
4 3 r
r
3
S beat
6l 2 6
3 6D
l
l
Specifik yta
Specifik yta
för sfärisk
partiklar med radie r
Specifik yta
för kubik
partiklar med kubkant Grundläggande begrepp. Klassificering av spridningssystem
En viktig egenskap hos DS
är tillgången till stor
gränssnittsyta.
Utmärkande är
processer som sker på
yta, inte inuti
faser. Grundläggande begrepp. Klassificering av spridningssystem
Enligt graden av spridning, dispergerad
system klassificeras i:
1. Grovt spridd (d ˃ 10-5 cm).
2. Kolloidalt dispergerat (10-7 ˂ d ˂ 10-5
cm).
3. Molekylärt dispergerad (sant
lösningar) (d ˂ 10-7 cm). Grundläggande begrepp. Klassificering av spridningssystem
d ˂ 10-7 cm
Sann
lösning
d: 10-5 – 10-7 cm
Kolloidal
lösning
d˃ 10-5 cm
Suspension Grundläggande begrepp. Klassificering av spridningssystem
Grovt spridd (d ˃ 10-5 cm) – passera inte
genom tunna pappersfilter, snabbt
sätter sig och är synliga under ett vanligt mikroskop.
Kolloidal dispergerad (10-7 ˂ d ˂ 10-5 cm) –
passera genom pappersfilter, men
hålls kvar av ultrafilter, synliga i
ultramikroskop. Strukturell enhet
är en micell.
Molekylärt dispergerad (sanna lösningar)
(d ˂ 10-7 cm) – diskreta enheter i dem
är molekyler eller joner. är bildade
spontant.
Klassificering enligt aggregationstillstånd DSR och DF
DSr DFSystemnamn
G
G
OCH
T
----------Aerosoler (dimma)
Aerosoler (damm, rök)
OCH
G
OCH
T
Skum, gasemulsioner
Emulsioner
Suspensioner, lyosoler
T
G
OCH
T
Fasta skum
------------Solid sols
Upphängningar
Grundläggande begrepp. Klassificering av spridningssystemUpphängningar
Emulsioner
Grundläggande begrepp. Klassificering av spridningssystemEmulsioner
Typer av emulsioner
Grundläggande begrepp. Klassificering av spridningssystemTyper av emulsioner
Olja i vatten
Vatten i olja
m
Vatten
Olja
Emulsionspartikeldiameter
Grundläggande begrepp. Klassificering av spridningssystemEmulsionspartikeldiameter
< 0.5 мм
0,5-1,5 mm
1,5-3 mm
>3 mm
Emulsioner
Grundläggande begrepp. Klassificering av spridningssystemEmulsioner
Vätska
flytande
Viskös
flytande
Gelliknande
flytande
Emulsioner
Grundläggande begrepp. Klassificering av spridningssystemEmulsioner
Emulsioner
Grundläggande begrepp. Klassificering av spridningssystemEmulsioner
Skumma
Grundläggande begrepp. Klassificering av spridningssystemSkumma
Aerosol
Grundläggande begrepp. Klassificering av spridningssystemAerosol Grundläggande begrepp. Klassificering av spridningssystem
Om DSR är vatten, då systemet därefter
kallas hydrofob och hydrofil.
Sols och geler
Grundläggande begrepp. Klassificering av spridningssystemSols och geler
Blod
Senor Grundläggande begrepp. Klassificering av spridningssystem
Sol – strukturlös kolloidal
lösning där DF-partiklar är svagt
interagera med varandra och fritt
röra sig i förhållande till varandra
(till exempel silver sol - collargol).
Av utseende sols liknar
verkliga lösningar. Grundläggande begrepp. Klassificering av spridningssystem
Gel – strukturerad kolloidal
lösning i vilken DF-partiklar är bundna
sinsemellan i rumsliga strukturer
typ av ramar.
I dem är kolloidala partiklar inaktiva
och bara kan göra
oscillerande rörelser.
Till utseendet geler
geléliknande (till exempel tandkräm)
Blend-a-med pasta). Grundläggande begrepp. Klassificering av spridningssystem
Sol
(lösning)
Gel
(lat. gelat för att frysa)
Metoder för att erhålla kolloidala lösningar
För att uppnåkolloidal grad
dispersion urskiljs
dispersiv och
kondensationsmetoder
mottagande.
Framställning av lyofoba kolloidala system
DispersionÄmne
Övermättad
sann lösning
Kondensation
Metoder för att erhålla kolloidala lösningar
Dispersionsmetoder (från latin -grind) – erhålla DF-partiklar genom
krossa stora partiklar till fler
små.
Tillämpas:
mekanisk krossning (med
kul- eller kolloidkvarnar)
ultraljud (under påverkan
ultraljud)
elektrisk (vid användning
elektroder). Spridningsmetoder
Kolloidal
kvarn
Metoder för att erhålla kolloidala lösningar
Kemisk dispersion –peptisering (består av
kemisk påverkan på sediment).
Metoder för att erhålla kolloidala lösningar
Kondensationsmetoder (från latin -förstora) – erhålla DF-partiklar genom
associationer av atomer, molekyler, joner.
Det finns fysiska och kemiska
kondensation
Metoder för att erhålla kolloidala lösningar
Fysisk kondens är en metodbyte av lösningsmedel.
Förbered först den sanna lösningen
ämnen i ett flyktigt lösningsmedel (t.ex.
kolofonium i alkohol) och tillsätt till vätskan,
där ämnet är olösligt (vatten).
Som ett resultat sker en kraftig minskning
löslighet och materiens molekyler
kondenseras till kolloidala partiklar
storlekar.
Metoder för att erhålla kolloidala lösningar
Kemisk kondensation – förerhålla kolloidala lösningar
använd vilken reaktion som helst
som resulterar i bildningen
svårlösliga föreningar
(metabolismreaktioner, hydrolys,
återhämtning etc.).
Kemisk kondensation
Att bildas under reaktionenkolloidal lösning, nödvändig
Minst tre villkor är uppfyllda:
så att DF-ämnet är olösligt i
DSR;
så att kärnbildningshastigheten
Det fanns mycket fler DF-kristaller än
kristalltillväxthastighet;
så att en av utgångsmaterial var
tas i överskott är det just detta
stabilisator.
Exempel på kemiska kondensationsreaktioner
Reaktionåterhämtning
Ag20 + H2 → 2Ag↓ + H20
Reaktion
oxidation
2H2S + S02 → 3S↓ + 2H20
Reaktion
hydrolys
Utbytesreaktion
100°
FeCl3+ 3H20 → Fe(OH)3 ↓+
ZNSl
K4 + 2 CuCl2 →
Cu2 ↓ + 4KCl
Metoder för att rena kolloidala lösningar
Kolloidala lösningar, som de riktiga, är brafiltreras genom ett poröst pappersfilter, men
till skillnad från sanna passerar de inte igenom
semipermeabla membran.
Detta är vad städning bygger på.
kolloidala lösningar från
låg molekylvikt
substanser (dialys,
filtrering,
ultracentrifugering).
Dialys
Metoder för att rena kolloidala lösningarDialys
Dialys utförs med hjälp av en dialysator. Den består av 2 kärl,
åtskilda av ett semipermeabelt membran,
kan passera molekyler och joner
ämnen med låg molekylvikt.
Lösningen hälls i det inre kärlet
sol, i det yttre – vatten cirkulerar. Föroreningar
avlägsnas genom membranet från sollösningen in i
lösningsmedel.
Metoder för att rena kolloidala lösningar
Dialysator: 1 - vätska som ska dialyseras; 2 lösningsmedel; 3 - dialysmembran; 4 omrörareDialys
Metoder för att rena kolloidala lösningarDialys Elektrodialys
Elektrodialys används för att påskynda processen.
Dialyserbar
flytande
Destillerad
vatten
Destillerad
vatten
Tratt
Lösning
föroreningar
Dialysrum
membran
Elektrodialys
Elektrodialystillämpas
För
avsaltning.
Till exempel,
För
avsaltning av havet
vatten.
Dialys
Baserat på principen om kompensatorisk dialysDen "konstgjorda njuren" fungerar.
Enheten är ansluten till systemet
blodcirkulationen hos patienten, blod under
trycket flyter mellan två
membran tvättade från utsidan
saltlösning.
Samtidigt giftiga ämnen i blodet
tvättas ut i saltlösning, vilket främjar
blodrening. Dialys
Före dialys
Just nu
jämvikt
Metoder för att rena kolloidala lösningar
Att rena kolloidala lösningar frångrova partiklar utförs
filtrering genom vanligt papper
filter. Grova partiklar
hålls kvar på filtret.
För att skilja DF från DS, använd
ultrafiltrering. I det här fallet använder de
speciella filter som inte tillåter
kolloidala partiklar eller makromolekyler.
Typiskt utförs ultrafiltrering
under press.
Metoder för att rena kolloidala lösningar
Enhet förultrafiltrering: 1
- Buchner-tratt;
2 - membran;
3 - Bunsenkolv;
4 - pump
Metoder för att rena kolloidala lösningar
För att separera DF-partiklar som harolika vikter används
ultracentrifugering.
I detta fall, separation av partiklar
uppstår i ett centrifugalfält
höga accelerationer i centrifuger. Så,
separata proteinfraktioner. Micellstruktur
hydrofoba system
Strukturen av kolloidala partiklar och
uppkomsten av en laddning på dem förklarar
micellär teori om kolloidala system.
Micellstruktur
En laddning uppträder på kolloidala partiklareller på grund av jonisering av molekyler,
placerad på en hård yta
fas, eller som ett resultat av selektiv
adsorption på den fasta fasen.
Micellstruktur
Låt oss överväga det andra fallet -bildning av AgI-micell i KI.
AgN03 + KI (överskott) = Agl+
KNO3
AgI-fällningen är i överskott
KI-lösning.
Överskott av elektrolyt utför
rollen som stabilisator.
Micellstruktur
I detta fall bildas en micell med följandestrukturera:
K
K
K
K
jag
jag
+
+
K
+
jag
+
+
enhet
K
jag
+
jag
AgI I
jag
jag jag
K
+
kärna
adsorption
lager
granulat
micell
potentialbestämmande joner (p.o.i.)
K
+
K
tätt lager av motjoner (p.i.)
+
K
+
diffust lager av motjoner
Micellstruktur
AgI-fällningen är ett micellaggregat.På en hård kristallin yta
uppgörelse i enlighet med Paneth-Fajans regel
I-joner kommer att adsorberas, vilket fullbordar konstruktionen
kristallgitter och kommunicerar med partiklar
negativ laddning.
Joner I- kallas potentialbestämmande.
Micellstruktur
Aggregat och potentialbestämmande jonerbildar kärnan i micellen.
Till en negativ laddning kommer det att finnas
attrahera K+ motjoner, bildas
tätt lager av motjoner.
Potentialbestämmande joner och
täta lager motjoner tillsammans
bildar ett adsorptionsskikt.
Micellstruktur
Adsorptionsskikt tillsammans med enhetenutgöra en granulat (eller partikel). Granulat
laddad, dess laddning bestäms av tecknet och
storleken på den potentialbestämmande laddningen
joner.
Några av motjonerna ingår inte i
adsorptionsskikt, bildar ett diffust
lager.
Granulatet och det diffusa skiktet utgör
micell.
Micelle,
så här
sätt,
elektriskt neutral.
Struktur av en micell.
AgI micell formel i KI:x
kärna
]nI
n
x
K
xK
m)
