Produkcja układów rozproszonych wiąże się przede wszystkim z produkcją cząstek rozproszonych. Należy rozwiązać następujące zadania:

• 1) rozprowadzić rozproszone cząstki w ośrodku dyspersyjnym do wymaganego stężenia;
• 2) stabilizować układ rozproszony w celu zachowania jego struktury i właściwości przez odpowiednio długi czas;
• 3) oczyścić rozproszony układ z różnych zanieczyszczeń.

Problemy te rozwiązuje się w zależności od specyfiki (rodzaju) konkretnego układu rozproszonego.

Przygotowanie układów rozproszonych

Emulsje. Ponieważ emulsje są układami gruboziarnistymi, zwykle przygotowuje się je metodą dyspersyjną. Ciecze, które mają utworzyć emulsję, energicznie miesza się lub poddaje drganiom mechanicznym lub działaniu ultradźwięków. Aby otrzymać kropelki tej samej wielkości (tj. układu monodyspersyjnego), przeprowadza się homogenizację. Proces ten polega na wtłaczaniu cieczy fazy rozproszonej do ośrodka dyspersyjnego przez małe otwory o wymaganej średnicy pod wysokim ciśnieniem. Technikę tę stosuje się na przykład przy przetwarzaniu mleka. W wyniku homogenizacji średnia wielkość kropelek tłuszczu zmniejsza się z około 1 -3 do 0,1 -0,2 mikrona.

Emulsje otrzymuje się także metodami kondensacyjnymi (najczęściej poprzez wymianę rozpuszczalnika).

Samodzielnym zadaniem jest produkcja wysokoskoncentrowanych emulsji. Należą do nich emulsje o stężeniu fazy rozproszonej większym niż 74 obj. %, do 99 obj. %. Krople fazy rozproszonej w takich emulsjach, mające kształt wielopłaszczyznowych pryzmatów, oddzielane są cienkimi warstwami ciekłego ośrodka dyspersyjnego.

Skoncentrowane emulsyny mogą posiadać właściwości mechaniczne substancji stałych – wytrzymałość i elastyczność.

Specyfika wytwarzania stężonych emulsji polega na tym, że fazę rozproszoną wprowadza się do ciekłego ośrodka dyspersyjnego małymi porcjami, energicznie mieszając.

Piana. Podobnie jak emulsje, pianki są systemami gruboziarnistymi. Dlatego w wielu procesach technologicznych pianki otrzymuje się tymi samymi metodami dyspersyjnymi, jakie stosuje się do otrzymywania pęcherzyków gazu.

Metody kondensacyjne do wytwarzania pianek opierają się na przesyceniu roztworu gazu w danej cieczy przy odpowiedniej zmianie temperatury lub ciśnienia. Stosowane są również reakcje chemiczne uwalniające gaz. Jako przykład podajemy reakcję polegającą na przygotowaniu piany w gaśnicach:

NaHCO3 + HCl > NaCl + H2O+ CO2^

Inna metoda kondensacyjna do wytwarzania pianek opiera się na wykorzystaniu procesów mikrobiologicznych.

Roztwory koloidalne. Roztwory koloidalne (zole) otrzymuje się różnymi metodami kondensacji. Aby otrzymać zole silnie zdyspergowane należy spełnić warunek: szybkość tworzenia się cząstek stałych musi być wielokrotnie większa od szybkości ich wzrostu. Aby spełnić ten warunek, przy wytwarzaniu cząstek zdyspergowanych za pomocą reakcji chemicznych często stosuje się następującą metodę: stężony roztwór jednego składnika wlewa się w małej ilości do silnie rozcieńczonego roztworu drugiego składnika przy bardzo energicznym mieszaniu.

Żele. Powyższe systemy są swobodnie rozproszone. Produkcja układów spójnie rozproszonych ma pewną specyfikę. Rozważmy jako przykład przygotowanie żeli. Otrzymuje się je najczęściej z roztworów koloidalnych (sol). W pewnych warunkach rozproszone cząstki sklejają się ze sobą i następuje proces koagulacji.

Jeżeli cząstki mają kształt anizodiametryczny (pręty, elipsoidy), to są one połączone głównie końcami i tworzą strukturę przestrzenną (siatkę), w której komórkach znajduje się ciekły ośrodek dyspersyjny. Nazywa się proces przekształcania zoli w żele przejście z zolu w żel. Jest to ważne w nanotechnologii. Zatem żele, podobnie jak stężone emulsje, mogą czasami stanowić dwuciągłe układy dyspersyjne.

Właściwości żeli można bardzo skutecznie kontrolować poprzez zmianę stężenia fazy rozproszonej i kształtu zdyspergowanych cząstek. Kolejnym ważnym czynnikiem jest temperatura: jej zwiększenie utrudnia tworzenie kontaktów pomiędzy zdyspergowanymi cząsteczkami, a co za tym idzie zmniejsza się wytrzymałość żeli.

Ciśnienie osmotyczne zapewnia ruch wody w roślinach dzięki różnicy ciśnienia osmotycznego pomiędzy sokiem komórkowym korzeni roślin (5-20 barów) a roztworem glebowym, który podczas nawadniania ulega dalszemu rozcieńczeniu. Ciśnienie osmotyczne powoduje podnoszenie się wody w roślinie od korzeni do góry. Zatem komórki liści tracąc wodę, osmotycznie absorbują ją z komórek macierzystych, a te pobierają ją z komórek korzenia.

49. Oblicz emf miedziano-cynkowego ogniwa galwanicznego, w którym stężenie jonów C ty 2 + wynosi 0,001 mol/l, oraz jony Zn 2+ 0,1 mola/l. Dokonując obliczeń, należy wziąć pod uwagę standardowe wartości pola elektromagnetycznego:

ε o (Zn 2+ /Zn 0) = – 0,74 V i ε o (Cu 2 + /Cu 0) = + 0,34 V.

Aby obliczyć wartość pola elektromagnetycznego, stosuje się równanie Nernsta

54. Metody otrzymywania układów rozproszonych, ich klasyfikacja i krótka charakterystyka. Która metoda otrzymywania układów rozproszonych jest najkorzystniejsza z termodynamicznego punktu widzenia?

Metoda dyspersyjna. Polega na mechanicznym rozdrobnieniu ciał stałych do zadanej dyspersji; dyspersja za pomocą wibracji ultradźwiękowych; dyspersja elektryczna pod wpływem prądu przemiennego i stałego. Do otrzymywania układów rozproszonych metodą dyspersyjną powszechnie stosuje się urządzenia mechaniczne: kruszarki, młyny, zaprawy, walce, szlifierki do farb, wytrząsarki. Ciecze są rozpylane i rozpylane za pomocą dysz, młynków, dysków obrotowych i wirówek. Dyspersja gazów odbywa się głównie poprzez barbotowanie ich przez ciecz. W przypadku polimerów piankowych, betonu piankowego i gipsu piankowego gazy powstają przy użyciu substancji wydzielających gaz w podwyższonych temperaturach lub w reakcjach chemicznych.

Pomimo powszechnego stosowania metod dyspersyjnych, nie można za ich pomocą uzyskać układów dyspersyjnych o wielkości cząstek -100 nm. Układy takie otrzymuje się metodami kondensacyjnymi.

Metody kondensacji opierają się na procesie tworzenia fazy rozproszonej z substancji w stanie molekularnym lub jonowym. Warunkiem koniecznym dla tej metody jest utworzenie roztworu przesyconego, z którego należy otrzymać układ koloidalny. Można to osiągnąć w określonych warunkach fizycznych lub chemicznych.

Fizyczne metody kondensacji:

1) chłodzenie par cieczy lub ciał stałych podczas rozprężania adiabatycznego lub mieszanie ich z dużą objętością powietrza;

2) stopniowe usuwanie (odparowanie) rozpuszczalnika z roztworu lub zastąpienie go innym rozpuszczalnikiem, w którym zdyspergowana substancja jest słabiej rozpuszczalna.

Zatem kondensacja fizyczna odnosi się do kondensacji pary wodnej na powierzchni unoszących się w powietrzu cząstek stałych lub ciekłych, jonów lub naładowanych cząsteczek (mgła, smog).

Zastąpienie rozpuszczalnika powoduje utworzenie zolu, gdy do pierwotnego roztworu dodaje się inną ciecz, która dobrze miesza się z pierwotnym rozpuszczalnikiem, ale jest słabym rozpuszczalnikiem dla substancji rozpuszczonej.

Metody kondensacji chemicznej polegają na przeprowadzaniu różnych reakcji, w wyniku których z roztworu przesyconego wytrąca się nierozpuszczona substancja.

Kondensacja chemiczna może opierać się nie tylko na reakcjach wymiany, ale także na reakcjach redoks, hydrolizie itp.

Układy rozproszone można również otrzymać poprzez peptyzację, która polega na przekształceniu osadów, których cząstki mają już rozmiary koloidalne, w „roztwór” koloidalny. Wyróżnia się następujące rodzaje peptyzacji: peptyzacja poprzez przemywanie osadu; peptyzacja środkami powierzchniowo czynnymi; peptyzacja chemiczna.

Na przykład świeżo przygotowany i szybko przemyty osad wodorotlenku żelaza zamienia się w czerwono-brązowy roztwór koloidalny po dodaniu niewielkiej ilości roztworu FeCl 3 (peptyzacja adsorpcyjna) lub HCl (rozpuszczenie).

Mechanizm powstawania cząstek koloidalnych metodą peptyzacji został zbadany dość szczegółowo: oddziaływanie chemiczne cząstek na powierzchni przebiega według następującego schematu:

adsorbuje jony Fe +3 lub FeO +, kolejne powstają w wyniku hydrolizy FeCl 3, a rdzeń miceli otrzymuje ładunek dodatni. Wzór miceli można zapisać jako:

Z termodynamicznego punktu widzenia najkorzystniejszą metodą jest dyspersja.

1) Współczynnik dyfuzji cząstki kulistej oblicza się za pomocą równania Einsteina:

,

gdzie N А jest liczbą Avogadra, 6 10 23 cząsteczek/mol;

h – lepkość ośrodka dyspersyjnego, N s/m 2 (Pa s);

r – promień cząstki, m;

R – uniwersalna stała gazowa, 8,314 J/mol K;

T – temperatura bezwzględna, K;

numer 3.14.

2) Średnie kwadratowe przemieszczenie:

  ·D·   średnie kwadratowe przemieszczenie (średnia wartość przesunięcia) rozproszonej cząstki, m 2 ;

czas przemieszczania się cząstki (czas dyfuzji), s;

D  współczynnik dyfuzji, m 2. s -1 .

  ·D·=2*12,24*10 -10 *5=12,24*10 -9 m 2    12,24*10 -9 m 2 .

74. Środki powierzchniowo czynne. Opisz przyczyny i mechanizm manifestacji ich aktywności powierzchniowej.

W niskich stężeniach środki powierzchniowo czynne tworzą roztwory prawdziwe, tj. cząsteczki są rozproszone i zredukowane do pojedynczych cząsteczek (lub jonów). Wraz ze wzrostem stężenia pojawiają się micele. w roztworach wodnych organiczne części cząsteczek w micelach łączą się w ciekły rdzeń węglowodorowy, a polarne uwodnione grupy znajdują się w wodzie, natomiast całkowita powierzchnia kontaktu hydrofobowych części cząsteczek z wodą jest ostro zredukowany. Ze względu na hydrofilowość grup polarnych otaczających micelę, napięcie powierzchniowe (międzyfazowe) na granicy faz rdzeń-woda zostaje obniżone do wartości zapewniających stabilność termodynamiczną takich agregatów w porównaniu z roztworem molekularnym i makrofazą środka powierzchniowo czynnego.

Przy niskich stężeniach miceli tworzą się micele kuliste (micele Hartleya) z ciekłym apolarnym rdzeniem.

Aktywność powierzchniowa jest związana ze składem chemicznym substancji. Z reguły wzrasta wraz ze zmniejszaniem się polarności środka powierzchniowo czynnego (dla roztworów wodnych).

Według Langmuira podczas adsorpcji grupa polarna, która ma duże powinowactwo do fazy polarnej, jest wciągana do wody, a niepolarny rodnik węglowodorowy jest wypychany. wynikający z tego spadek energii Gibbsa ogranicza rozmiar warstwy powierzchniowej do grubości jednej cząsteczki. w tym przypadku powstaje tzw. warstwa monocząsteczkowa.

W zależności od budowy cząsteczki surfaktantów dzielą się na niejonowe, zbudowane na bazie estrów, w tym grup etoksylowych, oraz jonowe, oparte na organicznych kwasach i zasadach.

Jonowe środki powierzchniowo czynne dysocjują w roztworze, tworząc jony powierzchniowo czynne, na przykład:

Jeśli podczas dysocjacji powstają aniony powierzchniowo czynne, środki powierzchniowo czynne nazywane są anionowymi (sole kwasów tłuszczowych, mydła). Jeśli podczas dysocjacji tworzą się kationy powierzchniowo czynne, środki powierzchniowo czynne nazywane są kationowymi (sole amin pierwszorzędowych, drugorzędowych i trzeciorzędowych).

Istnieją środki powierzchniowo czynne, które w zależności od pH roztworu mogą mieć charakter kationowy lub aninoaktywny (białka, aminokwasy).

Osobliwością cząsteczek środka powierzchniowo czynnego jest to, że mają one wysoką aktywność powierzchniową w stosunku do wody, co odzwierciedla silną zależność napięcia powierzchniowego wodnego roztworu środka powierzchniowo czynnego od jego stężenia.

Przy niskich stężeniach środka powierzchniowo czynnego adsorpcja jest proporcjonalna do stężenia.

Aktywność powierzchniowa jest związana ze składem chemicznym substancji. Z reguły wzrasta wraz ze zmniejszaniem się polarności środka powierzchniowo czynnego (dla roztworów wodnych). Przykładowo dla kwasów karboksylowych wartość aktywności jest wyższa niż dla ich soli.

Badając szeregi homologiczne odkryto wyraźną zależność aktywności od długości rodnika węglowodorowego.

Na podstawie dużej ilości materiału doświadczalnego pod koniec XIX wieku Duclos i Traube sformułowali zasadę: aktywność powierzchniowa w szeregu homologów wzrasta 3-3,5 razy wraz ze wzrostem łańcucha węglowodorowego o jedną grupę CH2.

Wraz ze wzrostem stężenia adsorpcja na powierzchni cieczy najpierw gwałtownie wzrasta, a następnie zbliża się do pewnej granicy, zwanej adsorpcją graniczną.

Opierając się na tym fakcie i dużej liczbie badań Langmuir wysunął koncepcję orientacji cząsteczek w warstwie powierzchniowej. Według Langmuira podczas adsorpcji grupa polarna, która ma duże powinowactwo do fazy polarnej – wody, jest wciągana do wody, a niepolarny rodnik węglowodorowy jest wypychany. Wynikający z tego spadek energii Gibbsa ogranicza rozmiar warstwy powierzchniowej do grubości jednej cząsteczki. W tym przypadku powstaje tak zwana warstwa monocząsteczkowa.

Wprowadzenie……………………………………………………s. 3

Głównym elementem

1. Przygotowanie układów rozproszonych……………………………str. 5

1.1. Metody dyspersyjne……………………………..str. 5

1.2. Metody kondensacji……………………………..str. 7

2. Oczyszczanie układów rozproszonych……………………………..str. 10

Załącznik…………………………………………………str 12

Spis literatury……………………………s.13

Wstęp

W chemii koloidalnej powszechnie stosuje się wiele koncepcji z kursów chemii fizycznej, w tym układy fazowe, jednorodne i niejednorodne.

Faza jest częścią układu o tym samym składzie, identycznych właściwościach fizycznych, oddzieloną od innych części interfejsem. Układ składający się z jednej fazy nazywa się jednorodnym. Układ heterogeniczny składa się z dwóch lub więcej faz. Układ heterogeniczny, w którym jedna z faz występuje w postaci mikroskopijnych cząstek, nazywa się mikroheterogeniczny. Układ heterogeniczny może zawierać cząstki o znacznie mniejszych rozmiarach w porównaniu do cząstek widocznych pod mikroskopem optycznym. Cząstki takie obserwuje się za pomocą ultramikroskopu. Układ zawierający takie małe cząstki nazywa się ultramikroheterogeniczny. Zgodnie z propozycją Ostwalda i Weymara fazę wchodzącą w skład układu mikroheterogenicznego i ultramikroheterogenicznego w postaci małych cząstek nazywa się rozproszone .

Układy mikroheterogeniczne i ultramikroheterogeniczne są przedstawicielami szczególnej klasy układów heterogenicznych zwanych systemy rozproszone .

Chemia koloidów to nauka o właściwościach heterogenicznych układów silnie rozproszonych i procesach w nich zachodzących.

Posiadając nadmiar darmowej energii, typowe układy silnie rozproszone są termodynamicznie niestabilne. Charakteryzują się spontanicznymi procesami, które zmniejszają ten nadmiar poprzez zmniejszenie dyspersji. W tym przypadku układ, pozostając niezmieniony w swoim składzie chemicznym, zmienia swoje właściwości energetyczne, a co za tym idzie, swoje koloidalne właściwości chemiczne. W rozpatrywanych procesach, w odróżnieniu od chemicznych, układ wykazuje niestabilność, zmienność i dużą labilność, pozostając jednocześnie „sam” (zachowując swój skład).

Wszystkie te cechy – niepowtarzalność, tworzenie struktury i labilność – mają ogromne znaczenie w procesie ewolucji materii do jej najwyżej zorganizowanej formy – życia. Potencjalne możliwości procesów życiowych zawarte są już, niczym w zarodku, w rozproszonych układach, z których zbudowana jest materia żywa. Poziom koloidalny materii, supramolekularny lub makromolekularny, odpowiadający „poziomowi molekularnemu” w biologii, jest niezbędnym i nieuniknionym ogniwem w procesie ewolucji.

Złożone problemy biologiczne, które obecnie dominują w naukach przyrodniczych, rozwiązywane są w dużej mierze w oparciu o chemię fizyczną układów rozproszonych. Dlatego badanie chemii koloidalnej ma szczególne znaczenie i fundamentalne znaczenie dla rozwoju nauki w teraźniejszości i przyszłości.

W pracy omówiono główne metody otrzymywania i oczyszczania układów rozproszonych, które zalicza się do tzw zole z ciekłym ośrodkiem dyspersyjnym i stałą fazą rozproszoną (sol [German Sole from rozwiązanie(łac.) ] - roztwór koloidalny). Na podstawie wielkości cząstek zoli klasyfikuje się je jako układy z dyspersją koloidalną (10 -7 - 10 -9 m).

Uzyskanie materiałów o wymaganych właściwościach w wielu przypadkach obejmuje, jako procesy technologiczne, powstawanie (dyspersję lub kondensację) cząstek fazy rozproszonej i ich koagulację w ciekłym ośrodku dyspersyjnym. Z kolei koagulacja i sedymentacja zawiesin są jednym z etapów procesów uzdatniania wody. Dotyczy to nie tylko szkodliwych zawiesin bytowych i odpadów z różnych procesów technologicznych, ale także specjalnie otrzymywanych zoli wodorotlenków metali, które wprowadzane do wody w celu wychwytywania zanieczyszczeń surfaktantów i jonów metali ciężkich. Metody sterowania tymi procesami opierają się na zastosowaniu ogólnych praw powstawania i niszczenia układów rozproszonych w połączeniu z badaniem ich specyficznych właściwości, zwłaszcza zdolności do tworzenia przestrzennie rozproszonych struktur o charakterystycznych właściwościach mechanicznych. Te koloidalne zjawiska chemiczne leżą u podstaw wielu procesów geologicznych, prowadzących m.in. do powstania warstwy gleby, która była podstawą rozwoju życia na powierzchni Ziemi.

Głównym elementem

1. Uzyskanie układów rozproszonych.

Istnieją dwie znane metody wytwarzania układów dyspersyjnych. W jednym z nich substancje stałe i ciekłe są drobno mielone (dyspergowane) w odpowiednim ośrodku dyspersyjnym, w drugim powodują powstawanie cząstek fazy dyspersyjnej z pojedynczych cząsteczek lub jonów.

Metody wytwarzania układów rozproszonych poprzez mielenie większych cząstek nazywane są dyspersyjny. Metody polegające na tworzeniu się cząstek w wyniku krystalizacji lub kondensacji nazywane są metodami kondensacja.

1.1. Metody dyspersyjne.

Ta grupa metod łączy przede wszystkim metody mechaniczne, w których pokonywanie sił międzycząsteczkowych i gromadzenie swobodnej energii powierzchniowej w procesie dyspersji następuje w wyniku zewnętrznej pracy mechanicznej nad układem. W efekcie ciała stałe ulegają rozdrobnieniu, ścieraniu, rozdrabnianiu lub rozszczepianiu, co jest charakterystyczne nie tylko dla warunków laboratoryjnych czy przemysłowych, ale także dla procesów dyspersyjnych zachodzących w przyrodzie (w wyniku kruszenia i ścierania twardych skał pod działaniem surfingu). siły pływowe, zjawiska pływowe, procesy wietrzenia i wymywania itp.).

W warunkach laboratoryjnych i przemysłowych rozpatrywane procesy prowadzone są w kruszarkach, kamieniach młyńskich i młynach różnej konstrukcji. Najczęściej młyny kulowe. Są to wydrążone cylindry obrotowe, do których ładowany jest rozdrobniony materiał oraz kulki stalowe lub ceramiczne. Gdy cylinder się obraca, kulki toczą się, ścierając kruszony materiał. Do strzępienia może dojść także na skutek uderzeń piłką. Młyny kulowe wytwarzają układy, których wielkość cząstek mieści się w dość szerokim zakresie: od 2 – 3 do 50 – 70 mikronów. Wydrążony cylinder z kulkami można wprawić w ruch oscylacyjny okrężny, co sprzyja intensywnemu kruszeniu załadowanego materiału pod wpływem złożonego ruchu korpusów mielących. Takie urządzenie nazywa się młyn wibracyjny.

Drobniejszą dyspersję osiąga się w koloidalny młyny różne konstrukcje, których zasada działania opiera się na powstaniu sił niszczących w zawiesinie lub emulsji pod wpływem siły odśrodkowej w wąskiej szczelinie pomiędzy obracającym się z dużą prędkością wirnikiem a nieruchomą częścią urządzenia - stojanem. Zawieszone duże cząstki poddawane są działaniu znacznej siły rozrywającej i w ten sposób ulegają rozproszeniu. Typ młyna koloidalnego, który jest obecnie powszechnie stosowany, pokazano na ryc. 1 (patrz załącznik). Młyn ten składa się z wirnika będącego stożkową tarczą 1 osadzoną na wale 2 oraz stojana 3. Wirnik wprawiany jest w ruch obrotowy za pomocą specjalnego, umieszczonego pionowo silnika, zwykle osiągającego prędkość około 9000 obr/min. Powierzchnie robocze wirnika i stojana 4 są zeszlifowane względem siebie, a grubość szczeliny pomiędzy nimi wynosi około 0,05 mm. Gruba zawiesina wsypywana jest do młyna rurą 5 pod obracającą się tarczą pod wirującą tarczą pod wpływem siły odśrodkowej powstałej w wyniku obrotu wirnika, przepychana jest przez szczelinę, a następnie usuwana z młyna rurą 6. Gdy ciecz przechodzi przez w postaci cienkiej warstwy przechodzącej przez szczelinę, cząstki zawieszone w cieczy poddawane są działaniu znacznych sił ścinających i ulegają rozdrobnieniu. Stopień rozproszenia powstałego układu zależy od grubości szczeliny i prędkości obrotowej wirnika: im mniejsza szczelina i większa prędkość, tym większa siła ścinająca, a co za tym idzie, większe rozproszenie.

Można osiągnąć wysoką dyspersję dyspersja ultradźwiękowa. Efekt dyspersyjny ultradźwięków związany jest z kawitacją – powstawaniem i zapadaniem się wnęk w cieczy. Trzaskaniu ubytków towarzyszy pojawienie się kawitacyjnych fal uderzeniowych, które niszczą materiał. Ustalono eksperymentalnie, że dyspersja jest bezpośrednio zależna od częstotliwości drgań ultradźwiękowych. Dyspersja ultradźwiękowa jest szczególnie skuteczna, jeśli materiał został wcześniej drobno zmielony. Emulsje otrzymane metodą ultradźwiękową wyróżniają się jednorodnością wielkości cząstek fazy rozproszonej.

Metody dyspersji do otrzymywania zoli obejmują Metoda Brediga, który opiera się na powstaniu łuku galwanicznego pomiędzy elektrodami z metalu rozproszonego umieszczonymi w wodzie. Istotą metody jest natryskiwanie metalu elektrody w łuku, a także kondensacja par metali powstających w wysokich temperaturach. Dlatego metoda elektryczna łączy w sobie cechy metody dyspersyjnej i kondensacyjnej. Metodę elektrorozpylania zaproponował Bredig w 1898 roku. Bredig zastosował amperomierz, reostat i dwie rozpraszalne elektrody metalowe w obwodzie prądu stałego o mocy 5-10 A i napięciu 30-110 V. Zanurzył elektrody w naczyniu z wodą, chłodzoną z zewnątrz lodem. Schematyczną budowę urządzenia stosowanego przez Brediga pokazano na ryc. 2 (patrz załącznik). Kiedy prąd przepływa przez znajdujące się między nimi elektrody pod wodą, powstaje łuk galwaniczny. W tym przypadku w pobliżu elektrod tworzy się chmura silnie rozproszonego metalu. Aby uzyskać bardziej stabilne zole, zaleca się wprowadzenie do wody, w której zanurzone są elektrody, śladów elektrolitów stabilizujących, takich jak wodorotlenki metali alkalicznych.

Ma to bardziej ogólne znaczenie Metoda Svedberga który wykorzystuje wyładowanie oscylacyjne o wysokim napięciu, powodujące przeskok iskry pomiędzy elektrodami. Metodą tą można otrzymać nie tylko hydrozole, ale także organozole różnych metali.

Podczas kruszenia i mielenia materiały ulegają zniszczeniu przede wszystkim w miejscach ubytków wytrzymałościowych (makro- i mikropęknięcia). Dlatego w miarę postępu mielenia wzrasta wytrzymałość cząstek, co zwykle jest wykorzystywane do tworzenia mocniejszych materiałów. Jednocześnie wzrost wytrzymałości materiałów podczas ich kruszenia prowadzi do dużego zużycia energii w celu dalszej dyspersji. Zniszczenie materiałów można ułatwić poprzez użycie Efekt Rehbindera– adsorpcyjne zmniejszenie wytrzymałości ciał stałych. Efekt ten polega na redukcji energii powierzchniowej za pomocą środków powierzchniowo czynnych, co skutkuje łatwiejszą deformacją i zniszczeniem bryły. Jako takie środki powierzchniowo czynne, zwane w tym przypadku reduktory twardości na przykład ciekłe metale można stosować do niszczenia metali stałych, substancji organicznych do zmniejszania wytrzymałości organicznych monokryształów. Reduktory twardości charakteryzują się małymi ilościami powodującymi efekt Rebindera i specyfiką działania. Dodatki zwilżające materiał ułatwiają wnikanie ośrodka w defekty, a przy pomocy sił kapilarnych ułatwiają także niszczenie bryły. Środki powierzchniowo czynne nie tylko przyczyniają się do zniszczenia materiału, ale także stabilizują stan rozproszony, ponieważ pokrywając powierzchnię cząstek, zapobiegają w ten sposób ich ponownemu sklejaniu lub łączeniu (w przypadku cieczy). Pomaga to również osiągnąć stan wysoce rozproszony.

Stosując metody dyspersyjne zwykle nie jest możliwe uzyskanie bardzo dużej dyspersji. Metodą kondensacyjną otrzymuje się układy o wielkości cząstek rzędu 10 -6 – 10 -7 cm.

1.2. Metody kondensacji.

Metody kondensacji opierają się na procesach tworzenia nowej fazy poprzez połączenie cząsteczek, jonów lub atomów w jednorodnym ośrodku. Metody te można podzielić na fizyczne i chemiczne.

Kondensacja fizyczna. Do najważniejszych metod fizycznych otrzymywania układów rozproszonych zalicza się: kondensacja z oparów i wymiana rozpuszczalnika. Najbardziej oczywistym przykładem kondensacji pary jest tworzenie się mgły. W przypadku zmiany parametrów układu, zwłaszcza gdy temperatura spada, prężność pary może wzrosnąć powyżej równowagowego ciśnienia pary nad cieczą (lub nad ciałem stałym), a w fazie gazowej pojawi się nowa faza ciekła (stała). W rezultacie system staje się niejednorodny - zaczyna tworzyć się mgła (dym). W ten sposób otrzymuje się np. aerozole kamuflażowe, które powstają w wyniku schładzania par P 2 O 5, ZnO i innych substancji. Liozole otrzymywane są w procesie wspólnej kondensacji par substancji tworzących fazę rozproszoną i ośrodek dyspersyjny na chłodzonej powierzchni.

Powszechnie stosowana jest metoda zastępowania rozpuszczalnika, która opiera się, podobnie jak poprzednia, na takiej zmianie parametrów układu, w którym potencjał chemiczny składnika w ośrodku dyspersyjnym staje się większy od równowagowego i tendencja do przejścia do stanu stan równowagi prowadzi do powstania nowej fazy. W odróżnieniu od metody kondensacji pary (zmiany temperatury), w metodzie zastępowania rozpuszczalnika zmienia się skład ośrodka. Tak więc, jeśli nasycony cząsteczkowy roztwór siarki w alkoholu etylowym wleje się do dużej objętości wody, wówczas powstały roztwór w mieszaninie alkohol-woda będzie już przesycony. Przesycenie doprowadzi do agregacji cząsteczek siarki z utworzeniem cząstek nowej fazy - rozproszonej.

Zastępując rozpuszczalnik, otrzymuje się zole siarki, fosforu, arsenu, kalafonii, octanu celulozy i wielu substancji organicznych poprzez wlanie do wody alkoholowych lub acetonowych roztworów tych substancji.

Kondensacja chemiczna. Metody te opierają się również na kondensacyjnym oddzieleniu nowej fazy z roztworu przesyconego. Jednak w odróżnieniu od metod fizycznych substancja tworząca fazę rozproszoną pojawia się w wyniku reakcji chemicznej. Zatem każda reakcja chemiczna, która zachodzi wraz z utworzeniem nowej fazy, może być źródłem otrzymania układu koloidalnego. Jako przykłady podamy następujące procesy chemiczne.

1. Odzyskiwanie. Klasycznym przykładem tej metody jest otrzymywanie zolu złota poprzez redukcję kwasu chloraurynowego. Jako reduktor można zastosować nadtlenek wodoru (metoda Zsigmondy’ego):

2HauCl2 +3H2O2 ®2Au+8HCl+3O2

Znane są także inne środki redukujące: fosfor (M. Faradaya), garbniki (W. Oswald), formaldehyd (R. Zsigmondy). Na przykład,

2KauO 2 +3HCHO+K2CO 3 =2Au+3HCOOK+KHCO3 +H2O

2. Utlenianie. Reakcje oksydacyjne są zjawiskiem powszechnym w przyrodzie. Dzieje się tak dlatego, że podczas wznoszenia się roztopów magmy i oddzielania się od nich gazów, faz ciekłych i wód gruntowych, wszystkie fazy ruchome przechodzą ze strefy procesów redukcji na dużych głębokościach do stref reakcji utleniania przy powierzchni. Ilustracją tego rodzaju procesu jest powstawanie zolu siarki w wodach hydrotermalnych wraz z utleniaczami (dwutlenkiem siarki lub tlenem):

2H2S+O2 =2S+2H2O

Innym przykładem jest proces utleniania i hydrolizy wodorowęglanu żelaza:

4Fe(HCO 3) 2 +O 2 +2H 2 O® 4Fe(OH) 3 +8CO 2

Powstały zol wodorotlenku żelaza nadaje wodom naturalnym czerwonobrązową barwę i jest źródłem rdzawobrązowych stref osadów w dolnych warstwach gleby.

3. Hydroliza. Powszechne w przyrodzie i ważne w technologii powstawanie hydrozoli w procesach hydrolizy soli. Do oczyszczania ścieków wykorzystuje się procesy hydrolizy soli (wodorotlenek glinu otrzymywany w wyniku hydrolizy siarczanu glinu). Duża powierzchnia właściwa wodorotlenków koloidalnych powstałych podczas hydrolizy pozwala skutecznie adsorbować zanieczyszczenia – cząsteczki surfaktantów i jony metali ciężkich.

4. Reakcje wymiany. Ta metoda jest najczęściej spotykana w praktyce. Na przykład otrzymanie zolu siarczku arsenu:

2H 3 AsO 3 +3H 2 S®As 2 S 3 +6H 2 O,

Przygotowanie zolu jodku srebra:

AgNO 3 +KI®AgI+KNO 3

Co ciekawe, reakcje wymiany umożliwiają otrzymanie zoli w rozpuszczalnikach organicznych. W szczególności dobrze zbadano reakcję

Hg(CN)2+H2S®HgS+2HCN

Dokonuje się tego poprzez rozpuszczenie Hg(CN) 2 w alkoholu metylowym, etylowym lub propylowym i przepuszczenie przez roztwór siarkowodoru.

Reakcje dobrze znane w chemii analitycznej, takie jak wytwarzanie osadów siarczanu baru lub chlorku srebra

Na2SO4 + BaCl2® BaSO4 + 2NaCl

AgNO 3 + NaCl ® AgCl + NaNO 3

w pewnych warunkach prowadzą do wytworzenia prawie przezroczystych, lekko mętnych zoli, z których później może nastąpić wytrącenie.

Zatem do kondensacyjnego wytwarzania zoli konieczne jest, aby stężenie substancji w roztworze przekraczało rozpuszczalność, tj. roztwór musi być przesycony. Warunki te są wspólne zarówno dla tworzenia silnie zdyspergowanego zolu, jak i zwykłego osadu w fazie stałej. Jednak w pierwszym przypadku muszą zostać spełnione szczególne warunki, które według teorii opracowanej przez Weymara polegają na jednoczesnym pojawieniu się ogromnej liczby jąder fazy rozproszonej. Przez embrion mamy na myśli minimum nagromadzenie nowej fazy w równowadze z otoczeniem. Aby uzyskać układ silnie zdyspergowany, konieczne jest, aby szybkość tworzenia zarodków była znacznie większa niż szybkość wzrostu kryształów. W praktyce osiąga się to poprzez wlanie stężonego roztworu jednego składnika do bardzo rozcieńczonego roztworu drugiego przy energicznym mieszaniu.

Zole łatwiej powstają, jeśli podczas ich przygotowania do roztworów zostaną wprowadzone specjalne związki zwane substancjami ochronnymi lub stabilizatorami. Mydła, białka i inne związki stosuje się jako substancje ochronne przy sporządzaniu hydrolatów. Stabilizatory stosuje się również do wytwarzania organozoli.

2. Czyszczenie układów rozproszonych.

Zole i roztwory związków o dużej masie cząsteczkowej (HMC) zawierają związki o niskiej masie cząsteczkowej jako niepożądane zanieczyszczenia. Usuwa się je następującymi metodami.

Dializa. Dializa była historycznie pierwszą metodą oczyszczania. Zaproponował ją T. Graham (1861). Schemat najprostszego dializatora pokazano na ryc. 3 (patrz załącznik). Oczyszczany zol, czyli roztwór wkładki domacicznej, wlewa się do naczynia, którego dno stanowi membrana zatrzymująca cząstki koloidalne lub makrocząsteczki i umożliwiająca przedostanie się przez nie cząsteczek rozpuszczalnika i zanieczyszczeń drobnocząsteczkowych. Medium zewnętrznym stykającym się z membraną jest rozpuszczalnik. Zanieczyszczenia drobnocząsteczkowe, których stężenie jest wyższe w popiele lub roztworze wielkocząsteczkowym, przedostają się przez membranę do środowiska zewnętrznego (dializat). Na rysunku kierunek przepływu zanieczyszczeń o niskiej masie cząsteczkowej pokazano strzałkami. Oczyszczanie trwa do momentu, gdy stężenia zanieczyszczeń w popiele i dializacie zbliżą się do wartości (dokładniej do momentu wyrównania potencjałów chemicznych w popiele i dializacie). Jeśli zaktualizujesz rozpuszczalnik, możesz prawie całkowicie pozbyć się zanieczyszczeń. Takie zastosowanie dializy jest właściwe, gdy celem oczyszczania jest usunięcie wszystkich substancji o niskiej masie cząsteczkowej przechodzących przez membranę. Jednak w niektórych przypadkach zadanie może okazać się trudniejsze – konieczne jest pozbycie się z układu jedynie części związków niskocząsteczkowych. Następnie jako środowisko zewnętrzne wykorzystuje się roztwór substancji, które należy zachować w systemie. To jest właśnie zadanie, jakie stawia się przy oczyszczaniu krwi z odpadów o niskiej masie cząsteczkowej i toksyn (sole, mocznik itp.).

Ultrafiltracja. Ultrafiltracja to metoda oczyszczania polegająca na przetłaczaniu ośrodka dyspersyjnego wraz z zanieczyszczeniami o niskiej masie cząsteczkowej przez ultrafiltry. Ultrafiltry to membrany tego samego typu, co te stosowane w dializie.

Najprostszą instalację do oczyszczania metodą ultrafiltracji pokazano na ryc. 4 (patrz załącznik). Oczyszczony zol lub roztwór wkładki wlewa się do worka z ultrafiltra. Do zolu przykładane jest nadciśnienie w porównaniu z ciśnieniem atmosferycznym. Można go utworzyć przy użyciu źródła zewnętrznego (butla ze sprężonym powietrzem, sprężarka itp.) Lub dużej kolumny cieczy. Ośrodek dyspersyjny jest aktualizowany przez dodanie czystego rozpuszczalnika do zolu. Aby mieć pewność, że prędkość czyszczenia będzie wystarczająco wysoka, aktualizacja zostanie przeprowadzona tak szybko, jak to możliwe. Osiąga się to poprzez zastosowanie znacznego nadciśnienia. Aby membrana wytrzymała takie obciążenia, nakłada się ją na podporę mechaniczną. Takie wsparcie zapewniają siatki i płyty z otworami, filtry szklane i ceramiczne.

Mikrofiltracja. Mikrofiltracja polega na oddzielaniu mikrocząstek o wielkości od 0,1 do 10 mikronów za pomocą filtrów. Wydajność mikrofiltratu zależy od porowatości i grubości membrany. Do oceny porowatości, czyli stosunku powierzchni porów do całkowitej powierzchni filtra, stosuje się różne metody: wyciskanie cieczy i gazów, pomiar przewodności elektrycznej membran, układy wyciskania zawierające skalibrowane cząstki fazy dyspersyjnej itp.

Filtry mikroporowate wykonane są z substancji nieorganicznych i polimerów. Poprzez spiekanie proszków można otrzymać membrany z porcelany, metali i stopów. Membrany polimerowe do mikrofiltracji najczęściej wykonuje się z celulozy i jej pochodnych.

Elektrodializa. Usuwanie elektrolitów można przyspieszyć, przykładając narzuconą z zewnątrz różnicę potencjałów. Ta metoda oczyszczania nazywa się elektrodializą. Jego zastosowanie do oczyszczania różnych systemów z obiektami biologicznymi (roztwory białek, surowica krwi itp.) Rozpoczęło się w wyniku udanej pracy Doré (1910). Urządzenie najprostszego elektrodializatora pokazano na ryc. 5 (patrz załącznik). Czyszczony przedmiot (sol, roztwór do wkładki wewnątrzmacicznej) umieszcza się w środkowej komorze 1, a medium wlewa się do dwóch bocznych komór. W komorach katody 3 i anody 5 jony przechodzą przez pory w membranach pod wpływem przyłożonego napięcia elektrycznego.

Elektrodializa jest najbardziej odpowiednia do oczyszczania, gdy można zastosować wysokie napięcie elektryczne. W większości przypadków na początkowym etapie oczyszczania systemy zawierają dużo rozpuszczonych soli, a ich przewodność elektryczna jest wysoka. Dlatego przy wysokich napięciach może wytworzyć się znaczna ilość ciepła i mogą nastąpić nieodwracalne zmiany w układach zawierających białka lub inne składniki biologiczne. Dlatego też racjonalne jest stosowanie elektrodializy jako metody końcowego oczyszczania, stosując w pierwszej kolejności dializę.

Połączone metody czyszczenia. Oprócz poszczególnych metod oczyszczania – ultrafiltracji i elektrodializy – znane jest ich połączenie: elektroultrafiltracja, stosowana do oczyszczania i separacji białek.

Możesz oczyścić i jednocześnie zwiększyć stężenie zolu lub roztworu wkładki domacicznej, stosując metodę tzw elektrokantacja. Metodę zaproponował W. Pauli. Elektrodekantacja ma miejsce, gdy elektrodializator działa bez mieszania. Cząsteczki zolu lub makrocząsteczki posiadają własny ładunek i pod wpływem pola elektrycznego poruszają się w kierunku jednej z elektrod. Ponieważ nie mogą przejść przez membranę, wzrasta ich stężenie na jednej z membran. Z reguły gęstość cząstek różni się od gęstości ośrodka. Zatem w miejscu koncentracji zolu gęstość układu odbiega od wartości średniej (zwykle gęstość wzrasta wraz ze wzrostem stężenia). Stężony zol spływa na dno elektrodializatora, a w komorze zachodzi cyrkulacja, która trwa aż do prawie całkowitego usunięcia cząstek.

Roztwory koloidalne, a w szczególności roztwory koloidów liofobowych, oczyszczone i stabilizowane, mogą pomimo niestabilności termodynamicznej istnieć przez czas nieokreślony. Przygotowane przez Faradaya roztwory zolu czerwonego złota nie uległy jeszcze widocznym zmianom. Dane te sugerują, że układy koloidalne mogą znajdować się w równowadze metastabilnej.

Aplikacja

Wykaz używanej literatury

1. S. S. Voyutsky, Kurs chemii koloidów. Moskwa, wydawnictwo „Chemia”, 1976.

2. V. N. Zakharchenko, Chemia koloidów. Moskwa, wydawnictwo „Wyższa Szkoła”, 1989.

3. D. A. Friedrichsberg, Kurs chemii koloidów. Wydawnictwo „Chemia”, oddział w Leningradzie, 1974.

4. Yu. G. Frolov, Kurs chemii koloidów. Zjawiska powierzchniowe i układy rozproszone. Moskwa, wydawnictwo „Chemia”, 1982.

5. E. D. Shchukin, A. V. Pertsev, E. A. Amelina, Chemia koloidów. Moskwa, wydawnictwo „Wyższa Szkoła”, 1992.

Metody otrzymywania układów rozproszonych, ich klasyfikacja i krótka charakterystyka. Która metoda otrzymywania układów rozproszonych jest najkorzystniejsza z termodynamicznego punktu widzenia?

Metoda dyspersyjna. Polega na mechanicznym rozdrobnieniu ciał stałych do zadanej dyspersji; dyspersja za pomocą wibracji ultradźwiękowych; dyspersja elektryczna pod wpływem prądu przemiennego i stałego. Do otrzymywania układów rozproszonych metodą dyspersyjną powszechnie stosuje się urządzenia mechaniczne: kruszarki, młyny, zaprawy, walce, szlifierki do farb, wytrząsarki. Ciecze są rozpylane i rozpylane za pomocą dysz, młynków, dysków obrotowych i wirówek. Dyspersja gazów odbywa się głównie poprzez barbotowanie ich przez ciecz. W przypadku polimerów piankowych, betonu piankowego i gipsu piankowego gazy powstają przy użyciu substancji wydzielających gaz w podwyższonych temperaturach lub w reakcjach chemicznych.

Pomimo powszechnego stosowania metod dyspersyjnych, nie można za ich pomocą uzyskać układów dyspersyjnych o wielkości cząstek -100 nm. Układy takie otrzymuje się metodami kondensacyjnymi.

Metody kondensacji opierają się na procesie tworzenia fazy rozproszonej z substancji w stanie molekularnym lub jonowym. Warunkiem koniecznym dla tej metody jest utworzenie roztworu przesyconego, z którego należy otrzymać układ koloidalny. Można to osiągnąć w określonych warunkach fizycznych lub chemicznych.

Fizyczne metody kondensacji:

1) chłodzenie par cieczy lub ciał stałych podczas rozprężania adiabatycznego lub mieszanie ich z dużą objętością powietrza;

2) stopniowe usuwanie (odparowanie) rozpuszczalnika z roztworu lub zastąpienie go innym rozpuszczalnikiem, w którym zdyspergowana substancja jest słabiej rozpuszczalna.

Zatem kondensacja fizyczna odnosi się do kondensacji pary wodnej na powierzchni unoszących się w powietrzu cząstek stałych lub ciekłych, jonów lub naładowanych cząsteczek (mgła, smog).

Zastąpienie rozpuszczalnika powoduje utworzenie zolu, gdy do pierwotnego roztworu dodaje się inną ciecz, która dobrze miesza się z pierwotnym rozpuszczalnikiem, ale jest słabym rozpuszczalnikiem dla substancji rozpuszczonej.

Metody kondensacji chemicznej polegają na przeprowadzaniu różnych reakcji, w wyniku których z roztworu przesyconego wytrąca się nierozpuszczona substancja.

Kondensacja chemiczna może opierać się nie tylko na reakcjach wymiany, ale także na reakcjach redoks, hydrolizie itp.

Układy rozproszone można również otrzymać poprzez peptyzację, która polega na przekształceniu osadów, których cząstki mają już rozmiary koloidalne, w „roztwór” koloidalny. Wyróżnia się następujące rodzaje peptyzacji: peptyzacja poprzez przemywanie osadu; peptyzacja środkami powierzchniowo czynnymi; peptyzacja chemiczna.

Na przykład świeżo przygotowany i szybko przemyty osad wodorotlenku żelaza zamienia się w czerwono-brązowy roztwór koloidalny po dodaniu niewielkiej ilości roztworu FeCl 3 (peptyzacja adsorpcyjna) lub HCl (rozpuszczenie).

Mechanizm powstawania cząstek koloidalnych metodą peptyzacji został zbadany dość szczegółowo: oddziaływanie chemiczne cząstek na powierzchni przebiega według następującego schematu:

Z termodynamicznego punktu widzenia najkorzystniejszą metodą jest dyspersja.

1) Współczynnik dyfuzji cząstki kulistej oblicza się za pomocą równania Einsteina:

gdzie N A jest liczbą Avogadro, 6 10 23 cząsteczek/mol;

Lepkość ośrodka dyspersyjnego, N s/m 2 (Pa s);

r - promień cząstki, m;

R - uniwersalna stała gazowa, 8,314 J/mol K;

T - temperatura bezwzględna, K;

Numer 3.14.

2) Średnie kwadratowe przemieszczenie:

Gdzie? ?? ???średnie kwadratowe przemieszczenie (średnia wartość przesunięcia) rozproszonej cząstki, m 2 ;?

Czas przemieszczania się cząstki (czas dyfuzji), s;

D?? współczynnik dyfuzji, m2. s -1 .

? ? ????·D·?=2*12,24*10 -10 *5=12,24*10 -9 m 2

Odpowiedź: ? ? ?? 12,24*10 -9 m2.

Układ rozproszony to układ, w którym jedna substancja jest rozproszona w ośrodku innej substancji, a pomiędzy cząstkami a ośrodkiem dyspersyjnym istnieje granica fazowa. Układy rozproszone składają się z fazy rozproszonej i ośrodka dyspersyjnego.

Faza rozproszona to cząstki rozproszone w ośrodku. Jego oznaki: dyspersja i nieciągłość.

Ośrodek dyspersyjny to ośrodek materiałowy, w którym znajduje się faza rozproszona. Jego znakiem jest ciągłość.

Metoda dyspersyjna. Polega na mechanicznym rozdrobnieniu ciał stałych do zadanej dyspersji; dyspersja za pomocą wibracji ultradźwiękowych; dyspersja elektryczna pod wpływem prądu przemiennego i stałego. Do otrzymywania układów rozproszonych metodą dyspersyjną powszechnie stosuje się urządzenia mechaniczne: kruszarki, młyny, zaprawy, walce, szlifierki do farb, wytrząsarki. Ciecze są rozpylane i rozpylane za pomocą dysz, młynków, dysków obrotowych i wirówek. Dyspersja gazów odbywa się głównie poprzez barbotowanie ich przez ciecz. W przypadku polimerów piankowych, betonu piankowego i gipsu piankowego gazy powstają przy użyciu substancji wydzielających gaz w podwyższonych temperaturach lub w reakcjach chemicznych.

Pomimo powszechnego stosowania metod dyspersyjnych, nie można za ich pomocą uzyskać układów dyspersyjnych o wielkości cząstek -100 nm. Układy takie otrzymuje się metodami kondensacyjnymi.

Metody kondensacji opierają się na procesie tworzenia fazy rozproszonej z substancji w stanie molekularnym lub jonowym. Warunkiem koniecznym dla tej metody jest utworzenie roztworu przesyconego, z którego należy otrzymać układ koloidalny. Można to osiągnąć w określonych warunkach fizycznych lub chemicznych.

Fizyczne metody kondensacji:

1) chłodzenie par cieczy lub ciał stałych podczas rozprężania adiabatycznego lub mieszanie ich z dużą objętością powietrza;

2) stopniowe usuwanie (odparowanie) rozpuszczalnika z roztworu lub zastąpienie go innym rozpuszczalnikiem, w którym zdyspergowana substancja jest słabiej rozpuszczalna.

Zatem kondensacja fizyczna odnosi się do kondensacji pary wodnej na powierzchni unoszących się w powietrzu cząstek stałych lub ciekłych, jonów lub naładowanych cząsteczek (mgła, smog).

Zastąpienie rozpuszczalnika powoduje utworzenie zolu, gdy do pierwotnego roztworu dodaje się inną ciecz, która dobrze miesza się z pierwotnym rozpuszczalnikiem, ale jest słabym rozpuszczalnikiem dla substancji rozpuszczonej.

Metody kondensacji chemicznej polegają na przeprowadzaniu różnych reakcji, w wyniku których z roztworu przesyconego wytrąca się nierozpuszczona substancja.

Kondensacja chemiczna może opierać się nie tylko na reakcjach wymiany, ale także na reakcjach redoks, hydrolizie itp.

Układy rozproszone można również otrzymać poprzez peptyzację, która polega na przekształceniu osadów, których cząstki mają już rozmiary koloidalne, w „roztwór” koloidalny. Wyróżnia się następujące rodzaje peptyzacji: peptyzacja poprzez przemywanie osadu; peptyzacja środkami powierzchniowo czynnymi; peptyzacja chemiczna.

Z termodynamicznego punktu widzenia najkorzystniejszą metodą jest dyspersja.

Metody czyszczenia:

1. Dializa - oczyszczanie zoli z zanieczyszczeń przy użyciu półprzepuszczalnych membran przemywanych czystym rozpuszczalnikiem.

2. Elektrodializa – dializa przyspieszana polem elektrycznym.

3. Ultrafiltracja – oczyszczanie poprzez przepuszczenie ośrodka dyspersyjnego wraz z zanieczyszczeniami drobnocząsteczkowymi przez półprzepuszczalną membranę (ultrafiltr).

Właściwości molekularno-kinetyczne i optyczne układów rozproszonych: ruchy Browna, ciśnienie osmotyczne, dyfuzja, równowaga sedymentacyjna, analiza sedymentacyjna, właściwości optyczne układów rozproszonych.

Wszystkie właściwości kinetyczne cząsteczek są spowodowane spontanicznym ruchem cząsteczek i przejawiają się ruchami Browna, dyfuzją, osmozą i równowagą sedymentacji.

Ruchy Browna to ciągły, chaotyczny, równie prawdopodobny we wszystkich kierunkach ruch małych cząstek zawieszonych w cieczach lub gazach pod wpływem cząsteczek ośrodka dyspersyjnego. Teoria ruchów Browna opiera się na idei oddziaływania siły losowej, która charakteryzuje uderzenia cząsteczek, siły zależnej od czasu i siły tarcia, gdy cząstki fazy rozproszonej poruszają się w ośrodku dyspersyjnym z prędkością pewna prędkość.

Oprócz ruchu translacyjnego możliwy jest także ruch obrotowy, typowy dla cząstek dwuwymiarowych o nieregularnym kształcie (nitki, włókna, płatki). Ruch Browna jest najbardziej wyraźny w układach silnie rozproszonych, a jego intensywność zależy od dyspersji.

Dyfuzja to spontaniczne rozprzestrzenianie się substancji z obszaru o wyższym stężeniu do obszaru o niższym stężeniu. Wyróżnia się następujące typy:

1.) molekularny

3) cząstki koloidalne.

Szybkość dyfuzji w gazach jest największa, a w ciałach stałych najmniejsza.

Ciśnienie osmotyczne to nadciśnienie panujące nad roztworem, które jest niezbędne, aby zapobiec przedostawaniu się rozpuszczalnika przez membranę. OD występuje, gdy czysty rozpuszczalnik przemieszcza się w kierunku roztworu lub z bardziej rozcieńczonego roztworu do bardziej stężonego i dlatego jest powiązany ze stężeniem substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika. Ciśnienie osmotyczne jest równe ciśnieniu, jakie wytworzyłaby faza rozproszona (substancja rozpuszczona), gdyby w postaci gazu w tej samej temperaturze zajmowała tę samą objętość co układ koloidalny (roztwór).

Sedymentacja to separacja układów rozproszonych pod wpływem grawitacji z wydzieleniem fazy rozproszonej w postaci osadu. Zdolność układów rozproszonych do sedymentacji jest wskaźnikiem ich stabilności sedymentacyjnej. Procesy separacji stosuje się, gdy konieczne jest wyizolowanie jednego lub drugiego składnika z jakiegoś składnika z jakiegoś naturalnego lub sztucznie przygotowanego produktu, który jest heterogenicznym układem ciekłym. W niektórych przypadkach z układu usuwany jest cenny składnik, w innych usuwane są niepożądane zanieczyszczenia. W gastronomii publicznej procesy separacji układów rozproszonych są niezbędne, gdy konieczne jest uzyskanie klarownych napojów, klarowność bulionu i uwolnienie go od cząstek mięsa.

Zachowanie się wiązki światła napotykającej na swojej drodze cząstki fazy rozproszonej zależy od stosunku długości fali światła do wielkości cząstek. Jeśli rozmiar cząstek jest większy niż długość fali światła, wówczas światło odbija się od powierzchni cząstek pod pewnym kątem. Zjawisko to obserwuje się w zawiesinach. Jeśli rozmiar cząstek jest mniejszy niż długość fali światła, wówczas światło jest rozproszone.