Միցել. կառուցվածք, սխեման, նկարագրություն և քիմիական բանաձև

2024 Հեղինակ: Angel Austin | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 05:30

Կոլոիդ համակարգերը չափազանց կարևոր են ցանկացած մարդու կյանքում: Դա պայմանավորված է ոչ միայն նրանով, որ կենդանի օրգանիզմի գրեթե բոլոր կենսաբանական հեղուկները կազմում են կոլոիդներ։ Բայց շատ բնական երևույթներ (մառախուղ, մշուշ), հողը, հանքանյութերը, սնունդը, դեղամիջոցները նույնպես կոլոիդային համակարգեր են։

Նման գոյացությունների միավորը, որն արտացոլում է դրանց բաղադրությունը և հատուկ հատկությունները, համարվում է մակրոմոլեկուլ կամ միցել։ Վերջինիս կառուցվածքը կախված է մի շարք գործոններից, սակայն այն միշտ բազմաշերտ մասնիկ է։ Ժամանակակից մոլեկուլային կինետիկ տեսությունը կոլոիդային լուծույթները համարում է ճշմարիտ լուծույթների հատուկ դեպք՝ լուծված նյութի ավելի մեծ մասնիկներով։

Կոլոիդային լուծույթների ստացման եղանակներ

Միկելի կառուցվածքը, որը ձևավորվում է կոլոիդային համակարգի առաջացման ժամանակ, մասամբ կախված է այս գործընթացի մեխանիզմից: Կոլոիդների ստացման մեթոդները բաժանվում են երկու սկզբունքորեն տարբեր խմբերի:

Դիսպերսիայի մեթոդները կապված են բավականին մեծ մասնիկների մանրացման հետ։ Կախված այս գործընթացի մեխանիզմից՝ առանձնանում են հետևյալ մեթոդները.

1. Զտում. Կարելի է անել չոր կամթաց ճանապարհ. Առաջին դեպքում պինդ նյութը սկզբում մանրացվում է, և միայն դրանից հետո ավելացվում է հեղուկը։ Երկրորդ դեպքում նյութը խառնում են հեղուկի հետ, և միայն դրանից հետո այն վերածում միատարր խառնուրդի։ Հղկումն իրականացվում է հատուկ ջրաղացներում։
2. Այտուց. Մանրացումը ձեռք է բերվում այն բանի շնորհիվ, որ լուծիչի մասնիկները ներթափանցում են ցրված փուլ, որն ուղեկցվում է նրա մասնիկների ընդարձակմամբ մինչև տարանջատում։
3. Ուլտրաձայնային ցրում. Մանրացվող նյութը տեղադրվում է հեղուկի մեջ և ախտահանվում:
4. Էլեկտրական ցնցումների դիսպերսիա. Պահանջված է մետաղական սալաքարերի արտադրության մեջ։ Այն իրականացվում է հեղուկի մեջ ցրվող մետաղից պատրաստված էլեկտրոդների տեղադրմամբ, որին հաջորդում է դրանց վրա բարձր լարման կիրառումը։ Արդյունքում առաջանում է վոլտային աղեղ, որի մեջ մետաղը ցողվում է և այնուհետև խտանում լուծույթի մեջ։

Այս մեթոդները հարմար են ինչպես լիոֆիլ, այնպես էլ լիոֆոբ կոլոիդային մասնիկների համար: Միցելի կառուցվածքն իրականացվում է պինդ նյութի սկզբնական կառուցվածքի քայքայման հետ միաժամանակ։

Խտացման մեթոդներ

Մեթոդների երկրորդ խումբը, որը հիմնված է մասնիկների մեծացման վրա, կոչվում է խտացում: Այս գործընթացը կարող է հիմնված լինել ֆիզիկական կամ քիմիական երևույթների վրա։ Ֆիզիկական խտացման մեթոդները ներառում են հետևյալը.

1. Լուչի փոխարինում. Դա հանգում է նրան, որ նյութը մի լուծիչից, որի մեջ այն շատ լավ է լուծվում, տեղափոխվում է մյուսի մեջ, որի լուծելիությունը շատ ավելի ցածր է։ Արդյունքում՝ մանր մասնիկներկմիավորվի ավելի մեծ ագրեգատների մեջ և կհայտնվի կոլոիդային լուծույթ։
2. Գոլորշիների խտացում. Օրինակ՝ մառախուղներն են, որոնց մասնիկները կարող են նստել սառը մակերեսների վրա և աստիճանաբար մեծանալ։

Քիմիական խտացման մեթոդները ներառում են որոշ քիմիական ռեակցիաներ, որոնք ուղեկցվում են բարդ կառուցվածքի տեղումներով.

1. Իոնափոխանակություն՝ NaCl + AgNO₃=AgCl↓ + NaNO₃.
2. Օդոքսի պրոցեսներ՝ 2H₂S + O₂=2S↓ + 2H_2O.
3. Հիդրոլիզ. Al₂S₃ + 6H₂O=2Al(OH) ₃↓ + 3H₂S.

Քիմիական խտացման պայմաններ

Այս քիմիական ռեակցիաների ընթացքում ձևավորված միցելների կառուցվածքը կախված է դրանցում ներգրավված նյութերի ավելցուկից կամ պակասից։ Նաև կոլոիդային լուծույթների առաջացման համար անհրաժեշտ է պահպանել մի շարք պայմաններ, որոնք կանխում են քիչ լուծվող միացության տեղումները.

• նյութերի պարունակությունը խառը լուծույթներում պետք է լինի ցածր;
• դրանց խառնման արագությունը պետք է լինի ցածր;
• լուծույթներից մեկը պետք է չափից ավելի ընդունել։

Միկելի կառուցվածք

Միկելի հիմնական մասը միջուկն է: Այն առաջանում է չլուծվող միացության մեծ թվով ատոմներից, իոններից և մոլեկուլներից։ Սովորաբար միջուկը բնութագրվում է բյուրեղային կառուցվածքով։ Միջուկի մակերեսն ունի ազատ էներգիայի պաշար, ինչը հնարավորություն է տալիս ընտրողաբար կլանել շրջակա միջավայրից իոնները։ Այս գործընթացըհնազանդվում է Պեսկովի կանոնին, որն ասում է՝ պինդ մարմնի մակերևույթի վրա հիմնականում ներծծվում են այն իոնները, որոնք ունակ են լրացնել սեփական բյուրեղային ցանցը։ Դա հնարավոր է, եթե այդ իոնները կապված են կամ նման են բնույթով և ձևով (չափով):

Ադսորբցիայի ընթացքում միցելի միջուկի վրա ձևավորվում է դրական կամ բացասական լիցքավորված իոնների շերտ, որը կոչվում է պոտենցիալ որոշող իոններ։ Էլեկտրաստատիկ ուժերի շնորհիվ ստացված լիցքավորված ագրեգատը լուծույթից ձգում է հակաիոններ (հակառակ լիցք ունեցող իոններ)։ Այսպիսով, կոլոիդային մասնիկը ունի բազմաշերտ կառուցվածք։ Միցելը ձեռք է բերում դիէլեկտրիկ շերտ, որը կառուցված է երկու տեսակի հակառակ լիցքավորված իոններից:

Hydrosol BaSO4

Որպես օրինակ՝ հարմար է դիտարկել բարիումի սուլֆատի միցելի կառուցվածքը բարիումի քլորիդի ավելցուկով պատրաստված կոլոիդային լուծույթում։ Այս գործընթացը համապատասխանում է ռեակցիայի հավասարմանը.

BaCl_2(p) + Na₂SO_4(p)=BaSO _4(t) + 2NaCl_(p):

Ջրում թեթևակի լուծվող բարիումի սուլֆատը ձևավորում է միկրոբյուրեղային ագրեգատ, որը կառուցված է BaSO մոլեկուլների m-րդ թվից₄: Այս ագրեգատի մակերեսը ներծծում է Ba²⁺ իոնների n-րդ քանակությունը: 2(n - x) Cl^- իոնները միացված են պոտենցիալ որոշող իոնների շերտին։ Իսկ մնացած հակաիոնները (2x) գտնվում են ցրված շերտում։ Այսինքն՝ այս միցելի հատիկը դրական լիցքավորված կլինի։

Եթե նատրիումի սուլֆատը ընդունվում է ավելցուկով, ապապոտենցիալ որոշող իոնները կլինեն SO₄^2- իոններ, իսկ հակաիոնները կլինեն Na⁺. Այս դեպքում հատիկի լիցքը բացասական կլինի։

Այս օրինակը հստակ ցույց է տալիս, որ միցելի հատիկի լիցքի նշանն ուղղակիորեն կախված է դրա պատրաստման պայմաններից:

Ձայնագրող միցելներ

Նախորդ օրինակը ցույց տվեց, որ միցելների քիմիական կառուցվածքը և այն արտացոլող բանաձևը որոշվում է ավելցուկով ընդունված նյութով։ Դիտարկենք կոլոիդային մասնիկի առանձին մասերի անունները գրելու եղանակները՝ օգտագործելով պղնձի սուլֆիդի հիդրոզոլի օրինակը։ Այն պատրաստելու համար նատրիումի սուլֆիդի լուծույթը դանդաղորեն լցնում են պղնձի քլորիդի ավելցուկային լուծույթի մեջ՝

CuCl₂ + Na₂S=CuS↓ + 2NaCl.

CuS միցելի կառուցվածքը, որը ստացվել է CuCl-ից ավելի ₂, գրված է հետևյալ կերպ.

{[mCuS]·nCu²⁺·xCl^-}^{+(2n-x)·(2n-x)Cl}-.

Կոլոիդային մասնիկի կառուցվածքային մասեր

Քառակուսի փակագծերում գրի՛ր քիչ լուծվող միացության բանաձևը, որն ամբողջ մասնիկի հիմքն է։ Այն սովորաբար կոչվում է ագրեգատ: Սովորաբար ագրեգատը կազմող մոլեկուլների թիվը գրվում է լատինական m տառով։

Պոտենցիալ որոշող իոնները լուծույթում պարունակվում են ավելցուկով: Դրանք գտնվում են ագրեգատի մակերեսին, իսկ բանաձևում գրվում են անմիջապես քառակուսի փակագծերից հետո։ Այս իոնների թիվը նշվում է n նշանով։ Այս իոնների անվանումը ցույց է տալիս, որ դրանց լիցքը որոշում է միցելի հատիկի լիցքը։

Մի հատիկ է գոյանում միջուկից և մի մասիցհակազդող իոններ կլանման շերտում: Հատիկային լիցքի արժեքը հավասար է պոտենցիալ որոշող և ներծծվող հակաիոնների լիցքերի գումարին՝ +(2n – x): Հակադարձիոնների մնացած մասը գտնվում է ցրված շերտում և փոխհատուցում է հատիկի լիցքը։

Եթե Na₂S վերցված է ավելցուկով, ապա ձևավորված կոլոիդային միցելի համար կառուցվածքի սխեման կունենա հետևյալ տեսքը՝

{[m(CuS)]∙nS^2–∙xNa⁺}^{–(2n – x)} ∙(2n – x)Na⁺.

Մակերեւութային ակտիվ նյութերի միցելներ

Այն դեպքում, երբ մակերևութային ակտիվ նյութերի (մակերևութային ակտիվ նյութերի) կոնցենտրացիան ջրի մեջ չափազանց բարձր է, դրանց մոլեկուլների (կամ իոնների) ագրեգատները կարող են սկսվել: Այս մեծացած մասնիկները գնդիկի տեսք ունեն և կոչվում են Gartley-Rebinder միցելներ։ Հարկ է նշել, որ ոչ բոլոր մակերևութային ակտիվ նյութերն ունեն այդ հատկությունը, այլ միայն նրանք, որոնցում հիդրոֆոբ և հիդրոֆիլ մասերի հարաբերակցությունը օպտիմալ է: Այս հարաբերակցությունը կոչվում է հիդրոֆիլ-լիպոֆիլ հավասարակշռություն: Նրանց բևեռային խմբերի՝ ածխաջրածինների միջուկը ջրից պաշտպանելու ունակությունը նույնպես կարևոր դեր է խաղում։

Մակերեւութային ակտիվ նյութի մոլեկուլների ագրեգատները ձևավորվում են որոշակի օրենքների համաձայն.

• ի տարբերություն ցածր մոլեկուլային նյութերի, որոնց ագրեգատները կարող են ներառել տարբեր թվով մոլեկուլներ m, մակերեսային ակտիվացնող միցելների առկայությունը հնարավոր է խիստ սահմանված մոլեկուլների քանակով;
• եթե անօրգանական նյութերի համար միցելացման սկիզբը որոշվում է լուծելիության սահմանով, ապա օրգանական մակերևութաակտիվ նյութերի համար այն որոշվում է միցելիզացիայի կրիտիկական կոնցենտրացիաների ձեռքբերմամբ;
• նախ, լուծույթում միցելների թիվը մեծանում է, իսկ հետո մեծանում է դրանց չափը:

Կենտրոնացման ազդեցությունը միցելի ձևի վրա

Մակերեւութային ակտիվացնող միցելների կառուցվածքի վրա ազդում է դրանց կոնցենտրացիան լուծույթում: Հասնելով դրա որոշ արժեքներին՝ կոլոիդային մասնիկները սկսում են փոխազդել միմյանց հետ։ Սա հանգեցնում է նրան, որ նրանց ձևը փոխվում է հետևյալ կերպ.

• գունդը վերածվում է էլիպսոիդի, այնուհետև մխոցի;
• բալոնների բարձր կոնցենտրացիան հանգեցնում է վեցանկյուն փուլի ձևավորմանը;
• որոշ դեպքերում հայտնվում են շերտավոր փուլ և պինդ բյուրեղ (օճառի մասնիկներ):

Միկելների տեսակներ

Ըստ ներքին կառուցվածքի կազմակերպման առանձնահատկությունների առանձնանում են կոլոիդային համակարգերի երեք տեսակ՝ սուսպենսոիդներ, միցելային կոլոիդներ, մոլեկուլային կոլոիդներ։

Սուսպենսոիդները կարող են լինել անշրջելի կոլոիդներ, ինչպես նաև լիոֆոբ կոլոիդներ: Այս կառուցվածքը բնորոշ է մետաղների լուծույթներին, ինչպես նաև դրանց միացություններին (տարբեր օքսիդներ և աղեր)։ Սուսպենսոիդներով ձևավորված ցրված փուլի կառուցվածքը չի տարբերվում կոմպակտ նյութի կառուցվածքից։ Այն ունի մոլեկուլային կամ իոնային բյուրեղյա վանդակ: Կախոցներից տարբերությունն ավելի բարձր ցրվածություն է: Անշրջելիությունը դրսևորվում է գոլորշիացումից հետո դրանց լուծույթների՝ չոր նստվածք ձևավորելու ունակությամբ, որը պարզ տարրալուծմամբ չի կարող վերածվել sol-ի։ Դրանք կոչվում են լիոֆոբ՝ ցրված փուլի և դիսպերսիոն միջավայրի միջև թույլ փոխազդեցության պատճառով։

Միցելային կոլոիդները լուծույթներ են, որոնց կոլոիդային մասնիկները առաջանում եներբ կպչում են ատոմների բևեռային խմբեր և ոչ բևեռ ռադիկալներ պարունակող դիֆիլային մոլեկուլներ. Օրինակներ են օճառները և մակերեսային ակտիվ նյութերը: Նման միցելներում մոլեկուլները պահվում են ցրման ուժերով։ Այս կոլոիդների ձևը կարող է լինել ոչ միայն գնդաձև, այլև շերտավոր։

Մոլեկուլային կոլոիդները բավականին կայուն են առանց կայունացուցիչների: Նրանց կառուցվածքային միավորներն առանձին մակրոմոլեկուլներ են։ Կոլոիդ մասնիկի ձևը կարող է տարբեր լինել՝ կախված մոլեկուլի հատկություններից և ներմոլեկուլային փոխազդեցություններից։ Այսպիսով, գծային մոլեկուլը կարող է ձևավորել ձող կամ կծիկ: