อนุภาคคอลลอยด์: ความหมาย ลักษณะ ประเภท และคุณสมบัติ

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-02 17:57

หัวข้อหลักของบทความนี้จะเป็นอนุภาคคอลลอยด์ เราจะพิจารณาแนวคิดของสารละลายคอลลอยด์และไมเซลล์ และยังทำความคุ้นเคยกับความหลากหลายของสายพันธุ์หลักของอนุภาคที่เกี่ยวข้องกับคอลลอยด์ มาพิจารณาแยกกันเกี่ยวกับคุณลักษณะต่างๆ ของคำศัพท์ที่กำลังศึกษา แนวคิดเฉพาะ และอื่นๆ อีกมากมาย

แนะนำตัว

แนวคิดของอนุภาคคอลลอยด์มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับสารละลายต่างๆ พวกมันสามารถสร้างระบบไมโครเฮเทอโรจีเนียสและกระจายตัวได้หลากหลาย อนุภาคที่สร้างระบบดังกล่าวมักจะมีขนาดตั้งแต่หนึ่งถึงหนึ่งร้อยไมครอน นอกจากการปรากฏตัวของพื้นผิวที่มีขอบเขตแยกอย่างชัดเจนระหว่างตัวกลางที่กระจัดกระจายและเฟสแล้ว อนุภาคคอลลอยด์ยังมีลักษณะเฉพาะด้วยคุณสมบัติของความเสถียรต่ำ และสารละลายเองก็ไม่สามารถเกิดขึ้นได้เองตามธรรมชาติ การปรากฏตัวของโครงสร้างภายในและขนาดที่หลากหลายทำให้เกิดวิธีการมากมายในการรับอนุภาค

แนวคิดของระบบคอลลอยด์

ในสารละลายคอลลอยด์ อนุภาคในพวกมันทั้งหมดรวมรูปแบบระบบของประเภทกระจัดกระจายซึ่งเป็นตัวกลางระหว่างสารละลายซึ่งถูกกำหนดให้เป็นจริงและหยาบ ในสารละลายเหล่านี้ หยด อนุภาค และแม้แต่ฟองสบู่ที่ก่อตัวเป็นเฟสที่กระจัดกระจายจะมีขนาดตั้งแต่หนึ่งถึงพันนาโนเมตร พวกมันถูกกระจายตามความหนาของตัวกลางที่กระจัดกระจาย ตามกฎแล้ว ต่อเนื่อง และแตกต่างจากระบบเดิมในองค์ประกอบและ/หรือสถานะของการรวมกลุ่ม เพื่อให้เข้าใจความหมายของหน่วยคำศัพท์ได้ดีขึ้น ควรพิจารณาเทียบกับพื้นหลังของระบบที่ก่อตัว

กำหนดคุณสมบัติ

ในบรรดาคุณสมบัติของสารละลายคอลลอยด์ สามารถกำหนดคุณสมบัติหลักได้:

• การก่อตัวอนุภาคไม่รบกวนการผ่านของแสง
• คอลลอยด์โปร่งใสมีความสามารถในการกระจายรังสีของแสง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าเอฟเฟกต์ Tyndall
• ประจุของอนุภาคคอลลอยด์จะเหมือนกันสำหรับระบบที่กระจัดกระจาย ซึ่งเป็นผลมาจากการที่พวกมันไม่สามารถเกิดขึ้นในสารละลายได้ ในการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน อนุภาคที่กระจัดกระจายไม่สามารถตกตะกอนได้ ซึ่งเกิดจากการบำรุงรักษาในสถานะบิน

ประเภทหลัก

หน่วยการจำแนกพื้นฐานของสารละลายคอลลอยด์:

• อนุภาคของแข็งในก๊าซเรียกว่าควัน
• อนุภาคของเหลวในก๊าซเรียกว่าหมอก
• จากอนุภาคขนาดเล็กที่เป็นของแข็งหรือของเหลวที่แขวนลอยในตัวกลางแก๊ส ละอองจะก่อตัวขึ้น
• ก๊าซแขวนลอยในของเหลวหรือของแข็งเรียกว่าโฟม
• อิมัลชันเป็นของเหลวแขวนลอยในของเหลว
• โซลเป็นระบบกระจัดกระจายชนิด ultramicroheterogeneous
• เจลเป็นสารแขวนลอยของ 2 ส่วนประกอบ ขั้นแรกสร้างเฟรมเวิร์กสามมิติ ซึ่งช่องว่างจะเต็มไปด้วยตัวทำละลายน้ำหนักโมเลกุลต่ำต่างๆ
• สารแขวนลอยของอนุภาคของแข็งในของเหลวเรียกว่าสารแขวนลอย

ในระบบคอลลอยด์เหล่านี้ ขนาดอนุภาคอาจแตกต่างกันอย่างมากขึ้นอยู่กับธรรมชาติของแหล่งกำเนิดและสถานะของการรวมกลุ่ม แต่ถึงแม้จะมีระบบจำนวนมากที่มีโครงสร้างแตกต่างกัน แต่ก็เป็นคอลลอยด์ทั้งหมด

ความหลากหลายของอนุภาค

อนุภาคมูลฐานที่มีขนาดคอลลอยด์แบ่งออกเป็นประเภทต่อไปนี้ตามประเภทของโครงสร้างภายใน:

1. สารแขวนลอย. พวกมันถูกเรียกว่าคอลลอยด์ที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ซึ่งไม่สามารถมีอยู่ได้ด้วยตัวเองเป็นเวลานาน
2. คอลลอยด์ประเภทไมเซลล่าหรือที่เรียกกันว่าเซมิคอลลอยด์
3. คอลลอยด์ชนิดย้อนกลับ (โมเลกุล).

กระบวนการสร้างโครงสร้างเหล่านี้แตกต่างกันมาก ซึ่งทำให้กระบวนการทำความเข้าใจโครงสร้างเหล่านี้ซับซ้อนในระดับรายละเอียด ในระดับเคมีและฟิสิกส์ อนุภาคคอลลอยด์ซึ่งสร้างสารละลายประเภทนี้มีรูปร่างและเงื่อนไขที่แตกต่างกันอย่างมากสำหรับกระบวนการสร้างระบบอินทิกรัล

การตรวจหาสารแขวนลอย

สารแขวนลอยคือสารละลายที่มีธาตุโลหะและรูปแบบต่างๆ ในรูปของออกไซด์ ไฮดรอกไซด์ ซัลไฟด์ และเกลืออื่นๆ

ทั้งหมดอนุภาคที่เป็นส่วนประกอบของสารดังกล่าวมีตาข่ายผลึกโมเลกุลหรือไอออนิก พวกมันก่อตัวเป็นเฟสของสารประเภทที่กระจัดกระจาย - สารแขวนลอย

คุณลักษณะที่โดดเด่นที่ทำให้สามารถแยกความแตกต่างจากระบบกันกระเทือนคือการมีดัชนีการกระจายตัวที่สูงขึ้น แต่พวกมันเชื่อมต่อถึงกันโดยขาดกลไกการทรงตัวสำหรับการกระจายตัว

การย้อนกลับไม่ได้ของสารแขวนลอยนั้นอธิบายได้จากความจริงที่ว่าตะกอนของกระบวนการนึ่งของมันไม่อนุญาตให้บุคคลได้รับโซลอีกครั้งโดยสร้างการติดต่อระหว่างตัวตะกอนเองกับตัวกลางที่กระจายตัว suspensoids ทั้งหมดเป็นแบบ lyophobic ในสารละลายดังกล่าวเรียกว่าอนุภาคคอลลอยด์ที่เกี่ยวข้องกับโลหะและอนุพันธ์ของเกลือที่ถูกบดขยี้หรือควบแน่น

วิธีการผลิตก็ไม่ต่างจากสองวิธีที่สร้างระบบกระจายเสมอ:

1. รับโดยการกระจาย (บดเนื้อขนาดใหญ่).
2. วิธีการควบแน่นของสารที่ละลายด้วยไอออนและโมเลกุล

การหาไมเซลล่าคอลลอยด์

ไมเซลลาร์คอลลอยด์เรียกอีกอย่างว่าเซมิคอลลอยด์ อนุภาคที่สร้างขึ้นสามารถเกิดขึ้นได้หากมีระดับความเข้มข้นที่เพียงพอของโมเลกุลประเภทสะเทินน้ำสะเทินบก โมเลกุลดังกล่าวสามารถสร้างสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำเท่านั้นโดยเชื่อมโยงพวกมันเข้ากับมวลรวมของโมเลกุล - ไมเซลล์

โมเลกุลของธรรมชาติสะเทินน้ำสะเทินบกเป็นโครงสร้างที่ประกอบด้วยอนุมูลไฮโดรคาร์บอนที่มีพารามิเตอร์และคุณสมบัติคล้ายกับตัวทำละลายไม่มีขั้วและกลุ่มที่ชอบน้ำ ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าโพลาร์

ไมเซลล์เป็นการรวมตัวกันเฉพาะของโมเลกุลที่เว้นระยะห่างอย่างสม่ำเสมอซึ่งถูกยึดเข้าด้วยกันอย่างเด่นชัดผ่านการใช้แรงกระจาย ไมเซลล์ก่อตัวขึ้น ตัวอย่างเช่น ในสารละลายที่เป็นน้ำของผงซักฟอก

การหาโมเลกุลคอลลอยด์

โมเลกุลคอลลอยด์เป็นสารประกอบโมเลกุลสูงที่มีต้นกำเนิดจากธรรมชาติและสังเคราะห์ น้ำหนักโมเลกุลสามารถอยู่ในช่วงตั้งแต่ 10,000 ถึงหลายล้าน ชิ้นส่วนโมเลกุลของสารดังกล่าวมีขนาดเท่ากับอนุภาคคอลลอยด์ โมเลกุลเหล่านี้เรียกว่าโมเลกุลขนาดใหญ่

สารประกอบของโมเลกุลขนาดใหญ่ที่อยู่ภายใต้การเจือจางเรียกว่าจริงและเป็นเนื้อเดียวกัน ในกรณีของการเจือจางอย่างรุนแรง พวกเขาเริ่มปฏิบัติตามชุดกฎหมายทั่วไปสำหรับสูตรปรับลด

การหาสารละลายคอลลอยด์ประเภทโมเลกุลเป็นงานที่ค่อนข้างง่าย ก็เพียงพอที่จะทำให้สารแห้งและตัวทำละลายที่เกี่ยวข้องสัมผัสกัน

โมเลกุลขนาดใหญ่ที่ไม่มีขั้วสามารถละลายได้ในไฮโดรคาร์บอน ในขณะที่รูปแบบขั้วสามารถละลายได้ในตัวทำละลายที่มีขั้ว ตัวอย่างหลังคือการละลายของโปรตีนต่างๆ ในน้ำและเกลือ

ย้อนกลับได้ สารเหล่านี้ถูกเรียกเนื่องจากการระเหยด้วยการเติมส่วนใหม่ของสารตกค้างแห้งทำให้อนุภาคคอลลอยด์ระดับโมเลกุลกลายเป็นสารละลาย กระบวนการละลายต้องผ่านขั้นตอนที่บวม เป็นลักษณะเฉพาะที่แยกแยะโมเลกุลคอลลอยด์ onกับพื้นหลังของระบบอื่นๆ ที่กล่าวถึงข้างต้น

ในกระบวนการบวม โมเลกุลที่สร้างตัวทำละลายจะแทรกซึมเข้าไปในความหนาที่เป็นของแข็งของโพลีเมอร์และด้วยเหตุนี้จึงผลักโมเลกุลขนาดใหญ่ออกจากกัน หลังเนื่องจากขนาดใหญ่เริ่มกระจายเป็นสารละลายอย่างช้าๆ ภายนอกนี้สามารถสังเกตได้ด้วยการเพิ่มค่าปริมาตรของโพลีเมอร์

เครื่องมิเชล

ไมเซลล์ของระบบคอลลอยด์และโครงสร้างของพวกมันจะง่ายต่อการศึกษาหากเราพิจารณาถึงกระบวนการขึ้นรูป ลองใช้อนุภาค AgI เป็นตัวอย่าง ในกรณีนี้ อนุภาคคอลลอยด์จะเกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาต่อไปนี้:

AgNO₃+KI à AgI↓+KNO₃

โมเลกุลของซิลเวอร์ไอโอไดด์ (AgI) ก่อตัวเป็นอนุภาคที่ไม่ละลายน้ำ ซึ่งภายในตาข่ายผลึกจะก่อตัวขึ้นจากไอออนบวกของเงินและไอออนของไอโอดีน

อนุภาคที่เกิดขึ้นในขั้นต้นมีโครงสร้างอสัณฐาน แต่จากนั้น เมื่อมันค่อยๆ ตกผลึก พวกมันจะได้โครงสร้างลักษณะถาวร

ถ้าคุณใช้ AgNO_{3 และ KI ในปริมาณที่เท่ากัน อนุภาคผลึกจะเติบโตและมีขนาดที่สำคัญ เกินขนาดของอนุภาคคอลลอยด์เองและจากนั้นอย่างรวดเร็ว ตกตะกอน}

หากคุณใช้สารตัวใดตัวหนึ่งมากเกินไป คุณสามารถสร้างสารทำให้คงตัวออกมาได้ ซึ่งจะรายงานความคงตัวของอนุภาคคอลลอยด์ของซิลเวอร์ไอโอไดด์ ในกรณีที่มี AgNO₃ มากเกินไปสารละลายจะมีซิลเวอร์ไอออนบวกมากขึ้น และ NO₃^- สิ่งสำคัญคือต้องรู้ว่ากระบวนการสร้างตะแกรงคริสตัล AgI เป็นไปตามกฎของ Panet-Fajans ดังนั้นจึงสามารถดำเนินการได้เฉพาะเมื่อมีไอออนที่ประกอบเป็นสารนี้เท่านั้นซึ่งในสารละลายนี้จะแสดงด้วยไอออนบวกเงิน (Ag⁺⁾

ไอออน Argentum ที่เป็นบวกจะยังคงสร้างเสร็จต่อไปที่ระดับการก่อตัวของผลึกขัดแตะของแกนกลาง ซึ่งรวมอยู่ในโครงสร้างไมเซลล์อย่างแน่นหนาและสื่อถึงศักย์ไฟฟ้า ด้วยเหตุนี้ไอออนที่ใช้ในการสร้างโครงตาข่ายนิวเคลียร์จึงเรียกว่าไอออนที่กำหนดศักยภาพ ในระหว่างการก่อตัวของอนุภาคคอลลอยด์ - ไมเซลล์ - มีคุณสมบัติอื่น ๆ ที่กำหนดกระบวนการอย่างใดอย่างหนึ่ง อย่างไรก็ตาม ทุกอย่างได้รับการพิจารณาโดยใช้ตัวอย่างที่มีการกล่าวถึงองค์ประกอบที่สำคัญที่สุด

บางแนวคิด

คำว่าอนุภาคคอลลอยด์นั้นสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดกับชั้นการดูดซับ ซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกันกับไอออนของประเภทที่เป็นตัวกำหนดศักย์ไฟฟ้า ในระหว่างการดูดซับของจำนวนปฏิกิริยาทั้งหมด

แกรนูลคือโครงสร้างที่เกิดจากแกนกลางและชั้นดูดซับ มีศักย์ไฟฟ้าเทียบเท่ากับศักย์ไฟฟ้า E แต่ค่าของมันจะน้อยกว่าและขึ้นอยู่กับค่าเริ่มต้นของปฏิกิริยาตอบโต้ในชั้นการดูดซับ

การแข็งตัวของอนุภาคคอลลอยด์เป็นกระบวนการที่เรียกว่าการแข็งตัวของเลือด ในระบบที่กระจัดกระจายจะนำไปสู่การก่อตัวของอนุภาคขนาดเล็กคนที่ใหญ่กว่า กระบวนการนี้มีลักษณะเฉพาะโดยการทำงานร่วมกันระหว่างส่วนประกอบโครงสร้างขนาดเล็กเพื่อสร้างโครงสร้างการแข็งตัวของเลือด