ბუნებაში არ არსებობს სუფთა ელემენტები. ძირითადად, ისინი ყველა ნარევებია. ისინი, თავის მხრივ, შეიძლება იყოს ჰეტეროგენული ან ერთგვაროვანი. ისინი წარმოიქმნება აგრეგაციის მდგომარეობაში მყოფი ნივთიერებებისგან, რაც ქმნის გარკვეულ დისპერსიულ სისტემას, რომელშიც არის სხვადასხვა ფაზა. გარდა ამისა, ნარევები ჩვეულებრივ შეიცავს დისპერსიულ საშუალებას. მისი არსი მდგომარეობს იმაში, რომ იგი ითვლება დიდი მოცულობის ელემენტად, რომელშიც ნაწილდება გარკვეული ნივთიერება. დისპერსიულ სისტემაში ფაზა და გარემო განლაგებულია ისე, რომ მათ შორის არის ინტერფეისის ნაწილაკები. ამიტომ მას ჰეტეროგენული ან ჰეტეროგენული ეწოდება. ამის გათვალისწინებით ზედაპირის მოქმედებას და არა მთლიანად ნაწილაკებს დიდი მნიშვნელობა აქვს.
დისპერსიული სისტემის კლასიფიკაცია
ფაზა, მოგეხსენებათ, წარმოდგენილია ნივთიერებებით, რომლებსაც განსხვავებული მდგომარეობა აქვთ. და ეს ელემენტები იყოფა რამდენიმე ტიპად. დისპერსიული ფაზის აგრეგაციის მდგომარეობა დამოკიდებულია კომბინაციაზეგარემო, შედეგად მიიღება 9 ტიპის სისტემა:
- გაზი. თხევადი, მყარი და განსახილველი ელემენტი. ერთგვაროვანი ნარევი, ნისლი, მტვერი, აეროზოლები.
- თხევადი დისპერსიული ფაზა. გაზი, მყარი, წყალი. ქაფი, ემულსიები, ხსნარები.
- მყარი დისპერსიული ფაზა. სითხე, გაზი და ამ შემთხვევაში განხილული ნივთიერება. ნიადაგი, საშუალებები მედიცინაში ან კოსმეტიკაში, ქანები.
როგორც წესი, დისპერსიული სისტემის ზომა განისაზღვრება ფაზის ნაწილაკების ზომით. არსებობს შემდეგი კლასიფიკაცია:
- უხეში (შეჩერებები);
- თხელი (კოლოიდური და ნამდვილი ხსნარები).
დისპერსიული სისტემის ნაწილაკები
უხეში ნარევების გამოკვლევისას შეიძლება შეამჩნიოთ, რომ სტრუქტურაში ამ ნაერთების ნაწილაკები ჩანს შეუიარაღებელი თვალით, იმის გამო, რომ მათი ზომა 100 ნმ-ზე მეტია. სუსპენზია, როგორც წესი, ეხება სისტემას, რომელშიც დისპერსიული ფაზა გამოყოფილია საშუალოდან. ეს იმიტომ ხდება, რომ ისინი განიხილება გაუმჭვირვალე. სუსპენზიები იყოფა ემულსიებად (უხსნადი სითხეები), აეროზოლებად (წვრილი ნაწილაკები და მყარი), სუსპენზიებად (მყარი წყალში).
კოლოიდური ნივთიერება არის ყველაფერი, რომელსაც აქვს სხვა ელემენტის თანაბრად დანაწილება მასზე. ანუ ის იმყოფება, უფრო სწორად, დისპერსიული ფაზის ნაწილია. ეს არის მდგომარეობა, როდესაც ერთი მასალა მთლიანად ნაწილდება მეორეში, უფრო სწორად მის მოცულობაში. რძის მაგალითში, თხევადი ცხიმი ნაწილდება წყალხსნარში. ამ შემთხვევაში, პატარა მოლეკულა 1-ის ფარგლებშიანანომეტრი და 1 მიკრომეტრი, რაც მას უხილავს ხდის ოპტიკური მიკროსკოპისთვის, როდესაც ნარევი ერთგვაროვანი ხდება.
ანუ ხსნარის არცერთ ნაწილს არ აქვს დისპერსიული ფაზის უფრო დიდი ან ნაკლები კონცენტრაცია, ვიდრე რომელიმე სხვა. შეიძლება ითქვას, რომ ის ბუნებით კოლოიდურია. უფრო დიდს უწოდებენ უწყვეტ ფაზას ან დისპერსიულ საშუალებას. ვინაიდან მისი ზომა და განაწილება არ იცვლება და მოცემული ელემენტი მასზე ნაწილდება. კოლოიდების ტიპებს მიეკუთვნება აეროზოლები, ემულსიები, ქაფები, დისპერსიები და ნარევები, რომლებსაც ჰიდროზოლები ეწოდება. თითოეულ ასეთ სისტემას აქვს ორი ფაზა: დისპერსიული და უწყვეტი ფაზა.
კოლოიდები ისტორიის მიხედვით
მძაფრი ინტერესი ასეთი ნივთიერებების მიმართ იყო მე-20 საუკუნის დასაწყისში ყველა მეცნიერებაში. აინშტაინმა და სხვა მეცნიერებმა გულდასმით შეისწავლეს მათი მახასიათებლები და გამოყენება. იმ დროს მეცნიერების ეს ახალი დარგი იყო წამყვანი კვლევის სფერო თეორეტიკოსების, მკვლევარების და მწარმოებლებისთვის. 1950 წლამდე ინტერესის პიკის შემდეგ, კოლოიდების კვლევა მნიშვნელოვნად შემცირდა. საინტერესოა აღინიშნოს, რომ მას შემდეგ, რაც ახლახან გამოჩნდა უმაღლესი სიმძლავრის მიკროსკოპები და „ნანოტექნოლოგიები“(გარკვეული მცირე მასშტაბის ობიექტების შესწავლა), განახლდა სამეცნიერო ინტერესი ახალი მასალების შესწავლის მიმართ.
მეტი ამ ნივთიერებების შესახებ
არსებობს ელემენტები, რომლებიც შეინიშნება როგორც ბუნებაში, ასევე ხელოვნურ ხსნარებში, რომლებსაც აქვთ კოლოიდური თვისებები. მაგალითად, მაიონეზი, კოსმეტიკური ლოსიონი და ლუბრიკანტები ხელოვნური ემულსიების ტიპებია, რძე კი მსგავსია.ბუნებაში ნაპოვნი ნარევი. კოლოიდური ქაფები მოიცავს ათქვეფილ კრემს და საპარსი ქაფს, ხოლო საკვები პროდუქტები მოიცავს კარაქს, მარშმლოუსს და ჟელეს. საკვების გარდა, ეს ნივთიერებები არსებობს გარკვეული შენადნობების, საღებავების, მელნის, სარეცხი საშუალებების, ინსექტიციდების, აეროზოლების, სტიროქაფის და რეზინის სახით. ლამაზ ბუნებრივ ობიექტებსაც კი, როგორიცაა ღრუბლები, მარგალიტები და ოპალები, აქვთ კოლოიდური თვისებები, რადგან მათ აქვთ სხვა ნივთიერება თანაბრად განაწილებული.
კოლოიდური ნარევების მიღება
მცირე მოლეკულების გაზრდით 1-დან 1 მიკრომეტრამდე დიაპაზონში, ან დიდი ნაწილაკების იმავე ზომამდე შემცირებით. კოლოიდური ნივთიერებების მიღება შესაძლებელია. შემდგომი წარმოება დამოკიდებულია დისპერსიულ და უწყვეტ ფაზებში გამოყენებული ელემენტების ტიპზე. კოლოიდები განსხვავებულად იქცევიან, ვიდრე ჩვეულებრივი სითხეები. და ეს შეინიშნება სატრანსპორტო და ფიზიკურ-ქიმიურ თვისებებში. მაგალითად, მემბრანას შეუძლია მასში გავლის საშუალება მისცეს ჭეშმარიტ ხსნარს მყარი მოლეკულებით, რომლებიც მიმაგრებულია თხევად მოლეკულებზე. მაშინ როდესაც კოლოიდური ნივთიერება, რომელსაც აქვს მყარი დისპერსიული სითხეში, დაიჭიმება მემბრანის მიერ. განაწილების პარიტეტი ერთგვაროვანია მიკროსკოპული თანასწორობის წერტილამდე უფსკრული მთელ მეორე ელემენტზე.
ნამდვილი გადაწყვეტილებები
კოლოიდური დისპერსია წარმოდგენილია ერთგვაროვანი ნარევის სახით. ელემენტი შედგება ორი სისტემისგან: უწყვეტი და დისპერსიული ფაზა. ეს მიუთითებს, რომ ეს საქმე დაკავშირებულიანამდვილი გადაწყვეტილებები, რადგან ისინი პირდაპირ კავშირშია ზემოაღნიშნულ ნარევთან, რომელიც შედგება რამდენიმე ნივთიერებისგან. კოლოიდში მეორეს აქვს პაწაწინა ნაწილაკების ან წვეთების სტრუქტურა, რომლებიც თანაბრად ნაწილდება პირველში. 1 ნმ-დან 100 ნმ-მდე არის ზომა, რომელიც ქმნის დისპერსიულ ფაზას, უფრო სწორად, ნაწილაკებს, მინიმუმ ერთ განზომილებაში. ამ დიაპაზონში დისპერსიული ფაზა არის ერთგვაროვანი ნარევები მითითებული ზომებით, შეგვიძლია დავასახელოთ სავარაუდო ელემენტები, რომლებიც შეესაბამება აღწერილობას: კოლოიდური აეროზოლები, ემულსიები, ქაფი, ჰიდროზოლები. ზედაპირის ქიმიური შემადგენლობით არსებითად მოქმედებს ნაწილაკები ან წვეთები, რომლებიც წარმოდგენილია მოცემულ ფორმულირებებში.
კოლოიდური ხსნარები და სისტემები
უნდა გავითვალისწინოთ ის ფაქტი, რომ დისპერსიული ფაზის ზომა სისტემაში ძნელად გასაზომი ცვლადია. გადაწყვეტილებები ზოგჯერ ხასიათდება საკუთარი თვისებებით. კომპოზიციების ინდიკატორების აღქმის გასაადვილებლად კოლოიდები მათ ემსგავსებიან და თითქმის ერთნაირად გამოიყურებიან. მაგალითად, თუ მას აქვს თხევადი დისპერსიული, მყარი ფორმა. შედეგად, ნაწილაკები არ გაივლიან მემბრანას. მაშინ როცა სხვა კომპონენტებს, როგორიცაა გახსნილი იონები ან მოლეკულები, შეუძლიათ მასში გავლა. თუ გაანალიზება უფრო მარტივია, გამოდის, რომ დაშლილი კომპონენტები გადის მემბრანაში და განხილულ ფაზაში კოლოიდური ნაწილაკები ვერ გადიან.
ფერის მახასიათებლების გამოჩენა და გაქრობა
ტინდალის ეფექტის გამო, ზოგიერთი ამ ნივთიერება გამჭვირვალეა. ელემენტის სტრუქტურაში ეს არის სინათლის გაფანტვა. მოყვება სხვა სისტემები და ფორმულირებებირაღაც ჩრდილში ან თუნდაც იყოს გაუმჭვირვალე, გარკვეული ფერით, თუნდაც ზოგიერთი არ იყოს ნათელი. ბევრი ნაცნობი ნივთიერება, მათ შორის კარაქი, რძე, ნაღები, აეროზოლები (ნისლი, სმოგი, კვამლი), ასფალტი, საღებავები, საღებავები, წებო და ზღვის ქაფი, არის კოლოიდები. კვლევის ეს სფერო 1861 წელს შემოიღო შოტლანდიელმა მეცნიერმა თომას გრეჰემმა. ზოგიერთ შემთხვევაში, კოლოიდი შეიძლება ჩაითვალოს ერთგვაროვან (არა ჰეტეროგენულ) ნარევად. ეს იმიტომ ხდება, რომ განსხვავება „დაშლილ“და „მარცვლოვან“მატერიას შორის შეიძლება ზოგჯერ მიდგომის საკითხი იყოს.
ჰიდროკოლოიდური ტიპის ნივთიერებები
ეს კომპონენტი განისაზღვრება, როგორც კოლოიდური სისტემა, რომელშიც ნაწილაკები წყალშია გაფანტული. ჰიდროკოლოიდულ ელემენტებს, სითხის ოდენობიდან გამომდინარე, შეუძლიათ მიიღონ სხვადასხვა მდგომარეობა, მაგალითად, გელი ან სოლი. ისინი შეუქცევადია (ერთკომპონენტიანი) ან შექცევადი. მაგალითად, აგარი, მეორე ტიპის ჰიდროკოლოიდი. შეიძლება არსებობდეს გელისა და ხსნარის მდგომარეობებში და მონაცვლეობით მდგომარეობებს შორის სითბოს დამატებით ან ამოღებით.
ბევრი ჰიდროკოლოიდი მიღებულია ბუნებრივი წყაროებიდან. მაგალითად, კარაგენანი მიიღება წყალმცენარეებისგან, ჟელატინი - მსხვილფეხა რქოსანი ცხიმიდან, ხოლო პექტინი - ციტრუსის ქერქიდან და ვაშლის ფაფუკიდან. ჰიდროკოლოიდები გამოიყენება საკვებში ძირითადად ტექსტურაზე ან სიბლანტეზე (სოუსი) ზემოქმედებისთვის. ასევე გამოიყენება კანის მოვლისთვის ან როგორც სამკურნალო საშუალება ტრავმის შემდეგ.
კოლოიდური სისტემების არსებითი მახასიათებლები
ამ ინფორმაციადან ჩანს, რომ კოლოიდური სისტემები დისპერსიული სფეროს ქვეგანყოფილებაა. ისინი, თავის მხრივ, შეიძლება იყოს გადაწყვეტილებები (sols)ან გელები (ჟელე). პირველები უმეტეს შემთხვევაში იქმნება ცოცხალი ქიმიის საფუძველზე. ეს უკანასკნელი წარმოიქმნება ნალექების ქვეშ, რომლებიც წარმოიქმნება სოლების კოაგულაციის დროს. ხსნარები შეიძლება იყოს წყლიანი ორგანული ნივთიერებებით, სუსტი ან ძლიერი ელექტროლიტებით. კოლოიდების დისპერსიული ფაზის ნაწილაკების ზომებია 100-დან 1 ნმ-მდე. მათი დანახვა შეუიარაღებელი თვალით შეუძლებელია. დნობის შედეგად ფაზასა და საშუალების გამიჯვნა რთულია.
კლასიფიკაცია გაფანტული ფაზის ნაწილაკების ტიპების მიხედვით
მულტიმოლეკულური კოლოიდები. როდესაც, დაშლისას, ატომები ან ნივთიერებების უფრო მცირე მოლეკულები (რომელთა დიამეტრი 1 ნმ-ზე ნაკლებია) ერთიანდებიან და წარმოქმნიან მსგავსი ზომის ნაწილაკებს. ამ ხსნარებში, დისპერსიული ფაზა არის სტრუქტურა, რომელიც შედგება ატომების ან მოლეკულების აგრეგატებისაგან, რომელთა მოლეკულური ზომა 1 ნმ-ზე ნაკლებია. მაგალითად, ოქრო და გოგირდი. ამ კოლოიდებში ნაწილაკები ერთმანეთთან იმართება ვან დერ ვაალის ძალებით. მათ ჩვეულებრივ აქვთ ლიოფილიური ხასიათი. ეს ნიშნავს ნაწილაკების მნიშვნელოვან ურთიერთქმედებას.
მაღალმოლეკულური წონის კოლოიდები. ეს არის ნივთიერებები, რომლებსაც აქვთ დიდი მოლეკულები (ე.წ. მაკრომოლეკულები), რომლებიც დაშლისას ქმნიან გარკვეულ დიამეტრს. ასეთ ნივთიერებებს მაკრომოლეკულურ კოლოიდებს უწოდებენ. ეს დისპერსიული ფაზის ფორმირების ელემენტები, როგორც წესი, არის პოლიმერები, რომლებსაც აქვთ ძალიან მაღალი მოლეკულური წონა. ბუნებრივი მაკრომოლეკულებია სახამებელი, ცელულოზა, ცილები, ფერმენტები, ჟელატინი და ა.შ. ხელოვნურში შედის სინთეზური პოლიმერები, როგორიცაა ნეილონი, პოლიეთილენი, პლასტმასი, პოლისტირონი და ა.შ.ე. ისინი ჩვეულებრივ ლიოფობიურია, რაც ამ შემთხვევაში ნაწილაკების სუსტ ურთიერთქმედებას ნიშნავს.
ასოცირებული კოლოიდები. ეს არის ნივთიერებები, რომლებიც გარემოში გახსნისას იქცევიან ნორმალური ელექტროლიტების მსგავსად დაბალი კონცენტრაციით. მაგრამ ისინი კოლოიდური ნაწილაკებია კომპონენტების უფრო დიდი ფერმენტული კომპონენტით აგრეგირებული ელემენტების წარმოქმნის გამო. ამგვარად წარმოქმნილ აგრეგატის ნაწილაკებს მიცელი ეწოდება. მათი მოლეკულები შეიცავს როგორც ლიოფიურ, ასევე ლიოფობიურ ჯგუფებს.
მიცელი. ისინი არის დაჯგუფებული ან აგრეგირებული ნაწილაკები, რომლებიც წარმოიქმნება ხსნარში კოლოიდის შეერთებით. გავრცელებული მაგალითებია საპნები და სარეცხი საშუალებები. ფორმირება ხდება კრაფტის გარკვეულ ტემპერატურაზე და გარკვეულ კრიტიკულ მიცელიზაციის კონცენტრაციაზე ზემოთ. მათ შეუძლიათ იონების წარმოქმნა. მიცელი შეიძლება შეიცავდეს 100-მდე მოლეკულას ან მეტს, მაგალითად ნატრიუმის სტეარატი ტიპიური მაგალითია. როდესაც ის წყალში იხსნება, გამოყოფს იონებს.
