Hệkeo vô cùng quan trọng trong cuộc đời của bất kỳ người nào. Điều này không chỉ do hầu hết các chất lỏng sinh học trong cơ thể sống đều tạo thành chất keo. Nhưng nhiều hiện tượng tự nhiên (sương mù, sương mù), đất, khoáng chất, thực phẩm, thuốc men cũng là hệ thống keo.
Đơn vị của các thành tạo như vậy, phản ánh thành phần và tính chất cụ thể của chúng, được coi là đại phân tử, hay micelle. Cấu trúc của hạt sau này phụ thuộc vào một số yếu tố, nhưng nó luôn là một hạt nhiều lớp. Lý thuyết động học phân tử hiện đại coi các dung dịch keo là một trường hợp đặc biệt của các dung dịch thật, với các hạt chất tan lớn hơn.
Phương pháp thu được dung dịch keo
Cấu trúc của micelle hình thành khi xuất hiện hệ thống keo, một phần phụ thuộc vào cơ chế của quá trình này. Các phương pháp thu nhận chất keo được chia thành hai nhóm khác nhau về cơ bản.
Phương pháp phân tán có liên quan đến việc nghiền các hạt khá lớn. Tùy thuộc vào cơ chế của quá trình này, các phương pháp sau được phân biệt.
- Tinh luyện. Có thể được thực hiện khô hoặcđường ướt. Trong trường hợp đầu tiên, đầu tiên chất rắn được nghiền nhỏ, và chỉ sau đó chất lỏng mới được thêm vào. Trong trường hợp thứ hai, chất này được trộn với một chất lỏng, và chỉ sau đó nó được chuyển thành một hỗn hợp đồng nhất. Quá trình nghiền được thực hiện trong các nhà máy đặc biệt.
- Sưng. Quá trình nghiền đạt được là do thực tế là các hạt dung môi thâm nhập vào pha phân tán, đi kèm với sự mở rộng của các hạt của nó để phân tách.
- Tán sắc bằng sóng siêu âm. Vật liệu được nghiền được đặt trong chất lỏng và được tạo âm.
- Phân tán điện giật. Nhu cầu trong sản xuất sol kim loại. Nó được thực hiện bằng cách đặt các điện cực làm bằng kim loại phân tán vào chất lỏng, sau đó đặt điện áp cao vào chúng. Kết quả là, một hồ quang điện được hình thành, trong đó kim loại được phun và sau đó ngưng tụ thành một dung dịch.
Các phương pháp này phù hợp với cả các hạt keo đông khô và đông khô. Cấu trúc micelle được thực hiện đồng thời với việc phá hủy cấu trúc ban đầu của chất rắn.
Phương pháp ngưng tụ
Nhóm phương pháp thứ hai dựa trên sự mở rộng của hạt được gọi là phương pháp ngưng tụ. Quá trình này có thể dựa trên các hiện tượng vật lý hoặc hóa học. Các phương pháp ngưng tụ vật lý bao gồm các phương pháp sau.
- Thay thế dung môi. Nó phụ thuộc vào việc chuyển một chất từ một dung môi, trong đó nó hòa tan rất tốt sang một dung môi khác, trong đó độ hòa tan thấp hơn nhiều. Kết quả là, các hạt nhỏsẽ kết hợp thành các tập hợp lớn hơn và dung dịch keo sẽ xuất hiện.
- Hơi ngưng tụ. Một ví dụ là sương mù, có các hạt có thể đọng lại trên bề mặt lạnh và dần dần lớn hơn.
Phương pháp ngưng tụ hóa học bao gồm một số phản ứng hóa học kèm theo sự kết tủa của một cấu trúc phức tạp:
- Trao đổi ion: NaCl + AgNO3=AgCl ↓ + NaNO3.
- Quy trình oxy hóa khử: 2H2S + O2=2S ↓ + 2H2 Ô
- Thủy phân: Al2S3+ 6H2O=2Al (OH)3↓ + 3H2S.
Điều kiện ngưng tụ hóa chất
Cấu trúc của các mixen được hình thành trong các phản ứng hóa học này phụ thuộc vào sự thừa hay thiếu của các chất tham gia vào chúng. Ngoài ra, đối với sự xuất hiện của các dung dịch keo, cần phải tuân theo một số điều kiện để ngăn chặn sự kết tủa của một hợp chất ít tan:
- hàm lượng các chất trong dung dịch hỗn hợp phải thấp;
- tốc độ trộn của họ phải thấp;
- một trong những giải pháp nên được thực hiện quá mức.
Cấu trúc Micelle
Phần chính của micelle là lõi. Nó được hình thành bởi một số lượng lớn các nguyên tử, ion và phân tử của một hợp chất không hòa tan. Thông thường lõi được đặc trưng bởi cấu trúc tinh thể. Bề mặt của hạt nhân có một nguồn năng lượng tự do dự trữ nên nó có khả năng hấp phụ chọn lọc các ion từ môi trường. Quá trình nàytuân theo quy tắc Peskov cho biết: trên bề mặt của một chất rắn, các ion đó chủ yếu bị hấp phụ và có khả năng hoàn thành mạng tinh thể của chính nó. Điều này có thể xảy ra nếu các ion này có liên quan hoặc tương tự về bản chất và hình dạng (kích thước).
Trong quá trình hấp phụ, một lớp ion tích điện dương hoặc âm, được gọi là ion xác định thế năng, được hình thành trên lõi micelle. Do lực tĩnh điện, tập hợp mang điện tạo thành sẽ thu hút các ion trái dấu (ion mang điện tích trái dấu) khỏi dung dịch. Như vậy, một hạt keo có cấu trúc nhiều lớp. Micelle có được một lớp điện môi được xây dựng từ hai loại ion tích điện trái dấu.
Hydrosol BaSO4
Ví dụ, có thể thuận tiện xem xét cấu trúc của micelle bari sulfat trong dung dịch keo được chuẩn bị với lượng dư bari clorua. Quá trình này tương ứng với phương trình phản ứng:
BaCl2 (p)+ Na2SO4 (p)=BaSO4 ( t )+ 2NaCl(p).
Hòa tan nhẹ trong nước, bari sulfat tạo thành một tập hợp vi tinh thể được xây dựng từ số thứ m của phân tử BaSO4. Bề mặt của tập hợp này hấp thụ lượng ion Ba2 +thứ n. 2 (n - x) Các ion Cl-được kết nối với lớp các ion xác định thế năng. Và phần còn lại của các countererions (2x) nằm trong lớp khuếch tán. Tức là, hạt của micelle này sẽ được tích điện dương.
Nếu natri sunfat được dùng quá mức, thìcác ion xác định thế sẽ là các ion SO42-, và các ion trái dấu sẽ là Na+. Trong trường hợp này, điện tích của hạt sẽ là âm.
Ví dụ này chứng minh rõ ràng rằng dấu hiệu điện tích của hạt micelle phụ thuộc trực tiếp vào các điều kiện chuẩn bị của nó.
Micelles thu âm
Ví dụ trước cho thấy cấu trúc hóa học của mixen và công thức phản ánh nó được xác định bởi chất được lấy dư. Chúng ta hãy xem xét các cách viết tên của các bộ phận riêng lẻ của một hạt keo bằng cách sử dụng ví dụ về đồng sunfua hydrosol. Để điều chế, người ta nhỏ từ từ dung dịch natri sunfua vào một lượng dư dung dịch đồng clorua:
CuCl2+ Na2S=CuS ↓ + 2NaCl.
Công thức cấu tạo của micelle CuS thu được trong lượng dư CuCl2được viết như sau:
{[mCuS] · nCu2 +· xCl- }+ (2n-x) · (2n-x) Cl-.
Các bộ phận cấu trúc của hạt keo
Trong ngoặc vuông, viết công thức của một hợp chất ít tan, là cơ sở của toàn bộ hạt. Nó thường được gọi là tổng hợp. Thông thường, số lượng phân tử tạo nên tập hợp được viết bằng chữ cái Latinh m.
Các ion xác định tiềm năng được chứa dư trong dung dịch. Chúng nằm trên bề mặt của tập hợp và trong công thức chúng được viết ngay sau dấu ngoặc vuông. Số ion này được kí hiệu là n. Tên của các ion này chỉ ra rằng điện tích của chúng quyết định điện tích của hạt micelle.
Hạt được hình thành bởi lõi và một phầncác phản trong lớp hấp phụ. Giá trị của điện tích hạt bằng tổng điện tích của các phản điện thế xác định và hấp phụ: + (2n - x). Phần còn lại của các trái cầu nằm trong lớp khuếch tán và bù đắp điện tích của hạt.
Nếu Na2S được lấy quá nhiều, thì đối với micelle dạng keo, sơ đồ cấu trúc sẽ như sau:
{[m (CuS)] ∙ nS2–∙ xNa+ }- (2n - x)∙ (2n - x) Na+.
Micelles của chất hoạt động bề mặt
Trong trường hợp nồng độ của các chất hoạt động bề mặt (chất hoạt động bề mặt) trong nước quá cao, các tập hợp phân tử (hoặc ion) của chúng có thể bắt đầu hình thành. Những hạt phóng to này có hình dạng của một quả cầu và được gọi là mixen Gartley-Rebinder. Cần lưu ý rằng không phải tất cả các chất hoạt động bề mặt đều có khả năng này mà chỉ những chất mà tỷ lệ phần kỵ nước và phần ưa nước là tối ưu. Tỷ lệ này được gọi là cân bằng ưa nước-ưa béo. Khả năng bảo vệ lõi hydrocacbon khỏi nước của các nhóm phân cực của chúng cũng đóng một vai trò quan trọng.
Tập hợp các phân tử chất hoạt động bề mặt được hình thành theo những quy luật nhất định:
- không giống như các chất phân tử thấp, tập hợp của chúng có thể bao gồm một số lượng phân tử khác nhau, sự tồn tại của các mixen chất hoạt động bề mặt là có thể xảy ra với một số lượng phân tử được xác định chặt chẽ;
- nếu đối với các chất vô cơ, sự bắt đầu của quá trình mixen được xác định bởi giới hạn hòa tan, thì đối với các chất hoạt động bề mặt hữu cơ, nó được xác định bằng việc đạt được nồng độ tới hạn của micellization;
- đầu tiên, số lượng micelle trong dung dịch tăng lên, sau đó kích thước của chúng tăng lên.
Ảnh hưởng của nồng độ lên hình dạng micelle
Cấu trúc của các mixen hoạt động bề mặt bị ảnh hưởng bởi nồng độ của chúng trong dung dịch. Khi đạt đến một số giá trị của nó, các hạt keo bắt đầu tương tác với nhau. Điều này khiến hình dạng của chúng thay đổi như sau:
- hình cầu biến thành hình elip và sau đó thành hình trụ;
- nồng độ xi lanh cao dẫn đến sự hình thành pha lục giác;
- trong một số trường hợp, pha phiến và tinh thể rắn (hạt xà phòng) xuất hiện.
Các loại mixen
Ba loại hệ thống keo được phân biệt theo tính chất đặc thù của tổ chức cấu trúc bên trong: huyền phù, hệ keo micellar, hệ keo phân tử.
Chất lơ lửng có thể là chất keo không thể đảo ngược, cũng như chất keo kỵ khí. Cấu trúc này đặc trưng cho các dung dịch của kim loại, cũng như các hợp chất của chúng (các oxit và muối khác nhau). Cấu trúc của pha phân tán được tạo thành bởi các huyền phù không khác với cấu trúc của một chất đặc. Nó có một mạng tinh thể phân tử hoặc ion. Sự khác biệt so với hệ thống treo là độ phân tán cao hơn. Tính bất thuận nghịch thể hiện ở khả năng dung dịch của chúng sau khi bay hơi tạo thành kết tủa khô, không thể chuyển hóa thành sol bằng cách hòa tan đơn giản. Chúng được gọi là lyophobic vì tương tác yếu giữa pha phân tán và môi trường phân tán.
Micellar colloids là dung dịch mà các hạt keo được hình thànhkhi dính các phân tử đioxit có chứa nhóm nguyên tử phân cực và gốc không phân cực. Ví dụ như xà phòng và chất hoạt động bề mặt. Các phân tử trong các mixen như vậy được giữ bởi các lực phân tán. Hình dạng của những chất keo này không chỉ có thể là hình cầu mà còn có thể là hình phiến.
Chất keophân tử khá ổn định mà không cần chất ổn định. Các đơn vị cấu trúc của chúng là các đại phân tử riêng lẻ. Hình dạng của hạt keo có thể thay đổi tùy thuộc vào tính chất của phân tử và tương tác nội phân tử. Vì vậy, một phân tử tuyến tính có thể tạo thành một thanh hoặc một cuộn dây.
