UNIVERZITET U TUZLI Prirodno-matematički fakultet Odsjek hemija
KOLOIDNI RASTVORI
Tuzla, 2012
SADRŽAJ: 1. 2. 3. 4.
Koloidni rastvori ………………………………………………………………………3 Hidrofobni koloidi.........................................................................5 Hidrofilni koloidi............................................................................6 Hemijska kinetika..........................................................................7
2
1. KOLOIDNI RASTVORI Koloidni sistemi su disperzni sistemi kod kojih se veličina čestica kreće u rasponu od 1 – 100 mm. Tipovi koloidnih sistema Disperznafaza:
Disperzno sredstvo:
Primjer:
Gas
Gas Tečnost Čvrsta supstanca
Nemoguć(homogen sist.) Pjena Vazduh u mineralima
Tečnost
Gas Tečnost Čvrsta supstanca
Magla Mlijeko Voda u maslacu
Čvrsta supstanca
Gas Tečnost Čvrsta supstanca
dim gvožĎe (III)-hidroksid u vodi koloidno zlato u staklu
Slika 1.PODJELA KOLOIDA PREMA STRUKTURI
3
Podjela koloida prema interakciji sa disperzionim sredstvom : • Liofilni (hidrofilni) koloidi pokazuju afinitet prema disperznom sredstvu i obavijeni su molekulama rastvarača (vode) • Liofobni (hidrofobni) koloidi ne pokazuju afinitet prema disperznom sredstvu Osobine kolidnih sistema : • Osobine koloidnih sistema zavise od veličine čestica. • Čestice koloidnih sistema imaju veliku površinu. Smanjivanjem veličine čestica : • Povećava se specifična površina • Povećava se stepen disperzije Koloidne čestice imaju veliku površinsku slobodnu energiju koju teže da smanje putem spontane težnje ka stapanju ili agregaciji (gomilanju) koloidnih čestica i adsorpcije jona iz rastvora. Osobine koloidnog sistema : • Optičke osobine koloidnih sistema (Tindalov efekat, ultra-mikroskop) • Kinetičke osobine koloidnih sistema (Braunovo kretanje, dijaliza, ultra-filtracija) • Stabilnost koloidnih sistema • Destabilizacija koloidnih sistema Tindalov efekat Tindalov efekat je pojava kada propuštanjem svjetlosti kroz koloidni sistem dolazi do rasipanja svjetlosti u svim pravcima na koloidnim česticama.
4
Braunovo kretanje Koloidne čestice ostaju dispergovane u disperznom sredstvu jednim dijelom zahvaljujući slučajnim sudarima sa ostalim molekulama i atomima. Koloidni sistemi su stabilni. Važni činioci za stabilnost koloidnih sistema su:
Braunovo kretanje
Zemljina teža
Interakcija sa disperznom fazom (liofilni I liofobni koloidi)
Elektrostatičke interakcije
Slika 2.STABILNOST KOLOIDNIH SISTEMA
5
1. HIDROFOBNI KOLOIDI Koloidi tog tipa, sa obzirom da nemaju afinitet prema disperznom sredstvu, adsorbuju iz rastvora pozitivne ili negativne jone, pa su sve čestice istoimeno naelektrisane.Zbog toga naboja koloidni rastvor je stabilan.
Slika 3.KOLOIDNA ČESTICA
Destabilizacija hidrofobnih koloida Koagulacija je ukrupnjavanje koloidnih čestica.Sedimentacija je pojava vidljivog taloženja. Hidrofobni koloidi se destabilizuju neutralisanjem njihovog naelektrisanja. Destabilizacija se izvodi dodavanjem jona suprotnog naboja (koji se asdorbuje). Efikasnost jona u pogledu koagulacije raste sa naelektrisanjem jona.
6
Al+3 > Ca+2 > K+
2. HIDROFILNI KOLOIDI Čestice hidrofilnih koloida, usljed njihovog velikog afiniteta vodi, obavijene su plaštom molekula vode koji sprečava spajanje koloidnih čestica u velike agregate. Destabilizuju se dodatkom velikih koncetracija soli dodatkom organsih rastarača koji ih miješaju sa vodom. REVERZIBILNI KOLOIDI
SOL
GEL
Na Tindalovom efektu se zasniva rad ultra mikroskopiranja kojim se posmatraju koloidne čestice.Kada se posmatra ultra mikroskopom, rasipana svetlost sa svake koloidne čestice se vidi kao svijetla mrlja. Koloidni rastvori pokazuju pojavu opalescencije.Ako se kroz koloidni rastvor propusti svjetlost i posmatra u smjeru prostiranja svjetlosti pokazivaće plavičastožutu boju, a kad se posmatra sa strane vidi se samo plava boja.Ova razlika u boji, u zavisnosti od toga u kom smjeru se posmatra koloidni rastvoru odnosu na smejr posmatranja svjetlosti, naziva se opalescencija. Koloidne čestice imaju mali prečnik. Pri prolasku svjetlosti kroz koloidni rastvor na koloidnim česticama dolazi do vršenja difrakcije svjetlosti, tako da se svaka koloidna čestica ponaša kao samostalan izvor svjetlosti.
7
Koloidni rastvor kod koga je disperzna faza čvrsta a disperzno sredstvo tečno naziva se SOL.Kada je ovakav sistem polučvrst naziva se GEL. Kolidne čestice se sastoje od jezgra na čijoj površini se adsorbuju joni iz rastvora, stvarajući jonski sloj kojiim daje odreĎeno naelektrisanje. Takva koloidna čestica naziva se MICELA.
3. HEMIJSKA KINETIKA Hemijska kinetika proučava brzinu hemijskih reakcija.Brzina hemijske reakcije je promjena reagujućih supstanci u jedinici vremena.
V= C=C1-C2 -gdje je C1 koncenracija tvari u času t1, C2 koncentracija tvari u času t2
t=t2 - t1 - predstavlja vremenski interval u kome se odvija reakcija. Prvi uslov da doĎe do hemjske reakcije meĎu nekim supstancama je da njihove molekule, atomi ili joni doĎu u meĎusobni dodir – da se sudare. Za uspješan sudar nisu sposobne sve čestice, već samo one koje posjeduju energiju aktivacije. To znači da brzina hemijske reakcije zavisi od broja uspješnih sudara u jedinici vremena. Što je veći broj čestica koje posjeduju energiju aktivacije biće veći broj uspješnih sudara, odnosno veća brzina hemijske reakcije. Energija aktivacije je energija koju treba da posjeduju čestice regujućih supstanci da bi pri njihovom sudaru došlo do hemijske reakcije. Do koagulacije može doći dodavanjem rastvoru suprotno naelektrisanih čestica. Pri tome do promjenena elektrisanja koloidnih čestica i do taloženja, pri čemu se u koloidnom rastvoru nalazi isti broj pozitivnih i negativnih čestica, naziva se IZOELEKTRIČNA TAČKA. Na izoelektričnoj tački se koloidni najbrže talože. 8
U odnosu na ponašanje gela prema vodi i drugim rastvaračima dijele se napovratne I nepovratne koloide. Povratni koloidi mogu, rastvaranjem u vodi, da preĎu u sol stanje, dok nepovratni liofobni ne mogu.Nepovratni koloidi mogu da preĎu u sol stanje ako se u vodi doda mala količina elektrolita.Pri tome se joni elektrolita adsorbuju na česticama taloga, naelektrišu se istom vrstom elektriciteta, pa čestice počinju da se odbijaju I rasporeĎuju u tečnoj fazi. Ova pojava se naziva PEPTIZACIJA.Kada se kroz koloidni rastvor propusti električna struja sve čestice se kreću ka istoj elektrodi.Ova pojava naziva se ELEKTROFOREZA. Pri sudaru dvije čestice koje posjeduju energiju aktivacije nastaje takozvano prelazno stanje ili aktivirani kompleks. U tom stanju se čestice zadržavaju veoma kratko, onoliko koliko je potrebno da se raskinu postojeće hemijske veze. Energija prelaznog stanja (aktivirani kompleks) veća je od energije početnog i krajnjeg stanja. Pri povećanju koncentracije reagujućih supstanci povećava se broj čestica koje posjeduju enegiju pa se povećava I brzina hemijske reakcije. Zavisnost izmeĎ ubrzine hemijske reakcije i koncentracije reagujućih supstanci definisali su 1867 g. Gulberg i Wage zakonom o dejstvu aktivnih masa “Brzina hemijske reakcije upravo je proporcinalna proizvodu koncentracija reagujućih supstanci pri konstantnoj temperaturi.” Brzina hemijske reakcije V je jednaka V1=k1CACB
V2=k2C6CD
9
