هم محیط پراکندگی و هم فاز پراکنده می توانند از موادی در حالت های مختلف تجمع تشکیل شوند. بسته به ترکیب حالت های محیط پراکندگی و فاز پراکنده، هشت نوع از این سیستم ها را می توان تشخیص داد.
طبقه بندی سیستم های پراکنده بر اساس حالت تجمع
|
محیط پراکنده |
فاز پراکنده |
نمونه هایی از برخی از سیستم های پراکنده طبیعی و خانگی |
|
مایع |
مه، گاز همراه با قطرات روغن، مخلوط کاربراتور در موتور خودرو (قطرات بنزین در هوا) |
|
|
جامد |
گرد و غبار در هوا، دود، دود، سیموم (گرد و غبار و طوفان شن) |
|
|
مایع |
نوشابه های گازدار، حمام حباب |
|
|
مایع |
محیط های مایع بدن (پلاسمای خون، لنف، شیره های گوارشی)، محتویات مایع سلول ها (سیتوپلاسم، کاریوپلاسم) |
|
|
جامد |
بوسه، ژله، چسب، لجن رودخانه یا دریا معلق در آب، ملات |
|
|
جامد |
پوسته برفی با حباب های هوا در آن، خاک، پارچه های نساجی، آجر و سرامیک، لاستیک فوم، شکلات گازدار، پودر |
|
|
مایع |
خاک مرطوب، محصولات پزشکی و آرایشی (پماد، ریمل، رژ لب و ...) |
|
|
جامد |
سنگ، شیشه های رنگی، برخی آلیاژها |
همچنین، به عنوان یک ویژگی طبقه بندی، می توانیم مفهومی مانند اندازه ذرات یک سیستم پراکنده را تشخیص دهیم:
- - پراکنده درشت (> 10 میکرون): شکر دانه ریز، خاک، مه، قطرات باران، خاکستر آتشفشانی، ماگما و غیره.
- - متوسط ریز (0.1-10 میکرون): گلبول های قرمز خون انسان، E. coli و غیره.
ژل تعلیق امولسیون پراکنده
- - بسیار پراکنده (100-1 نانومتر): ویروس آنفولانزا، دود، کدورت در آبهای طبیعی، sols به دست آمده مصنوعی مواد مختلف، محلول های آبی پلیمرهای طبیعی (آلبومین، ژلاتین و غیره) و غیره.
- - اندازه نانو (10-1 نانومتر): مولکول گلیکوژن، منافذ ریز زغال سنگ، سل های فلزی به دست آمده در حضور مولکول ها مواد آلیمحدود کردن رشد ذرات، نانولوله های کربنی، نانوسیم های مغناطیسی ساخته شده از آهن، نیکل و غیره.
سیستم های پراکنده درشت: امولسیون ها، سوسپانسیون ها، آئروسل ها
بر اساس اندازه ذرات ماده تشکیل دهنده فاز پراکنده، سیستم های پراکنده به درشت با اندازه ذرات بیش از 100 نانومتر و به صورت ریز با اندازه ذرات از 1 تا 100 نانومتر تقسیم می شوند. اگر ماده به مولکول ها یا یون هایی با اندازه کمتر از 1 نانومتر تکه تکه شود، یک سیستم همگن تشکیل می شود - یک محلول. محلول همگن است، هیچ رابطی بین ذرات و محیط وجود ندارد و بنابراین به سیستم های پراکنده تعلق ندارد. سیستم های پراکنده درشت به سه گروه امولسیون ها، سوسپانسیون ها و آئروسل ها تقسیم می شوند.
امولسیون ها سیستم های پراکنده ای با محیط پخش مایع و فاز پراکنده مایع هستند.
آنها همچنین می توانند به دو گروه تقسیم شوند: 1) مستقیم - قطرات مایع غیر قطبی در یک محیط قطبی (روغن در آب). 2) معکوس (آب در روغن). تغییر در ترکیب امولسیون ها یا تأثیرات خارجی می تواند منجر به تبدیل امولسیون مستقیم به امولسیون معکوس شود و بالعکس. نمونه هایی از معروف ترین امولسیون های طبیعی شیر (امولسیون مستقیم) و روغن (امولسیون معکوس) هستند. یک امولسیون بیولوژیکی معمولی قطرات چربی در لنف است.
از جمله امولسیون های شناخته شده در عمل بشر می توان به مایعات برش، مواد قیر، آفت کش ها، داروها و لوازم آرایشی اشاره کرد. محصولات غذایی. به عنوان مثال، در عمل پزشکی، امولسیون های چربی به طور گسترده ای برای تامین انرژی بدن گرسنه یا ضعیف از طریق انفوزیون داخل وریدی استفاده می شود. برای بدست آوردن چنین امولسیونی از روغن زیتون، پنبه دانه و سویا استفاده می شود. در فن آوری شیمیایی، پلیمریزاسیون امولسیونی به طور گسترده ای به عنوان روش اصلی برای تولید لاستیک، پلی استایرن، پلی وینیل استات و غیره استفاده می شود. سوسپانسیون ها سیستم های درشت با فاز پراکنده جامد و محیط پخش مایع هستند.
به طور معمول، ذرات فاز پراکنده یک سوسپانسیون آنقدر بزرگ هستند که تحت تأثیر گرانش - رسوب قرار می گیرند. سیستم هایی که در آنها به دلیل اختلاف کم چگالی فاز پراکنده و محیط پراکندگی، ته نشینی بسیار کند اتفاق می افتد، سوسپانسیون نیز نامیده می شوند. تعلیق های ساختمانی عملاً مهم عبارتند از سفید کاری ("شیر آهک")، رنگ های لعاب، و انواع آویزهای ساختمانی، به عنوان مثال آنهایی که "ملات سیمان" نامیده می شوند. سوسپانسیون ها شامل داروها نیز می شوند، به عنوان مثال پمادهای مایع - لمینت ها. یک گروه خاص از سیستم های پراکنده درشت تشکیل شده است که در آنها غلظت فاز پراکنده در مقایسه با غلظت کم آن در سوسپانسیون ها نسبتاً زیاد است. چنین سیستم های پراکنده ای خمیر نامیده می شوند. به عنوان مثال، برای شما شناخته شده از زندگی روزمرهدندانپزشکی، آرایشی، بهداشتی و غیره
آئروسل ها سیستم های پراکنده درشتی هستند که در آنها محیط پراکندگی هوا است و فاز پراکنده می تواند قطرات مایع (ابرها، رنگین کمان ها، اسپری مو یا دئودورانت منتشر شده از قوطی) یا ذرات یک ماده جامد (ابر گرد و غبار، گردباد) باشد.
سیستم های کلوئیدی - در آنها اندازه ذرات کلوئیدی تا 100 نانومتر می رسد. چنین ذرات به راحتی به منافذ فیلترهای کاغذی نفوذ می کنند، اما از طریق منافذ نفوذ نمی کنند. غشاهای بیولوژیکیگیاهان و حیوانات از آنجایی که ذرات کلوئیدی (میسل ها) دارای بار الکتریکی هستند و پوسته های یونی حل شده دارند که به همین دلیل معلق می مانند، ممکن است برای مدت طولانی رسوب نکنند. نمونه بارز سیستم کلوئیدی محلول های ژلاتین، آلبومین، صمغ عربی و محلول های کلوئیدی طلا و نقره است.
سیستم های کلوئیدی یک موقعیت میانی بین سیستم های درشت و راه حل های واقعی را اشغال می کنند. آنها در طبیعت گسترده هستند. خاک، خاک رس، آب های طبیعی، بسیاری از مواد معدنی، از جمله برخی سنگهای قیمتی، - همه اینها سیستم های کلوئیدی هستند.
دو گروه از محلول های کلوئیدی وجود دارد: مایع (محلول های کلوئیدی - sols) و ژل مانند (ژله - ژل).
بیشتر مایعات بیولوژیکی سلول (سیتوپلاسم ذکر شده، آب هسته - کاریوپلاسم، محتویات واکوئل) و موجودات زنده به طور کلی محلول های کلوئیدی (sols) هستند. تمام فرآیندهای حیاتی که در موجودات زنده رخ می دهند با حالت کلوئیدی ماده مرتبط هستند. در هر سلول زنده بیوپلیمرهایی وجود دارد ( اسیدهای نوکلئیکپروتئین ها، گلیکوزآمینوگلیکان ها، گلیکوژن) به شکل سیستم های پراکنده هستند.
ژل ها سیستم های کلوئیدی هستند که در آنها ذرات فاز پراکنده یک ساختار فضایی را تشکیل می دهند.
ژل ها می توانند: غذا - مارمالاد، گل ختمی، گوشت ژله ای، ژله؛ بیولوژیکی - غضروف، تاندون، مو، بافت عضلانی و عصبی، بدن چتر دریایی؛ لوازم آرایشی - ژل دوش، کرم؛ پزشکی - داروها، پمادها؛ معدنی - مروارید، عقیق، کارنلین، کلسدونی.
سیستم های کلوئیدی برای زیست شناسی و پزشکی اهمیت زیادی دارند. ترکیب هر موجود زنده شامل مواد جامد، مایع و گازی است که در رابطه پیچیده با محیط هستند. با نقطه شیمیاییاز دیدگاه ما، ارگانیسم به عنوان یک کل مجموعه پیچیده ای از بسیاری از سیستم های کلوئیدی است.
مایعات بیولوژیکی (خون، پلاسما، لنف، مایع مغزی نخاعی و غیره) سیستم های کلوئیدی هستند که در آنها ترکیبات آلی مانند پروتئین ها، کلسترول، گلیکوژن و بسیاری دیگر در حالت کلوئیدی هستند. چرا طبیعت چنین ترجیحی به او می دهد؟ این ویژگی در درجه اول به دلیل این واقعیت است که یک ماده در حالت کلوئیدی دارای رابط بزرگی بین فازها است که به واکنش های متابولیکی بهتر کمک می کند.
نمونه هایی از سیستم های پراکنده طبیعی و مصنوعی. کانی ها و سنگ ها به عنوان مخلوط های طبیعی
تمام طبیعت اطراف ما - موجودات حیوانی و گیاهی، هیدروسفر و جو، پوسته زمینو زیر خاک مجموعه پیچیده ای از انواع مختلف و متنوع سیستم های درشت و کلوئیدی است. ابرهای سیاره ما همان موجودات زنده ای هستند که تمام طبیعتی که ما را احاطه کرده است. آنها برای زمین اهمیت زیادی دارند، زیرا کانال های اطلاعاتی هستند. به هر حال ابرها از ماده مویین آب تشکیل شده اند و همانطور که می دانید آب یک وسیله ذخیره سازی بسیار خوب برای اطلاعات است. چرخه آب در طبیعت منجر به این واقعیت می شود که اطلاعات مربوط به وضعیت سیاره و خلق و خوی افراد در جو جمع می شود و همراه با ابرها در کل فضای زمین حرکت می کند. یک آفرینش شگفت انگیز از طبیعت - ابرها که به مردم شادی، لذت زیبایی شناختی و به سادگی میل به نگاه کردن به آسمان می بخشد.
مه همچنین می تواند نمونه ای از یک سیستم پراکنده طبیعی باشد، تجمع آب در هوا، زمانی که محصولات تراکم ریز بخار آب تشکیل می شود (در دمای هوا بالاتر از ? 10 درجه - قطرات ریز آب، در ? 10...? 15 درجه - مخلوطی از قطرات آب و کریستال های یخ، در دمای کمتر از 15 درجه - کریستال های یخ درخشان در پرتوهای خورشید یا در نور ماه و فانوس). رطوبت نسبی هوا در هنگام مه معمولاً نزدیک به 100٪ (حداقل بیش از 85-90٪) است. با این حال، در یخبندان های شدید (30 درجه و کمتر) در مناطق پرجمعیت، در ایستگاه های راه آهن و فرودگاه ها، مه را می توان در هر رطوبت نسبی هوا (حتی کمتر از 50٪) مشاهده کرد - به دلیل تراکم بخار آب تشکیل شده در هنگام احتراق سوخت. (در موتورها، کوره ها و غیره) و از طریق لوله های اگزوز و دودکش ها در جو منتشر می شود.
طول مداوم مه معمولا از چند ساعت (و گاهی نیم ساعت تا یک ساعت) تا چند روز متغیر است، به ویژه در فصل سرد.
مه مانع از عملکرد عادی انواع حمل و نقل (به ویژه حمل و نقل هوایی) می شود، بنابراین پیش بینی مه از اهمیت اقتصادی بالایی برخوردار است.
نمونه ای از یک سیستم پراکنده پیچیده شیر، اصلی است اجزاءکه (بدون احتساب آب) چربی، کازئین و قند شیر هستند. چربی به صورت امولسیون است و وقتی شیر می ایستد کم کم به سمت بالا می رود (خامه). کازئین به شکل یک محلول کلوئیدی وجود دارد و خود به خود آزاد نمی شود، اما به راحتی می تواند (به شکل پنیر دلمه) هنگامی که شیر اسیدی می شود، مثلاً با سرکه، رسوب می کند. در شرایط طبیعی، با ترش شدن شیر، کازئین آزاد می شود. در نهایت شکر شیر به صورت محلول مولکولی است و تنها زمانی که آب تبخیر شود آزاد می شود.
بسیاری از گازها، مایعات و جامدات در آب حل می شوند. شکر و نمک خوراکی به راحتی در آب حل می شوند. دی اکسید کربن، آمونیاک و بسیاری از مواد دیگر هنگام برخورد با آب وارد محلول شده و حالت تجمع قبلی خود را از دست می دهند. یک املاح را می توان به روش خاصی از محلول جدا کرد. اگر محلول را تبخیر کنید نمک سفره، سپس نمک به صورت بلورهای جامد باقی می ماند.
هنگامی که مواد در آب (یا حلال دیگر) حل می شوند، یک سیستم یکنواخت (همگن) تشکیل می شود. بنابراین، یک محلول یک سیستم همگن است که از دو یا چند جزء تشکیل شده است. محلول ها می توانند مایع، جامد و گاز باشند. محلولهای مایع شامل محلول شکر یا نمک خوراکی در آب، الکل در آب و موارد مشابه است. محلول های جامد یک فلز در فلز دیگر شامل آلیاژها می شود: برنج آلیاژی از مس و روی است، برنز آلیاژی از مس و قلع و مانند آن است. یک ماده گازی هوا یا هر مخلوطی از گازها است.
سیستم های پراکنده
مواد خالص در طبیعت بسیار نادر هستند. مخلوط مواد مختلف در حالت های مختلف تجمع می تواند سیستم های ناهمگن و همگن - سیستم ها و محلول های پراکنده را تشکیل دهد.
پراکنده شد
سیستم های ناهمگنی نامیده می شوند که در آن یک ماده به شکل ذرات بسیار کوچک به طور مساوی در حجم ماده دیگر توزیع می شود.
ماده ای که به مقدار کمتر وجود دارد و در حجم دیگری توزیع می شود نامیده می شود فاز پراکنده
. ممکن است از چندین ماده تشکیل شده باشد.
ماده موجود در مقادیر بیشتر که فاز پراکنده در حجم آن توزیع می شود، نامیده می شود محیط پراکندگی
. یک رابط بین آن و ذرات فاز پراکنده وجود دارد، بنابراین، سیستم های پراکنده ناهمگن (ناهمگن) نامیده می شوند.
هم محیط پراکندگی و هم فاز پراکنده را می توان با موادی در حالت های مختلف تجمع - جامد، مایع و گاز نشان داد.
بسته به ترکیب حالت کل محیط پراکندگی و فاز پراکنده، 9 نوع از این سیستم ها را می توان تشخیص داد.
بر اساس اندازه ذرات مواد تشکیل دهنده فاز پراکنده، سیستم های پراکنده به دو دسته درشت پراکنده (تعلیق) با اندازه ذرات بیش از 100 نانومتر و ریز پراکنده (محلول های کلوئیدی یا سیستم های کلوئیدی) با اندازه ذرات از 100 تا 1 تقسیم می شوند. نانومتر اگر ماده به مولکول ها یا یون هایی با اندازه کمتر از 1 نانومتر تکه تکه شود، یک سیستم همگن تشکیل می شود - یک محلول. یکنواخت (همگن) است، هیچ رابطی بین ذرات و محیط وجود ندارد.
آشنایی سریع با سیستم ها و راه حل های پراکنده نشان می دهد که چقدر در زندگی روزمره و در طبیعت اهمیت دارند.
خودتان قضاوت کنید: بدون گل و لای نیل تمدن بزرگ مصر باستان رخ نمی داد. بدون آب، هوا، سنگ هاو مواد معدنی اصلا وجود نخواهد داشت، سیاره زنده - خانه مشترک ما - زمین. بدون سلول وجود نخواهد داشت موجودات زندهو غیره
طبقه بندی سیستم ها و محلول های پراکنده
تعلیق کند
تعلیق کند
- اینها سیستم های پراکنده ای هستند که در آنها اندازه ذرات فاز بیش از 100 نانومتر است. اینها سیستم های مات هستند که ذرات منفرد آنها را می توان با چشم غیر مسلح دید. فاز پراکنده و محیط پراکندگی به راحتی با ته نشین شدن جدا می شوند. چنین سیستم هایی به دو دسته تقسیم می شوند:
1) امولسیون ها
(هر دو محیط و فاز مایعات نامحلول در یکدیگر هستند). اینها رنگ های معروف شیر، لنفاوی، آب پایه و غیره هستند.
2) تعلیق ها
(محیط یک مایع است و فاز یک جامد نامحلول در آن است). اینها راه حل های ساختمانی هستند (به عنوان مثال، "شیر آهک" برای سفید کردن)، لجن رودخانه و دریا معلق در آب، یک معلق زنده از موجودات زنده میکروسکوپی در آب دریا - پلانکتون، که نهنگ های غول پیکر از آن تغذیه می کنند و غیره.
3) آئروسل ها
- تعلیق در گاز (مثلاً در هوا) ذرات کوچک مایعات یا جامدات. بین گرد و غبار، دود و مه تمایز قائل شوید. دو نوع اول آئروسل ها معلق ذرات جامد در گاز (ذرات بزرگتر در غبار) هستند، دومی معلق قطرات کوچک مایع در گاز است. به عنوان مثال، آئروسل های طبیعی: مه، ابرهای رعد و برق - تعلیق قطرات آب در هوا، دود - ذرات جامد کوچک. و دود معلق بر روی بزرگترین شهرهای جهان نیز یک آئروسل با فاز جامد و مایع پراکنده است. ساکنین شهرک هادر نزدیکی کارخانه های سیمان، آنها از بهترین گرد و غبار سیمانی که همیشه در هوا معلق است، رنج می برند، که در هنگام آسیاب کردن مواد خام سیمان و محصول پخت آن - کلینکر ایجاد می شود. آئروسل های مضر مشابه - گرد و غبار - در شهرهایی که تولیدات متالورژی دارند نیز وجود دارد. دود ناشی از دودکش‌های کارخانه، مه دود، قطرات ریز بزاق که از دهان بیمار آنفولانزا به بیرون می‌پرد و همچنین آئروسل‌های مضر.
ذرات معلق در هوا نقش مهمی در طبیعت، زندگی روزمره و فعالیت های تولید انسان دارند. تجمع ابرها، تصفیه شیمیایی مزارع، استفاده از رنگ اسپری، اتمیزه کردن سوخت، تولید پودر شیر، و درمان مجاری تنفسی (استنشاق) نمونه‌هایی از پدیده‌ها و فرآیندهایی هستند که در آن آئروسل‌ها مزایایی را ارائه می‌کنند. آئروسل ها مه هایی هستند که بر فراز دریا، در نزدیکی آبشارها و فواره ها ظاهر می شوند، به انسان شادی و لذت زیبایی می بخشد.
برای شیمی، سیستم های پراکنده ای که در آنها محیط آب و محلول های مایع است، از اهمیت بیشتری برخوردار هستند.
آب طبیعی همیشه حاوی مواد محلول است. محلول های آبی طبیعی در فرآیندهای تشکیل خاک شرکت می کنند و مواد مغذی گیاهان را تامین می کنند. فرآیندهای زندگی پیچیده ای که در بدن انسان و حیوان رخ می دهد در محلول ها نیز رخ می دهد. بسیاری از فرآیندهای فناوری در صنایع شیمیایی و سایر صنایع، به عنوان مثال، تولید اسیدها، فلزات، کاغذ، سودا، کودها در محلول ها انجام می شود.
سیستم های کلوئیدی
سیستم های کلوئیدی
- اینها سیستم های پراکنده ای هستند که در آنها اندازه ذرات فاز از 100 تا 1 نانومتر است. این ذرات با چشم غیرمسلح قابل رویت نیستند و فاز پراکنده و محیط پراکندگی در چنین سیستم هایی با ته نشین شدن به سختی جدا می شوند.
آنها به سل (محلول های کلوئیدی) و ژل (ژله) تقسیم می شوند.
1.
محلولهای کلوئیدی یا sols.
این اکثر مایعات یک سلول زنده (سیتوپلاسم، آب هسته ای - کاریوپلاسم، محتویات اندامک ها و واکوئل ها) و موجود زنده به عنوان یک کل (خون، لنف، مایع بافتی، شیره های گوارشی، مایعات هومورال و غیره) است. چنین سیستم هایی چسب، نشاسته، پروتئین و برخی پلیمرها را تشکیل می دهند.
محلول های کلوئیدی را می توان در نتیجه واکنش های شیمیایی به دست آورد. به عنوان مثال، هنگامی که محلول های سیلیکات های پتاسیم یا سدیم ("شیشه محلول") با محلول های اسید واکنش می دهند، محلول کلوئیدی اسید سیلیسیک تشکیل می شود. همچنین در طی هیدرولیز کلرید آهن (III) در آب داغ، یک سل تشکیل می‌شود. محلول های کلوئیدی از نظر ظاهری مشابه محلول های واقعی هستند. آنها با "مسیر نورانی" که تشکیل می شود از دومی متمایز می شوند - مخروطی وقتی پرتوی نور از آنها عبور می کند.
ذرات فاز پراکنده محلول های کلوئیدی اغلب حتی در طول ذخیره سازی طولانی مدت به دلیل برخورد مداوم با مولکول های حلال به دلیل حرکت حرارتی، ته نشین نمی شوند. آنها هنگام نزدیک شدن به یکدیگر به دلیل وجود همان روی سطح خود به هم نمی چسبند بارهای الکتریکی. اما تحت شرایط خاصی، فرآیند انعقاد ممکن است رخ دهد.
انعقاد - پدیده چسبیدن و رسوب ذرات کلوئیدی به هم - زمانی مشاهده می شود که بارهای این ذرات با اضافه شدن یک الکترولیت به محلول کلوئیدی خنثی شوند. در این حالت محلول به سوسپانسیون یا ژل تبدیل می شود. برخی از کلوئیدهای آلی هنگام گرم شدن (چسب، سفیده تخم مرغ) یا زمانی که محیط اسید-باز محلول تغییر می کند، منعقد می شوند.
2.
ژل
یا ژله ها که رسوبات ژلاتینی هستند که در طی انعقاد سول ها تشکیل می شوند. اینها شامل تعداد زیادی ژل پلیمری است که برای شما شناخته شده است ژل های شیرینی پزی، آرایشی و بهداشتی و پزشکی (ژلاتین، گوشت ژله ای، ژله، مارمالاد، کیک شیر پرنده) و البته تنوع بی پایانی از ژل های طبیعی: مواد معدنی (اوپال)، چتر دریایی. بدن، غضروف، تاندون، مو، ماهیچه و بافت عصبی و غیره. تاریخچه پیدایش حیات روی زمین را می توان همزمان تاریخ تکامل حالت کلوئیدی ماده دانست. با گذشت زمان ساختار ژل ها به هم می ریزد و آب از آنها خارج می شود. این پدیده نامیده می شود سینرزیس
.
راه حل ها
راه حل نامیده می شود
سیستم همگن متشکل از دو یا چند ماده.
محلول ها همیشه تک فاز هستند، یعنی گاز، مایع یا جامد همگن هستند. این به دلیل این واقعیت است که یکی از مواد در جرم دیگری به شکل مولکول، اتم یا یون (اندازه ذرات کمتر از 1 نانومتر) توزیع شده است.
راه حل ها نامیده می شوند درست است
، اگر می خواهید بر تفاوت آنها با محلول های کلوئیدی تأکید کنید.
حلال به ماده ای گفته می شود که حالت تجمع آن در طول تشکیل محلول تغییر نمی کند. به عنوان مثال، آب در محلول های آبی نمک خوراکی، شکر، دی اکسید کربن. اگر محلولی از اختلاط گاز با گاز، مایع با مایع و جامد با جامد تشکیل شده باشد، حلال جزئی است که در محلول فراوانتر است. بنابراین، هوا محلولی از اکسیژن، گازهای نجیب، دی اکسید کربن در نیتروژن (حلال) است. سرکه سفره که حاوی 5 تا 9 درصد اسید استیک است محلول این اسید در آب است (حلال آن آب است). اما در اصل سرکه نقش حلال را ایفا می کند اسید استیکاز آنجایی که کسر جرمی آن 70-80٪ است، بنابراین محلول آب در اسید استیک است.
هنگام تبلور آلیاژ مایع نقره و طلا، محلول های جامد با ترکیبات مختلف می توان به دست آورد.
راه حل ها به دو دسته تقسیم می شوند:
مولکولی - اینها محلول های آبی غیر الکترولیت ها - مواد آلی (الکل، گلوکز، ساکارز و غیره) هستند.
یون مولکولی- اینها محلولهای الکترولیتهای ضعیف (اسیدهای نیتروژن، هیدروسولفید و غیره) هستند.
یونی - اینها محلولهای الکترولیتهای قوی (قلیاها، نمکها، اسیدها - NaOH، K 2 S0 4، HN0 3، HC1O 4) هستند.
قبلاً دو دیدگاه در مورد ماهیت انحلال و محلول ها وجود داشت: فیزیکی و شیمیایی. با توجه به اولی، محلول ها به عنوان مخلوط های مکانیکی در نظر گرفته شدند، طبق دوم - به عنوان ترکیبات شیمیایی ناپایدار ذرات یک ماده محلول با آب یا حلال دیگر. آخرین نظریه در سال 1887 توسط D.I Mendeleev بیان شد که بیش از 40 سال را به مطالعه راه حل ها اختصاص داد. شیمی مدرنانحلال را به عنوان یک فرآیند فیزیکوشیمیایی و محلول ها را به عنوان سیستم های فیزیکوشیمیایی در نظر می گیرد.
یک تعریف دقیق تر از یک راه حل:
راه حل
- یک سیستم همگن (همگن) متشکل از ذرات یک ماده محلول، یک حلال و محصولات متقابل آنها.
رفتار و خواص محلول های الکترولیت، همانطور که می دانید، توسط یکی دیگر از تئوری های مهم شیمی توضیح داده شده است - نظریه تفکیک الکترولیتی، که توسط S. Arrhenius توسعه یافته و توسط دانش آموزان D.I. Mendeleev، و در درجه اول توسط I. A. Kablukov توسعه و تکمیل شده است.
سوالات برای تجمیع:
1. سیستم های پراکنده چیست؟
2. هنگامی که پوست آسیب می بیند (زخم)، لخته شدن خون مشاهده می شود - انعقاد سل. ماهیت این فرآیند چیست؟ چرا این پدیده یک عملکرد محافظتی برای بدن انجام می دهد؟ نام بیماری که لخته شدن خون در آن مشکل است یا مشاهده نمی شود چیست؟
3. در مورد اهمیت سیستم های پراکنده مختلف در زندگی روزمره به ما بگویید.
4. ردیابی تکامل سیستم های کلوئیدی در طول توسعه حیات بر روی زمین.
ناهمگن یا ناهمگن، سیستمی در نظر گرفته می شود که از دو یا چند فاز تشکیل شده است. هر فاز رابط مخصوص به خود را دارد که می توان آن را به صورت مکانیکی جدا کرد.
یک سیستم ناهمگن شامل یک فاز پراکنده (داخلی) و یک محیط پراکنده (خارجی) است که ذرات فاز پراکنده را احاطه کرده است.
سیستم هایی که در آنها مایعات فاز خارجی هستند، سیستم های مایع ناهمگن و سیستم هایی که در آنها گازها فاز خارجی هستند، سیستم های گازی ناهمگن نامیده می شوند. سیستم های ناهمگن را اغلب سیستم های پراکنده می نامند.
موارد زیر متمایز می شوند: انواع سیستم های ناهمگن: سوسپانسیون ها، امولسیون ها، فوم ها، گرد و غبار، دود، مه.
تعلیقسیستمی متشکل از یک فاز پراکنده مایع و یک فاز پراکنده جامد (به عنوان مثال، سس با آرد، شیر نشاسته، ملاس با کریستال های شکر). بسته به اندازه ذرات، سوسپانسیون ها به درشت (اندازه ذرات بیش از 100 میکرومتر)، ریز (0.1-100 میکرومتر) و کلوئیدی (0.1 میکرومتر یا کمتر) تقسیم می شوند.
امولسیونسیستمی متشکل از یک مایع و قطرات مایع دیگری است که در آن توزیع شده است که با مایع اول مخلوط نمی شود (مثلاً شیر، مخلوطی از روغن نباتی و آب). تحت تأثیر گرانش، امولسیون ها جدا می شوند، اما با اندازه قطرات کوچک (کمتر از 0.4-0.5 میکرومتر) یا هنگامی که تثبیت کننده ها اضافه می شوند، امولسیون ها پایدار می شوند و نمی توانند در مدت طولانی جدا شوند.
افزایش غلظت فاز پراکنده می تواند باعث انتقال آن به فاز پراکنده شود و بالعکس. این انتقال متقابل، وارونگی فاز نامیده می شود، امولسیون های گازی وجود دارند که در آنها محیط پراکندگی مایع و فاز پراکنده گاز است.
فومسیستمی متشکل از یک فاز پراکنده مایع و حباب های گاز پراکنده در آن (فاز پراکنده گاز) (به عنوان مثال، خامه ها و سایر محصولات فرم گرفته). فوم ها از نظر خواص مشابه امولسیون ها هستند. امولسیون ها و فوم ها با وارونگی فاز مشخص می شوند.
گرد و غبار، دود و مه ذرات معلق در هوا هستند.
آئروسل هایک سیستم پراکنده با یک محیط پراکندگی گازی و یک فاز پراکنده جامد یا مایع، که از ذرات شبه مولکولی تا میکروسکوپی تشکیل شده است که دارای خاصیت معلق بودن برای مدت زمان کم و بیش طولانی هستند (به عنوان مثال، گرد و غبار آرد تشکیل می شود. در طول الک کردن، حمل و نقل آرد، گرد و غبار تولید شده در طول و غیره). هنگام سوزاندن سوخت جامد دود و با متراکم شدن بخار مه تشکیل می شود.
در آئروسل ها محیط پراکندگی گاز یا هوا است و فاز پراکنده در غبار و دود جامد و در مه مایع است. اندازه ذرات گرد و غبار جامد 3-70 میکرون، دود - 0.3-5 میکرون است.
مهسیستمی است متشکل از یک محیط پخش گاز و قطرات مایع پراکنده در آن (فاز پراکنده مایع). اندازه قطرات مایع تشکیل شده در نتیجه تراکم در مه 0.3-3 میکرومتر است. یک شاخص کیفی که یکنواختی ذرات آئروسل را در اندازه مشخص می کند، درجه پراکندگی است.
یک آئروسل زمانی که ذرات تشکیل دهنده آن به یک اندازه باشند monodisperse نامیده می شود و زمانی که حاوی ذرات با اندازه های مختلف باشد، polydisperse نامیده می شود. ذرات معلق در هوا عملاً در طبیعت وجود ندارند. فقط برخی از آئروسل ها از نظر اندازه ذرات به سیستم های تک پراکنده نزدیک هستند (هیف های قارچی، مه های مخصوص تولید شده و غیره).
سیستم های پراکنده یا ناهمگن، بسته به تعداد فازهای پراکنده، می توانند تک یا چند جزئی باشند. به عنوان مثال، یک سیستم چند جزئی شیر است (دارای دو فاز پراکنده: چربی و پروتئین). سس ها (فازهای پراکنده آرد، چربی و غیره هستند).
سیستم های پراکنده نیروی دریایی
مفاهیم اساسی
سیستم های پراکنده - اینها سیستم های ناهمگنی هستند که از دو یا چند فاز با یک رابط بسیار توسعه یافته بین آنها تشکیل شده است.خواص ویژه سیستم های پراکنده دقیقاً به دلیل کوچک بودن ذرات و وجود آن است سطح سطحی بزرگ. از این نظر، خواص تعیین کننده، ویژگی های سطح هستند، نه ذرات به عنوان یک کل. مشخصه هستند فرآیندهای روی سطح، و نه در فاز. از اینجا مشخص می شود که چرا شیمی کلوئیدی نامیده می شود فیزیک و شیمی پدیده های سطحیو سیستم های پراکنده.
ویژگی سیستم های پراکنده پراکندگی آنها است - یکی از مراحل باید خرد شود، به آن می گویند. فاز پراکنده. محیط پیوسته ای که ذرات فاز پراکنده در آن توزیع می شوند نامیده می شود محیط پراکندگی. اگر ماده حداقل در یک جهت تکه تکه شود، فازی پراکنده در نظر گرفته می شود. اگر ماده فقط از نظر ارتفاع تکه تکه شود، لایه ها، بافت ها، صفحات و غیره تشکیل می شود، اگر ماده هم از نظر ارتفاع و هم از نظر تکه تکه شود، الیاف، رشته ها و مویرگ ها ایجاد می شود. در نهایت، اگر ماده در هر سه جهت تکه تکه شود، فاز پراکنده از ذرات مجزا (منفرد) تشکیل شده است که شکل آنها می تواند بسیار متنوع باشد.
سیستم های پراکنده را می توان بر اساس معیارهای زیادی طبقه بندی کرد، که با طیف گسترده ای از اشیاء مرتبط است که شیمی کلوئیدی را مطالعه می کند. ویژگی اصلی طبقه بندی را می توان شناسایی کرد اندازه ذراتفاز پراکنده:
-درشت(> 10 میکرون): شکر دانه ریز، خاک، مه، قطرات باران، خاکستر آتشفشانی، ماگما و غیره.
-پراکنده متوسط (0.1-10 میکرومتر): گلبول های قرمز انسان، E. coli و غیره.
-به شدت پراکنده شده است(100-1 نانومتر): ویروس آنفولانزا، دود، کدورت در آبهای طبیعی، محلولهای مصنوعی مواد مختلف، محلولهای آبی پلیمرهای طبیعی (آلبومین، ژلاتین و غیره) و غیره.
-مقیاس نانو (10-1 نانومتر): مولکول گلیکوژن، منافذ ریز زغال سنگ، ذرات فلزی به دست آمده در حضور مولکول‌های مواد آلی که رشد ذرات را محدود می‌کنند، نانولوله‌های کربنی، نانو نخ‌های مغناطیسی ساخته شده از آهن، نیکل و غیره.
در اینجا متذکر می شویم که تصادفی نیست که ابتدا طبقه بندی سیستم های پراکنده را بر اساس اندازه ذرات در نظر می گیریم. اندازه ذرات است (بعد خطیو نه وزن و نه تعداد ذرات اتم در یک ذره!) مهمترین شاخص کمی سیستم های پراکنده است که ویژگی های کیفی آنها را تعیین می کند. با تغییر اندازه ذرات، تمام خصوصیات اساسی سیستم های پراکنده تغییر می کند: واکنش پذیری، ظرفیت جذب. خواص نوری، کاتالیزوری و غیره. شیمی کلوئیدی مدرن سیستم های پراکنده با طیف وسیعی از اندازه ذرات را مطالعه می کند: درشت(10 -6 -10 - 4 متر ) به بسیار پراکندهیا در واقع کلوئیدی (10 -9 -10 - 7 متر).
برهمکنش فازهای سیستم های پراکنده به معنای فرآیندهای حلال سازی (هیدراتاسیون در مورد سیستم های آبی) است، یعنی تشکیل پوسته های حلالیت (هیدرات) از مولکول های محیط پراکندگی در اطراف ذرات فاز پراکنده. به ترتیب، با توجه به شدت برهمکنش بین مواد فاز پراکنده و محیط پراکندگی (فقط برای سیستم های دارای محیط پراکندگی مایع)، طبق پیشنهاد G. Freundlich، سیستم های پراکنده زیر متمایز می شوند:
-لیوفیلیک(آب دوست، اگر DS آب باشد): محلول های میسلی سورفکتانت ها، امولسیون های بحرانی، محلول های آبی برخی از هیدروکربن های طبیعی، به عنوان مثال، پروتئین ها (ژلاتین، سفیده تخم مرغ)، پلی ساکاریدها (نشاسته).آنها با برهمکنش قوی ذرات DF با مولکول های DS مشخص می شوند. در حالت محدود کننده، انحلال کامل مشاهده می شود. سیستم های پراکنده لیوفیلیک به طور خود به خود به دلیل فرآیند حلال سازی تشکیل می شوند. ترمودینامیکیبه طور کلی پایدار است.
-لیوفوبیک(آب گریز، اگر DS آب باشد): امولسیون، سوسپانسیون، سل. آنها با برهمکنش ضعیف ذرات DF با مولکول های DS مشخص می شوند. آنها خود به خود شکل نمی گیرند. ترمودینامیکیبه طور کل ناپایدار هستند (یعنی تمایل به تجمع خود به خود ذرات فاز پراکنده دارند)، پایداری نسبی آنها (به اصطلاح فراپایداری ) به دلیل عوامل جنبشی (یعنی نرخ تجمع کم) است.
بر اساس وضعیت تجمع فازها، W. Ostwald طبقه‌بندی را پیشنهاد کرد که بسیار گسترده شده است:
جدول 1. طبقه بندی سیستم های پراکنده بر اساس وضعیت تجمع فازها
|
DS DF |
مایع |
گازی |
جامد |
|
جامد |
T/L – سوسپانسیون، سل: سوسپانسیون فلزات و سایر ذرات جامد، سل های فلزات و اکسیدهای آنها |
T/G - گرد و غبار، بخار، پودر: انتشار صنعتی ذرات جامد به جو، دود ناشی از آتش سوزی، طوفان شن، آرد و گرد و غبار جاده در هوا، ذرات معلق در هوا از مواد دارویی جامد. |
T/T – آلیاژها، محلولهای کلوئیدی جامد: آلیاژهای فلزی، مواد کامپوزیت اکسید و اکسید فلز، مواد معدنی |
|
مایع |
و/F – امولسیون ها، کرم ها: شیر، خامه ترش، روغن، کرم های آرایشی |
L/G - ذرات معلق در هوا با DF مایع: مه، قطرات باران، جت مایع خنک‌کننده اسپری شده، عطر اسپری شده در هوا، سوخت مایع در محفظه احتراق) مه |
L/T - اجسام متخلخل پر از مایع، اجسام مویرگی، ژل ها: سلول های موجودات زنده، مروارید، خاک رس، سیب |
|
گازی |
G/L – فوم ها: فوم صابون، فوم آبجو، فوم اطفاء حریق |
H/T – سیستم های متخلخل و مویرگی، خشکی ژل ها: پوکه، کربن فعال، سیلیکاژل، فوم پلی استایرن، چوب، کاغذ، مقوا، پارچه های نساجی |
مطابق با خواص جنبشی فاز پراکنده، آنها متمایز می شوند آزادانه پراکنده شده استو منسجم پراکنده شده استسیستم هاسیستم های رقیق و غلیظ نیز وجود دارد. در سیستم‌های پراکنده منسجم، یکی از فازها از نظر ساختاری ثابت است (تقابل بین ذرات اتفاق می‌افتد، آنها به یکدیگر "متصل هستند") و نمی‌توانند آزادانه حرکت کنند. در سیستم های آزادانه پراکنده، ذرات جدا شده و در حرکت و انتشار حرارتی شرکت می کنند. در سیستم های منسجم رقیق پراکنده، ذرات یک شبکه فضایی پیوسته (ساختار پراکنده) را تشکیل می دهند - آنها بوجود می آیند. ژل ها. سیستم های پراکنده از هر نوعی که در حالت غلیظ به دست می آیند (خمیرها، پمادها، سل های غلیظ، آئروسل های غلیظ و غیره) نیز به عنوان سیستم های پراکنده منسجم طبقه بندی می شوند. در سیستم های پراکنده متمرکز، حرکت مستقل ذرات فاز پراکنده دشوار است و آنها با درجه خاصی از ساختار مشخص می شوند که به آنها اجازه می دهد به عنوان سیستم های منسجم پراکنده در نظر گرفته شوند.
تهیه و تصفیه سیستم های پراکنده
تنوع عظیم انواع و اشکال سیستم های پراکنده، که در همه زمینه های فعالیت انسانی یافت می شود، همچنین متضمن روش های مختلفی برای تولید آنها - هم عمومی و هم خاص است. منطقی است که روش هایی را به طور جداگانه در نظر بگیریم که بر اساس یکی از رویکردها - تراکم یا پراکنده.
در واقع پراکندگی مکانیکی روش اصلی سنگ زنی مواد است که در صنعت استفاده می شود و در همه جای طبیعت یافت می شود. در حین پراکندگی مکانیکی، غلبه بر نیروهای بین مولکولی و انباشته شدن انرژی سطحی در هنگام خرد کردن زمانی اتفاق می‌افتد که کار مکانیکی خارجی روی سیستم انجام شود. پراکندگی مکانیکی به روش های مختلفی انجام می شود: سایش، خرد کردن، شکافتن، پاشش، حباب زدن (گذراندن جریان هوا از مایع)، لرزش، انفجار، عمل صدا و امواج مافوق صوت و غیره. در صنعت ساختمان سازی به این صورت است. مواد (سیمان، تراشه‌های بتن، رنگ‌های خشک، بتونه‌ها و سایر مخلوط‌های ساختمانی به شکل پودرها و سوسپانسیون‌های خشک)، داروها (پودر، پماد، خمیر، امولسیون)، محصولات غذایی (ادویه‌ها، قهوه آسیاب شده) و غیره به دست می‌آیند.با پراکندگی معمولاً می توان سیستم های پراکنده را فقط با اندازه ذرات نسبتاً بزرگ (حداقل 100 نانومتر) بدست آورد. سیستم های پراکنده با سنگ زنی به دست می آیند تی / تی, T/Fو F/F.
پپتیزاسیونانتقال رسوبات به محلول کلوئیدی تحت تأثیر مواد افزودنی تثبیت کننده خاص ( پپتایزرها ) یا با حذف یون هایی از سیستم که باعث تجمع ذرات می شود.پپتایزرها می توانند محلولی از یک الکترولیت، یک سورفکتانت یا یک حلال باشند. فقط رسوبات تازه تهیه شده، که در آن ذرات با اندازه کلوئیدی از طریق لایه های DS به دانه های بزرگتر متصل می شوند، می توانند پپتیز شوند. با ذخیره شدن رسوبات، پدیده تبلور مجدد و پیری رخ می دهد که منجر به ادغام ذرات با یکدیگر می شود که از پپتیزاسیون جلوگیری می کند. پپتیزاسیون به طور معمول به عنوان یک روش پراکندگی طبقه بندی می شود، زیرا همچنین بر اساس روش تراکم، یعنی تهیه اولیه سنگدانه ها از محلول های واقعی است. روش پپتیزاسیون بر خلاف دیگران پراکندهروش ها همچنین به دست آوردن سیستم های کلوئیدی با اندازه ذرات کوچک (تا 1 نانومتر) را امکان پذیر می کند که عمدتاً برای روش های تراکم معمول است.
روش های تراکم برای تولید سیستم های پراکنده شامل متراکم شدن, تبلورو تصعید زدایی. آنها بر اساس تشکیل یک فاز جدید در شرایط یک حالت فوق اشباع از مواد در یک محیط گاز یا مایع هستند. شرط لازم برای تراکم، فوق اشباع و توزیع ناهموار مواد در محیط پراکندگی (نوسانات غلظت) و همچنین تشکیل مراکز یا هسته های تراکم است. در این حالت، سیستم از همگن به ناهمگن می رود. تراکم و تصعید زدایی مشخصه یک محیط گازی و تبلور مشخصه یک محیط مایع است.
روش های چگالش نیازی به ماشین آلات خاصی ندارد و به دست آوردن سیستم های پراکنده با اندازه ذرات کوچکتر در مقایسه با پراکندهروش ها به طور خاص، پراکندهروش ها (به جز روش پپتیزاسیون و روش بردیگ) امکان دستیابی به سیستم های پراکنده در اندازه نانو (100-1 نانومتر) را نمی دهند. برای این منظور معمولا از روش های تراکم استفاده می شود. در این حالت بسته به شرایط سنتز، ذرات فاز پراکنده با هر اندازه ای تشکیل می شوند. مزیت دیگر روش تراکم این است که در بیشتر موارد به کار خارجی قابل توجهی نیاز ندارد.
برای حذف ناخالصی‌های با وزن مولکولی کم (به ویژه الکترولیتهای بی‌ثبات‌کننده)، sols اغلب پس از آماده‌سازی خالص می‌شوند. روش‌های خالص‌سازی سول‌ها دیالیز و اولترافیلتراسیون است.
دیالیز بر اساس تفاوت در سرعت انتشار مولکول های کوچک یا یون ها و ذرات با اندازه های کلوئیدی از طریق یک پارتیشن نیمه تراوا - یک غشاء است.. برای این منظور از غشاهای ساخته شده از غشاهای جانوری و گیاهی، ژلاتین دباغی شده، غشاهای کلودیونی، استات سلولز و سلفون، کاغذ پوستی، مواد متخلخل سرامیکی و غیره استفاده می شود.
مولکول‌ها و یونهای کوچک از محلول به غشاء نفوذ می‌کنند و در تماس با غشاء در آب پخش می‌شوند، در حالی که مولکول‌های آب در جهت مخالف به غشا نفوذ می‌کنند. در نتیجه، پس از تصفیه، سیستم کلوئیدی رقیق می شود. تصفیه محلول های کلوئیدی به این روش به زمان قابل توجهی (روزها، هفته ها و حتی ماه ها) نیاز دارد. برای سرعت بخشیدن به دیالیز، می توان از تکنیک های مختلفی استفاده کرد، به عنوان مثال، افزایش سطح غشاء، کاهش لایه مایع در حال تصفیه، یا تغییر مکرر مایع خارجی (آب)، افزایش دما، یا اعمال میدان الکتریکی (الکترودیالیز). به طور خاص، الکترودیالیز اجازه می دهد تا فرآیند دیالیز در عرض چند ساعت کامل شود. در شرایط صنعتی، دیالیز نمک ها را از پروتئین ها (ژلاتین، آگار آگار، صمغ عربی)، رنگ ها، سیلیکاژل، تانن ها و و غیره
در طی فرآیند اولترافیلتراسیون، غشاء ذرات فاز پراکنده یا ماکرومولکول ها را حفظ می کند و محیط پراکندگی با ناخالصی های نامطلوب کم مولکولی از غشاء عبور می کند.اولترافیلتراسیون بر خلاف دیالیز یک فرآیند باروممبرانی است که تحت فشار انجام می شود. با اولترافیلتراسیون می رسند درجه بالاتصفیه sols در حالی که به طور همزمان آنها را متمرکز کنید. گاهی اوقات گفته می شود که اولترافیلتراسیون دیالیز است که تحت فشار انجام می شود، اگرچه این کاملاً درست نیست (کسانی از شما که به ویژه کنجکاو هستند ممکن است تعجب کنند که چرا).
ویژگی های سیستم های پراکنده
برای آن برای درک واضح تر فرآیندهایی که زمینه ساز فرآیندهای غشایی توضیح داده شده در بالا - دیالیز و اولترافیلتراسیون هستند، توصیه می شود خواص جنبشی مولکولیمحلول هایی که در اثر حرکت حرارتی آشفته مولکول ها و اتم ها ایجاد می شوند. قوانین این حرکت خود به خودی توسط نظریه جنبشی مولکولی مطالعه می شود. برخی از خواص محلول ها با این حرکت تعیین می شوند، یعنی نه با ترکیب، بلکه با تعداد واحدهای جنبشی - مولکول ها در واحد حجم یا جرم تعیین می شوند. اینها شامل خواص به نام جمعی : انتشار، فشار اسمزی، اختلاف فشار بخار و نقطه انجماد و جوش در مورد حلال و محلول خالص.
حرکت براونی - این یک حرکت تصادفی پیوسته از ذرات با اندازه های میکروسکوپی و کلوئیدی است که در طول زمان تجزیه نمی شوند. این حرکت هر چه دما بیشتر باشد و جرم ذره و ویسکوزیته محیط پراکندگی کمتر باشد، شدیدتر است.
برای مشخص کردن کمی حرکت براونی، از آن استفاده می کنیم میانگین شیفت، که مربوط به ضریب انتشار است معادله اینشتین-اسمولوچوفسکی :
کجا D– ضریب انتشارتی - زمان انتشار
انتشار فرآیند خود به خودی یکسان سازی غلظت مولکول ها، یون ها یا ذرات کلوئیدی تحت تأثیر حرکت حرارتی آنها است. فرآیند انتشار به طور خود به خود اتفاق می افتد، زیرا با افزایش آنتروپی سیستم همراه است.به یاد بیاوریم که توزیع یکنواخت ماده در یک سیستم با محتمل ترین حالت آن مطابقت دارد.
برای توصیف کمی انتشار، از آن استفاده می شود قانون فیک، که بر اساس قیاس با قوانین انتقال گرما و برق ایجاد شد:
,
کجا dQ- مقدار منتشر شده استمواد؛ D- ضریب انتشار؛ دی سی /dx- گرادیان غلظت؛ س- ناحیه ای که از طریق آن انتشار رخ می دهد. τ - مدت زمان انتشار
اسمز- این انتشار یک طرفه مولکول های حلال از طریق یک غشای نیمه تراوا است، مشروط به تفاوت در غلظت محلول در دو طرف غشاء.هنگامی که دو محلول با غلظت های مختلف یا یک محلول و یک حلال خالص توسط یک پارتیشن نیمه تراوا (غشاء) از هم جدا می شوند، یک جریان حلال از غلظت کمتر یک ماده به غلظت بالاتر رخ می دهد که منجر به یکسان شدن غلظت ها می شود.وقوع جریان به این دلیل است که تعداد ضربه‌های مولکول‌های حلال بر روی غشا از سمت محلول رقیق‌تر (یا حلال خالص) بیشتر از سمت محلول غلیظ‌تر خواهد بود. این تعداد بیش از حد ضربه ها همان چیزی است که باعث می شود حلال از طریق منافذ غشاء به جایی که مولکول های کمتری وجود دارد حرکت کند.
برای سیستم های کلوئیدی می توانیم بنویسیم
.
رسوب گذاری- این پدیده دیگری است که با خواص جنبشی مولکولی سیستم های پراکنده مرتبط است.
ته نشینی فرآیند ته نشین شدن (در موارد نادر، شناور) ذرات فاز پراکنده در یک محیط مایع یا گاز تحت تأثیر گرانش است. رسوب گذاری مشخصه سوسپانسیون ها است. برعکس، در امولسیون ها، ذرات فاز پراکنده معمولاً شناور هستند
پایداری سیستم های پراکنده
مدل مدرن ساختار یک میسل این واقعیت را در نظر می گیرد که یون های ضد در دو لایه - متراکم و پراکنده قرار دارند و سطح لغزش یک ذره در یک محلول مرز بین این لایه ها است.
مهمترین پدیده الکتروکینتیک که برای سیستم های پراکنده معمول است، الکتروفورز است، یعنی حرکت ذرات کلوئیدی در یک میدان الکتریکی خارجی.
الکتروفورز و الکترواسموز پدیده های الکتروکینتیکی هستندمن - مهربان به پدیده های الکتروکینتیک II متعلق به جنس است پتانسیل نشتو پتانسیل رسوب گذاریکه شامل وقوع اختلاف پتانسیل هنگام حرکت ذرات فاز پراکنده یا محیط پراکندگی است.
بزرگی ζ - پتانسیلمربوط به سرعت الکتروفورز ذرات باردار است معادله هلمهولتز-اسمولوچوفسکی :
کجا ک- ضریب بسته به شکل ذرات (برای کره هاک= 6، برای سیلندرک = 4); v- سرعت خطی حرکت ذرات (یا مرزهای سل). ε - ثابت دی الکتریک نسبی؛E- قدرت میدان الکتریکی
در سیستم های پراکنده، سطح ویژه فاز پراکنده بسیار بزرگ است. یکی از مهم ترین پیامدهای سطح بزرگ فاز پراکنده این است که سیستم های پراکنده لیوفوبیک انرژی سطحی اضافی دارند و بنابراین، ترمودینامیکیناپایدار بنابراین فرآیندهای خود به خودی مختلفی در سیستم های پراکنده اتفاق می افتد که منجر به کاهش انرژی اضافی می شود. رایج ترین فرآیندها کاهش سطح ویژه به دلیل بزرگ شدن ذرات است. در نتیجه، چنین فرآیندهایی منجر به تخریب سیستم می شود، بنابراین، ویژگی کلیدی که وجود سیستم های پراکنده را مشخص می کند، پایداری آنها یا برعکس، ناپایداری است.
N.P. پسکوف در سال 1920 تمایز بین پایداری جنبشی و تجمعی را پیشنهاد کرد. در حالت اول، انتخاب را در نظر می گیریم پراکنده شده استفازها تحت تأثیر گرانش بسته به درجه پراکندگی، و درجه پراکندگی خود یک مقدار ثابت برای یک سیستم معین فرض می شود. در حالت دوم، شرایط ثبات یا تغییرپذیری همان درجه پراکندگی ذرات در نظر گرفته می شود
برای اکثر سل های آبگریز، عامل اصلی تضمین پایداری آنها (همراه با پوسته هیدراتاسیون) وجود بار یکسان بر روی ذرات فاز پراکنده است. ورود الکترولیت‌ها به هیدروسول‌ها می‌تواند منجر به کاهش یا خنثی‌سازی کامل بار ذرات کلوئیدی شود که دافعه الکترواستاتیکی آنها را تضعیف می‌کند و باعث همگرایی و تجمع می‌شود.
حداقل غلظت الکترولیت که باعث شروع فرآیند انعقاد می شود نامیده می شود آستانه انعقاد g به(mol/dm 3).
محلول های مواد با وزن مولکولی بالا
پلیمرها مانند مواد کم مولکولی بسته به شرایط به دست آوردن محلول (ماهیت پلیمر و حلال، دما و غیره) می توانند محلول های کلوئیدی و واقعی را تشکیل دهند. در این رابطه مرسوم است که در مورد حالت کلوئیدی یا واقعی یک ماده در محلول صحبت شود. ما به سیستم های پلیمری-حلال کلوئیدی دست نخواهیم داد. اجازه دهید تنها محلول های پلیمرهای نوع مولکولی را در نظر بگیریم. لازم به ذکر است که به دلیل اندازه بزرگ مولکول ها و ویژگی های ساختار آنها، محلول های IUD دارای تعدادی ویژگی خاص هستند:
1. فرآیندهای تعادلی در محلول های IUD به آرامی برقرار می شوند.
2. فرآیند انحلال IUD معمولاً با یک فرآیند تورم انجام می شود.
3. محلول های پلیمری از قوانین محلول های ایده آل پیروی نمی کنند، یعنی. قوانین رائول و وانت هاف.
4. هنگامی که محلول های پلیمری جریان دارند، ناهمسانگردی خواص رخ می دهد (نابرابر خواص فیزیکیمحلول در جهات مختلف) به دلیل جهت گیری مولکول ها در جهت جریان.
5. ویسکوزیته بالای محلول های IUD.
6. مولکول های پلیمری به دلیل اندازه بزرگشان تمایل دارند در محلول ها به هم متصل شوند. طول عمر مواد پلیمری بیشتر از مواد با وزن مولکولی کم است.
فرآیند انحلال BMC به طور خود به خود، اما در یک دوره زمانی طولانی اتفاق می افتد، و اغلب با تورم پلیمر در حلال انجام می شود. پلیمرهایی که درشت مولکول‌های آنها شکل متقارن دارند، می‌توانند بدون تورم اولیه وارد محلول شوند. به عنوان مثال، هموگلوبین، نشاسته کبد - گلیکوژن تقریباً هنگام حل شدن متورم نمی شوند و محلول های این مواد حتی در غلظت های نسبتاً بالا ویسکوزیته بالایی ندارند. در حالی که مواد با مولکول های کشیده بسیار نامتقارن هنگام حل شدن به شدت متورم می شوند (ژلاتین، سلولز، لاستیک های طبیعی و مصنوعی).
تورم افزایش جرم و حجم پلیمر به دلیل نفوذ مولکول های حلال به ساختار فضایی IMC است.
دو نوع تورم وجود دارد:نامحدود, با انحلال کامل IUD (به عنوان مثال، تورم ژلاتین در آب، لاستیک در بنزن، نیتروسلولز در استون) ومحدود است، منجر به تشکیل یک پلیمر متورم - ژله (به عنوان مثال، متورم شدن سلولز در آب، ژلاتین در آب سرد، لاستیک ولکانیزه در بنزن) می شود.
سیستم های پراکنده
سیستم های پراکنده در طبیعت گسترده هستند و از زمان های قدیم توسط انسان در زندگی خود استفاده می شده است. تقریباً هر موجود زنده یا یک سیستم پراکنده را نشان می دهد یا آنها را به اشکال مختلف در خود دارد.
مثال: سیستم های آزادانه پراکنده(هیچ ساختار سفت و سخت جامد وجود ندارد - sols): خون، لنف، شیره معده و روده، مایع مغزی نخاعی و غیره.
سیستم های پراکنده منسجم(ساختارهای فضایی سفت و سخت وجود دارد - ژل): پروتوپلاسم، غشای سلولی، فیبر عضلانی، عدسی چشم و غیره.
سیستم های پراکنده به طور فعال در پزشکی استفاده می شود، در درجه اول محلول های کلوئیدی، آئروسل ها، کرم ها و پمادها. فرآیندهای بیوشیمیایی در بدن در سیستم های پراکنده اتفاق می افتد. جذب غذا با انتقال مواد مغذی به حالت محلول مرتبط است. سیالات زیستی (سیستم های پراکنده) در انتقال مواد مغذی (چربی ها، اسیدهای آمینه، اکسیژن)، داروها به اندام ها و بافت ها و همچنین در دفع متابولیت ها (اوره، بیلی روبین، دی اکسید کربن) از بدن نقش دارند.
آگاهی از الگوهای فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی در سیستم های پراکنده برای پزشکان آینده هم برای مطالعه رشته های زیست پزشکی و بالینی و هم برای درک عمیق تر از فرآیندهای رخ داده در بدن و تغییر آگاهانه آنها در جهت مطلوب مهم است.
سیستم های پراکنده- اینها سیستم های چند جزئی هستند که در آنها برخی از مواد به شکل ذرات کوچک در ماده دیگری توزیع می شوند. ماده ای که توزیع می شود فاز پراکنده نامیده می شود. ماده ای که فاز پراکنده در آن توزیع می شود، محیط پراکندگی نامیده می شود.
مثال: محلول آبیگلوکز
مولکول های گلوکز - فاز پراکنده
آب - محیط پراکندگی
پراکندگی مقداری است که اندازه ذرات معلق در سیستم های پراکنده را مشخص می کند. این معکوس قطر ذرات فاز پراکنده است. هرچه اندازه ذرات کوچکتر باشد، پراکندگی بیشتر است.
طبقه بندی سیستم های پراکنده
سیستم های پراکنده بر اساس پنج معیار طبقه بندی می شوند.
1. بر اساس درجه پراکندگی:
· درشت
D = 10 4 – 10 6 متر –1 ، با بی ثباتی و کدورت مشخص می شوند.
مثال: سوسپانسیون، امولسیون، فوم، سوسپانسیون.
· پراکنده کلوئیدی
D = 10 7 – 10 9 متر –1 ، می تواند شفاف و ابری، پایدار و ناپایدار باشد.
مثال: محلول های کلوئیدی، محلول های ترکیبات با وزن مولکولی بالا.
پخش مولکولی و پراکنده یونی
D = 10 10 – 10 11 متر –1 ، با شفافیت و ثبات مشخص می شوند.
مثال: محلول های ترکیبات با وزن مولکولی کم.
2. با وجود یک رابط فیزیکی بین فاز پراکنده و محیط پراکندگی:
· همگن (سیستم های تک فاز، بدون رابط.
مثال: محلول هایی با وزن مولکولی کم و ترکیبات با وزن مولکولی بالا.
· ناهمگن
یک رابط بین فاز پراکنده و محیط پراکندگی وجود دارد.
مثال: محلول های کلوئیدی و سیستم های درشت.
3. با توجه به ماهیت برهمکنش بین فاز پراکنده و محیط پراکندگی:
· لیوفیلیک
بین فاز پراکنده و محیط پراکندگی میل ترکیبی وجود دارد.
مثال: تمام سیستم های همگن.
· لیوفوبیک
بین فاز پراکنده و محیط پراکندگی اندک یا هیچ اندرکنش وجود ندارد.
مثال: تمام سیستم های ناهمگن.
4. با توجه به وضعیت تجمع فاز پراکنده و محیط پراکندگی:
| محیط کنترل فاز کنترل | گازی | سخت | مایع |
| گازی | مخلوط گازها (هوا) | گرد و غبار آرد دود تنباکو، آئروسل های کیهانی | ابرهای بخار مه |
| مایع | محلول در خون CO 2 , O 2 , N 2 , فوم آب معدنی میوه نوشابه های گازدار | محلول های کلوئیدی سوسپانسیون محلول های IUD محلول های NMS | امولسیون: کره شیر مارگارین کرم پماد روغن |
| سخت | فوم های جامد (فوم پلاستیکی، کربن فعال) رزین های تبادل یونی غربال های مولکولی | آلیاژهای فلزی شیشه رنگی، سنگهای قیمتی کریستالی (یاقوت، آمتیست) شیاف (شیاف دارویی) | کریستالی مواد معدنی را با اجزاء مایع (مروارید، اوپال) خاک مرطوب هیدرات می کند |
5. بر اساس ماهیت محیط پراکندگی:
راه حل های واقعی
راه حل واقعی یک سیستم پراکنده لیوفیلیک همگن با اندازه ذرات 10 است –10 – 10 –11 متر
محلول های واقعی سیستم های پراکنده تک فازی هستند که با استحکام باند بالا بین فاز پراکنده و محیط پراکندگی مشخص می شوند. یک راه حل واقعی به طور نامحدود همگن باقی می ماند. راه حل های واقعی همیشه شفاف هستند. ذرات محلول واقعی حتی با میکروسکوپ الکترونی قابل مشاهده نیستند. راه حل های واقعی به خوبی منتشر می شوند.
جزئی که حالت تجمع آن در حین تشکیل محلول تغییر نمی کند حلال (محیط پراکندگی) و جزء دیگر املاح (فاز پراکنده) نامیده می شود.
اگر اجزاء دارای حالت تجمع یکسان باشند، حلال جزئی است که مقدار آن در محلول غالب است.
در محلول های الکترولیت، صرف نظر از نسبت اجزاء، الکترولیت ها به عنوان مواد محلول در نظر گرفته می شوند.
راه حل های واقعی تقسیم می شوند:
· بر حسب نوع حلال: آبی و غیر آبی
· بر اساس نوع ماده محلول: محلول های نمک ها، اسیدها، قلیاها، گازها و غیره.
· در رابطه با جریان الکتریکی: الکترولیت ها و غیر الکترولیت ها
بر اساس غلظت: غلیظ و رقیق شده
· با توجه به درجه رسیدن به حد حلالیت: اشباع و غیر اشباع
· از دیدگاه ترمودینامیکی: ایده آل و واقعی
· بر اساس حالت تجمع: گاز، مایع، جامد
راه حل های واقعی عبارتند از:
· یون پراکنده (فاز پراکنده - یونهای هیدراته): محلول آبی NaCl
· پراکنده مولکولی (فاز پراکنده - مولکول): محلول آبی گلوکز
هر یون، به صورت جداگانه یا با هم، وظایف خاصی را در بدن انجام می دهد. نقش تعیین کننده در انتقال آب در بدن متعلق به یون های Na + و Cl- است، یعنی در متابولیسم آب نمک شرکت می کنند. یون های الکترولیت در فرآیندهای حفظ فشار اسمزی ثابت، برقراری تعادل اسید و باز، در فرآیندهای انتقال تکانه های عصبی و در فرآیندهای فعال سازی آنزیم نقش دارند.
از دیدگاه سیستم های زنده، محلول هایی که در آنها آب حلال است، بیشترین توجه را دارند.
تعداد زیادی از مواد در آن حل می شود. این نه تنها یک حلال است که پراکندگی مولکولی مواد را در سراسر بدن تضمین می کند. همچنین در بسیاری از فرآیندهای شیمیایی و بیوشیمیایی در بدن شرکت می کند. به عنوان مثال، هیدرولیز، هیدراتاسیون، تورم، انتقال مواد مغذی و داروها، گازها، آنتی بادی ها و غیره.
تبادل مداوم آب و مواد محلول در آن در بدن وجود دارد. آب بخش عمده ای از موجودات زنده را تشکیل می دهد. محتوای آن در بدن انسان با افزایش سن تغییر می کند: در جنین انسان - 97٪، در یک نوزاد - 77٪، در مردان بالغ - 61٪، در زنان بالغ - 54٪، در افراد مسن بالای 81 سال - 49.8٪. بیشتر آب بدن در داخل سلول ها (70%)، حدود 23% آب بین سلولی و بقیه (7%) در داخل رگ های خونی و به عنوان بخشی از پلاسمای خون است.
در کل 42 لیتر آب در بدن وجود دارد. روزانه 1.5 - 3 لیتر آب وارد بدن می شود و از آن خارج می شود. این تعادل طبیعی آب بدن است.
راه اصلی دفع آب از بدن کلیه هاست. از دست دادن 10 تا 15 درصد آب خطرناک است و 20 تا 25 درصد آن برای بدن کشنده است.
مهمترین ویژگی یک محلول غلظت آن است.
روش های بیان غلظت محلول ها:
1. کسر جرمی w(x)- مقداری برابر با نسبت جرم ماده محلول m(x) به جرم محلول m(p-p)
w(x) = × 100%
2. غلظت مولی محلول با(X)- مقداری برابر با نسبت مقدار ماده n(x) موجود در محلول به حجم این محلول V(محلول).
با(x) = [mol/l]، که در آن n(x) = [mol]
محلول میلی مولار - محلولی با غلظت مولی برابر 0.001 مول در لیتر
محلول سانتیمولار - محلولی با غلظت مولی برابر 0.01 مول در لیتر
محلول ده مولار - محلولی با غلظت مولی برابر 0.1 مول در لیتر
3. معادل غلظت مولی با (x) - مقداری برابر با نسبت مقدار ماده معادل n (x) در محلول به حجم این محلول.
ج (x) = [mol/l]، که در آن n (x) = [mol] و M(x) = × M(x)
معادل - ذره ای واقعی یا شرطی از ماده است X، که در یک واکنش اسید-باز معین معادل یک یون هیدروژن یا در یک ORR معین - یک الکترون است.
شماره معادل z و عامل هم ارزی f= ضریب هم ارزی نشان می دهد که چه کسری از ذره واقعی ماده است Xمعادل یک یون هیدروژن یا یک الکترون. شماره معادل zبرابر است برای:
الف) اسیدها - بازی اسیدی H 2 SO 4 z = 2.
ب) بازها – اسیدیته باز Aℓ(OH) 3 z = 3.
ج) نمک ها - محصول حالت اکسیداسیون (s.o.) فلز با تعداد اتم های آن در مولکول Fe 2 (SO 4) 3 z= 2 × 3 = 6.
د) عوامل اکسید کننده - تعداد الکترون های متصل
Mn +7 + 5± → Mn +2 z = 5
ه) عوامل کاهنده - تعداد الکترون های داده شده
Fe +2 – 1± → Fe +3 z = 1
4. غلظت مولال b(x)- مقداری برابر با نسبت مقدار ماده به جرم حلال (کیلوگرم)
b(x) = = [مول/کیلوگرم]
5. کسر مول ج (x i)برابر است با نسبت مقدار ماده یک جزء معین به مقدار کل همه اجزای محلول
فرمول های ارتباط بین غلظت ها:
با(x) = ج(x)×z
محلول ها دارای تعدادی ویژگی هستند که به ماهیت املاح بستگی ندارد، بلکه تنها به غلظت آن بستگی دارد. مهمترین آنها اسمز است.
به لطف اسمز، فرآیند پیچیده متابولیسم بدن با محیط خارجی از طریق غشای سلول های اندام ها و بافت ها انجام می شود.
انتشار فرآیند یکسان سازی خود به خودی غلظت در واحد حجم است.
اسمز انتشار یک طرفه مولکول های حلال از طریق یک غشای نیمه تراوا از یک حلال به یک محلول یا از محلولی با غلظت کمتر به محلولی با غلظت بالاتر است.
محلول حلال
انتقال حلال از طریق غشا به دلیل فشار اسمزی . برابر است با فشار خارجی اضافی که باید از محلول وارد شود تا فرآیند متوقف شود، یعنی شرایط تعادل اسمزی ایجاد شود. بیش از حد فشار بیش از فشار اسمزی می تواند منجر به معکوس شدن اسمز - انتشار معکوس حلال شود. اسمز معکوس زمانی اتفاق می افتد که پلاسمای خون در قسمت شریانی مویرگ و در گلومرول های کلیوی فیلتر شود.
فشار اسمزی فشاری است که باید به محلولی وارد شود تا اسمز متوقف شود.
معادله وانت هاف: P osm = ج RT×10 3
فشار اسمزی خون: 780 - 820 کیلو پاسکال
همه محلول ها از نظر پدیده اسمزی را می توان به 3 گروه تقسیم کرد:
· محلول های ایزوتونیک محلول هایی هستند که فشار اسمزی و غلظت اسمولی یکسان دارند. مثال: صفرا، محلول NaCl (w=0.9%، c=0.15 mol/l)، محلول گلوکز (w=7%، c=0.3 mol/l)
غلظت اسمولاری (اسمولاریته) مقدار کل ماده تمام ذرات فعال جنبشی موجود در 1 لیتر محلول است. با osm، osmol/l
غلظت اسمولالیته (اسمولالیته) مقدار کل ماده تمام ذرات فعال جنبشی موجود در 1 کیلوگرم حلال است. b osm، osmol/kg
برای محلول های رقیق، غلظت اسمولی همان غلظت اسمولال است. c osm ≈ b osm
· محلول هایپرتونیک - محلولی با غلظت مواد محلول بالاتر، بنابراین با فشار اسمزی بالاتر نسبت به محلول دیگر و در حضور غشاهای نفوذپذیر، قادر به بیرون کشیدن آب از آن است. مثال: شیره روده، ادرار.
· محلول هیپوتونیک - محلولی با غلظت کمتر مواد محلول، بنابراین، با فشار اسمزی کمتر در مقایسه با محلول دیگر و قادر به از دست دادن آب در حضور غشاهای نفوذپذیر است. مثال: بزاق، عرق.
حیوانات و سلول های گیاهیجدا شده از محیط زیستغشاء هنگامی که یک سلول در محلول هایی با غلظت ها یا فشارهای اسمولی متفاوت قرار می گیرد، پدیده های زیر مشاهده می شود:
پلاسمولیز - کاهش حجم سلول. در این حالت سلول در محلول هیپرتونیک قرار می گیرد. اختلاف فشار اسمزی باعث می شود که حلال از سلول به محلول هیپرتونیک حرکت کند.
· لیز - افزایش حجم سلول. در این حالت سلول در محلول هیپوتونیک قرار می گیرد. اختلاف فشار اسمزی باعث حرکت حلال به داخل سلول می شود. در صورت پارگی غشای گلبول های قرمز و انتقال هموگلوبین به پلاسما به این پدیده همولیز می گویند.
ایزوسمیا - حجم سلول تغییر نمی کند. در این حالت سلول در محلول ایزوتونیک قرار می گیرد.
با کمک پدیده های اسمزی، متابولیسم آب نمک در بدن انسان حفظ می شود. اسمز اساس مکانیسم عملکرد کلیه است. محلول ایزوتونیک (فیزیولوژیکی) NaCl (0.9٪) برای از دست دادن خون زیاد استفاده می شود. محلول هیپرتونیک NaCl (10%) هنگام استفاده از باند گازی روی زخم های چرکی استفاده می شود.
فشار انکوتیک- این بخشی از فشار اسمزی است که توسط پروتئین ها ایجاد می شود.
در پلاسمای خون انسان فقط حدود 0.5٪ از فشار اسمزی (0.03-0.04 atm یا 2.5 - 4.0 کیلو پاسکال) را تشکیل می دهد. با این حال، فشار انکوتیک نقش مهمی در تشکیل مایع بین سلولی، ادرار اولیه و غیره ایفا می کند. دیواره مویرگی آزادانه در برابر آب و مواد با وزن مولکولی کم نفوذپذیر است، اما نه برای پروتئین ها. میزان فیلتراسیون مایع از طریق دیواره مویرگی با تفاوت بین فشار انکوتیک پروتئین های پلاسما و فشار هیدرواستاتیک خون ایجاد شده توسط کار قلب تعیین می شود. در انتهای شریانی مویرگ، محلول نمکی همراه با مواد مغذی وارد فضای بین سلولی می شود. در انتهای وریدی مویرگ، فرآیند در جهت مخالف پیش می رود، زیرا فشار وریدی کمتر از فشار انکوتیک است. در نتیجه، موادی که توسط سلول ها آزاد می شود، وارد خون می شوند. در بیماری هایی که با کاهش غلظت پروتئین ها (به ویژه آلبومین) در خون همراه است، فشار انکوتیک کاهش می یابد و این ممکن است یکی از دلایل تجمع مایع در فضای بین سلولی و در نتیجه ایجاد ادم باشد.
 |