Коллоидные системы

Классификация коллоидов

Существует несколько категорий для разделения коллоидных систем, а именно:

1. в зависимости от агрегатного состояния диспергирующей среды;
2. в зависимости от типа диспергирующей фазы;
3. в зависимости от сродства коллоида к диспергированной фазе;
4. в зависимости от структуры коллоида;
5. в зависимости от обратимости процесса коагуляции.

Разделение коллоидов в зависимости от состояния агрегации диспергирующей среды

Таблица 1 Классификация коллоидов в зависимости от состояния агрегации диспергирующей среды.

Кроме того, для жидкой диспергирующей фазы также существует разделение в зависимости от ее природы. Если диспергирующей средой является вода, мы говорим о гидрозолях. Если органическая жидкость является диспергирующей средой, то коллоидная система представляет собой органозоль. С этим непосредственно связана и классификация коллоидов в зависимости от сродства растворителя:

1. Лиофильные коллоиды — это коллоиды, характеризующиеся сродством к растворителю. Они в нем сильно солюбилизируются или гидратируют в воде, стабильны и менее чувствительны к любым коагулирующим агентам.
2. В отличие от них, лиофобные коллоиды не имеют сродства к дисперсной фазе. В результате они практически не подвергаются солюбилизации.

Если дисперсной фазой является вода — такие лиофобные коллоиды называются гидрофобными. Они не гидратируются, но ионы из раствора адсорбируются на их поверхностях. Без присутствия эмульгатора они в полярных растворителях не стабильны. Примерами таких систем являются молоко и майонез. К гидрофильным коллоидам, гидрофильным группам, макрочастицы которых удерживают ее во взвешенном состоянии в воде, принадлежат белки, желатин и гели.

Классификация в соответствии со структурой коллоида

1. Молекулярные коллоиды, иначе называемые эвколлоидами, образуются из молекул соединений (белков, каучука, крахмала), диспергированных в диспергирующей фазе. Молекулы растворителя способны проникать в макромолекулы, поэтому фазовая граница не является четкой. Это коллоиды, которые не обязательно имеют электрический заряд.
2. Фазовые коллоиды, которые образуются, когда молекулы определенных химических соединений, например AgCl, Fe(OH)₃, группируют ряд атомов или молекул вокруг друг друга в узлы, соответствующие размеру коллоидных молекул, которые образуют отдельную фазу. Такие коллоиды имеют электрический заряд на поверхности, и ним относятся золи золота, серебра и окисей металлов.
3. Ассоциативные коллоиды, или так называемые мицеллы, состоят из ассоциированных молекул, которые образуют более крупную частицу, как, например, в додецилсульфате натрия (SDS).

Классификация коллоидов в зависимости от обратимости процесса коагуляции

Коагуляция — это процесс, при котором отдельные частицы диспергированного вещества собираются вместе, образуя более крупные скопления, т. е. так называемые агрегаты. Затем они выпадают из системы в виде осадка. Таким образом, процесс коагуляции приводит к разрушению коллоидной системы в пользу отделения диспергированной фазы в виде более крупных агрегатов осадка или капель жидкости. По обратимости этого процесса коллоиды делятся на те, в которых коагуляция:

1. необратима, когда золь после перехода в состояние коагулята не может вернуться в исходное состояние. Это происходит из-за нейтрализации поверхностного электрического заряда. Примером такого процесса является денатурация белковых коллоидов под воздействием температуры, которая приводит к разрушению их II-, III- и IV-рядных структур.
2. обратима, когда коллоиды после перехода в состояние коагулята могут подвергаться процессу пептизации, приводящему к повторной солюбилизации. Процесс коагуляции в таких случаях является результатом удаления сольватационной оболочки, которая окружает коллоид. Примером такого процесса является коагуляция куриного белка, который может вернуться в форму золя при добавлении к нему хлорида натрия и разбавлении водой.

Факторы, влияющие на стабильность коллоидов

1. Размер диспергированной частицы — чем меньше частица, тем, как правило, выше стабильность.
2. Наличие поверхностного электрического заряда.
3. Наличие сольватационной оболочки, в случае гидрофильных коллоидов.

Кинетические свойства коллоидных систем

1. Броуновские движения, т. е. хаотические движения частиц диспергированной фазы в диспергирующей жидкой или газовой фазе. Они возникают в результате столкновений коллоидных частиц с диспергирующей средой.
2. Диффузия, характеризующаяся перемещением коллоидных молекул из области с более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией. Скорость процесса медленная из-за большого размера частиц.
3. Осаждение, возникающее в результате действия силы тяжести на коллоидные молекулы, падающие на дно сосуда. Этот процесс происходит с медленной скоростью, а само явление применяется для определения молекулярного веса макромолекул.

Оптические свойства коллоидов

В отличие от реальных растворов, жидкие коллоидные системы имеют частицы достаточно крупные, чтобы рассеивать видимый свет. Это происходит, когда показатели преломления диспергирующей среды и диспергированной фазы различны. Ключевыми факторами при рассеянии являются дифракция и отражение. В этом случае происходит равномерное рассеяние в каждом направлении.

Электрические свойства коллоидов

1. Электрокинетический потенциал, возникающий в результате разности потенциалов между стационарным диффузионным слоем частиц диспергированной фазы и диспергированной фазой. Он возникает на поверхности диспергированных частиц и оказывает большое влияние на стабильность коллоидных систем.
2. Электрофорез, а точнее электрофоретическая подвижность, также характеризует коллоиды. На него влияют такие факторы, как форма и размер частиц, pH, величина приложенного электрического поля и температура.
3. Электроосмос — еще одно возможное движение жидкой фазы коллоидной системы в единичном электрическом поле. Его скорость прямо пропорциональна электрокинетическому потенциалу и обратно пропорциональна вязкости системы,
4. Потенциал потока, который создается при механически принудительном течении жидкости через капиллярную систему или мембрану. Это приводит к возникновению разности потенциалов.
5. Потенциал седиментации, возникающий в результате движения заряженных коллоидных частиц относительно диспергирующей среды, например, под действием силы тяжести.