Колоїдні системи

Класифікація колоїдів

Існує кілька класифікацій колоїдних систем, а саме:

1. агрегатним станом дисперсійного середовища,
2. за типом безперервної фази,
3. за спорідненістю колоїду до дисперсної фази,
4. за структурою колоїду,
5. оборотністю коагуляції.

Класифікація колоїдів за агрегатним станом дисперсійного середовища

Таблиця 1 Класифікація колоїдів за агрегатним станом дисперсійного середовища. Крім того, рідкі безперервні фази також можна класифікувати за їхньою природою. Колоїдна система з водою як дисперсійним середовищем називається гідрозолем. Якщо дисперсійним середовищем є органічна рідина, то колоїдна система називається органозолем. Це також безпосередньо пов’язано з класифікацією колоїдів на основі спорідненості розчинника:

1. Ліофільні колоїди – це такі колоїди, які характеризуються спорідненістю до розчинника. Вони сильно сольватовані в ньому (або гідратовані у воді), стабільні і менш чутливі до факторів згортання будь-якого типу.
2. З іншого боку, ліофобні колоїди не виявляють спорідненості до безперервної фази. Ось чому вони не піддаються розчиненню або лише обмежено.

Якщо суцільною фазою є вода, такі ліофобні колоїди називаються гідрофобними. Вони не піддаються гідратації, але іони з розчину адсорбуються на їх поверхні. У полярних розчинниках вони нестабільні без емульгатора. Прикладами таких систем є молоко або майонез. Гідрофільні колоїди, в яких гідрофільні групи макромолекул підтримують ці молекули у суспендованому стані у воді, включають білки, желатин або желе.

Класифікація за колоїдною будовою

1. Молекулярні колоїди , також звані евколоїдами , утворюються молекулами сполук (білків, каучуку, крохмалю), диспергованих у безперервній фазі. Молекули розчинника можуть проникати в макромолекули, що робить поверхню розділу нечіткою. Це колоїди, які не обов’язково мають електричний заряд.
2. Фазові колоїди , які утворюються, коли навколо молекул деяких хімічних сполук, таких як AgCl, Fe(OH) ₃ , збирається певна кількість атомів або молекул, утворюючи агрегати такого ж розміру, як і колоїдні молекули, які утворюють окрему фазу. Такі колоїди мають на своїх поверхнях електричний заряд; вони включають золі золота, срібла або оксиди металів.
3. Асоційовані колоїди (так звані міцели) побудовані з асоційованих молекул, які утворюють більшу частинку, як у випадку додецилсульфату натрію (SDS).

Класифікація колоїдів за оборотністю коагуляції

Коагуляція — це процес, при якому окремі частинки диспергованої речовини об’єднуються, утворюючи більші кластери, які називаються агрегатами. Потім вони випадають із системи у вигляді осаду. Тому коагуляція руйнує колоїдну систему шляхом відділення дисперсної фази у вигляді великих скупчень осаду або крапель рідини. Залежно від того, чи є цей процес оборотним, ми класифікуємо колоїди на такі, де відбувається коагуляція:

1. незворотні , коли золь не може відновити свій початковий стан після перетворення на коагулят. Це результат нейтралізації поверхневого електричного заряду. Прикладом такого процесу є температурна денатурація білкових колоїдів, яка руйнує їх вторинну, третинну та четвертинну структури.
2. оборотний , де колоїди, перетворені на коагулят, можуть бути піддані пептизації, яка перетворює їх назад на золь. У таких випадках коагуляція є результатом видалення сольватної оболонки, яка оточує колоїд. Прикладом такого процесу може бути коагуляція білка курячого яйця, який може повернутися до форми золю після додавання до нього хлориду натрію і розведення його у воді.

Фактори, що впливають на стабільність колоїду

1. Розмір диспергованих частинок: менші частинки зазвичай виявляють більшу стабільність.
2. Наявність поверхневого електричного заряду.
3. Наявність сольватної оболонки (для гідрофільних колоїдів).

Кінетичні властивості колоїдних систем

1. Броунівські рухи — хаотичні рухи молекул дисперсної фази в рідкій або газоподібній суцільній фазі. Вони викликані зіткненнями молекул колоїду з дисперсійним середовищем.
2. Дифузія , яка є характеристикою колоїдних молекул, які переміщуються з області вищої концентрації в область нижчої концентрації. Швидкість цього процесу низька, оскільки частинки мають великий розмір.
3. Седиментація , яка є ефектом сили тяжіння, що діє на молекули колоїду, змушуючи їх падати на дно посудини. Цей процес протікає повільно, і його можна використовувати для визначення молекулярної маси макромолекул.

Оптичні властивості колоїдів

На відміну від справжніх розчинів, частинки в рідких колоїдних системах достатньо великі, щоб розсіювати видиме світло. Це відбувається, коли показники заломлення середовища і дисперсної фази різні. Ключовими факторами розсіювання є дифракція та відбиття. Розсіювання відбувається рівномірно в кожному напрямку.

Електричні властивості колоїдів

1. Електрокінетичний потенціал , який виникає через різницю потенціалів між нерухомим дифузійним шаром частинок дисперсної фази та дисперсною фазою. Саме потенціал на поверхні дисперсних частинок має великий вплив на стабільність колоїдних систем.
2. Електрофорез , або власне «електрофоретична рухливість», є ще однією характеристикою колоїдів. На нього впливають такі фактори, як форма і розмір молекули, значення pH, напруженість прикладеного електричного поля або температура.
3. Електроосмос відноситься до іншого можливого руху рідкої фази колоїдної системи в єдиному електричному полі. Його швидкість прямо пропорційна електрокінетичному потенціалу і обернено пропорційна в’язкості системи.
4. Потенціал потоку , який викликається механічно викликаним потоком рідини через систему капілярних трубок або мембрану. Це тягне за собою різницю в потенціалах.
5. Седиментаційний потенціал , який викликається рухом заряджених колоїдних частинок відносно дисперсійного середовища, наприклад під дією сили тяжіння.