هیچ عنصری در طبیعت وجود ندارد که خالص باشد. اصولاً همه آنها مخلوط هستند. آنها به نوبه خود می توانند ناهمگن یا همگن باشند. آنها از مواد در حالت تجمع تشکیل می شوند، بنابراین یک سیستم پراکندگی خاصی ایجاد می کنند که در آن مراحل مختلفی وجود دارد. علاوه بر این، مخلوط ها معمولا حاوی یک محیط پراکندگی هستند. ماهیت آن در این واقعیت نهفته است که عنصری با حجم زیاد در نظر گرفته می شود که مقداری ماده در آن توزیع می شود. در یک سیستم پراکنده، فاز و محیط به گونه ای قرار می گیرند که ذرات سطح مشترک بین آنها وجود دارد. بنابراین به آن ناهمگن یا ناهمگن می گویند. با توجه به این موضوع، عمل سطح، و نه ذرات به عنوان یک کل، اهمیت زیادی دارد.
طبقه بندی سیستم پراکنده
همانطور که می دانید فاز
با موادی نشان داده می شود که حالت متفاوتی دارند. و این عناصر به چند نوع تقسیم می شوند. حالت تجمع فاز پراکنده به ترکیبی ازمحیطی که منجر به 9 نوع سیستم می شود:
- گاز. مایع، جامد و عنصر مورد نظر. مخلوط همگن، غبار، غبار، ذرات معلق در هوا.
- فاز پراکنده مایع. گاز، جامد، آب. فوم، امولسیون، سل.
- فاز پراکنده جامد. مایع، گاز و ماده در نظر گرفته شده در این مورد. خاک، به معنی در پزشکی یا آرایشی، سنگ.
به عنوان یک قاعده، اندازه یک سیستم پراکنده با اندازه ذرات فاز تعیین می شود. طبقه بندی زیر وجود دارد:
- درشت (تعلیق)؛
- نازک (محلول های کلوئیدی و واقعی).
ذرات سیستم پراکندگی
هنگام بررسی مخلوط های درشت می توان مشاهده کرد که ذرات این ترکیبات در ساختار با چشم غیرمسلح نیز قابل مشاهده است، زیرا اندازه آنها بیش از 100 نانومتر است. تعلیق، به عنوان یک قاعده، به سیستمی اطلاق می شود که در آن فاز پراکنده از محیط جدا می شود. این به این دلیل است که آنها مات در نظر گرفته می شوند. سوسپانسیون ها به امولسیون (مایعات نامحلول)، آئروسل (ذرات ریز و جامدات)، سوسپانسیون (جامد در آب) تقسیم می شوند.
یک ماده کلوئیدی به هر چیزی گفته می شود که دارای خاصیت پراکندگی یکنواخت عنصر دیگری روی آن باشد. یعنی حضور دارد یا بهتر است بگوییم بخشی از فاز پراکنده است. این حالت زمانی است که یک ماده به طور کامل در ماده دیگر یا بهتر است بگوییم در حجم آن توزیع شود. در مثال شیر، چربی مایع در یک محلول آبی پراکنده شده است. در این حالت، مولکول کوچکتر در 1 قرار داردنانومتر و 1 میکرومتر، و هنگامی که مخلوط یکنواخت می شود، آن را برای میکروسکوپ نوری نامرئی می کند.
یعنی هیچ بخشی از محلول دارای غلظت فاز پراکنده بیشتر یا کمتر از هر قسمت دیگری است. می توان گفت که ماهیت آن کلوئیدی است. بزرگتر فاز پیوسته یا محیط پراکندگی نامیده می شود. از آنجایی که اندازه و توزیع آن تغییر نمی کند و عنصر مورد نظر بر روی آن توزیع می شود. انواع کلوئیدها شامل آئروسل ها، امولسیون ها، فوم ها، دیسپرسیون ها و مخلوط هایی به نام هیدروسول هستند. هر سیستم دارای دو فاز است: فاز پراکنده و پیوسته.
کلوئیدها بر اساس تاریخ
علاقه شدید به چنین موادی در آغاز قرن بیستم در همه علوم وجود داشت. انیشتین و سایر دانشمندان به دقت ویژگی ها و کاربردهای آنها را مطالعه کردند. در آن زمان، این حوزه جدید علم، حوزه تحقیقاتی پیشرو برای نظریه پردازان، محققان و تولیدکنندگان بود. پس از اوج علاقه تا سال 1950، تحقیقات روی کلوئیدها به طور قابل توجهی کاهش یافت. جالب است بدانیم که از زمان ظهور اخیر میکروسکوپ‌های با قدرت بالاتر و "نانو فناوری" (مطالعه اجسام در مقیاس کوچک خاص)، علاقه علمی مجددی به مطالعه مواد جدید ایجاد شده است.
بیشتر درباره این مواد
عناصری هم در طبیعت و هم در محلول های مصنوعی مشاهده می شوند که خاصیت کلوئیدی دارند. به عنوان مثال، سس مایونز، لوسیون آرایشی و روان کننده انواع امولسیون های مصنوعی هستند و شیر نیز مشابه آن است.مخلوطی که در طبیعت یافت می شود. فوم های کلوئیدی شامل خامه فرم گرفته و فوم اصلاح هستند، در حالی که اقلام خوراکی شامل کره، مارشمالو و ژله می باشد. علاوه بر مواد غذایی، این مواد به شکل آلیاژهای خاص، رنگ، جوهر، مواد شوینده، حشره کش، ذرات معلق در هوا، فوم پلی اتیلن و لاستیک وجود دارند. حتی اشیاء طبیعی زیبا مانند ابرها، مرواریدها و اوپال ها دارای خواص کلوئیدی هستند زیرا دارای ماده دیگری هستند که به طور مساوی در آنها توزیع شده است.
به دست آوردن مخلوط های کلوئیدی
با افزایش مولکول های کوچک به محدوده 1 تا 1 میکرومتر، یا با کاهش ذرات بزرگ به همان اندازه. مواد کلوئیدی را می توان به دست آورد. تولید بیشتر به نوع عناصر مورد استفاده در فازهای پراکنده و پیوسته بستگی دارد. رفتار کلوئیدها متفاوت از مایعات معمولی است. و این در حمل و نقل و خواص فیزیکی و شیمیایی مشاهده می شود. به عنوان مثال، یک غشاء ممکن است به یک محلول واقعی با مولکول های جامد متصل به مولکول های مایع اجازه عبور دهد. در حالی که یک ماده کلوئیدی که دارای یک جامد در یک مایع پراکنده است توسط غشاء کشیده می شود. برابری توزیع تا نقطه برابری میکروسکوپی در شکاف کل عنصر دوم یکنواخت است.
راه حل های واقعی
پراکندگی کلوئیدی
به صورت یک مخلوط همگن نشان داده می شود. این عنصر از دو سیستم تشکیل شده است: فاز پیوسته و پراکنده. این نشان می دهد که این مورد مربوط بهمحلول های واقعی، زیرا آنها به طور مستقیم با مخلوط فوق، متشکل از چندین ماده مرتبط هستند. در یک کلوئید، دومی دارای ساختار ذرات یا قطرات ریز است که در اولی به طور مساوی توزیع شده است. از 1 نانومتر تا 100 نانومتر اندازه ای است که فاز پراکنده یا بهتر است بگوییم ذرات را حداقل در یک بعد تشکیل می دهد. در این محدوده، فاز پراکنده مخلوط‌های همگن با اندازه‌های مشخص شده است، می‌توان عناصر تقریبی را نام برد که با توضیحات مطابقت دارند: آئروسل‌های کلوئیدی، امولسیون‌ها، فوم‌ها، هیدروسل‌ها. ذرات یا قطرات موجود در فرمولاسیون مورد نظر تحت تأثیر ترکیب شیمیایی سطح هستند.
محلول‌ها و سیستم‌های کلوئیدی
باید این واقعیت را در نظر گرفت که اندازه فاز پراکنده یک متغیر سخت برای اندازه گیری در سیستم است. راه حل ها گاهی اوقات با ویژگی های خاص خود مشخص می شوند. برای سهولت درک شاخص های ترکیبات، کلوئیدها به آنها شباهت دارند و تقریباً یکسان به نظر می رسند. به عنوان مثال، اگر شکل جامد و پراکنده در مایع داشته باشد. در نتیجه، ذرات از غشاء عبور نمی کنند. در حالی که اجزای دیگر مانند یون ها یا مولکول های محلول قادر به عبور از آن هستند. اگر تجزیه و تحلیل ساده تر باشد، معلوم می شود که اجزای حل شده از غشاء عبور می کنند و با فاز در نظر گرفته شده، ذرات کلوئیدی نمی توانند.
ظاهر و ناپدید شدن ویژگی های رنگ
به دلیل اثر Tyndall، برخی از این مواد شفاف هستند. در ساختار عنصر، پراکندگی نور است. سیستم ها و فرمول های دیگر همراه هستندکمی سایه یا حتی مات باشد، با یک رنگ خاص، حتی اگر برخی از آنها روشن نباشند. بسیاری از مواد آشنا از جمله کره، شیر، خامه، ذرات معلق در هوا (مه، دود، دود)، آسفالت، رنگ، رنگ، چسب و کف دریا، کلوئید هستند. این رشته مطالعاتی در سال 1861 توسط دانشمند اسکاتلندی توماس گراهام معرفی شد. در برخی موارد، کلوئید را می توان به عنوان یک مخلوط همگن (نه ناهمگن) در نظر گرفت. این به این دلیل است که تمایز بین ماده "محلول" و "گرانول" گاهی اوقات می تواند یک موضوع باشد.
انواع مواد هیدروکلوئیدی
این جزء به عنوان یک سیستم کلوئیدی تعریف می شود که در آن ذرات در آب پراکنده می شوند. عناصر هیدروکلوئیدی بسته به مقدار مایع می توانند حالت های مختلفی مانند ژل یا سل به خود بگیرند. آنها برگشت ناپذیر (تک جزئی) یا برگشت پذیر هستند. به عنوان مثال، آگار، نوع دوم هیدروکلوئید. ممکن است در حالت‌های ژل و سل وجود داشته باشد و بین حالت‌هایی که گرما اضافه یا حذف شده است، متناوب باشد.
بسیاری از هیدروکلوئیدها از منابع طبیعی به دست می آیند. به عنوان مثال، کاراگینان از جلبک ها، ژلاتین از چربی گاو و پکتین از پوست مرکبات و تفاله سیب استخراج می شود. هیدروکلوئیدها در مواد غذایی عمدتاً برای تأثیر بر بافت یا ویسکوزیته (سس) استفاده می شوند. همچنین برای مراقبت از پوست یا به عنوان یک عامل شفابخش پس از آسیب استفاده می شود.
ویژگی های اساسی سیستم های کلوئیدی
از این اطلاعات می توان دریافت که سیستم های کلوئیدی زیربخشی از کره پراکنده هستند. آنها به نوبه خود می توانند راه حل (sols) باشند.یا ژل (ژله). اولی در بیشتر موارد بر اساس شیمی زنده ایجاد می شود. دومی در زیر رسوباتی که در طی انعقاد ذرات رخ می دهد تشکیل می شوند. محلول ها می توانند آبی با مواد آلی، با الکترولیت های ضعیف یا قوی باشند. اندازه ذرات فاز پراکنده کلوئیدها از 100 تا 1 نانومتر است. آنها را نمی توان با چشم غیر مسلح دید. در نتیجه ته نشین شدن، جداسازی فاز و محیط دشوار است.
طبقه بندی بر اساس انواع ذرات فاز پراکنده
کلوئیدهای چند مولکولی. هنگامی که در انحلال، اتم ها یا مولکول های کوچکتر مواد (با قطر کمتر از 1 نانومتر) با هم ترکیب می شوند و ذرات با اندازه های مشابه را تشکیل می دهند. در این سل ها، فاز پراکنده ساختاری است که از تجمعات اتم ها یا مولکول هایی با اندازه مولکولی کمتر از 1 نانومتر تشکیل شده است. مثلا طلا و گوگرد. در این کلوئیدها، ذرات توسط نیروهای واندروالس در کنار هم نگه داشته می شوند. آنها معمولاً شخصیت لیوفیلیک دارند. این به معنی تعامل ذرات قابل توجه است.
کلوئیدهای با وزن مولکولی بالا. اینها موادی هستند که دارای مولکولهای بزرگ (به اصطلاح ماکرومولکول) هستند که در صورت حل شدن، قطر مشخصی را تشکیل می دهند. به چنین موادی کلوئیدهای ماکرومولکولی می گویند. این عناصر تشکیل دهنده فاز پراکنده معمولاً پلیمرهایی هستند که وزن مولکولی بسیار بالایی دارند. درشت مولکول های طبیعی عبارتند از نشاسته، سلولز، پروتئین ها، آنزیم ها، ژلاتین و …. مصنوعی شامل پلیمرهای مصنوعی مانند نایلون، پلی اتیلن، پلاستیک، پلی استایرن و غیره است.ه. آنها معمولاً لیوفوبیک هستند، که در این مورد به معنای برهمکنش ضعیف ذرات است.
کلوئیدهای مرتبط. اینها موادی هستند که وقتی در یک محیط حل می شوند، در غلظت کم مانند الکترولیت های معمولی رفتار می کنند. اما آنها ذرات کلوئیدی با یک جزء آنزیمی بزرگتر از اجزا به دلیل تشکیل عناصر تجمع یافته هستند. ذرات انباشته ای که بدین ترتیب تشکیل می شوند، میسل نامیده می شوند. مولکول های آنها دارای هر دو گروه لیوفیل و لیوفوبیک است.
میسل. آنها ذرات خوشه ای یا انباشته ای هستند که از ارتباط یک کلوئید در محلول تشکیل می شوند. نمونه های رایج صابون ها و مواد شوینده هستند. این تشکیل در بالای یک دمای کرافت مشخص، و بالاتر از یک غلظت بحرانی میسل‌شدن اتفاق می‌افتد. آنها قادر به تشکیل یون هستند. میسل ها می توانند تا 100 مولکول یا بیشتر داشته باشند، برای مثال استئارات سدیم یک مثال معمولی است. وقتی در آب حل می شود، یون آزاد می کند.
