Коллоиды

Коллоиды или коллоидные растворы или коллоидные системы представляют собой смесь, в которой компонент, состоящий из нерастворимых частиц, рассеянных в микроскопическом масштабе, взвешен внутри другого компонента. В химии смесь двух веществ, в которой одно вещество разделено на мельчайшие частицы (или коллоидные частицы) и диспергировано поверх другого вещества, называется коллоидом. Коллоиды могут быть различных типов, таких как золь, эмульсия, пена, аэрозоль, лиофобный золь, лиофильный золь и т. д. Следовательно, эта статья о коллоидах помогает понять различные концепции коллоидов, такие как классификация, подготовка, характеристики, применение, примеры и часто задаваемые вопросы!

Что такое коллоиды?

A solution in which the size of solute particles is intermediate between those in true solution and suspension is called Colloids. Simply, colloids are the mixtures where one substance is split into minute particles which are dispersed throughout a second substance. e.g. Soap solution, milk, blood, etc are some of the examples of colloids.

Коллоиды (также коллоидные растворы или коллоидные системы) представляют собой смеси микроскопически распределенных нерастворимых частиц одного вещества, плавающих в другом. Размер взвешенных частиц коллоида может варьироваться от 1 до 1000 нанометров (или 10 ^-9 метров).

Взвешенные частицы в комбинации не должны оседать, чтобы их можно было классифицировать как коллоиды (подобно тому, как частицы взвесей оседают на дне контейнера, если их не трогать). Известно, что коллоидные растворы проявляют эффект Тиндаля, явление, при котором световые лучи, воздействующие на коллоиды, рассеиваются в результате взаимодействия между светом и коллоидным компонентом.

Классификация коллоидов

Коллоиды подразделяются на разные классы в зависимости от различных условий:

Классификация коллоидов по физическим состояниям.

• Твердые золи – коллоидная система, в которой частицы одного твердого вещества диспергированы в частицы другого твердого вещества. например, цветное стекло, драгоценные камни, каменная соль, некоторые сплавы и т. д.
• Золь. Когда дисперсионная среда твердая, а дисперсионная фаза жидкая в коллоидной системе, это называется золем. Например, краски, чернила, золь золота, золь серебра, мутная вода, крахмал и т. д.
• Эмульсия – тонкая дисперсия мельчайших капелек одной жидкости в другую несмешивающуюся жидкость называется эмульсией. Диаметр капель колеблется от 10 ^-4 до 10 ^-6 см. Молоко, сливочное масло, масло печени трески и т.д.
• Твердые аэрозоли. Раствор, в котором мельчайшие частицы твердых частиц диспергированы в газ, называется твердым аэрозолем. Например, дым, пыльные бури, выхлопы промышленных предприятий и автомобилей и т. д.
• Гели – коллоидный раствор, в котором мельчайшие капельки жидкости диспергированы в твердой дисперсионной среде. например желе, сыр, творог, крем для обуви и т. д.
• Твердая пена – коллоидный раствор, в котором мельчайшие частицы газа растворены в твердой дисперсионной среде. например, пемза, каучук, торт и т. д.

Классификация коллоидов на основе взаимодействия

• Лиофильные коллоиды: эти типы коллоидных растворов имеют сильное сродство между частицами дисперсной фазы и частицами дисперсной среды. например, камедь, крахмал, желатин и белки. и т.п.
• Лиофобные коллоиды: эти типы коллоидных растворов имеют слабое сродство между частицами дисперсной фазы и частицами дисперсионной среды. например, золь серебра, золь гидроксида железа и золь сульфида мышьяка.

Классификация коллоидов по свойствам частиц золя.

• Мультимолекулярные коллоиды: когда более мелкие молекулы вещества или многие атомы растворяются и объединяются с образованием частиц, размер которых находится в диапазоне размеров коллоидов, они называются мультимолекулярными коллоидами. например, раствор серы с тысячами частиц S ₈ .
• Макромолекулярные коллоиды: биомолекулярные вещества, такие как ферменты или белки, которые увеличиваются в размерах при погружении в соответствующую дисперсию, известны как макромолекулярные коллоиды. например, каучук, целлюлоза, крахмал и т.д.
• Ассоциированные коллоиды: существуют определенные вещества, молекулы которых по своей природе дифильны, что означает, что молекулы этих частиц содержат неполярную гидрофильную часть и полярную гидрофобную часть.

Классификация по дисперсионной среде

• Hydrosol: Как следует из названия, Hydrosol, Hydro означает воду, следовательно, в этих коллоидах дисперсионной средой является вода. Например, крахмал и т. д.
• Alcosol: Эти коллоиды содержат спирт в качестве дисперсионной среды.
• Acrosol: В этих коллоидах дисперсной фазой является воздух. например туман и т.д.

Приготовление коллоидов

Стабильные коллоиды известны как лиофильные золи, в них между дисперсной фазой и дисперсионной средой действуют сильные силы притяжения. Вот некоторые из основных методов приготовления коллоидов:

Метод конденсации

В этом процессе мелкие частицы растворенного вещества конденсируются с образованием частиц дисперсной фазы.

• Путем окисления: мы можем получить коллоидную серу, пропуская газообразный кислород через раствор сероводорода. В качестве окислителей в этом процессе используются HNO ₃ , H ₃ Br ₂ и др.

2H₂S + O₂  ⇢  2H₂O + 2S

• Восстановлением: в процессе подходящие восстановители, такие как формальдегид, перекись водорода, хлорид двухвалентного олова и т. д., реагируют с водным раствором этих солей с получением таких металлов, как золото, серебро и платина, в коллоидном состоянии.

2AuCl₃ + 3SnCl₂  ⇢  3SnCl₄ + 2Au

• Путем двойного разложения: в этом процессе сероводород пропускают через холодный раствор оксида мышьяка в воде и получают раствор сульфида мышьяка.

As₂O₃ + 3H₂S   ⇢  As₂S₃ + 3H₂O

• Путем гидролиза: растворы солей гидролизуются кипячением соответствующих разбавленных растворов. Например, гидроксид железа получают гидролизом соответствующей соли.

FeCl₃ + 3H₂O ⇢ Fe(OH)₃ + 3HCl

Методы диспергирования

С помощью этих процедур крупные частицы материала (суспензии) разбиваются на более мелкие частицы. Перечисленные ниже процедуры используются:

• Механическое диспергирование: в этом методе вещества измельчаются до крупных частиц, а затем смешиваются с дисперсионной средой для получения суспензии. Затем его измельчают в коллоидной мельнице, состоящей из двух металлических красителей, вращающихся в противоположных направлениях. Этот метод применяют для получения коллоидных растворов черных красок, лаковых красок и др.
• Электрический метод или метод дуги Бредига: в этом методе металл, подлежащий переводу в раствор, изготавливается в виде двухэлектродного электрода, который погружается в дисперсионную среду. Между электродами и льдом используется электрическая дуга для охлаждения дисперсионной среды. Здесь избыточное количество тепла дает коллоидное растворенное вещество.
• Пептизация. Процесс превращения свежеприготовленного осадка в коллоидный раствор называется пептизацией. В качестве пептизатора добавляют небольшое количество электролита. Некоторыми важными пептизаторами являются электролит и сахарный желатин. Например, свежеприготовленный гидроксид железа может быть превращен в коллоидный раствор с помощью этого метода путем встряхивания его с водой, содержащей FeCl _{3 .}

Fe(OH)₃ + FeCl₃ → (Fe(OH)₁ Fe)⁺³ + 3Cl^–

Свойства коллоидов

• Фильтруемость: для фильтрации коллоидов требуются специальные фильтры, известные как ультрафильтры. Они легко проходят через стандартные фильтр-картоны, не оставляя следов.
• Стабильность: коллоиды относительно стабильны по своей природе. Частицы дисперсной фазы находятся в постоянном движении и находятся в растворе во взвешенном состоянии.
• Гетерогенная природа: Коллоиды гетерогенны по своей природе, потому что они имеют две фазы: дисперсную фазу и дисперсионную среду.
• Однородный внешний вид: несмотря на то, что коллоиды содержат взвешенные частицы и являются гетерогенными по своей природе, они представляют собой гомогенный раствор. Это связано с тем, что взвешенные частицы настолько малы, что их невозможно увидеть невооруженным глазом.

Эффект Тиндаля: оптические свойства коллоидных растворов

Коллоиды демонстрируют явление, известное как эффект Тиндаля, который Джон Тиндалл определил в 1869 году. Когда мы пропускаем яркий сходящийся луч света через темный коллоидный раствор, путь луча освещается голубым свечением. Рассеяние света коллоидными частицами называется эффектом Тиндаля, а освещенный путь называется конусом Тиндаля. Распределенные коллоидные частицы рассеивают падающий на них свет, создавая излучение, подобное ультрафиолетовому и видимому излучению. Эти рассеянные излучения зажигаются.

Броуновское движение: механические свойства коллоидных частиц

Броуновское движение является весьма существенной характеристикой рассеянных частиц в коллоидном растворе. При исследовании коллоидного раствора с помощью ультрамикроскопа можно увидеть, как коллоидные частицы движутся зигзагообразно. Коллоидные частицы постоянно бомбардируются со всех сторон движущимися молекулами дисперсионной среды.

Таким образом, это придает импульс частицам, заставляя их двигаться вперед и сталкиваться с другой частицей. Столкновения заставляют коллоидную частицу двигаться случайным зигзагообразным образом.

Применение коллоидов

Коллоиды находят широкое применение во многих сферах промышленности, медицины и быта, например:

• В пищевых продуктах: сироп, халва и суп являются примерами коллоидных систем в кухне.
• Лекарства: Коллоидное серебро, также известное как Аргиролс, действует как антисептик при глазных инфекциях.
• Очистка воздуха в осадителе Коттрелла: Этот метод включает коагуляцию частиц раствора. При протекании пыли или дыма через вход электрифицированной камеры с центральной электрической пластиной, заряженной противоположным зарядом вмятины или частицы дыма, частицы коагулируют, и через другой выход проходит чистый воздух.
• Отделка кожи: Шкуры животных очень мягкие; при погружении в раствор танина с противоположным зарядом коже животного частицы агломерируются и кожа твердеет; это известно как дубление кожи.

Часто задаваемые вопросы о коллоидах

Вопрос 1: Почему молоко является коллоидом?

Отвечать:

Due to the charged gap particles that remain suspended in the liquid, milk is a colloid. Milk is a colloid, despite having the appearance of being a homogeneous mixture, since it contains tiny globules of protein and fat that do not separate apart after standing due to the (often negatively) charged particles.

Вопрос 2: Какие изменения могут произойти в веществе или материи?

Отвечать:

The changes that occur in the matter are physical and chemical changes. The physical changes are about changes in the state of matter and other external factors whereas, chemical changes are concerned with the chemical composition of the matter.

Вопрос 3: Какие меры предосторожности следует соблюдать в процессе диализа?

Отвечать:

During the process of dialysis, the distilled water in the container should be frequently changed to prevent the accumulation of crystalloids. Otherwise, the impurities will get diffused back.

Вопрос 4: Каково применение коллоидов в промышленных продуктах?

Отвечать:

The application of colloid in industrial products are as follows:

1. Colloids are used as a thickening agent for the products like lubricants, lotions, toothpaste, etc.
2. It is also used in manufacturing inks and paints.
3. It is used in medicines as an antiseptic.
4. And, as stabilizers in food industries to manufacture foods items like jam, ice cream, etc.

Вопрос 5: Какое вещество используется для уменьшения размера пор фильтровальной бумаги для ультрафильтрации?

Отвечать:

As filter paper have a large pore size which is not efficient for the filtration of colloid so, to reduce the size of pores collodion solution (cellulose nitrate solution) is used.

Статьи по Теме

Types of Solutions

Classification of Colloids

Preparation and Purification of Colloids