kolloid

1 Bevezetés

a kolloidok mindenütt megtalálhatók, ezért miért van az, hogy a legtöbb ember olyan keveset tud róluk? Bár Michael Faraday, a colloid science egyik alapítója, több mint egy évszázaddal megvert minket, mint diákok, láttuk magunknak az arany Solok lenyűgözését, nanométeres méretű aranyrészecskék, amelyek vízben diszpergáltak, mint egy stabil kolloid, piros színezéssel, amely kékre változik só hozzáadásával. A Gold sols jelenleg megújult érdeklődést szerzett a nanotechnológia építőelemeként.

a kolloid a görög koλα-ból származó ragasztószerű. A kolloid kifejezés a felosztás állapotára utal, ami azt jelenti, hogy a közegben diszpergált molekuláknak vagy polimolekuláris részecskéknek legalább egy irányban körülbelül 1 nm és 1 µm közötti dimenziójuk van, vagy hogy a rendszer diszkontinuitásaiban az adott sorrendben található távolságok találhatók. Nem szükséges, hogy mindhárom dimenzió kolloid tartományban legyen: a szálak, amelyekben csak két dimenzió van ebben a tartományban, és a vékony filmek, amelyekben egy dimenzió van ebben a tartományban, szintén kolloidnak minősülhetnek. Nem szükséges, hogy a kolloid rendszer egységei diszkrétek legyenek: a folyamatos hálózati struktúrák, amelyek alapegységei kolloid méretűek, szintén ebbe az osztályba tartoznak (pl. porózus szilárd anyagok, gélek és habok). A kolloid diszperzió olyan rendszer, amelyben bármilyen jellegű kolloid méretű részecskék (például szilárd, folyékony vagy gáz) diszpergálódnak egy másik összetételű (vagy állapotú) folyamatos fázisban.

a kolloidok olyan anyagok, amelyek túlnyomórészt folyékonyak, de más tulajdonságokkal rendelkeznek: vagy optikai, ami zavarosságot okoz, mint például a tej, vagy viszkózus, nyálka, zselatin vagy nedves agyag jellemzőivel. Ezek a hatások a folyadékban oldott makromolekulák jelenlétéből és/vagy két vagy több szilárd, folyékony vagy gázfázis keveréséből adódnak. A kolloid tudomány ezért egyrészt a makromolekulák, például a vízben lévő fehérjék vagy a szintetikus polimerek oldatainak, például a modellkészletek tiszta ragasztóinak vizsgálataként írható le. Másrészt az egyik fázis diszperzióinak vizsgálata a másikban, például emulziók (olaj vízben vagy vízben olajban), szilárd folyadékban, habokban, valamint a szappan vagy szintetikus mosószerek komplex lyotrop folyadékkristályos diszperziói. Néhány olvasó emlékezni fog a pépes szappanrudak régi problémájára, amikor vízzel érintkezik, ami az egyszer kemény tömörített szappant tágító víz behatolásából ered.

a Legtöbb kutató egyetért abban, hogy az a kifejezés, kolloid alkalmazott lebegő anyagok a méret tartomány 1 µm, hogy 1000 nm, hogy lehetnek szervetlen anyagok, ásványi töredékek, ásványi kicsapódik, biocolloids, valamint a természetes szerves anyag, illetve egyéb szerves vegyületek, valamint bomlástermékeket is társul alacsony, illetve közepes szintű hulladék patak. Különböző munkavállalók különböző mérettartományokat említettek; a felső határ azonban 1 µm. A kifejezés használható a részecskék vagy az egész rendszer jelölésére. A kolloid rendszerek (más néven kolloid oldatok vagy kolloid szuszpenziók) az interfész és a kolloid tudomány tárgyát képezik. Ezt a tanulmányi területet 1861-ben Thomas Graham skót tudós vezette be. Az alábbiakban néhány magyarázatot a különböző kolloid rendszerek.

a részecskék diszpergált fázisának neve csak akkor használható, ha lényegében azonos összetételű ömlesztett fázis tulajdonságai vannak.

a kolloid kifejezés a kolloid rendszer rövid szinonimájaként használható. A fent megadott méretkorlátok nem merevek, mivel bizonyos mértékig függenek a vizsgált tulajdonságoktól. Ez a nómenklatúra alkalmazható durvább rendszerekre, különösen akkor, ha a tulajdonságok fokozatos átmenetét veszik figyelembe.

a kolloid rendszerek leírása gyakran megköveteli az összetevők vagy összetevők számozását. Úgy érezzük, hogy a számozás rögzített szabálya szükségtelenül korlátozó. Azonban a szerző egyértelművé kell minden esetben, hogy milyen számozás, különösen, hogy ő számozás független termodinamikai alkatrészek (minden semleges), vagy a faj vagy a rendszerelemek, amelyek közül néhány ionos, ami összefüggésben lehet azzal, egyensúlyi feltételek, illetve az az állapot, electroneutrality. A két vagy több komponensből álló folyadék kolloid rendszerét sol-nak lehet nevezni, például fehérje-sol, arany-sol, emulzió, felületaktív oldat a kritikus micelle-koncentráció felett, vagy aeroszol.

szuszpenzióban a szilárd részecskék folyadékban diszpergálódnak; a kolloid szuszpenzió olyan, amelyben a részecskék mérete a kolloid tartományban van. Emulziós folyadékban cseppecskék és / vagy folyadékkristályok diszpergálódnak folyadékban. Az emulziókban a cseppek gyakran meghaladják a kolloidok szokásos méretét. Az emulziót O / W jel jelöli, ha a folyamatos fázis vizes oldat, és W/O, ha a folyamatos fázis szerves folyadék (olaj). Bonyolultabb emulziók, például O/W/O (azaz folyamatos olajfázisban diszpergált vizes cseppekben lévő olajcseppek) is lehetségesek. A fotográfiai emulziók, bár kolloid rendszerek, nem emulziók ebben a nómenklatúrában.

a latex (többes szám = latexek vagy latexek) egy emulzió vagy sol, amelyben minden kolloid részecske számos makromolekulát tartalmaz.

a hab olyan diszperzió, amelyben gázbuborékok formájában nagy mennyiségű gáz diszpergálódik folyadékban, szilárdban vagy gélben. A buborékok átmérője általában nagyobb, mint 1 mm, de a buborékok közötti lamellák vastagsága gyakran a szokásos kolloid mérettartományban van.

a habzás kifejezést felcserélhetően használták a habbal. Különösen a habzás eseteit lehet megkülönböztetni a habtól azzal a ténnyel, hogy az előbbit szilárd részecskék (mint a hab-flotáció), az utóbbit oldható anyagok stabilizálják.

az aeroszolok gázok diszperziója. Az aeroszolokban a részecskék gyakran meghaladják a kolloidok szokásos mérethatárait. Ha a diszpergált részecskék szilárdak, akkor a szilárd részecskék aeroszoljairól beszélünk; ha folyadékok, folyékony részecskék aeroszoljairól beszélünk. A szilárd aeroszol és folyékony aeroszol kifejezések használata nem ajánlott. Az aeroszol nem “szilárd” vagy “folyékony”, de ha bármi, gáznemű.

az aeroszolok tulajdonságainak, eredetének stb.megfelelő leírására sokféle kifejezést használnak, mint például a por, a köd, a köd, a köd, a szitálás, a füst és a szmog. Ezek közül csak a köd és a füst kifejezés szerepel ebben a nómenklatúrában.

a köd folyékony részecskék aeroszolja, különösen alacsony felhő.

a füst az égésből, a termikus bomlásból vagy a termikus párolgásból származó aeroszol. Részecskéi lehetnek szilárdak (magnézium-oxid füst) vagy folyadékok (dohányfüst).

a gél egy véges, általában meglehetősen kicsi kolloid rendszer, amely stresszt okoz. Az olyan anyagokat, mint a szilikagél, amelyek az előkészítés során gélállapotot adtak át, nem megfelelően géleknek nevezik.

a xerogel kifejezést ilyen kiszáradt nyitott szerkezetekre használják; valamint szárított kompakt makromolekuláris gélekre, például zselatinra vagy gumira.

az aerogel kifejezést akkor használják, amikor a szerkezet nyitottsága nagyrészt megmarad.

a kolloid diszperziók lehetnek liofób (hidrofób, ha a diszperziós közeg vizes oldat) vagy liofil (hidrofil). A liofil szolok spontán alakulnak ki, amikor a száraz koherens anyag (például zselatin, gumi, szappan) érintkezésbe kerül a diszperziós közeggel; ezért termodinamikailag stabilabbak, mint a száraz kolloid anyag kezdeti állapotában plusz diszperziós közeg. A lyofób szolok (pl. aranyszol) nem alakulhatnak ki spontán diszperzióval a közegben. Termodinamikailag instabilak a makroszkopikus fázisokra való elválasztás tekintetében, de hosszú ideig metasztatikus állapotban maradhatnak.

A Liofil sols mindkét asszociációs kolloidból áll, amelyekben kis molekulák aggregátumai reverzibilisen képződnek, és makromolekulák, amelyekben maguk a molekulák kolloid méretűek.

Liofób és liofil kolloidok keverékei védett liofób kolloidokat képezhetnek.

a liofil (hidrofil, lipofil, oleofil stb.) és lyofób (lipofób, stb.) egy adott atomcsoport és a közeg kölcsönhatásának jellemzésére is használható. Ebben a használat, a kifejezések relatív minőségi jelentése “oldószer inkább” (víz-preferáló, zsír-preferáló stb.) és az “oldószer-kilökődés” (víz-kilökődés, zsír-kilökődés stb.), ill.

A feltételek oldószer inkább oldószer vagy elutasítása mindig utal egy differenciál folyamat általában abban az értelemben, inkább az oldószer fenti magát, vagy inkább maga felett az oldószert, de néha inkább egy oldószer (pl. víz) másik felett (pl. olaj).

a kolloid elektrolit olyan elektrolit, amely ionokat ad, amelyek közül legalább egy kolloid méretű. Ez a kifejezés tehát magában foglalja a hidrofób szolokat, az ionos asszociációs kolloidokat és a polielektrolitokat.

Ionok alacsony relatív molekulatömege, a váddal szemben, hogy a kolloid-ion, úgynevezett counter-ionok; ha a díjat ugyanaz a jel, mint a kolloid-ion, ezek az úgynevezett co-ionok.

a polielektrolit egy makromolekuláris anyag, amely vízben vagy más ionizáló oldószerben történő feloldáskor disszociál, hogy poliionokat (polikációkat vagy polianionokat) adjon–a töltött ionokat megszorozza–azonos mennyiségű kis töltésű ionnal és ellentétes jelekkel együtt. A polikációkba és polianionokba disszociáló polielektrolitok, kis töltésű ionok nélkül, szintén elképzelhetők. A polielektrolit lehet poliacid, polibázis, poliszalt vagy poliamfolit.

Ha a kolloid rendszer összes részecskéje (közel) azonos méretű, akkor a rendszert monodiszperzusnak nevezik; ellenkező esetben a rendszerek heterodiszperzusok.

Ha egy kolloid rendszerben csak néhány részecskeméret fordul elő, akkor a rendszer paucidisperse, és ha sok részecskeméret fordul elő, akkor polydisperse.

méretük miatt a kolloid részecskék áthaladhatnak a szokásos szűrőkön, de nem egy félig áteresztő membrán, például pergamen rendkívül finom nyílásain keresztül. A folyadék nem tud átfolyni egy féláteresztő membránon, de lassan diffundál rajta, ha a folyadék a másik oldalon van. Bár a kolloid diszperzió szűréssel nem tisztítható, dializálható úgy, hogy egy félig áteresztő tasakba helyezi, tiszta vízzel kívülről. Az oldott szennyeződések ezután fokozatosan diffundálnak a zsákon keresztül, míg a kolloid részecskék bebörtönözve maradnak benne. Ha a dialízis folyamata befejeződik, a szuszpenzió gyakran lebomlik vagy leülepedik, mert a kolloid rendszerek stabilitása gyakran az egyes részecskék elektromos töltéseitől függ, és ezek általában az oldott elektrolitok jelenlététől függenek.

bár az egyes kolloid részecskék túl kicsiek ahhoz, hogy egy közönséges mikroszkóppal láthatók legyenek, ultramikroszkóp vagy sötétmező mikroszkóp segítségével láthatóvá tehetők. Ha egy kolloid diszperziót mikroszkóp alá helyeznek, és egy fénysugár az egyik oldalról irányul, akkor a fénysugár útja láthatóvá válik a kolloid részecskékből történő szórással. Ugyanez a jelenség teszi láthatóvá a fénysugár útját egy sötét szobában, de a mikroszkóp alatt külön fényhullámok figyelhetők meg. A részecskék véletlenszerű mozgásban vannak a Brown-mozgás eredményeként, sebességük pontosan megegyezik a kolloid részecskék méretű molekulákra számítva. A részecskék közvetlenül láthatóak egy elektronmikroszkópban. Egyes kolloidok áttetszőek a Tyndall hatás miatt, ami a fény szétszóródása a kolloid részecskéivel. Más kolloidok lehetnek átlátszatlanok vagy enyhe színűek. A szub µm részecskék kolloid diszperziója stabil vagy instabil lehet az aggregációhoz. A Brown-mozgás biztosítja, hogy a részecskék folyamatos mozgásban legyenek, ami ütközéseket eredményez a diffúziós elmélet által meghatározott sebességgel. A magas interfacialis szabad energiának köszönhetően a liofób kolloidok termodinamikailag instabilak, és hajlamosak összemosódni. Ez általában nem kívánatos, a kolloid tudósok célja annak megakadályozása.

stabil diszperzióban a részecske ütközések nem vezetnek aggregációhoz, mert a részecskék közötti repulziós erők dominálnak. Határozatlan ideig diszpergálódik, bár a körülbelül 0,1 µm-nél nagyobb részecskék sűrűségüktől függően üledékben maradnak. Instabil diszperzióban az ütközések aggregátumképződéshez vezetnek; a nagyobb aggregátumok vagy üledék vagy krém relatív sűrűségüktől függően.

a stabil diszperzióban lévő visszataszító erőket régen elektromos eredetűnek azonosították. A szilárd részecske és a környező folyadék közötti interfészen felületi potenciál van a felületi töltés jelenléte miatt. Az elektromos semlegesség fenntartása érdekében a közegben lévő ellentétes töltésű ionok közelebb kerülnek a részecske felületéhez, ami erősen koncentrált ellenionok diffúz rétegét eredményezi. Az ellenionok koncentrációja ebben a rétegben exponenciálisan bomlik a felületről tíz nanométer távolságra. A kapott Ionos felhőt az elektromos kettős réteg diffúz régiójának nevezik. A részecske-részecske ütközésnél az ionos felhők átfedése ozmotikus repulziót eredményez, amely a részecskéket szétfeszíti.

a derjaguin és Landau, valamint Verwey és Overbeek által az 1940-es években kidolgozott dlvo-elmélet a taszító elektromos kétrétegű erők (konvencionális pozitív) és a vonzó van der Waals-erők (konvenció szerint negatív) egyensúlyát javasolja, amelyek minden ügy között léteznek. Ez a két erő hasonló hatótávolságú és nagyságú volt. Az elektromos erők exponenciálisan növekednek, ahogy a részecskék egymáshoz közelednek,a vonzó erők pedig az elválasztás inverz erejeként nőnek. Ennek következtében ezek az additív erők potenciális energiaként és elválasztási görbeként is kifejezhetők. A pozitív eredmény egy energiagátnak és taszításnak felel meg, míg a negatív eredmény a vonzódásnak és így az aggregációnak felel meg. Általában úgy vélik, hogy az alapelmélet és annak későbbi módosításai szilárd alapot nyújtanak a kolloid stabilitás megértéséhez.

a liofil kolloidok—makromolekulák—a liofób kolloidok felületén történő adszorpciója további visszataszító erőt eredményez. A makromolekulák a felülethez kötődnek, hogy a felülethez rögzített szegmensek vonatainak hurokszerű konfigurációját képezzék, valamint a folyadékfázisba kinyúló szegmensek hurkait és farkát. A kutatás elsősorban az 1960-as és 1970-es években azonosította az ilyen adszorpcióból eredő visszataszító erők természetét. Ezek kombinációja entropic taszítás, eredő korlátozott configurational szabadság az adszorbeált molekulák, amikor két részecskék ütköznek; valamint ozmotikus taszítás, eredő, a megnövekedett koncentrációja a szegmensek a átfedés régió az adszorbeált rétegben a részecske–részecske a kapcsolatot. Különleges körülmények között a telített adszorbeált réteg jelenléte mindig a diszperzió teljes stabilizálódásához vezet a koagulációhoz. A korábbi publikációk ezt a hatást kolloid védelemnek nevezték, de most szterikus stabilizációnak nevezik.

1.1 Környezetvédelem fontosságát, kolloidok

Kolloidok a környezetvédelmi jelentősége, mert a kölcsönhatás nyom a szerves, mind a szervetlen szennyező anyagok, mint például a fémek, valamint a környezetben tartósan megmaradó szerves szennyező anyagok (Pop), fontos szerepet játszanak a bio-felvételi, illetve biogeokémiai kerékpározás, a szennyező anyagok. Ezenkívül a kolloidok fontosak, gyakran dominánsak, ligandumok, amelyek befolyásolják a nyomfémek speciációját (Geckeis et al., 2002) és egyéb szennyező anyagok a környezeti rendszerekben és befolyásolják a mikrobiális kórokozók viselkedését. Ezeknek a kolloidoknak a fontosságát a szennyezőanyag-szállításban a torkolatokban, tavakban és folyókban már régóta felismerték (Tessier et al., 1994), potenciális ökológiai és emberi egészségügyi hatásokkal. Egyre inkább elismerik, hogy a bio-felvételi, illetve bioeffects a szennyező anyagok sok szervezetek, például a mikroorganizmusok, szűrő, valamint a törmelék adagolók, hal, még emlősök módosítható komplex módon egyesület kolloidok, amely lehet biológiailag vagy nonbiologically előállított (Wilkinson de Buffle, 2004). A közelmúltban végzett munka nagy része a szabad fémek és a kolloid kötésű Fémek biofelvételére összpontosított (pl. Pan and Wang, 2003; Wang and Guo, 2000; Carvallho et al, 1999), bár jelentős előrelépésre van szükség.

a nyilvánvaló fontosság ellenére nincs mennyiségi megértés a vízi kolloidok szerkezetéről, és arról, hogy ez hogyan kapcsolódik a nyomokban lévő szennyező anyagok és a kórokozó-szabályozás környezeti “funkciójához” (Muirhead and Lead, 2003). Ezen túlmenően a kolloidok és kolloid-szennyező komplexek, például az erő-és elektronmikroszkópia (Muirhead and Lead,2003; Mondi et al., 2002; Balnois and Wilkinson, 2002), fluoreszcencia korrelációs spektroszkópia (FCS, Lead et al., 2003), field flow frakcionálás (FFF; Lyven et al., 2003) és röntgen spektroszkópia (Gaillard et al., 2001). Ezeknek a módszereknek a többségét azonban jelenleg nem használják a nem zavart környezeti kolloid rendszerek tanulmányozására.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöltük