Kolloid

1 Innledning

Kolloider er overalt at vi ser, så hvorfor er det at folk flest vet så lite om dem? Selv Om Michael Faraday, en av grunnleggerne av kolloidvitenskap, hadde slått oss til det med mer enn et århundre, så vi for oss selv fascinasjonen av gullsoler, nanometerformede partikler av gull spredt i vann som et stabilt kolloid med rød farge som endres til blå ved tilsetning av salt. Gold sols har i dag fått fornyet interesse som en byggestein for nanoteknologi.

Kolloid betyr limlignende, med opprinnelse fra det greske, koλλα Begrepet kolloidalt refererer til en tilstand av inndeling, noe som innebærer at molekylene eller polymolekylære partikler spredt i et medium har minst i en retning en dimensjon omtrent mellom 1 nm og 1µ, eller at i systemdiskontinuiteter er funnet på avstander av den rekkefølgen. Det er ikke nødvendig for alle tre dimensjoner å være i kolloidalområdet: fibre der bare to dimensjoner er i dette området og tynne filmer, der en dimensjon er i dette området, kan også klassifiseres som kolloidale. Det er heller ikke nødvendig for enhetene i et kolloidalt system å være diskrete: Kontinuerlige nettverksstrukturer, hvis grunnleggende enheter er av kolloidale dimensjoner, faller også i denne klassen (f.eks. porøse faste stoffer, geler og skum). En kolloidal dispersjon er et system hvor partikler av kolloidal størrelse av noe slag (f. eks. fast, flytende eller gass) dispergeres i en kontinuerlig fase av en annen sammensetning (eller tilstand).

Kolloider Er materialer som er overveiende flytende, men som har andre egenskaper: enten optisk, noe som gir opphav til turbiditet som melk, eller viskøs, med egenskaper av slim, gelatin eller våt leire. Disse effektene oppstår ved tilstedeværelse av makromolekyler oppløst i væske og / eller ved å blande to eller flere faste, flytende eller gassfaser. Kolloidvitenskap kan derfor beskrives på den ene siden som studiet av løsninger av makromolekyler, for eksempel proteiner i vann eller løsninger av syntetiske polymerer, for eksempel klare lim for modellkonstruksjonssett. På den annen side er det studiet av dispersjoner av en fase i en annen, for eksempel emulsjoner( olje i vann eller vann i olje), fast i væske, skum og de komplekse lyotrope flytende krystalldispersjonene av såpe eller syntetiske vaskemidler. Noen lesere vil huske det gamle problemet med grøtaktig såpestenger når de kommer i kontakt med vann, som oppstår ved inntrenging av vann som utvider den en gang hardt komprimerte såpen.

De fleste forskere er enige om at begrepet kolloid brukes på suspendert materiale i størrelsesområdet 1 µ til 1000 nm som kan omfatte uorganiske materialer, mineralfragmenter og mineralutfelling, biokolloider, samt naturlig organisk materiale og andre organiske forbindelser og nedbrytningsprodukter forbundet med lav – og mellomnivå avfallsstrøm. Ulike arbeidere har nevnt forskjellige størrelsesområder, men den øvre grensen er 1 µ. Begrepet kan brukes til å betegne enten partiklene eller hele systemet. Kolloidale systemer (også kalt kolloidale løsninger eller kolloidale suspensjoner) er gjenstand for grensesnitt og kolloidvitenskap. Dette studiet ble introdusert i 1861 Av Skotsk forsker Thomas Graham. Følgende er noen forklaringer på ulike typer kolloidale systemer.

navnet dispergert fase for partiklene skal bare brukes hvis de i hovedsak har egenskapene til en bulkfase av samme sammensetning.

begrepet kolloid kan brukes som et kort synonym for kolloidalt system. Størrelsesgrensene gitt ovenfor er ikke stive, siden de i noen grad vil avhenge av egenskapene under vurdering. Denne nomenklaturen kan brukes på grovere systemer, spesielt når en gradvis overgang av egenskaper vurderes.

beskrivelsen av kolloidale systemer krever ofte nummerering av komponentene eller bestanddelene. Det er følt at en fast nummereringsregel er unødvendig restriktiv. Forfatteren bør imidlertid gjøre det klart i alle tilfeller hvordan han nummererer og spesielt om han nummererer ved uavhengige termodynamiske komponenter (alle nøytrale) eller etter arter eller bestanddeler, hvorav noen kan være ioniske, og som kan være relatert av likevektsforhold eller ved elektronøytralitet. Et flytende kolloidalt system bestående av to eller flere komponenter kan kalles en sol, for eksempel en protein sol, en gull sol, en emulsjon, en overflateaktivt middel løsning over den kritiske micelle konsentrasjon, eller en aerosol.

i en suspensjon dispergeres faste partikler i en væske; en kolloidal suspensjon er en hvor partikkelstørrelsen ligger i kolloidalområdet. I en emulsjonsvæske dispergeres dråper og/eller flytende krystaller i en væske. I emulsjoner overskrider dråpene ofte de vanlige grensene for kolloider i størrelse. En emulsjon er betegnet med symbolet O / W hvis kontinuerlig fase er en vandig løsning og Ved W/o hvis kontinuerlig fase er organisk væske (olje). Mer kompliserte emulsjoner Som O / W / O (dvs. oljedråper inneholdt i vandige dråper dispergert i en kontinuerlig oljefase) er også mulige. Fotografiske emulsjoner, men kolloidale systemer, er ikke emulsjoner i betydningen av denne nomenklaturen.en latex (flertall = lateks eller lateks) er en emulsjon eller sol hvor hver kolloidal partikkel inneholder et antall makromolekyler.et skum er en dispersjon hvor en stor andel gassvolum i form av gassbobler dispergeres i en væske, fast eller gel. Diameteren av boblene er vanligvis større enn 1 mm, men tykkelsen av lamellene mellom boblene er ofte i det vanlige kolloidale størrelsesområdet.

begrepet skum har blitt brukt om hverandre med skum. Spesielt kan tilfeller av skum skilles fra skum ved at førstnevnte stabiliseres av faste partikler (som i skumflotasjon) og sistnevnte av oppløselige stoffer.

Aerosoler er dispersjoner i gasser. I aerosoler overskrider partiklene ofte de vanlige størrelsesgrensene for kolloider. Hvis de dispergerte partiklene er faste, snakker man om aerosoler av faste partikler; hvis de er flytende, snakker man om aerosoler av flytende partikler. Bruk av vilkårene fast aerosol og flytende aerosol frarådes. En aerosol er verken «solid» eller «flytende», men om noe, gassformig.Et stort utvalg av begreper som støv, dis, tåke, tåke, duskregn, røyk og smog brukes til å beskrive aerosoler i henhold til deres egenskaper, opprinnelse og så videre. Av disse er bare vilkårene tåke og røyk inkludert i denne nomenklaturen.en tåke er en aerosol av flytende partikler, spesielt en lav sky.en røyk er en aerosol som stammer fra forbrenning, termisk dekomponering eller termisk fordampning. Partiklene kan være faste (magnesiumoksidrøyk) eller væske (tobakkrøyk).

en gel er et kolloidalt system med en endelig, vanligvis ganske liten, utbyttestress. Materialer som silikagel som har passert et gelstadium under forberedelsen, kalles feilaktig geler.begrepet xerogel brukes for slike tørkede åpne strukturer; og også for tørkede kompakte makromolekylære geler som gelatin eller gummi.

begrepet aerogel brukes når åpenheten i strukturen i stor grad opprettholdes.Kolloidale dispersjoner kan være lyofob (hydrofob, hvis dispersjonsmediet er en vandig løsning) eller lyofil (hydrofil). Lyofile soler dannes spontant når det tørre koherente materialet (f.eks. gelatin, gummi, såpe) bringes i kontakt med dispersjonsmediet; derfor er de termodynamisk mer stabile enn i den opprinnelige tilstanden av tørt kolloidmateriale pluss dispersjonsmedium. Lyofobiske soler (f. eks. gull sol) kan ikke dannes ved spontan dispersjon i mediet. De er termodynamisk ustabile med hensyn til separasjon i makroskopiske faser, men de kan forbli i lange tider i metastabil tilstand.Lyofile soler omfatter både assosiasjonskolloider hvor aggregater av små molekyler dannes reversibelt og makromolekyler hvor molekylene selv er av kolloidal størrelse.Blandinger av lyofobiske og lyofile kolloider kan danne beskyttede lyofobiske kolloider.

begrepene lyofile (hydrofile, lipofile, oleofile, etc.) og lyofob (lipofob, etc.) kan også brukes til å beskrive karakteren av samspillet mellom en bestemt atomgruppe og mediet. I denne bruken, begrepene har den relative kvalitative betydningen av «løsemiddel foretrakk» (vann-foretrakk, fett-foretrakk etc.) og «løsemiddel avvise» (vann-avvise, fett-avvise, etc.), henholdsvis.begrepene løsningsmiddel som foretrekker eller løsemiddel som avviser, refererer alltid til en differensialprosess, vanligvis i den forstand at man foretrekker løsningsmidlet over seg selv eller foretrekker seg selv over løsningsmidlet, men noen ganger foretrekker et løsningsmiddel (f. eks. vann) over et annet (f.eks. olje).en kolloidal elektrolytt er en elektrolytt som gir ioner, hvorav minst en er av kolloidal størrelse. Dette begrepet omfatter derfor hydrofobe soler, ioniske assosiasjonskolloider og polyelektrolytter.

Ioner med lav relativ molekylmasse, med en ladning motsatt den av kolloidale ion, kalles motioner; hvis deres ladning har samme tegn som for kolloidale ion, kalles de koioner.en polyelektrolyt er en makromolekylær substans som ved oppløsning i vann eller et annet ioniserende løsningsmiddel dissosierer for å gi polyioner (polycations eller polyanions)–multipliser ladede ioner-sammen med en tilsvarende mengde ioner med liten ladning og motsatt tegn. Polyelektrolytter som dissosierer til polycations og polyanions, uten ioner med liten ladning, er også tenkelige. En polyelektrolyt kan være en polyacid, en polybase, en polysalt eller en polyampholyt.Hvis alle partikler i et kolloidalt system er av (nesten) samme størrelse, kalles systemet monodisperse; i motsatt tilfelle er systemene heterodisperse.hvis bare noen få partikkelstørrelser forekommer i et kolloidalt system, er systemet paucidisperse, og hvis mange partikkelstørrelser forekommer, er det polydisperse.på grunn av deres størrelse kan kolloidale partikler passere gjennom vanlige filtre, men ikke gjennom de ekstremt fine åpningene i en semipermeabel membran, som pergament. En væske kan ikke strømme gjennom en semipermeabel membran, men vil diffundere gjennom den sakte hvis væske er på den andre siden. Selv om en kolloidal dispersjon ikke kan renses ved filtrering, kan den dialyseres ved å plassere den i en semipermeabel pose med rent vann på utsiden. Oppløste urenheter diffunderer deretter gradvis gjennom posen, mens de kolloidale partiklene forblir fengslet i den. Hvis dialyseprosessen blir fullført, vil suspensjonen ofte bryte ned eller slå seg ned, fordi stabiliteten til kolloidale systemer ofte avhenger av de elektriske ladningene på de enkelte partiklene, og disse er i sin tur generelt avhengig av tilstedeværelsen av oppløste elektrolytter.selv om individuelle kolloidale partikler er for små til å bli sett med et vanlig mikroskop, kan de gjøres synlige ved hjelp av et ultramikroskop eller mørkfeltmikroskop. Hvis en kolloidal dispersjon plasseres under et mikroskop og en stråle av lys styres gjennom fra den ene siden, blir strålens bane synlig ved spredning fra kolloidale partikler. Det samme fenomenet gjør banen til en stråle av lys synlig i et mørkt rom, men under mikroskopet observeres separate lysglimt. Partiklene ses å være i tilfeldig bevegelse som følge Av Brunisk bevegelse, og deres hastighet er akkurat det som beregnes for molekyler størrelsen på kolloidale partikler. Partiklene er direkte synlige i et elektronmikroskop. Noen kolloider er gjennomskinnelige på Grunn Av Tyndall-effekten, som er spredning av lys av partikler i kolloidet. Andre kolloider kan være ugjennomsiktige eller ha en liten farge. En kolloidal dispersjon av sub-µ partikler kan være stabil eller ustabil for aggregering. Brownsk bevegelse sikrer at partiklene er i kontinuerlig bevegelse, noe som gir opphav til kollisjoner med en hastighet bestemt av diffusjonsteori. På grunn av den høye grensefrie energien er lyofobiske kolloider termodynamisk ustabile og har en tendens til å aggregere. Dette er generelt uønsket, og kolloidforskere tar sikte på å forhindre at det oppstår.

i en stabil dispersjon fører ikke partikkelkollisjonene til aggregering fordi interpartikkelavstøtningskrefter dominerer. Det vil forbli spredt på ubestemt tid, selv om partikler større enn ca.0,1 µ vil sedimentere avhengig av dens tetthet. I en ustabil dispersjon fører kollisjonene til aggregatdannelse; større aggregater enten sediment eller krem avhengig av deres relative tetthet.

de repulsive kreftene i en stabil spredning ble for lenge siden identifisert som elektriske. Et overflatepotensial eksisterer ved grensesnittet mellom den faste partikkelen og den omgivende væsken på grunn av tilstedeværelsen av en overflateladning. For å opprettholde elektrisk nøytralitet tiltrekkes ioner med motsatt ladning i mediet nærmere partikkeloverflaten, noe som resulterer i et diffust lag av høyt konsentrerte motioner. Konsentrasjonen av motioner i dette laget faller eksponentielt fra overflaten over en avstand på titalls nanometer. Den resulterende ioniske skyen kalles den diffuse regionen av det elektriske dobbeltlaget. På partikkel-partikkel kollisjon, overlapping av ioniske skyer gir opphav til en osmotisk frastøting som skyver partiklene fra hverandre.DLVO-teorien om kolloidstabilitet, utviklet Av Derjaguin Og Landau Og Verwey og Overbeek i løpet av 1940-tallet, foreslår en balanse mellom de frastøtende elektriske tolagskreftene (positive ved konvensjon) og de attraktive van Der Waals-kreftene (negative ved konvensjon) som eksisterer mellom alle saker. Disse to kreftene ble funnet å være av samme rekkevidde og størrelse. De elektriske kreftene øker eksponentielt når partikler nærmer seg hverandre og de attraktive kreftene øker som en invers separasjonskraft. Som en konsekvens kan disse additivkreftene uttrykkes som en potensiell energi versus separasjonskurve. En positiv resulterende tilsvarer en energibarriere og frastøting, mens en negativ resulterende tilsvarer tiltrekning og dermed aggregering. Det anses generelt at grunnleggende teori og dens påfølgende modifikasjoner gir et godt grunnlag for å forstå kolloidstabilitet.

adsorpsjonen av lyofile kolloider-makromolekyler – ved overflaten av lyofobiske kolloider gir opphav til en ekstra repulsiv kraft. Makromolekyler festes til overflaten for å danne en sløyfelignende konfigurasjon av tog av segmenter festet til overflaten, og løkker og haler av segmenter som strekker seg ut i væskefasen. Forskning, hovedsakelig i løpet av 1960-og 1970-tallet, identifiserte arten av de repulsive kreftene som oppstår fra slik adsorpsjon. Disse er en kombinasjon av entropisk avstøtning, som oppstår fra den begrensede konfigurasjonsfriheten til de adsorberte molekylene når to partikler kolliderer; og osmotisk avstøtning, som oppstår fra økt konsentrasjon av segmenter i overlappingsområdet av de adsorberte lagene på partikkel-partikkelkontakt. Unntatt under spesielle forhold fører tilstedeværelsen av et mettet adsorbert lag alltid til en total stabilisering av dispersjonen til koagulasjon. Tidligere publikasjoner refererte til denne effekten som kolloidbeskyttelse, men det kalles nå sterisk stabilisering.

1.1 Miljømessig betydning av kolloider

Kolloider er av miljømessig betydning fordi deres interaksjon med spororganiske og uorganiske forurensninger, som metaller og persistente organiske forurensninger (POPs), spiller en viktig rolle i bioopptak og biogeokjemisk sykling av forurensningene. I tillegg er kolloider viktige, ofte dominerende, ligander som påvirker spesiering av spormetaller (Geckeis et al., 2002) og andre forurensende stoffer i miljøsystemer og påvirker oppførselen til mikrobielle patogener. Betydningen av disse kolloider i forurensende transport i elvemunninger, innsjøer og elver har lenge vært anerkjent (Tessier et al. 1994), med potensielle økologiske og menneskelige helseeffekter. I økende grad er det anerkjent at bioopptak og bioeffekter av forurensende stoffer til mange organismer som mikroorganismer, filter og detritus matere, fisk og til og med pattedyr kan endres på komplekse måter ved tilknytning til kolloider, som kan være biologisk eller ikke-biologisk produsert (Wilkinson og Buffle, 2004). En stor del av nyere arbeid har fokusert på bioopptak av frie metaller og kolloidbundne metaller (F.Eks. Pan og Wang, 2003; Wang Og Guo, 2000; Carvallho et al, 1999), selv om det fortsatt er nødvendig med betydelig fremgang.til Tross for den åpenbare betydningen er det mangel på kvantitativ forståelse av strukturen av akvatiske kolloider og hvordan dette relaterer seg til deres miljømessige «funksjon» i sporforurensende stoffer og patogenregulering (Muirhead and Lead, 2003). I tillegg har det vært en enorm vekst i antall teknikker som kan brukes til nonperturbing og kvantitativ separasjon og analyse av kolloider og kolloidforurensende komplekser, for eksempel typer kraft og elektronmikroskopi (Muirhead and Lead, 2003; Mondi et al., 2002; Balnois Og Wilkinson, 2002), fluorescenskorrelasjonsspektroskopi (FCS, Lead et al., 2003), fraksjonering av feltstrøm (Fff; Lyven et al.(2003), Og Røntgenspektroskopi (Gaillard et al., 2001). Imidlertid brukes de fleste av disse metodene for tiden ikke til studier av ikke-forstyrrede miljøkolloidale systemer.

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert. Obligatoriske felt er merket med *