Θερμοσίφωνες

Προετοιμασία και καθαρισμός συστημάτων διασποράς. Προετοιμασία και καθαρισμός διασκορπισμένων συστημάτων (DS)

Οι μέθοδοι συμπύκνωσης, σε σύγκριση με τις μεθόδους διασποράς, καθιστούν δυνατή τη λήψη κολλοειδών συστημάτων υψηλότερης διασποράς. Επιπλέον, συνήθως δεν περιλαμβάνουν τη χρήση ειδικών μηχανημάτων.

Οι μέθοδοι συμπύκνωσης για την παραγωγή διασκορπισμένων συστημάτων βασίζονται στη δημιουργία συνθηκών υπό τις οποίες το μελλοντικό μέσο διασποράς είναι υπερκορεσμένο με την ουσία της μελλοντικής διεσπαρμένης φάσης. Ανάλογα με τις μεθόδους δημιουργίας αυτών των συνθηκών, η μέθοδος συμπύκνωσης χωρίζεται σε φυσικόςΚαι χημική ουσία.

Η φυσική συμπύκνωση περιλαμβάνει:

ΕΝΑ) Συμπύκνωση ατμώνπερνώντας τα από ένα κρύο υγρό, με αποτέλεσμα να σχηματιστούν λυοσόλ. Έτσι, όταν διοχετεύονται ατμοί από βραστό υδράργυρο, θείο, σελήνιο κρύο νερόσχηματίζονται τα κολλοειδή διαλύματά τους.

σι) Αντικατάσταση διαλύτη. Η μέθοδος βασίζεται στο γεγονός ότι η ουσία από την οποία θα ληφθεί το κολλοειδές διαλύεται σε κατάλληλο διαλύτη και στη συνέχεια προστίθεται ένα δεύτερο υγρό, το οποίο είναι φτωχός διαλύτης για την ουσία, αλλά αναμιγνύεται καλά με τον αρχικό διαλύτη. Η αρχικά διαλυμένη ουσία απελευθερώνεται από το διάλυμα σε κατάσταση υψηλής διασποράς. Για παράδειγμα, με αυτόν τον τρόπο μπορείτε να αποκτήσετε υδροζόλ θείου, φωσφόρου, κολοφωνίου, παραφίνης και πολλών άλλων οργανική ύληρίχνοντας το αλκοολούχο τους διάλυμα σε νερό.

Χημική συμπύκνωσηδιαφέρει από όλες τις μεθόδους που συζητήθηκαν παραπάνω στο ότι η διασπειρόμενη ουσία δεν λαμβάνεται σε τελική μορφή, αλλά λαμβάνεται απευθείας σε διάλυμα με μια χημική αντίδραση, ως αποτέλεσμα της οποίας σχηματίζεται η επιθυμητή ένωση, αδιάλυτη στο δεδομένο μέσο. Η εργασία καταλήγει στη λήψη του ιζήματος που πέφτει σε μια λεπτή διασπορά κατάσταση. Κατά την έκχυση διαλυμάτων, είναι απαραίτητο να επιτευχθούν τέτοιες συνθήκες ώστε να προκύψουν πολλά κέντρα κρυστάλλωσης, τότε οι προκύπτοντες κρύσταλλοι θα είναι πολύ μικροί σε μέγεθος. Οι βέλτιστες συνθήκες για τη λήψη λυμάτων (συγκέντρωση διαλυμάτων, σειρά αποστράγγισης, ταχύτητα αποστράγγισης, αναλογία συστατικών, θερμοκρασία) βρίσκονται συνήθως πειραματικά.

Οι μέθοδοι χημικής συμπύκνωσης χρησιμοποιούν οποιαδήποτε αντίδραση που οδηγεί στο σχηματισμό μιας νέας φάσης: αντίδραση διπλής ανταλλαγής, αποσύνθεση, οξείδωση-αναγωγή κ.λπ. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν ηλεκτροχημικές αντιδράσεις, για παράδειγμα, η αναγωγή μετάλλων με ηλεκτρόλυση.

Παρακάτω είναι μερικά παραδείγματα σύνθεσης κολλοειδών συστημάτων χρησιμοποιώντας διάφορες αντιδράσεις. Ο σταθεροποιητής ενός κολλοειδούς διαλύματος είναι συνήθως ένας από τους συμμετέχοντες στην αντίδραση ή ένα παραπροϊόν, από το οποίο προσροφούνται στρώματα ιοντικού ή μοριακού τύπου, εμποδίζοντας τα σωματίδια να κολλήσουν μεταξύ τους και να καθιζάνουν σε ίζημα.

Όταν το αέριο NH 3 και το HCl αλληλεπιδρούν, σχηματίζεται ένα αεροζόλ (καπνός) στερεού χλωριούχου αμμωνίου (αντίδραση ένωσης):

NH 3 + HCl = NH 4 Cl

Με την αντίδραση θειοθειικού νατρίου με θειικό οξύ, μπορεί να ληφθεί ένα υδρόλυμα θείου (αντίδραση οξείδωσης-αναγωγής):

Na 2 S 2 O 3 + H 2 SO 4 = S¯ + Na 2 SO 4 + SO 2 + H 2 O

Πολλά διαλύματα μπορούν να συντεθούν χρησιμοποιώντας αντιδράσεις ανταλλαγής:

Na 2 SiO 3 + 2HCl = H 2 SiO 3 ¯ + 2NaCl

KJ + AgNO 3 = AgJ¯ + KNO 3.

Τα προκύπτοντα διαλύματα είναι μολυσμένα με ακαθαρσίες ουσιών χαμηλού μοριακού βάρους.

Καθαρισμός διάσπαρτων συστημάτων

Για τον καθαρισμό διεσπαρμένων συστημάτων από διαλυμένες ουσίες χαμηλού μοριακού βάρους, ο Graham πρότεινε τη χρήση της ικανότητας λεπτών πορωδών μεμβρανών (μεμβρανών) να συγκρατούν τα σωματίδια της διεσπαρμένης φάσης και να αφήνουν ελεύθερα τα ιόντα και τα μόρια να περάσουν. Αυτή η μέθοδος ονομάζεται διάλυση.

Το διασκορπισμένο σύστημα που πρόκειται να καθαριστεί τοποθετείται σε δοχείο κατασκευασμένο από λεπτό πορώδες υλικό ή με λεπτό πορώδη πυθμένα (Εικ. 9.33 α). Το δοχείο πλένεται με τρεχούμενο νερό (αποσταγμένο). Σύμφωνα με τους νόμους της διάχυσης, τα ιόντα και τα μόρια της διαλυμένης ουσίας που περιέχεται στο διεσπαρμένο σύστημα με τη μορφή ακαθαρσιών διεισδύουν μέσω των πόρων της μεμβράνης σε απεσταγμένο νερό και τα σωματίδια της διασπαρμένης φάσης διατηρούνται και παραμένουν στο σύστημα διασποράς.

Ρύζι. 9.33. Σχέδια συσκευής αιμοκάθαρσης (α) και ηλεκτροδιάλυσης (β)

Ο ρυθμός αιμοκάθαρσης είναι πολύ χαμηλός, αλλά μπορεί να αυξηθεί σημαντικά (10-20 φορές) εκμεταλλευόμενος την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου στα ιόντα των διαλυμένων προσμίξεων. Αυτή η μέθοδος καθαρισμού διεσπαρμένων συστημάτων από ακαθαρσίες ηλεκτρολυτών ονομάζεται ηλεκτροδιάλυση.

Ένας ηλεκτροδιάλυσης (Εικ. 9.33. β) είναι ένα δοχείο που χωρίζεται με μεμβράνες σε τρία διαμερίσματα, από τα οποία το μεσαίο γεμίζει με ένα διασκορπισμένο σύστημα που πρόκειται να καθαριστεί και τα ηλεκτρόδια τοποθετούνται στα εξωτερικά. Ένα υγρό ομοιογενές με την ουσία του μέσου διασποράς του συστήματος που καθαρίζεται κυκλοφορεί μέσα από αυτά τα ίδια διαμερίσματα. Όταν μια επαρκής διαφορά δυναμικού (πολλές εκατοντάδες βολτ) εφαρμόζεται στα ηλεκτρόδια, το διεσπαρμένο σύστημα καθαρίζεται σχετικά γρήγορα από τον ηλεκτρολύτη.

Επί του παρόντος, η αιμοκάθαρση χρησιμοποιείται σε πολλές βιομηχανίες. Είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικό στην ιατρική. Για παράδειγμα, η λειτουργία της συσκευής «τεχνητού νεφρού» βασίζεται στην αρχή της ηλεκτρόλυσης, η οποία επιτρέπει τον καθαρισμό του αίματος του ασθενούς από επιβλαβή απόβλητα του σώματος.

Υπερδιήθηση – μια μέθοδος καθαρισμού κολλοειδών λιπασμάτων με εξαναγκασμό ενός μέσου διασποράς με ακαθαρσίες χαμηλού μοριακού βάρους μέσω υπερφίλτρων. Υπερφίλτρα - πρόκειται για μεμβράνες με μέγεθος πόρων από τις οποίες περνούν ακαθαρσίες και διαλύτης, αλλά δεν περνούν σωματίδια κολλοειδούς διαλύματος (ή υψηλού μοριακού βάρους ενώσεις).

Το κολλοειδές διάλυμα που πρόκειται να καθαριστεί χύνεται σε σάκκο κατασκευασμένο από υπερφίλτρο και πιέζεται μέσω της μεμβράνης υπό πίεση. Το μέσο διασποράς ανανεώνεται με προσθήκη καθαρού διαλύτη στο κολλοειδές διάλυμα. Το καθαρό sol παραμένει στη σακούλα.

Έτσι, για να αποκτήσουν διασκορπισμένα συστήματα, χρησιμοποιούν και τις δύο μεθόδους λείανσης μεγάλων σωματιδίων ( διασπορά), και μεθόδους που βασίζονται στο συνδυασμό μοριακών σωματιδίων σε κολλοειδή μεγέθη ( συμπύκνωση). Οι μέθοδοι διασποράς καθιστούν δυνατή την απόκτηση χονδροειδών συστημάτων με μεγάλα μεγέθη σωματιδίων. Οι μέθοδοι συμπύκνωσης καθιστούν δυνατή τη λήψη λυμάτων υψηλής διασποράς. Τα διασκορπισμένα συστήματα καθαρίζονται από ακαθαρσίες χαμηλού μοριακού βάρους με τη χρήση λεπτών πορωδών φίλτρων - μεμβράνες.

Υπάρχουν δύο γνωστές μέθοδοι για την παραγωγή συστημάτων διασποράς. Σε ένα από αυτά, στερεές και υγρές ουσίες αλέθονται (διασπαρμένα) σε κατάλληλο μέσο διασποράς, στο άλλο προκαλείται ο σχηματισμός σωματιδίων φάσης διασποράς από μεμονωμένα μόρια ή ιόντα.

Ονομάζονται μέθοδοι για την παραγωγή διασκορπισμένων συστημάτων με άλεση μεγαλύτερων σωματιδίων διασκορπιστικός.Οι μέθοδοι που βασίζονται στο σχηματισμό σωματιδίων ως αποτέλεσμα κρυστάλλωσης ή συμπύκνωσης ονομάζονται συμπύκνωση.

23) Ιδιότητες κολλοειδών.

Τύπος Ι - αιωρούμενα(ή μη αναστρέψιμα κολλοειδή, λυοφοβικά κολλοειδή). Κολλοειδή διαλύματα μετάλλων, τα οξείδια τους, υδροξείδια, άλατα. Τα πρωτεύοντα σωματίδια της διεσπαρμένης φάσης δεν διαφέρουν από τη δομή της αντίστοιχης ουσίας και έχουν μοριακό ή ιοντικό πλέγμα. Πρόκειται για συστήματα υψηλής διασποράς με ανεπτυγμένη επιφάνεια ενδιάμεσης φάσης. Διαφέρουν από τις αναρτήσεις ως προς τη διασπορά τους. Ονομάστηκαν έτσι γιατί δεν μπορούν να υπάρχουν για μεγάλο χρονικό διάστημα χωρίς σταθεροποιητή.

Τύπος II - συνειρμικός (μικκυλιακά κολλοειδή) -ημικολλοειδή. Σωματίδια αυτού του τύπου προκύπτουν όταν υπάρχει επαρκής συγκέντρωση αμφίφιλων μορίων ουσιών χαμηλού μοριακού βάρους σε συσσωματώματα μορίων - μικκυλίων. Τα μικκύλια είναι συστάδες κανονικά διατεταγμένων μορίων που συγκρατούνται μεταξύ τους από δυνάμεις διασποράς. Ο σχηματισμός μικκυλίων είναι χαρακτηριστικός για υδατικά διαλύματα απορρυπαντικών και ορισμένων οργανικών χρωστικών. Σε άλλα μέσα, αυτές οι ουσίες διαλύονται για να σχηματίσουν μοριακά διαλύματα.
Τύπος III - μοριακά κολλοειδή -λυόφιλος (ελληνικά «φίλιο» - αγάπη). Αυτές περιλαμβάνουν φυσικές και συνθετικές υψηλομοριακές ουσίες με μοριακό βάρος από δέκα χιλιάδες έως αρκετά εκατομμύρια. Τα μόρια αυτών των ουσιών έχουν το μέγεθος κολλοειδών σωματιδίων, επομένως τέτοια μόρια ονομάζονται μακρομόρια.
κύριο χαρακτηριστικόκολλοειδή σωματίδια - το μικρό τους μέγεθος d: 1 nm< d < 10мкм

1) Αιμοκάθαρση.Η απλούστερη συσκευή για αιμοκάθαρση - μια συσκευή αιμοκάθαρσης - είναι μια σακούλα από ημιπερατό υλικό (κολλίδιο) μέσα στην οποία τοποθετείται το υγρό που υποβάλλεται σε διαπίδυση. Η σακούλα χαμηλώνεται σε δοχείο με διαλύτη (νερό). Με περιοδική ή συνεχή αλλαγή του διαλύτη στη συσκευή διαπίδυσης, οι ακαθαρσίες των ηλεκτρολυτών και οι μη ηλεκτρολύτες χαμηλού μοριακού βάρους μπορούν να αφαιρεθούν σχεδόν πλήρως από το κολλοειδές διάλυμα.
^2) Ηλεκτροδιάλυση- η διαδικασία αιμοκάθαρσης επιταχύνεται με δράση ηλεκτρικό ρεύμα. Η ηλεκτροδιάλυση χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό κολλοειδών διαλυμάτων που έχουν μολυνθεί με ηλεκτρολύτες. Εάν είναι απαραίτητος ο καθαρισμός κολλοειδών διαλυμάτων από μη ηλεκτρολύτες χαμηλού μοριακού βάρους, η διαδικασία ηλεκτροδιάλυσης είναι αναποτελεσματική. Η διαδικασία της ηλεκτροδιάλυσης διαφέρει ελάχιστα από τη συμβατική αιμοκάθαρση.
^3) Υπερδιήθηση- διήθηση κολλοειδών διαλυμάτων μέσω ημιπερατής μεμβράνης που επιτρέπει τη διέλευση ενός μέσου διασποράς
ακαθαρσίες χαμηλού μοριακού βάρους και συγκράτηση σωματιδίων ή μακρομορίων διεσπαρμένης φάσης. Για να επιταχυνθεί η διαδικασία υπερδιήθησης, πραγματοποιείται με διαφορά πίεσης και στις δύο πλευρές της μεμβράνης: υπό κενό ή
υψηλή πίεση του αίματος.
Η υπερδιήθηση δεν είναι τίποτα άλλο από αιμοκάθαρση που πραγματοποιείται υπό πίεση

24) Υδροφοβικά κολλοειδή συστήματα διασποράς.
Υδρόφοβα κολλοειδή

διεσπαρμένα συστήματα στα οποία η διασπαρμένη ουσία δεν αλληλεπιδρά με το διασκορπισμένο μέσο (νερό). Βλέπε Υδροφιλικότητα και Υδροφοβία.

Διασκορπισμένα συστήματα,σχηματισμοί δύο ή περισσότερων φάσεων (σωμάτων) με ιδιαίτερα ανεπτυγμένη διεπαφή μεταξύ τους. Στο Δ. σ. τουλάχιστον μία από τις φάσεις - η διεσπαρμένη φάση - κατανέμεται με τη μορφή μικρών σωματιδίων (κρύσταλλα, νήματα, μεμβράνες ή πλάκες, σταγόνες, φυσαλίδες) στην άλλη, συνεχή φάση - το μέσο διασποράς. D. s. σύμφωνα με το κύριο χαρακτηριστικό - μέγεθος σωματιδίων ή (που είναι το ίδιο) διασπορά (καθορίζεται από την αναλογία συνολική έκτασηδιεπιφανειακή επιφάνεια προς τον όγκο της διεσπαρμένης φάσης) - χωρίζονται σε χονδροειδή (χαμηλά) διασκορπισμένα και λεπτά (υψηλά) διασκορπισμένα ή κολλοειδή συστήματα (κολλοειδή). Στα χονδροειδή συστήματα, τα σωματίδια έχουν μεγέθη που κυμαίνονται από 10 -4 εκκαι υψηλότερα, στα κολλοειδή - από 10 -4 -10 -5 έως 10 -7 εκ.

25) Ηλεκτροφόρηση και ηλεκτροόσμωση.

Ηλεκτροόσμωση
Κατευθυνόμενη κίνηση του υγρού σε πορώδες σώμαυπό την επίδραση μιας εφαρμοσμένης διαφοράς δυναμικού ονομάζεται ηλεκτροόσμωση. Σκεφτείτε, για παράδειγμα, την ηλεκτροωσμωτική ολίσθηση ενός ηλεκτρολύτη σε ένα τριχοειδές ή πόρους μεμβράνης. Ας υποθέσουμε με βεβαιότητα ότι τα αρνητικά ιόντα απορροφώνται στην επιφάνεια και είναι σταθερά ακίνητα, και τα θετικά ιόντα αποτελούν το διάχυτο τμήμα του EDL. Το εξωτερικό πεδίο Ε κατευθύνεται κατά μήκος της επιφάνειας. Η ηλεκτροστατική δύναμη που ασκείται σε οποιοδήποτε αυθαίρετο στοιχείο του διάχυτου τμήματος του EDL προκαλεί την κίνηση αυτού του στοιχείου κατά μήκος της επιφάνειας. Δεδομένου ότι η πυκνότητα φορτίου στο διάχυτο τμήμα του EDL F(x) αλλάζει ανάλογα με την απόσταση από την επιφάνεια x (Εικ. 1), τα αποσυντιθέμενα στρώματα υγρού ηλεκτρολύτη κινούνται με διαφορετικές ταχύτητες. Μια στατική κατάσταση (σταθερή ταχύτητα ροής με την πάροδο του χρόνου) επιτυγχάνεται όταν η ηλεκτροστατική δύναμη που ασκεί σε ένα αυθαίρετο στρώμα υγρού αντισταθμίζεται από τις δυνάμεις ιξώδους αντίστασης που προκύπτουν λόγω της διαφοράς στην ταχύτητα κίνησης των στρωμάτων υγρού που βρίσκονται σε διαφορετικές αποστάσεις από την επιφάνεια. Οι υδροδυναμικές εξισώσεις που περιγράφουν την κίνηση ενός ρευστού με σταθερό ιξώδες του ρευστού και τη διηλεκτρική του σταθερά μπορεί να είναι λυθεί ακριβώς, το αποτέλεσμα της λύσης είναι η κατανομή της ταχύτητας ροής:

Εδώ είναι η τιμή του ηλεκτρικού δυναμικού σε απόσταση από την επιφάνεια, όπου η ταχύτητα ροής του ρευστού γίνεται μηδέν (το λεγόμενο επίπεδο ολίσθησης).

Ηλεκτροφόρηση
Η κατευθυνόμενη κίνηση των σωματιδίων διεσπαρμένης φάσης υπό τη δράση μιας εφαρμοσμένης διαφοράς δυναμικού ονομάζεται ηλεκτροφόρηση.

Η ηλεκτροφορητική κίνηση των σωματιδίων σε έναν ηλεκτρολύτη έχει μια φύση που σχετίζεται με την ηλεκτροόσμωση: εξωτερική ηλεκτρικό πεδίοπαρασύρει τα ιόντα του κινούμενου τμήματος του EDL, προκαλώντας την κίνηση των στρωμάτων υγρού που γειτνιάζουν με τα σωματίδια σε σχέση με την επιφάνεια των σωματιδίων. Ωστόσο, λόγω του τεράστιου όγκου του υγρού και της μικρότητας των αιωρούμενων σωματιδίων, αυτές οι κινήσεις μειώνονται απουσία εξωτερικών δυνάμεων στην κίνηση ενός σωματιδίου σε ένα ακίνητο υγρό. Για μη αγώγιμα σωματίδια με επίπεδη επιφάνεια σε συστήματα με λεπτό διάχυτο τμήμα του EDL, η ταχύτητα ηλεκτροφόρησης συμπίπτει με την ηλεκτροωσμωτική ταχύτητα ολίσθησης, που λαμβάνεται με το αντίθετο πρόσημο. Για αγώγιμα σφαιρικά σωματίδια, η ταχύτητα ηλεκτροφόρησης μπορεί να είναι υπολογίζεται από την εξίσωση:

πού είναι η ηλεκτρική αγωγιμότητα του σωματιδίου.

26) Δομή μικκυλίων λυμάτων.
Δομή κολλοειδούς μικκυλίου

Τα λυόφοβα κολλοειδή έχουν πολύ υψηλή επιφανειακή ενέργεια και επομένως είναι θερμοδυναμικά ασταθή. Αυτό καθιστά δυνατή την αυθόρμητη διαδικασία μείωσης του βαθμού διασποράς της διεσπαρμένης φάσης (δηλαδή, ο συνδυασμός σωματιδίων σε μεγαλύτερα συσσωματώματα) - πήξη λυμάτων.Ωστόσο, τα sol έχουν την εγγενή ικανότητα να διατηρούν το βαθμό διασποράς - αθροιστική σταθερότητα, η οποία οφείλεται, πρώτον, σε μείωση της επιφανειακής ενέργειας του συστήματος λόγω της παρουσίας διπλού ηλεκτρικού στρώματος στην επιφάνεια των σωματιδίων της διεσπαρμένης φάσης και, δεύτερον, στην παρουσία κινητικών εμποδίων στην πήξη με τη μορφή ηλεκτροστατικής απώθησης σωματιδίων διεσπαρμένης φάσης που έχουν το ίδιο ηλεκτρικό φορτίο.

AgNO 3 + KI ––> AgI + KNO 3

27) Πήξη υδρόφοβων λυμάτων.

Τα υδρόφοβα συστήματα διασποράς χαρακτηρίζονται από κινητική συσσωματωτική σταθερότητα, που καθορίζεται από τον ρυθμό της διαδικασίας πήξης. Η κινητική της πήξης καθορίζεται από την εξίσωση Smoluchowski:

όπου είναι ο συνολικός αριθμός των σωματιδίων διασπαρμένης φάσης ανά χρόνο τ ;

Αρχικός αριθμός σωματιδίων. - μισός χρόνος πήξης. ^Κ– σταθερά ρυθμού πήξης.

28) Ενώσεις υψηλού μοριακού βάρους. Δομή. Διάλυση και οίδημα

Διαλύματα ενώσεων υψηλού μοριακού βάρους (HMW)

Οι ενώσεις υψηλού μοριακού βάρους είναι ουσίες με μοριακό βάρος από 10.000 έως αρκετά εκατομμύρια amu.

Οι διαστάσεις των μορίων BMC σε εκτεταμένη κατάσταση μπορούν να φτάσουν τα 1000 nm, δηλ. συγκρίσιμο με τα μεγέθη των σωματιδίων σε κολλοειδή διαλύματα και μικροετερογενή συστήματα.

Το σημείο βρασμού του VMC είναι σημαντικά υψηλότερο από τη θερμοκρασία αποσύνθεσης, επομένως υπάρχουν, κατά κανόνα, μόνο σε υγρή ή στερεή κατάσταση

Τα μακρομόρια IUD είναι γιγάντιοι σχηματισμοί που αποτελούνται από εκατοντάδες και χιλιάδες άτομα χημικά συνδεδεμένα μεταξύ τους.

Όλα τα IUD μπορούν να χωριστούν ανάλογα με την προέλευση σε φυσικά, που σχηματίζονται κατά τη βιοχημική σύνθεση, και συνθετικά, που λαμβάνονται τεχνητά με πολυμερισμό ή πολυσυμπύκνωση.

Ανάλογα με τη δομή της αλυσίδας του πολυμερούς, τα IUD χωρίζονται σε γραμμικά, διακλαδισμένα και χωρικά.

Όπως τα πραγματικά διαλύματα ουσιών χαμηλού μοριακού βάρους, τα διαλύματα HMC σχηματίζονται αυθόρμητα και είναι θερμοδυναμικά σταθερά. Αυτή είναι η διαφορά τους από τα λυοφοβικά κολλοειδή συστήματα. Η θερμοδυναμική σταθερότητα οφείλεται σε μια ευνοϊκή αναλογία παραγόντων ενθαλπίας και εντροπίας.

Τα VMC έχουν μια σειρά από ιδιότητες χαρακτηριστικές των διασκορπισμένων συστημάτων: είναι ικανά να σχηματίζουν συνεργάτες των οποίων το μέγεθος είναι συγκρίσιμο με το μέγεθος των σωματιδίων sol (1-100 nm), διασκορπίζουν φως, προάγουν το σχηματισμό γαλακτωμάτων, εναιωρημάτων και αφρού, χαρακτηρίζονται με διάχυση και κίνηση Brown. Ταυτόχρονα, σε αντίθεση με τα λυοφοβικά sol, δεν υπάρχει ετερογένεια στα διαλύματα IUD, δηλ. δεν υπάρχει μεγάλη επιφανειακή επιφάνεια.

Μια συγκεκριμένη ιδιότητα μοναδική για τα IUD είναι το πρήξιμο όταν αλληλεπιδρούν με έναν διαλύτη. Το πρήξιμο μπορεί να είναι περιορισμένο ή απεριόριστο. Το τελευταίο οδηγεί στη διάλυση του πολυμερούς.

Υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός σπιράλ που διασπώνται σε διάλυμα για να σχηματίσουν ιόντα υψηλού μοριακού βάρους και ονομάζονται πολυαδεκτρολύτες. Ανάλογα με τη φύση των πολυμερών ομάδων, οι πολυηλεκτρολύτες μπορεί να είναι κατιονικοί, ανιονικοί και αμφοτερικοί. Τα τελευταία περιέχουν τόσο όξινες όσο και βασικές ομάδες. Ανάλογα με το pH του περιβάλλοντος, διαχωρίζονται ως οξέα ή βάσεις. Η κατάσταση στην οποία αντισταθμίζονται τα θετικά και αρνητικά φορτία σε ένα μόριο πρωτεΐνης ονομάζεται ισοηλεκτρική και η τιμή pH στην οποία το μόριο μεταβαίνει σε ισοηλεκτρική κατάσταση ονομάζεται ισοηλεκτρικό σημείο της πρωτεΐνης (IPP).

Υπάρχουν δύο γενικές προσεγγίσεις για την απόκτηση διανομής. συστήματα – διασπορά και συμπύκνωση. Η μέθοδος διασποράς βασίζεται στην άλεση μακροσκοπικών σωματιδίων σε νανομεγέθη (1-100 nm).

Η μηχανική λείανση δεν χρησιμοποιείται ευρέως λόγω της υψηλής κατανάλωσης ενέργειας. Στην εργαστηριακή πρακτική, χρησιμοποιείται λείανση με υπερήχους. Κατά τη διάρκεια της άλεσης, δύο διαδικασίες ανταγωνίζονται: η διασπορά και η συσσώρευση των σωματιδίων που προκύπτουν. Η αναλογία των ρυθμών αυτών των διεργασιών εξαρτάται από τη διάρκεια της λείανσης, τη θερμοκρασία, τη φύση της υγρής φάσης και την παρουσία σταθεροποιητών (συνήθως τασιενεργά). Επιλέγοντας βέλτιστες συνθήκες, είναι δυνατό να ληφθούν σωματίδια του απαιτούμενου μεγέθους, αλλά η κατανομή μεγέθους σωματιδίων μπορεί να είναι αρκετά ευρεία.

Το πιο ενδιαφέρον είναι η αυθόρμητη διασπορά στερεών σωμάτων στην υγρή φάση. Παρόμοια διαδικασία μπορεί να παρατηρηθεί για ουσίες με στρωματοποιημένη δομή. Σε τέτοιες δομές, υπάρχει μια ισχυρή αλληλεπίδραση μεταξύ των ατόμων μέσα στο στρώμα και μια ασθενής αλληλεπίδραση v-d-v μεταξύ των στρωμάτων. Για παράδειγμα, τα σουλφίδια του μολυβδαινίου και του βολφραμίου, τα οποία έχουν δομή σε στρώματα, διασκορπίζονται αυθόρμητα σε ακετονιτρίλιο για να σχηματίσουν σωματίδια διπλής στιβάδας μεγέθους νανομέτρων. Σε αυτή την περίπτωση, η υγρή φάση διεισδύει μεταξύ των στρωμάτων, αυξάνει την απόσταση μεταξύ των στρωμάτων και η αλληλεπίδραση μεταξύ των στρωμάτων εξασθενεί. Υπό την επίδραση θερμικών δονήσεων, τα νανοσωματίδια αποσπώνται από την επιφάνεια της τηλεοπτικής φάσης.

Μέθοδοι συμπύκνωσηςχωρίζονται σε φυσικές και χημικές. Ο σχηματισμός νανοσωματιδίων συμβαίνει μέσω μιας σειράς μεταβατικών καταστάσεων κατά τον σχηματισμό ενδιάμεσων συνόλων, που οδηγούν στην εμφάνιση ενός πυρήνα μιας νέας φάσης, στην αυθόρμητη ανάπτυξή του και στην εμφάνιση μιας διεπαφής φυσικής φάσης. Είναι σημαντικό να εξασφαλιστεί υψηλός ρυθμός σχηματισμού εμβρύων και χαμηλός ρυθμός ανάπτυξης.

Οι φυσικές μέθοδοι χρησιμοποιούνται ευρέως για τη λήψη σωματιδίων μετάλλου με υπερδιασπορά. Αυτές οι μέθοδοι είναι ουσιαστικά μέθοδοι διασποράς-συμπύκνωσης. Στο πρώτο στάδιο, το μέταλλο διασπείρεται στα άτομα με εξάτμιση. Στη συνέχεια, λόγω υπερκορεσμού του ατμού, εμφανίζεται συμπύκνωση.

Μέθοδος μοριακής δέσμηςχρησιμοποιείται για την παραγωγή επικαλύψεων με πάχος περίπου 10 nm. Το υλικό τροφοδοσίας σε ένα θάλαμο με διάφραγμα θερμαίνεται σε υψηλές θερμοκρασίες σε κενό. Τα εξατμισμένα σωματίδια, περνώντας από το διάφραγμα, σχηματίζουν μια μοριακή δέσμη. Η ένταση της δέσμης και ο ρυθμός συμπύκνωσης των σωματιδίων στο υπόστρωμα μπορούν να αλλάξουν μεταβάλλοντας τη θερμοκρασία και την πίεση των ατμών πάνω από το υλικό πηγής.

Μέθοδος αερολύματοςσυνίσταται στην εξάτμιση μετάλλου σε μια σπάνια ατμόσφαιρα ενός αδρανούς αερίου σε χαμηλή θερμοκρασία, ακολουθούμενη από συμπύκνωση του ατμού. Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο, ελήφθησαν νανοσωματίδια Au, Fe, Co, Ni, Ag, Al. τα οξείδια, τα νιτρίδια, τα σουλφίδια τους.

Κρυοχημική σύνθεσηβασίζεται στη συμπύκνωση ατόμων μετάλλου (ή μεταλλικών ενώσεων) σε χαμηλή θερμοκρασία σε μια αδρανή μήτρα.

Χημική συμπύκνωση. Ένα κολλοειδές διάλυμα χρυσού (κόκκινο) με μέγεθος σωματιδίων ελήφθη το 1857 από τον Faraday. Αυτό το sol εκτίθεται στο Βρετανικό Μουσείο. Η σταθερότητά του εξηγείται από το σχηματισμό EDL στη διεπιφάνεια στερεάς φάσης-διαλύματος και την εμφάνιση ενός ηλεκτροστατικού συστατικού διαχωριστικής πίεσης.

Συχνά, η σύνθεση των νανοσωματιδίων πραγματοποιείται σε διάλυμα κατά τη διάρκεια χημικών αντιδράσεων. Οι αντιδράσεις αναγωγής χρησιμοποιούνται για την παραγωγή μεταλλικών σωματιδίων. Ως αναγωγικοί παράγοντες χρησιμοποιούνται αλουμίνιο και βοροϋδρίδια, υποφωσφορώδες κ.λπ. Για παράδειγμα, ένα κολλοειδές διάλυμα χρυσού με μέγεθος σωματιδίων 7 nm λαμβάνεται με αναγωγή του χλωριούχου χρυσού με βοροϋδρίδιο του νατρίου.

Τα νανοσωματίδια μεταλλικών αλάτων ή οξειδίων λαμβάνονται μέσω αντιδράσεων ανταλλαγής ή υδρόλυσης.

Ως σταθεροποιητές χρησιμοποιούνται φυσικά και συνθετικά επιφανειοδραστικά.

Συντέθηκαν νανοσωματίδια μικτής σύνθεσης. Για παράδειγμα, Cd/ZnS, ZnS/CdSe, TiO 2 /SiO 2. Τέτοια νανοσωματίδια λαμβάνονται με εναπόθεση μορίων ενός τύπου (κέλυφος) σε νανοσωματίδιο άλλου τύπου (πυρήνα) που είχε συντεθεί προηγουμένως.

Το κύριο μειονέκτημα όλων των μεθόδων είναι η ευρεία κατανομή μεγέθους των νανοσωματιδίων. Μία από τις μεθόδους για τη ρύθμιση του μεγέθους των νανοσωματιδίων σχετίζεται με την παραγωγή νανοσωματιδίων σε αντίστροφα μικρογαλακτώματα. Στα αντίστροφα μικρογαλακτώματα, η φάση δις είναι νερό και το δις μέσο είναι λάδι. Το μέγεθος των σταγονιδίων νερού (ή άλλου πολικού υγρού) μπορεί να ποικίλλει ευρέως ανάλογα με τις συνθήκες παραγωγής και τη φύση του σταθεροποιητή. Μια σταγόνα νερού παίζει το ρόλο ενός αντιδραστήρα στον οποίο σχηματίζεται μια νέα φάση. Το μέγεθος του προκύπτοντος σωματιδίου περιορίζεται από το μέγεθος της σταγόνας, το σχήμα αυτού του σωματιδίου ακολουθεί το σχήμα της σταγόνας.

Μέθοδος Sol-gelπεριέχει τα ακόλουθα στάδια: 1. Παρασκευή ενός διαλύματος έναρξης, που συνήθως περιέχει μεταλλικά αλκοξείδια M(OR) n, όπου το M είναι πυρίτιο, τιτάνιο, ψευδάργυρος, αλουμίνιο, κασσίτερος, δημήτριο κ.λπ., το R είναι αλκάλιο ή αρύλιο. 2. Σχηματισμός γέλης λόγω αντιδράσεων πολυμερισμού. 3. ξήρανση. 4. θερμική επεξεργασία. Η υδρόλυση πραγματοποιείται σε οργανικούς διαλύτες

M(OR) 4 +4H 2 OM(OH) 4 +4ROH.

Στη συνέχεια λαμβάνει χώρα πολυμερισμός και σχηματισμός γέλης

mM(OH) n (MO) 2 +2mH 2 O.

Μέθοδος πεπτοποίησης.Υπάρχει πεπτοποίηση κατά το πλύσιμο του ιζήματος, πεπτοποίηση του ιζήματος με ηλεκτρολύτη. πεπτοποίηση με επιφανειοδραστικές ουσίες. χημική πεπτοποίηση.

Η πεπτοποίηση κατά το πλύσιμο του ιζήματος μειώνεται στην αφαίρεση του ηλεκτρολύτη από το ίζημα που προκαλεί πήξη. Σε αυτή την περίπτωση, το πάχος του EDL αυξάνεται, οι δυνάμεις της ιοντικής-ηλεκτροστατικής απώθησης υπερισχύουν των δυνάμεων της διαμοριακής έλξης.

Η πεπτοποίηση του ιζήματος με έναν ηλεκτρολύτη σχετίζεται με την ικανότητα ενός από τα ιόντα ηλεκτρολύτη να προσροφάται στα σωματίδια, γεγονός που προάγει το σχηματισμό DES στα σωματίδια.

Πεπτοποίηση με επιφανειοδραστικές ουσίες. Τα μακρομόρια επιφανειοδραστικών, που προσροφούνται στα σωματίδια, είτε τους δίνουν φορτίο (ιονογόνα τασιενεργά) είτε σχηματίζουν ένα φράγμα προσρόφησης-διαλυτοποίησης που εμποδίζει τα σωματίδια να κολλήσουν μεταξύ τους στο ίζημα.

Η χημική πεπτοποίηση συμβαίνει όταν μια ουσία που προστίθεται στο σύστημα αντιδρά με μια ουσία στο ίζημα. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται ένας ηλεκτρολύτης, ο οποίος σχηματίζει ένα DES στην επιφάνεια των σωματιδίων.

Εισαγωγή………………………………………………………………σελ. 3

Κύριο μέρος

1. Προετοιμασία συστημάτων διασποράς………………………………σελ. 5

1.1. Μέθοδοι διασποράς………………………………..σελ. 5

1.2. Μέθοδοι συμπύκνωσης…………………………………..σελ. 7

2. Καθαρισμός διάσπαρτων συστημάτων……………………………..σελ. 10

Παράρτημα………………………………………………………σελίδα 12

Κατάλογος αναφορών………………………………σελ.13

Εισαγωγή

Στην κολλοειδή χημεία, πολλές έννοιες από μαθήματα φυσικής χημείας χρησιμοποιούνται ευρέως, συμπεριλαμβανομένων των συστημάτων φάσης, ομοιογενών και ετερογενών συστημάτων.

Φάση - μέρος ενός συστήματος ίδιας σύνθεσης, πανομοιότυπο φυσικές ιδιότητες, που περιορίζεται από άλλα μέρη από τη διεπαφή. Ένα σύστημα που αποτελείται από μία φάση ονομάζεται ομοιογενές. Ένα ετερογενές σύστημα αποτελείται από δύο ή περισσότερες φάσεις. Ένα ετερογενές σύστημα στο οποίο μια από τις φάσεις παρουσιάζεται με τη μορφή μικροσκοπικών σωματιδίων ονομάζεται μικροετερογενής.Ένα ετερογενές σύστημα μπορεί να περιέχει σωματίδια πολύ μικρότερων μεγεθών σε σύγκριση με αυτά που είναι ορατά κάτω από ένα οπτικό μικροσκόπιο. Τέτοια σωματίδια παρατηρούνται χρησιμοποιώντας ένα υπερμικροσκόπιο. Ένα σύστημα που περιέχει τέτοια μικρά σωματίδια ονομάζεται υπερμικρογενές. Σύμφωνα με την πρόταση των Ostwald και Weymarn, η φάση που περιλαμβάνεται σε ένα μικροετερογενές και υπερμικρογενές σύστημα με τη μορφή μικρών σωματιδίων ονομάζεται διασκορπισμένοι .

Τα μικροτερογενή και υπερμικρογενή συστήματα είναι εκπρόσωποι μιας ειδικής κατηγορίας ετερογενών συστημάτων που ονομάζονται διασκορπισμένα συστήματα .

Η κολλοειδής χημεία είναι η επιστήμη των ιδιοτήτων ετερογενών συστημάτων υψηλής διασποράς και των διεργασιών που συμβαίνουν σε αυτά.

Κατοχή υπέρβασης δωρεάν ενέργεια, τα τυπικά συστήματα υψηλής διασποράς είναι θερμοδυναμικά ασταθή. Χαρακτηρίζονται από αυθόρμητες διεργασίες που μειώνουν αυτή την περίσσεια μειώνοντας τη διασπορά. Ταυτόχρονα, το σύστημα, ενώ παραμένει αμετάβλητο σε αυτό χημική σύνθεση, αλλάζει τα ενεργειακά χαρακτηριστικά και κατά συνέπεια τις κολλοειδείς χημικές ιδιότητες. Στις υπό εξέταση διαδικασίες, σε αντίθεση με τις χημικές, το σύστημα εμφανίζει αστάθεια, μεταβλητότητα και υψηλή αστάθεια, ενώ ταυτόχρονα παραμένει «μόνο του» (διατηρώντας τη σύστασή του).

Όλα αυτά τα χαρακτηριστικά - η μη αναπαραγωγιμότητα, ο σχηματισμός δομής και η αστάθεια - έχουν μεγάλη σημασία στη διαδικασία της εξέλιξης της ύλης στην πιο οργανωμένη μορφή της - τη ζωή. Οι πιθανές δυνατότητες διεργασιών ζωής περιέχονται ήδη, όπως σε ένα έμβρυο, στα διεσπαρμένα συστήματα από τα οποία είναι δομημένη η ζωντανή ύλη. Το κολλοειδές επίπεδο της ύλης, υπερμοριακό ή μακρομοριακό, που αντιστοιχεί στο «μοριακό επίπεδο» στη βιολογία, είναι ένας απαραίτητος και αναπόφευκτος κρίκος στη διαδικασία της εξέλιξης.

Πολύπλοκα βιολογικά προβλήματα που κυριαρχούν επί του παρόντος στη φυσική επιστήμη επιλύονται σε μεγάλο βαθμό με βάση τη φυσική χημεία των διασκορπισμένων συστημάτων. Επομένως, η μελέτη της κολλοειδούς χημείας έχει ιδιαίτερη σημασία και θεμελιώδη σημασία για την ανάπτυξη της επιστήμης στο παρόν και το μέλλον.

Αυτή η εργασία συζητά τις κύριες μεθόδους για την απόκτηση και τον καθαρισμό διεσπαρμένων συστημάτων, οι οποίες ταξινομούνται ως solsμε ένα υγρό μέσο διασποράς και μια στερεά διασπαρμένη φάση (sol [γερμανική σόλα από λύση(λατ.) ] - κολλοειδές διάλυμα). Με βάση το μέγεθος των σωματιδίων, τα λύματα ταξινομούνται ως κολλοειδής-διασπαρμένος τύπος συστήματος (10 -7 - 10 -9 m).

Απόκτηση υλικών με τις απαιτούμενες ιδιότητες σε πολλές περιπτώσεις συμπερίληψη ως τεχνολογικές διαδικασίεςσχηματισμός (διασπορά ή συμπύκνωση) σωματιδίων διεσπαρμένης φάσης και πήξή τους σε υγρό μέσο διασποράς. Από την άλλη πλευρά, η πήξη και η καθίζηση της αιωρούμενης ύλης είναι ένα από τα στάδια των διεργασιών επεξεργασίας νερού. Αυτό ισχύει όχι μόνο για επιβλαβή οικιακά εναιωρήματα και απόβλητα από διάφορες τεχνολογικές διεργασίες, αλλά και για ειδικά λαμβανόμενα διαλύματα υδροξειδίων μετάλλων, τα οποία εισάγονται στο νερό για να παγιδεύουν ακαθαρσίες επιφανειοδραστικών και ιόντα βαρέων μετάλλων. Οι μέθοδοι για τον έλεγχο αυτών των διεργασιών βασίζονται στην εφαρμογή γενικών νόμων σχηματισμού και καταστροφής διάσπαρτων συστημάτων σε συνδυασμό με τη μελέτη των ειδικών ιδιοτήτων τους, ιδιαίτερα την ικανότητα σχηματισμού χωρικών διάσπαρτων δομών με χαρακτηριστικά μηχανικές ιδιότητες. Αυτά τα κολλοειδή - χημικά φαινόμεναβρίσκονται στη βάση πολλών γεωλογικών διεργασιών, για παράδειγμα, που οδήγησαν στο σχηματισμό του στρώματος του εδάφους, το οποίο ήταν η βάση για την ανάπτυξη της ζωής στην επιφάνεια της Γης.

Κύριο μέρος

1. Απόκτηση συστημάτων διασποράς.

1.1.Μέθοδοι διασποράς.

Αυτή η ομάδα μεθόδων ενώνει πρωτίστως μηχανικές μεθόδους, στην οποία η υπέρβαση των διαμοριακών δυνάμεων και η συσσώρευση ενέργειας ελεύθερης επιφάνειας κατά τη διαδικασία διασποράς συμβαίνει λόγω εξωτερικών μηχανική εργασίαπάνω από το σύστημα. Ως αποτέλεσμα, τα στερεά σώματα συνθλίβονται, τρίβονται, συνθλίβονται ή σχίζονται, και αυτό είναι χαρακτηριστικό όχι μόνο για εργαστηριακές ή βιομηχανικές συνθήκες, αλλά και για διαδικασίες διασποράς που συμβαίνουν στη φύση (το αποτέλεσμα της σύνθλιψης και της τριβής σκληρών πετρωμάτων υπό τη δράση του surf δυνάμεις, παλιρροιακά φαινόμενα, διεργασίες καιρικές συνθήκες και έκπλυση κ.λπ.).

Σε εργαστηριακές και βιομηχανικές συνθήκες, οι υπό εξέταση διεργασίες πραγματοποιούνται σε θραυστήρες, μυλόπετρες και μύλους διαφόρων σχεδίων. Το συνηθέστερο σφαιρόμυλοι.Αυτοί είναι κοίλοι περιστρεφόμενοι κύλινδροι στους οποίους φορτώνονται το θρυμματισμένο υλικό και οι μπάλες από χάλυβα ή κεραμικά. Καθώς ο κύλινδρος περιστρέφεται, οι μπάλες κυλίονται, τρίβοντας το υλικό που συνθλίβεται. Ο τεμαχισμός μπορεί επίσης να συμβεί ως αποτέλεσμα της πρόσκρουσης της μπάλας. Οι σφαιρόμυλοι παράγουν συστήματα των οποίων τα μεγέθη σωματιδίων είναι σε ένα αρκετά μεγάλο εύρος: από 2 – 3 έως 50 – 70 μικρά. Ένας κοίλος κύλινδρος με μπάλες μπορεί να τοποθετηθεί σε μια κυκλική ταλαντευόμενη κίνηση, η οποία προωθεί την εντατική σύνθλιψη του φορτωμένου υλικού υπό τη δράση της πολύπλοκης κίνησης των σωμάτων λείανσης. Μια τέτοια συσκευή ονομάζεται δονούμενος μύλος.

Λεπτότερη διασπορά επιτυγχάνεται σε κολλοειδής μύλοι διάφορα σχέδια, η αρχή λειτουργίας του οποίου βασίζεται στην ανάπτυξη δυνάμεων θραύσης σε μια ανάρτηση ή γαλάκτωμα υπό την επίδραση της φυγόκεντρης δύναμης σε ένα στενό κενό μεταξύ του ρότορα που περιστρέφεται με υψηλή ταχύτητα και του ακίνητου τμήματος της συσκευής - του στάτορα. Τα αιωρούμενα μεγάλα σωματίδια υφίστανται σημαντική δύναμη θραύσης και έτσι διασπείρονται. Ο τύπος του κολλοειδούς μύλου που χρησιμοποιείται ευρέως σήμερα φαίνεται στο Σχ. 1 (βλ. παράρτημα). Αυτός ο μύλος αποτελείται από έναν ρότορα, ο οποίος είναι ένας κωνικός δίσκος 1, που κάθεται σε έναν άξονα 2, και έναν στάτορα 3. Ο ρότορας κινείται σε περιστροφή από έναν ειδικό κατακόρυφα τοποθετημένο κινητήρα, που συνήθως εκτελεί περίπου 9000 σ.α.λ. Οι επιφάνειες εργασίας του ρότορα και του στάτη 4 αλέθονται μεταξύ τους και το πάχος του κενού μεταξύ τους είναι περίπου 0,05 mm. Το χονδροειδές εναιώρημα χύνεται στον μύλο μέσω του σωλήνα 5 κάτω από τον περιστρεφόμενο δίσκο με τη φυγόκεντρη δύναμη που αναπτύσσεται ως αποτέλεσμα της περιστροφής του ρότορα, ωθείται μέσα από την σχισμή και στη συνέχεια αφαιρείται από τον μύλο μέσω του σωλήνα 6. Όταν το υγρό περάσει στο σε μορφή λεπτής μεμβράνης διαμέσου της σχισμής, τα σωματίδια που αιωρούνται στο υγρό υφίστανται σημαντικές δυνάμεις διάτμησης και συνθλίβονται. Ο βαθμός διασποράς του προκύπτοντος συστήματος εξαρτάται από το πάχος του διακένου και την ταχύτητα περιστροφής του ρότορα: όσο μικρότερο είναι το διάκενο και όσο μεγαλύτερη η ταχύτητα, τόσο μεγαλύτερη είναι η δύναμη διάτμησης και, επομένως, τόσο μεγαλύτερη η διασπορά.

Μπορεί να επιτευχθεί υψηλή διασπορά υπερηχητική διασπορά. Η επίδραση διασποράς του υπερήχου σχετίζεται με τη σπηλαίωση - το σχηματισμό και την κατάρρευση κοιλοτήτων σε ένα υγρό. Το χτύπημα των κοιλοτήτων συνοδεύεται από την εμφάνιση κρουστικών κυμάτων σπηλαίωσης, που καταστρέφουν το υλικό. Έχει αποδειχθεί πειραματικά ότι η διασπορά εξαρτάται άμεσα από τη συχνότητα των υπερηχητικών δονήσεων. Η διασπορά με υπερήχους είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική εάν το υλικό έχει προηγουμένως αλεσθεί. Τα γαλακτώματα που λαμβάνονται με τη μέθοδο των υπερήχων διακρίνονται από την ομοιομορφία των μεγεθών των σωματιδίων της διεσπαρμένης φάσης.

Οι μέθοδοι διασποράς για τη λήψη λυμάτων περιλαμβάνουν Μέθοδος Bredig, το οποίο βασίζεται στο σχηματισμό βολταϊκού τόξου μεταξύ ηλεκτροδίων από διασπειρόμενο μέταλλο που τοποθετούνται στο νερό. Η ουσία της μεθόδου είναι ο ψεκασμός του μετάλλου του ηλεκτροδίου στο τόξο, καθώς και η συμπύκνωση των μεταλλικών ατμών που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια υψηλή θερμοκρασία. Να γιατί ηλεκτρική μέθοδοςσυνδυάζει τα χαρακτηριστικά των μεθόδων διασποράς και συμπύκνωσης. Η μέθοδος ηλεκτροψεκασμού προτάθηκε από τον Bredig το 1898. Ο Bredig συμπεριλήφθηκε στο κύκλωμα συνεχές ρεύμαμε ισχύ 5-10 Α και τάση 30-110 V, αμπερόμετρο, ρεοστάτη και δύο ηλεκτρόδια από μέταλλο που μπορεί να διασκορπιστεί. Βύθισε τα ηλεκτρόδια σε ένα δοχείο με νερό, που ψύχθηκε από έξω με πάγο. Η σχηματική δομή της συσκευής που χρησιμοποιεί ο Bredig φαίνεται στο Σχ. 2 (βλ. παράρτημα). Όταν το ρεύμα διέρχεται από τα ηλεκτρόδια μεταξύ τους κάτω από το νερό, εμφανίζεται ένα βολταϊκό τόξο. Σε αυτή την περίπτωση, ένα νέφος από μέταλλο υψηλής διασποράς σχηματίζεται κοντά στα ηλεκτρόδια. Για τη λήψη πιο σταθερών λυμάτων, συνιστάται να εισάγετε ίχνη σταθεροποιητικών ηλεκτρολυτών, όπως υδροξείδια μετάλλων αλκαλίων, στο νερό στο οποίο είναι βυθισμένα τα ηλεκτρόδια.

Περισσότερο γενική σημασίαΕχει Η μέθοδος του Svedbergτο οποίο χρησιμοποιεί μια ταλαντωτική εκφόρτιση υψηλής τάσης, προκαλώντας ένα σπινθήρα να πηδήξει μεταξύ των ηλεκτροδίων. Αυτή η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ληφθούν όχι μόνο υδρολύματα, αλλά και οργανοζόλ από διάφορα μέταλλα.

Κατά τη σύνθλιψη και τη λείανση, τα υλικά καταστρέφονται κυρίως σε σημεία με ελαττώματα αντοχής (μακρο- και μικρορωγμές). Επομένως, καθώς προχωρά η λείανση, αυξάνεται η αντοχή των σωματιδίων, η οποία χρησιμοποιείται συνήθως για τη δημιουργία ισχυρότερων υλικών. Ταυτόχρονα, η αύξηση της αντοχής των υλικών καθώς συνθλίβονται οδηγεί σε μεγάλη κατανάλωση ενέργειας για περαιτέρω διασπορά. Η καταστροφή των υλικών μπορεί να διευκολυνθεί με τη χρήση Εφέ Rehbinder– μείωση της προσρόφησης στην αντοχή των στερεών. Αυτό το φαινόμενο συνίσταται στη μείωση της επιφανειακής ενέργειας με τη βοήθεια επιφανειοδραστικών ουσιών, με αποτέλεσμα την ευκολότερη παραμόρφωση και καταστροφή του στερεού. Ως τέτοια τασιενεργά, που ονομάζονται σε αυτή την περίπτωση μειωτές σκληρότητας, για παράδειγμα, τα υγρά μέταλλα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την καταστροφή στερεών μετάλλων, οργανικών ουσιών για τη μείωση της αντοχής των οργανικών μονοκρυστάλλων. Οι μειωτές σκληρότητας χαρακτηρίζονται από μικρές ποσότητες που προκαλούν το φαινόμενο Rebinder και την ειδικότητα της δράσης. Τα πρόσθετα που διαβρέχουν το υλικό βοηθούν το μέσο να διεισδύσει σε ελαττώματα και, με τη βοήθεια τριχοειδών δυνάμεων, διευκολύνουν επίσης την καταστροφή του στερεού. Τα επιφανειοδραστικά όχι μόνο συμβάλλουν στην καταστροφή του υλικού, αλλά και σταθεροποιούν την κατάσταση διασποράς, αφού καλύπτοντας την επιφάνεια των σωματιδίων, εμποδίζουν έτσι να κολλήσουν ξανά μεταξύ τους ή να συγχωνευθούν (για υγρά). Αυτό βοηθά επίσης στην επίτευξη μιας κατάστασης υψηλής διασποράς.

Χρησιμοποιώντας μεθόδους διασποράς συνήθως δεν είναι δυνατό να επιτευχθεί πολύ υψηλή διασπορά. Συστήματα με μεγέθη σωματιδίων της τάξης των 10 -6 – 10 -7 cm λαμβάνονται με μεθόδους συμπύκνωσης.

1.2. Μέθοδοι συμπύκνωσης.

Οι μέθοδοι συμπύκνωσης βασίζονται στις διαδικασίες σχηματισμού μιας νέας φάσης με συνδυασμό μορίων, ιόντων ή ατόμων σε ένα ομοιογενές μέσο. Αυτές οι μέθοδοι μπορούν να χωριστούν σε φυσικές και χημικές.

Φυσική συμπύκνωση.Οι πιο σημαντικές φυσικές μέθοδοι για τη λήψη διασκορπισμένων συστημάτων είναι: συμπύκνωση από ατμούς και αντικατάσταση διαλύτη.Το πιο προφανές παράδειγμα συμπύκνωσης από ατμό είναι ο σχηματισμός ομίχλης. Όταν οι παράμετροι του συστήματος αλλάζουν, ιδιαίτερα όταν η θερμοκρασία μειώνεται, η τάση ατμών μπορεί να γίνει υψηλότερη από την τάση ισορροπίας ατμών πάνω από το υγρό (ή πάνω από το στερεό) και μια νέα υγρή (στερεή) φάση εμφανίζεται στην αέρια φάση. Ως αποτέλεσμα, το σύστημα γίνεται ετερογενές - αρχίζει να σχηματίζεται ομίχλη (καπνός). Με αυτόν τον τρόπο, για παράδειγμα, λαμβάνονται αερολύματα καμουφλάζ, τα οποία σχηματίζονται με ψύξη των ατμών P 2 O 5, ZnO και άλλων ουσιών. Τα λυοσόλ λαμβάνονται μέσω της διαδικασίας κοινής συμπύκνωσης ατμών ουσιών που σχηματίζουν μια διασπαρμένη φάση και ένα μέσο διασποράς σε μια ψυχρή επιφάνεια.

Η μέθοδος αντικατάστασης διαλύτη χρησιμοποιείται ευρέως, βασισμένη, όπως και η προηγούμενη, σε μια τέτοια αλλαγή στις παραμέτρους του συστήματος όπου το χημικό δυναμικό του συστατικού στο μέσο διασποράς γίνεται υψηλότερο από το ισορροπίας και την τάση μετάβασης σε κατάσταση ισορροπίας οδηγεί στο σχηματισμό μιας νέας φάσης. Σε αντίθεση με τη μέθοδο συμπύκνωσης ατμών (αλλαγή θερμοκρασίας), στη μέθοδο αντικατάστασης διαλύτη η σύνθεση του μέσου αλλάζει. Έτσι, εάν ένα κορεσμένο μοριακό διάλυμα θείου σε εθυλική αλκοόληχύστε σε μεγάλο όγκο νερού, το διάλυμα που προκύπτει σε ένα μείγμα αλκοόλης-νερού είναι ήδη υπερκορεσμένο. Ο υπερκορεσμός θα οδηγήσει σε συσσωμάτωση μορίων θείου με το σχηματισμό σωματιδίων μιας νέας φάσης - διασκορπισμένα.

Με την αντικατάσταση του διαλύτη, λύματα θείου, φωσφόρου, αρσενικού, κολοφωνίου, οξικής κυτταρίνης και πολλών οργανικών ουσιών λαμβάνονται με έκχυση διαλυμάτων αλκοόλης ή ακετόνης αυτών των ουσιών σε νερό.

Χημική συμπύκνωση. Αυτές οι μέθοδοι βασίζονται επίσης στον διαχωρισμό συμπύκνωσης μιας νέας φάσης από ένα υπερκορεσμένο διάλυμα. Ωστόσο, σε αντίθεση με τις φυσικές μεθόδους, η ουσία που σχηματίζει τη διασπαρμένη φάση εμφανίζεται ως αποτέλεσμα μιας χημικής αντίδρασης. Έτσι, οποιαδήποτε χημική αντίδραση που συμβαίνει με το σχηματισμό μιας νέας φάσης μπορεί να αποτελέσει πηγή απόκτησης ενός κολλοειδούς συστήματος. Ας δώσουμε τις ακόλουθες χημικές διεργασίες ως παραδείγματα.

1.Ανάκτηση.Κλασικό παράδειγμα αυτής της μεθόδου είναι η παρασκευή κολλοειδούς χρυσού με αναγωγή του χλωραυρικού οξέος. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αναγωγικός παράγοντας (μέθοδος Zsigmondy):

2HauCl 2 +3H 2 O 2 ®2Au+8HCl+3O 2

Άλλοι αναγωγικοί παράγοντες είναι επίσης γνωστοί: φώσφορος (M. Faraday), τανίνη (W. Oswald), φορμαλδεΰδη (R. Zsigmondy). Για παράδειγμα,

2KauO 2 +3HCHO+K 2 CO 3 =2Au+3HCOOK+KHCO 3 +H 2 O

2.Οξείδωση.Οι οξειδωτικές αντιδράσεις είναι ευρέως διαδεδομένες στη φύση. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι κατά την άνοδο των μαγματικών τήξεων και των αερίων, ρευστών φάσεων και υπόγειων υδάτων που διαχωρίζονται από αυτά, όλες οι κινητές φάσεις περνούν από τη ζώνη διεργασιών αναγωγής σε μεγάλο βάθος στις ζώνες αντιδράσεων οξείδωσης κοντά στην επιφάνεια. Ένα παράδειγμα αυτού του είδους της διαδικασίας είναι ο σχηματισμός ενός θειούχου διαλύματος σε υδροθερμικά νερά, με οξειδωτικά μέσα (διοξείδιο του θείου ή οξυγόνο):

2H 2 S+O 2 =2S + 2H 2 O

Ένα άλλο παράδειγμα είναι η διαδικασία οξείδωσης και υδρόλυσης διττανθρακικού σιδήρου:

4Fe(HCO 3) 2 +O 2 +2H 2 O®4Fe(OH) 3 +8CO 2

Το προκύπτον κολλοειδές διάλυμα υδροξειδίου του σιδήρου παρουσιάζει ένα κόκκινο-καφέ χρώμα. φυσικά νεράκαι είναι η πηγή σκουριασμένων-καφέ ζωνών αποθέσεως στα κατώτερα στρώματα του εδάφους.

3. Υδρόλυση.Διαδεδομένο στη φύση και σημαντικό στην τεχνολογία, ο σχηματισμός υδρολυμάτων στις διαδικασίες υδρόλυσης αλάτων. Για τον καθαρισμό χρησιμοποιούνται διεργασίες υδρόλυσης αλάτων Λυμάτων(υδροξείδιο του αργιλίου που λαμβάνεται με υδρόλυση θειικού αργιλίου). Η υψηλή ειδική επιφάνεια των κολλοειδών υδροξειδίων που σχηματίζονται κατά την υδρόλυση καθιστά δυνατή την αποτελεσματική απορρόφηση ακαθαρσιών - μορίων επιφανειοδραστικών και ιόντων βαρέων μετάλλων.

4. Ανταλλαγή αντιδράσεων.Αυτή η μέθοδος συναντάται συχνότερα στην πράξη. Για παράδειγμα, λήψη κολλοειδούς θειούχου αρσενικού:

2H 3 AsO 3 +3H 2 S®As 2 S 3 +6H 2 O,

Παρασκευή λύματος ιωδιούχου αργύρου:

AgNO 3 +KI®AgI+KNO 3

Είναι ενδιαφέρον ότι οι αντιδράσεις ανταλλαγής καθιστούν δυνατή τη λήψη λυμάτων σε οργανικούς διαλύτες. Συγκεκριμένα, η αντίδραση έχει μελετηθεί καλά

Hg(CN) 2 +H2S®HgS+2HCN

Εκτελείται με διάλυση Hg(CN) 2 σε μεθυλική, αιθυλική ή προπυλική αλκοόλη και διοχέτευση υδρόθειου μέσω του διαλύματος.

Αντιδράσεις πολύ γνωστές στην αναλυτική χημεία, όπως η παραγωγή ιζημάτων θειικού βαρίου ή χλωριούχου αργύρου

Na 2 SO 4 + BaCl 2 ® BaSO 4 + 2 NaCl

AgNO 3 + NaCl ® AgCl + NaNO 3

Κάτω από ορισμένες συνθήκες οδηγούν στην παραγωγή σχεδόν διαφανών, ελαφρώς θολό λυμάτων, από τα οποία μπορεί στη συνέχεια να σημειωθεί κατακρήμνιση.

Έτσι, για την παραγωγή συμπύκνωσης των λυμάτων, είναι απαραίτητο η συγκέντρωση της ουσίας στο διάλυμα να υπερβαίνει τη διαλυτότητα, δηλ. το διάλυμα πρέπει να είναι υπερκορεσμένο. Αυτές οι συνθήκες είναι κοινές τόσο για το σχηματισμό ενός υψηλά διασπαρμένου διαλύματος όσο και ενός συνηθισμένου ιζήματος στερεάς φάσης. Ωστόσο, στην πρώτη περίπτωση, πρέπει να πληρούνται ειδικές προϋποθέσεις, οι οποίες, σύμφωνα με τη θεωρία που ανέπτυξε ο Weymarn, συνίστανται στην ταυτόχρονη εμφάνιση ενός τεράστιου αριθμού πυρήνων διάσπαρτης φάσης. Λέγοντας έμβρυο εννοούμε ελάχιστοένα σύμπλεγμα μιας νέας φάσης σε ισορροπία με περιβάλλον. Για να ληφθεί ένα σύστημα υψηλής διασποράς, είναι απαραίτητο ο ρυθμός σχηματισμού πυρήνων να είναι πολύ μεγαλύτερος από τον ρυθμό ανάπτυξης κρυστάλλων. Στην πράξη, αυτό επιτυγχάνεται με την έκχυση ενός συμπυκνωμένου διαλύματος ενός συστατικού σε ένα πολύ αραιό διάλυμα ενός άλλου με έντονη ανάδευση.

Τα πηκτώματα σχηματίζονται ευκολότερα εάν κατά την παρασκευή τους εισάγονται στα διαλύματα ειδικές ενώσεις που ονομάζονται προστατευτικές ουσίες ή σταθεροποιητές. Τα σαπούνια, οι πρωτεΐνες και άλλες ενώσεις χρησιμοποιούνται ως προστατευτικές ουσίες στην παρασκευή υδρολυμάτων. Σταθεροποιητές χρησιμοποιούνται επίσης στην παρασκευή οργανοσολών.

2. Καθαρισμός διασκορπισμένων συστημάτων.

Τα διαλύματα και τα διαλύματα ενώσεων υψηλού μοριακού βάρους (HMCs) περιέχουν ενώσεις χαμηλού μοριακού βάρους ως ανεπιθύμητες προσμίξεις. Αφαιρούνται με τις ακόλουθες μεθόδους.

Διάλυση.Η αιμοκάθαρση ήταν ιστορικά η πρώτη μέθοδος καθαρισμού. Προτάθηκε από τον T. Graham (1861). Το διάγραμμα της απλούστερης συσκευής διάλυσης φαίνεται στο Σχ. 3 (βλ. παράρτημα). Το διάλυμα που πρόκειται να καθαριστεί, ή διάλυμα IUD, χύνεται σε ένα δοχείο, ο πυθμένας του οποίου είναι μια μεμβράνη που συγκρατεί κολλοειδή σωματίδια ή μακρομόρια και επιτρέπει σε μόρια διαλύτη και ακαθαρσίες χαμηλού μοριακού βάρους να περάσουν. Το εξωτερικό μέσο που έρχεται σε επαφή με τη μεμβράνη είναι ένας διαλύτης. Οι ακαθαρσίες χαμηλού μοριακού βάρους, η συγκέντρωση των οποίων είναι υψηλότερη στην τέφρα ή στο μακρομοριακό διάλυμα, περνούν μέσω της μεμβράνης στο εξωτερικό περιβάλλον (υπό διαπίδυση). Στο σχήμα, η κατεύθυνση ροής ακαθαρσιών χαμηλού μοριακού βάρους φαίνεται με βέλη. Ο καθαρισμός συνεχίζεται έως ότου οι συγκεντρώσεις των ακαθαρσιών στην τέφρα και το προϊόν διαπίδυσης προσεγγίσουν την τιμή (ακριβέστερα, έως ότου εξισωθούν τα χημικά δυναμικά στην τέφρα και το προϊόν διαπίδυσης). Εάν ενημερώσετε το διαλύτη, μπορείτε να απαλλαγείτε σχεδόν εντελώς από τις ακαθαρσίες. Αυτή η χρήση της αιμοκάθαρσης είναι κατάλληλη όταν ο σκοπός του καθαρισμού είναι η απομάκρυνση όλων των ουσιών χαμηλού μοριακού βάρους που διέρχονται από τη μεμβράνη. Ωστόσο, σε ορισμένες περιπτώσεις το έργο μπορεί να αποδειχθεί πιο δύσκολο - είναι απαραίτητο να απαλλαγούμε από ένα συγκεκριμένο μέρος μόνο ενώσεων χαμηλού μοριακού βάρους στο σύστημα. Στη συνέχεια, ένα διάλυμα από εκείνες τις ουσίες που πρέπει να διατηρηθούν στο σύστημα χρησιμοποιείται ως εξωτερικό περιβάλλον. Αυτό ακριβώς είναι το καθήκον που τίθεται κατά τον καθαρισμό του αίματος από χαμηλού μοριακού βάρους απόβλητα και τοξίνες (άλατα, ουρία κ.λπ.).

Υπερδιήθηση.Η υπερδιήθηση είναι μια μέθοδος καθαρισμού με εξαναγκασμό ενός μέσου διασποράς μαζί με ακαθαρσίες χαμηλού μοριακού βάρους μέσω υπερφίλτρων. Τα υπερφίλτρα είναι μεμβράνες του ίδιου τύπου με αυτές που χρησιμοποιούνται για αιμοκάθαρση.

Η απλούστερη εγκατάστασηγια καθαρισμό με υπερδιήθηση φαίνεται στο Σχ. 4 (βλ. παράρτημα). Το καθαρισμένο διάλυμα ή διάλυμα IUD χύνεται στον σάκο από το υπερφίλτρο. Η περίσσεια εφαρμόζεται στο sol σε σύγκριση με ατμοσφαιρική πίεση. Μπορεί να δημιουργηθεί είτε χρησιμοποιώντας μια εξωτερική πηγή (ένα μπαλόνι με συμπιεσμένος αέρας, συμπιεστής, κ.λπ.), ή μια μεγάλη στήλη υγρού. Το μέσο διασποράς ανανεώνεται με προσθήκη καθαρού διαλύτη στο κολλοειδές διάλυμα. Για να διασφαλιστεί ότι η ταχύτητα καθαρισμού είναι αρκετά υψηλή, η ενημέρωση πραγματοποιείται όσο το δυνατόν γρηγορότερα. Αυτό επιτυγχάνεται με τη χρήση σημαντικής υπερπίεσης. Για να αντέχει η μεμβράνη τέτοια φορτία, εφαρμόζεται σε μηχανικό στήριγμα. Τέτοια στήριξη παρέχεται από πλέγματα και πλάκες με τρύπες, γυάλινα και κεραμικά φίλτρα.

Μικροδιήθηση.Μικροδιήθηση είναι ο διαχωρισμός μικροσωματιδίων που κυμαίνονται σε μέγεθος από 0,1 έως 10 μικρά χρησιμοποιώντας φίλτρα. Η απόδοση του μικροδιηθήματος καθορίζεται από το πορώδες και το πάχος της μεμβράνης. Για την αξιολόγηση του πορώδους, δηλαδή της αναλογίας της περιοχής πόρων προς τη συνολική επιφάνεια του φίλτρου, χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι: συμπίεση υγρών και αερίων, μέτρηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας των μεμβρανών, συστήματα συμπίεσης που περιέχουν βαθμονομημένα σωματίδια της φάσης διασποράς κ.λπ.

Τα μικροπορώδη φίλτρα κατασκευάζονται από ανόργανες ουσίες και πολυμερή. Με τη σύντηξη σκονών, μπορούν να ληφθούν μεμβράνες από πορσελάνη, μέταλλα και κράματα. Οι πολυμερείς μεμβράνες για μικροδιήθηση κατασκευάζονται συχνότερα από κυτταρίνη και τα παράγωγά της.

Ηλεκτροδιάλυση.Η απομάκρυνση των ηλεκτρολυτών μπορεί να επιταχυνθεί εφαρμόζοντας μια εξωτερικά επιβαλλόμενη διαφορά δυναμικού. Αυτή η μέθοδος καθαρισμού ονομάζεται ηλεκτροδιάλυση. Η χρήση του για καθαρισμό διάφορα συστήματαμε βιολογικά αντικείμενα (πρωτεϊνικά διαλύματα, ορός αίματος κ.λπ.) ξεκίνησε ως αποτέλεσμα της επιτυχημένης εργασίας του Dore (1910). Η συσκευή της απλούστερης ηλεκτροδιάλυσης φαίνεται στο Σχ. 5 (βλ. παράρτημα). Το αντικείμενο που πρόκειται να καθαριστεί (sol, διάλυμα IUD) τοποθετείται στον μεσαίο θάλαμο 1 και το μέσο χύνεται στους δύο πλευρικούς θαλάμους. Στους θαλάμους καθόδου 3 και ανόδου 5, τα ιόντα διέρχονται από τους πόρους στις μεμβράνες υπό την επίδραση μιας εφαρμοζόμενης ηλεκτρικής τάσης.

Η ηλεκτροδιάλυση είναι πιο κατάλληλη για καθαρισμό όταν μπορούν να εφαρμοστούν υψηλές ηλεκτρικές τάσεις. Στις περισσότερες περιπτώσεις, στο αρχικό στάδιο του καθαρισμού, τα συστήματα περιέχουν πολλά διαλυμένα άλατα και η ηλεκτρική τους αγωγιμότητα είναι υψηλή. Επομένως, όταν υψηλής τάσηςΜπορεί να δημιουργηθούν σημαντικές ποσότητες θερμότητας και μπορεί να συμβούν μη αναστρέψιμες αλλαγές σε συστήματα που περιέχουν πρωτεΐνες ή άλλα βιολογικά συστατικά. Επομένως, είναι λογικό να χρησιμοποιείται η ηλεκτροδιάλυση ως τελική μέθοδος καθαρισμού, χρησιμοποιώντας πρώτα την αιμοκάθαρση.

Συνδυασμένες μέθοδοι καθαρισμού.Εκτός από τις μεμονωμένες μεθόδους καθαρισμού - υπερδιήθηση και ηλεκτροδιάλυση - είναι γνωστός ο συνδυασμός τους: ηλεκτροδιήθηση, που χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό και το διαχωρισμό πρωτεϊνών.

Μπορείτε να καθαρίσετε και ταυτόχρονα να αυξήσετε τη συγκέντρωση του διαλύματος ή του διαλύματος IUD χρησιμοποιώντας μια μέθοδο που ονομάζεται ηλεκτρομετάγγιση.Η μέθοδος προτάθηκε από τον W. Pauli. Η ηλεκτροδιάλυση συμβαίνει όταν η συσκευή ηλεκτροδιάλυσης λειτουργεί χωρίς ανάδευση. Τα σωματίδια sol ή τα μακρομόρια έχουν το δικό τους φορτίο και, υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου, κινούνται προς την κατεύθυνση ενός από τα ηλεκτρόδια. Δεδομένου ότι δεν μπορούν να περάσουν από τη μεμβράνη, η συγκέντρωσή τους σε μία από τις μεμβράνες αυξάνεται. Κατά κανόνα, η πυκνότητα των σωματιδίων διαφέρει από την πυκνότητα του μέσου. Επομένως, στο σημείο όπου συγκεντρώνεται το κολλοειδές, η πυκνότητα του συστήματος διαφέρει από τη μέση τιμή (συνήθως η πυκνότητα αυξάνεται με την αύξηση της συγκέντρωσης). Το συμπυκνωμένο διάλυμα ρέει στον πυθμένα της συσκευής ηλεκτροδιάλυσης και η κυκλοφορία λαμβάνει χώρα στον θάλαμο, συνεχίζοντας έως ότου τα σωματίδια αφαιρεθούν σχεδόν πλήρως.

Κολλοειδή διαλύματα και, ειδικότερα, διαλύματα λυοφοβικών κολλοειδών, καθαρισμένα και σταθεροποιημένα, μπορούν, παρά τη θερμοδυναμική αστάθεια, να υπάρχουν για απεριόριστα μεγάλο χρονικό διάστημα. Τα διαλύματα κολλοειδούς διαλύματος κόκκινου χρυσού που παρασκευάζονται από την Faraday δεν έχουν υποστεί ακόμη ορατές αλλαγές. Αυτά τα δεδομένα υποδηλώνουν ότι τα κολλοειδή συστήματα μπορεί να βρίσκονται σε μετασταθερή ισορροπία.

Εφαρμογή

Κατάλογος χρησιμοποιημένης βιβλιογραφίας

1. S. S. Voyutsky, Course of colloid chemistry. Μόσχα, εκδοτικός οίκος "Χημεία", 1976.

2. V. N. Zakharchenko, Colloid chemistry. Μόσχα, εκδοτικός οίκος "Γυμνάσιο", 1989.

3. D. A. Friedrichsberg, Course of colloid chemistry. Εκδοτικός οίκος "Χημεία", παράρτημα Λένινγκραντ, 1974.

4. Yu G. Frolov, Course of colloid chemistry. Επιφανειακά φαινόμενα και συστήματα διασποράς. Μόσχα, εκδοτικός οίκος "Χημεία", 1982.

5. E. D. Shchukin, A. V. Pertsev, E. A. Amelina, Colloid chemistry. Μόσχα, εκδοτικός οίκος "Γυμνάσιο", 1992.

Ένα διεσπαρμένο σύστημα είναι ένα σύστημα στο οποίο μια ουσία κατανέμεται στο μέσο μιας άλλης και υπάρχει ένα όριο φάσης μεταξύ των σωματιδίων και του μέσου διασποράς. Τα διεσπαρμένα συστήματα αποτελούνται από μια διεσπαρμένη φάση και ένα μέσο διασποράς.

Η διεσπαρμένη φάση είναι σωματίδια που κατανέμονται στο μέσο. Τα σημάδια του: διασπορά και διαλείπουσα.

Το μέσο διασποράς είναι το υλικό μέσο στο οποίο βρίσκεται η διασπαρμένη φάση. Το σημάδι του είναι η συνέχεια.

Μέθοδος διασποράς. Συνίσταται στη μηχανική σύνθλιψη στερεών σε μια δεδομένη διασπορά. διασπορά με υπερηχητικούς κραδασμούς. ηλεκτρική διασπορά υπό την επίδραση εναλλασσόμενου και συνεχούς ρεύματος. Για τη λήψη διασκορπισμένων συστημάτων με τη μέθοδο διασποράς, χρησιμοποιούνται ευρέως μηχανικές συσκευές: θραυστήρες, μύλοι, κονιάματα, κύλινδροι, μύλοι βαφής, αναδευτήρες. Τα υγρά ψεκάζονται και ψεκάζονται χρησιμοποιώντας ακροφύσια, μύλους, περιστρεφόμενους δίσκους και φυγοκεντρητές. Η διασπορά των αερίων πραγματοποιείται κυρίως με τη διοχέτευσή τους μέσω ενός υγρού. Στα πολυμερή αφρού, στο αφρώδες σκυρόδεμα, στον αφρό γύψο, παράγονται αέρια χρησιμοποιώντας ουσίες που απελευθερώνουν αέριο όταν αυξημένη θερμοκρασίαή σε χημικές αντιδράσεις.

Παρά ευρεία εφαρμογήμεθόδους διασποράς, δεν μπορούν να εφαρμοστούν για τη λήψη συστημάτων διασποράς με μέγεθος σωματιδίων -100 nm. Τέτοια συστήματα λαμβάνονται με μεθόδους συμπύκνωσης.

Οι μέθοδοι συμπύκνωσης βασίζονται στη διαδικασία σχηματισμού μιας διεσπαρμένης φάσης από ουσίες σε μοριακή ή ιοντική κατάσταση. Απαραίτητη προϋπόθεση για αυτή τη μέθοδο είναι η δημιουργία ενός υπερκορεσμένου διαλύματος από το οποίο θα πρέπει να ληφθεί ένα κολλοειδές σύστημα. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί υπό ορισμένες φυσικές ή χημικές συνθήκες.

Φυσικές μέθοδοι συμπύκνωσης:

1) ψύξη ατμών υγρών ή στερεών κατά την αδιαβατική διαστολή ή ανάμιξή τους με μεγάλο όγκο αέρα.

2) σταδιακή απομάκρυνση (εξάτμιση) του διαλύτη από το διάλυμα ή αντικατάστασή του με άλλο διαλύτη στον οποίο η διασπαρμένη ουσία είναι λιγότερο διαλυτή.

Έτσι, η φυσική συμπύκνωση αναφέρεται στη συμπύκνωση υδρατμών στην επιφάνεια των αερομεταφερόμενων στερεών ή υγρών σωματιδίων, ιόντων ή φορτισμένων μορίων (ομίχλη, αιθαλομίχλη).

Η αντικατάσταση διαλύτη έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό ενός διαλύματος όταν προστίθεται άλλο υγρό στο αρχικό διάλυμα, το οποίο αναμιγνύεται καλά με τον αρχικό διαλύτη, αλλά είναι φτωχός διαλύτης για τη διαλυμένη ουσία.

Οι μέθοδοι χημικής συμπύκνωσης βασίζονται στην εκτέλεση διαφόρων αντιδράσεων, ως αποτέλεσμα των οποίων μια αδιάλυτη ουσία καθιζάνει από ένα υπερκορεσμένο διάλυμα.

Η χημική συμπύκνωση μπορεί να βασίζεται όχι μόνο σε αντιδράσεις ανταλλαγής, αλλά και σε αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, υδρόλυση κ.λπ.

Τα διεσπαρμένα συστήματα μπορούν επίσης να ληφθούν με πεπτοποίηση, η οποία συνίσταται στη μετατροπή ιζημάτων, τα σωματίδια των οποίων έχουν ήδη κολλοειδή μεγέθη, σε ένα κολλοειδές «διάλυμα». Διακρίνονται οι ακόλουθοι τύποι πεπτοποίησης: πεπτοποίηση με πλύσιμο του ιζήματος. πεπτοποίηση με επιφανειοδραστικές ουσίες. χημική πεπτοποίηση.

Από θερμοδυναμική άποψη, η πιο συμφέρουσα μέθοδος είναι η διασπορά.

Μέθοδοι καθαρισμού:

1. Αιμοκάθαρση - καθαρισμός λυμάτων από ακαθαρσίες με χρήση ημιπερατών μεμβρανών πλυμένων με καθαρό διαλύτη.

2. Ηλεκτροδιάλυση – αιμοκάθαρση επιταχυνόμενη από ηλεκτρικό πεδίο.

3. Υπερδιήθηση – καθαρισμός με συμπίεση μέσου διασποράς μαζί με ακαθαρσίες χαμηλού μοριακού βάρους μέσω ημιπερατής μεμβράνης (υπερφίλτρο).

Μοριακές-κινητικές και οπτικές ιδιότητες διεσπαρμένων συστημάτων: κίνηση Brown, οσμωτική πίεση, διάχυση, ισορροπία καθίζησης, ανάλυση καθίζησης, οπτικές ιδιότητες διεσπαρμένων συστημάτων.

Όλες οι μοριακές κινητικές ιδιότητες προκαλούνται από την αυθόρμητη κίνηση των μορίων και εκδηλώνονται με την κίνηση Brown, τη διάχυση, την όσμωση και την ισορροπία καθίζησης.

Η κίνηση Brown είναι η συνεχής, χαοτική, εξίσου πιθανή προς όλες τις κατευθύνσεις κίνηση μικρών σωματιδίων που αιωρούνται σε υγρά ή αέρια λόγω της επίδρασης των μορίων ενός μέσου διασποράς. Η θεωρία της κίνησης Brown βασίζεται στην ιδέα της αλληλεπίδρασης μιας τυχαίας δύναμης, η οποία χαρακτηρίζει τις επιπτώσεις των μορίων, μια εξαρτώμενη από το χρόνο δύναμη και μια δύναμη τριβής όταν τα σωματίδια μιας διεσπαρμένης φάσης κινούνται σε ένα μέσο διασποράς σε ορισμένη ταχύτητα.

Εκτός από τη μεταφορική κίνηση, είναι επίσης δυνατή η περιστροφική κίνηση, η οποία είναι χαρακτηριστική για δισδιάστατα σωματίδια ακανόνιστου σχήματος (νήματα, ίνες, νιφάδες). Η κίνηση Brown είναι πιο έντονη σε συστήματα υψηλής διασποράς και η έντασή της εξαρτάται από τη διασπορά.

Διάχυση είναι η αυθόρμητη εξάπλωση μιας ουσίας από μια περιοχή υψηλότερης συγκέντρωσης σε μια περιοχή χαμηλότερης συγκέντρωσης. Διακρίνονται οι παρακάτω τύποι:

1.)μοριακός

3) κολλοειδή σωματίδια.

Ο ρυθμός διάχυσης στα αέρια είναι ο υψηλότερος και στα στερεά είναι ο μικρότερος.

Οσμωτική πίεση είναι η περίσσεια πίεση πάνω από ένα διάλυμα που είναι απαραίτητη για να αποτραπεί η μεταφορά του διαλύτη μέσω της μεμβράνης. Η OD εμφανίζεται όταν ένας καθαρός διαλύτης κινείται προς ένα διάλυμα ή από ένα πιο αραιό διάλυμα προς ένα πιο συμπυκνωμένο, και επομένως σχετίζεται με τη συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας και του διαλύτη. Η ωσμωτική πίεση είναι ίση με την πίεση που θα παρήγαγε η διεσπαρμένη φάση (διαλυμένη ουσία) εάν, με τη μορφή αερίου, στην ίδια θερμοκρασία, καταλάμβανε τον ίδιο όγκο με το κολλοειδές σύστημα (διάλυμα).

Η καθίζηση είναι ο διαχωρισμός διεσπαρμένων συστημάτων υπό την επίδραση της βαρύτητας με τον διαχωρισμό της διεσπαρμένης φάσης με τη μορφή ιζήματος. Η ικανότητα των διασκορπισμένων συστημάτων να καθιζάνουν είναι ένας δείκτης της σταθερότητάς τους στην καθίζηση. Οι διαδικασίες διαχωρισμού χρησιμοποιούνται όταν είναι απαραίτητο να απομονωθεί ένα ή άλλο συστατικό από κάποιο συστατικό από κάποιο φυσικό ή τεχνητά παρασκευασμένο προϊόν, το οποίο είναι ένα ετερογενές υγρό σύστημα. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ένα πολύτιμο στοιχείο αφαιρείται από το σύστημα, σε άλλες, αφαιρούνται οι ανεπιθύμητες ακαθαρσίες. Στη δημόσια εστίαση, οι διαδικασίες διαχωρισμού των διασκορπισμένων συστημάτων είναι απαραίτητες όταν είναι απαραίτητο να ληφθούν καθαρά ποτά, να καθαριστεί ο ζωμός και να απελευθερωθεί από σωματίδια κρέατος.

Η συμπεριφορά μιας δέσμης φωτός που συναντά σωματίδια της διεσπαρμένης φάσης στη διαδρομή της εξαρτάται από την αναλογία του μήκους κύματος του φωτός και το μέγεθος των σωματιδίων. Εάν το μέγεθος των σωματιδίων είναι μεγαλύτερο από το μήκος κύματος του φωτός, τότε το φως ανακλάται από την επιφάνεια των σωματιδίων σε μια ορισμένη γωνία. Αυτό το φαινόμενο παρατηρείται στις αναρτήσεις. Εάν το μέγεθος των σωματιδίων είναι μικρότερο από το μήκος κύματος του φωτός, τότε το φως σκεδάζεται.