KOLOIDI - Факултет за физичку хемију · Brojni sistemi sa kojima se srećemo...

KOLOIDI

DISPERZNI SISTEMI

Disperzni sistemi – sistemi u kojima je jedna ili više supstancija

(disperzno sredstvo) u većoj ili manjoj meri usitnjena i

ravnomerno raspoređena u okružujućoj sredini (disperzna

sredina).

Heterogeni sistemi – između čestica disperzne faze i

disperznog sredstva postoji granična površina sa određenom

slobodnom površinskom energijom (osim ako se radi o pravim

rastvorima).

KLASIFIKACIJA DISPERZNIH SISTEMA

Kriterijumi na osnovu kojih se vrši klasifikacija:

• agregatno stanje disperzne faze i disperznog sredstva

• dimenzije dispergovanih čestica

KLASIFIKACIJA DISPERZNIH SISTEMA

stanje disperznog

sredstva

stanje disperzne

sredine

naziv disperzije primeri

gas tečnost pena pena na pivu, sneg

od belanca, pena

za gašenje

gas čvrsto čvrsta pena šećerna pena,

sunđer

tečnost gas aerosol magla, oblaci

tečnost tečnost emulzija mleko, majonez

tečnost čvrsto čvrsta emulzija buter, sir

čvrsto gas dim smog, prašina u

vazduhu

čvrsto tečnost sol boja, deterdženti

čvrsto čvrsto čvrst sol legure, opal, rubin

Podela na osnovu agregatnog stanja disperznog sredstva i sredine

KLASIFIKACIJA DISPERZNIH SISTEMA

Podela na osnovu veličine čestica:

• mikroheterogeni ili grubo disperzni sistemi: 100 nm

• ultramikroheterogeni ili koloidni sistemi: 1-100 nm

• pravi rastvori ili molekulsko/jonsko disperzni sistemi: veličina

molekula ili jona

POREĐENJE DISPERZNIH SISTEMA

pravi

rastvori

koloidni

sistemi

grubo

disperzni

sistemi

< 1 nm 100 nm

• atomi

• mali molekuli

• atomski joni

• poliatomski joni

• elektroliti (soli)

• gasovi

• glukoza

rastvorena

u vodi

• agregati atoma,

molekula ili jona

• makromolekuli

(proteini)

• plazma

(proteini,

albumini,

globulini,

fibrinogen)

• grupe čestica

• zrnca minerala

(pesak)

• ćelije

(crvena krvna

zrnca, bela krvna

zrnca, krvne

pločice)

POREĐENJE DISPERZNIH SISTEMA

pravi

rastvori

koloidni

sistemi

grubo

disperzni

sistemi

< 1 nm 100 nm

• molekulsko

kretanje• Braunovo kretanje • kreću se pod

dejstvom

gravitacije

KOLOIDI

Pojave na granici faza (graničnoj površini između disperzne faze

i disperznog sredstva) određuju osobine i ponašanje koloidnog

sistema.

veliki stepen disperznosti

nezasićeno polje sila

(velika slobodna površinska energija)

adsorpcija na površini koloidnih čestica

KOLOIDI – KARAKTERISTIKE

• Tindalov efekat

• Braunovo kretanje

• difuzija

• dijaliza

• elektroforeza

• elektroosmoza

OPTIČKE OSOBINE KOLOIDA

Tindalov efekat

Svetlost može biti apsorbovana, reflektovana, polarizovana ili rasejana

dispergovanom fazom koloida.

zrak

svetlosti

rastvor

zrak

svetlosti

koloid

izvor

svetlosti

razrez rasejana

svetlost

BRAUNOVO KRETANJE

DIFUZIJA KOLOIDNIH ČESTICA

Važe Fikovi zakoni:

rN

RTxD

A 62

2

2

2

x

CD

t

c

x

cDJ

DIJALIZA I CEĐENJE

Koloidne čestice i makromolekuli ne prolaze kroz ćelijske membrane,

pergament ili celofan, usled čega se mogu odvojiti od čestica

molekulskih dimenzija. Ovaj postupak se naziva dijaliza.

ELEKTROFOREZA

Elektroforeza:

kretanje naelektrisanih

koloidnih čestica

(disperzne faze) u odnosu

na nepokrednu disperznu

sredinu pod dejstvom

električnog polja.

ELEKTROOSMOZA

Elektroosmoza: kretanje disperzne sredine u odnosu na disperznu fazu

(molekuli rastvarača prolaze kroz pore pregrade).

KLASIFIKACIJA KOLOIDA

Kriterijumi na osnovu kojih se vrši klasifikacija:

• (ne)jednakost veličine dispergovanih čestica

• oblik dispergovanih čestica

• afinitet prema disperznoj sredini

KLASIFIKACIJA KOLOIDA

Podela na osnovu (ne)jednakosti veličine dispergovanih čestica:

• čestice iste veličine: monodisperzni koloidi

• čestice različite veličine: polidisperzni koloidi

KLASIFIKACIJA KOLOIDA

Podela na osnovu oblika čestica:

• trodimenzioni: globularni sistemi

• dvodimenzioni: filmovi

• jednodimenzioni: končani/vlaknasti/fibrilarni sistemi

KLASIFIKACIJA KOLOIDA

Podela na osnovu afiniteta prema disperznoj sredini:

• ne adsorbuju molekule rastvarača: liofobni (hidrofobni,

organofobni, lipofobni) koloidi

• adsorbuju molekule rastvarača: liofilni (hidrofilni, organofilni,

lipofilni) koloidi

KOLOIDI I RASTVARAČ

Liofobni:

• sličan površinski napon

kao disperzna sredina

• slična viskoznost

• vide se u ultramikroskopu

• u električnom polju se

kreću u određenom smeru

• koagulacija pri dodatku male

količine elektrolita

Liofilni:

• manji površinski napon

od disperzne sredine

• veća viskoznost

• ne vide se u ultramikroskopu

• u električnom polju se ili ne

kreću, ili se kreću u oba smera

• manja težnja ka taloženju

PODELA KOLOIDA

• liofobni koloidi

• liofilni koloidi

RANA FAZA RASTA KRISTALA

NaI + AgNO3 AgI + Na+ + NO3-

višak

RAST KRISTALA

NaI + AgNO3 AgI + Na+ + NO3-

višak

ŠIRENJE KRISTALNE REŠETKE

NaI + AgNO3 AgI + Na+ + NO3-

višak

RAST KRISTALA

NaI + AgNO3 AgI + Na+ + NO3-

višak

negativno

naelektrisana

koloidna

čestica

STRUKTURA LIOFOBNIH ČESTICA

NaI + AgNO3 AgI + Na+ + NO3-

ELEKTROKINETIČKI POTENCIJAL

Razlika električnog potencijala na površinama micele i granule dovodi

do pojave elektrokinetičkog ili zeta () potencijala.

Izoelektrično stanje: pri nestajanju difuznog sloja, dimenzije micele i

granule su identične i - potencijal je jednak nuli.

ELEKTROKINETIČKI POTENCIJAL

Koloidne čestice – termodinamički nestabilne, ali kinetički stabilne.

Da bi do koagulacije došlo, potrebno je kod liofobnih čestica smanjiti

vrednost - potencijala do kritične vrednosti (krit 0,03 V) razaranjem

dvojnog električnog sloja, što se postiže:

1. dodavanjem jona suprotnog naelektrisanja od koloidnih čestica;

2. mešanjem dva kolodina rastvora kod kojih su kolodine čestice

suprotnih naelektrisanja.

ELEKTRIČNO ODBIJANJE

KOAGULACIJA

Privlačne sile nadvladavaju odbojne sile.

PODELA KOLOIDA

• liofobni koloidi

• liofilni koloidi

LIOFILNI KOLOIDI

Stabilnost potiče od:

• solvatnog omotača koji se vezuje za česticu preko njenih liofilnih

grupa (dominantno)

• prisustva dvojnog električnog sloja (u manjoj meri)

Do koagulacije dolazi:

• kada se ukloni solvatni omotač (organska jedinjenja kao alkohol ili

aceton uklanjaju molekula vode iz hidratnog omotača)

• kada se doda elektrolit

ZNAČAJ KOLOIDA

Brojni sistemi sa kojima se srećemo u svakodnevnom životu su u

koloidnom stanju:

• mnogi oblici hrane (mleko, bistre supe)

• mnogi medicinski preparati

• sapuni i deterdženti

• boje i lakovi

• dim, prašina, oblaci, magla

BRAUNOVO KRETANJE:

ODREĐIVANJE

AVOGADROVE KONSTANTE

str. 46

KOLOIDI I BRAUNOVO KRETANJE

BRAUNOVO KRETANJE I NA

Posmatrajmo sloj gasa

debljine dh i mase dm.

mehanička ravnoteža barometarska formula: p = f(h)

AdppgdmF

pAF

AdppgdmpA

dmA

gdp

RTM

dmAdhppdV

dhRT

pMAdm

h

h

p

p

dhRT

Mg

p

dpdh

RT

Mg

p

dp

00

kE

Mgh

RT

Mgh

p

p

2

3ln 0

BRAUNOVO KRETANJE I NA

Peren:

barometarska formula pokazuje i raspodelu mikroskopskih čestica

dispergovanih u tečnosti, ako se uzme u obzir sila potiska na čestice.

1ln 0

RT

mghN

N

N A

N

N

ghr

RTNA

0

3ln

4

3

eksperimentalno

BRAUNOVO KRETANJE I NA

gustina čestica:

•

• staklasta čvrsta masa = rastvor KBr

radijus čestica:

•

• sedimentaciona ravnoteža

pp mmmm

1

grur 3

3

46

BRAUNOVO KRETANJE I NA

Odnos brojčanih gustina čestica na dva različita nivoa iz 200 očitavanja

broja granula u ograničenom vidnom polju mikroskopa u dve žižne

ravni mikroskopa.

Na ovaj način određena je vrednost Avogadrovog broja, koji je iznosio

između 6,82 1023 čestica.

BRAUNOVO KRETANJE I NA

Ajnštajnova relacija:

236 xr

RT

Dr

RTNA

Stoks-Ajnštajnova jednačina:

Dx 22

22

2

1lx

AVOGADROVA KONSTANTA

Peren:

vertikalna raspodela: NA = 6,82 1023 mol-1

merenje koef. difuzije: NA = 6,9 1023 mol-1

Iz merenja talasne dužine X-zraka:

NA = 6,0221367 1023 mol-1