Коллоиды

Дети во время игры часто делают суспензии, такие как смеси грязи и воды, муки и воды, или суспензию твёрдых пигментов в воде, известной как краска темпера. Эти суспензии представляют собой разнородные смеси, состоящие из относительно крупных частиц, видимых невооруженным глазом или видимых с помощью увеличительного стекла. Они мутны, и взвешенные частицы оседают после смешивания. С другой стороны, раствор представляет собой однородную смесь, в которой не происходит осаживания и в которой растворенные виды являются молекулами или ионами. Решения демонстрируют совершенно иное поведение, чем суспензии. раствор может быть окрашен, но он прозрачен, молекулы или ионы невидимы, и они не оседают на стоя. Другой класс смесей, называемых коллоидными (или коллоидными дисперсиями), обладает промежуточными свойствами суспензий и растворов. Частицы в коллоидном виде крупнее большинства простых молекул; однако коллоидные частицы достаточно малы, чтобы они не оседли на стоячем.

Подготовка коллоидных систем

Коллоиды получают путем производства частиц коллоидных размеров и распределения этих частиц по дисперсионной среде. Частицы коллоидного размера образуются двумя способами:

• методы дисперсии: Дробление крупных частиц. Например, пигменты краски производятся путем рассеивания крупных частиц путем шлифования на специальных мельницах.
• методы конденсации: Рост от небольших единиц, таких как молекулы или ионы. Например, облака образуются, когда молекулы воды конденсируются и образуют очень маленькие капли.

Несколько твердых веществ, при контакте с водой, разгоняются спонтанно и образуют коллоидные системы. Таким образом ведут себя желатин, клей, крахмал и сухое молоко. Частицы уже коллоидные, вода просто рассеивает их. Порошковые молочные частицы коллоидного размера вырабатываются путем обезвоживания спрея для молока. Некоторые распылители производят коллоидные дисперсии жидкости в воздухе.

Эмульсию можно приготовить, перемешивая вместе или смешивая две несмешиваемые жидкости. Это разбивает одну жидкость на капли коллоидного размера, которые затем расходятся по всей другой жидкости. Разливы нефти в океане могут быть затруднены, отчасти потому, что волновое действие может привести к образованию эмульсии нефтью и водой. Однако во многих эмульсиях дисперсионная фаза обычно сливаются, образуя крупные капли и разделяются. Таким образом, эмульсии обычно стабилизируются эмульгирующим веществом, которое препятствует слипанию дисперсной жидкости. Например, небольшое мыло стабилизирует эмульсию керосина в воде. Молоко является эмульсией пахты в воде, а протеиновый казеин служит эмульгирующим веществом. Майонез — это эмульсия масла в уксусе с компонентами яичного желтка в качестве эмульгирующего средства.

Методы конденсации образуют коллоидные частицы путем агрегации молекул или ионов. Если частицы растут за пределами диапазона коллоидных размеров, они образуют капли или осадок, и коллоидная система не дает результатов. Облака образуют, когда молекулы воды собираются и образуют коллоидные частицы. Если эти частицы воды сливаются для образования достаточно крупных капель жидкой воды или кристаллов твердой воды, они оседают с неба, как дождь, снег или снег. Многие методы конденсации включают химические реакции. Смесь концентрированного раствор хлорида железа(III) с горячей водой может быть приготовленной красной коллоидной суспензии гидроксида железа(III):

коллоидный золотой соль является результатом сокращения очень разбавленного раствор хлорида золота(III) восстановителем, таким как формальдегид, хлорид олова(II) или сульфат железа(II):

Некоторые золотые соли, приготовленные в 1857 году, по-прежнему остаются нетронутыми (частицы не слились и не осели), что свидетельствует о долгосрочной стабильности многих коллоидов.

Мыло и сны

Первопроходцы изготовили мыло кипящими жирами с сильно базовым раствор, изготовляемым выщелачиванием карбоната калия, K2CO₃, из древесного пепла с горячей водой. Животные жиры содержат полиэфиры жирных кислот (длинноцепочечные карбоновые кислоты). При обработке животных жиров образуется основание, например карбонат калия или гидроксид натрия, глицерин и соли жирных кислот, таких как палмитическая, олеиновая и стеариновая кислота. Соли жирных кислот называются мылом. Натриевая соль стеарной кислоты, стеарат натрия, содержит незаряженную неполярную углеводородную цепь, блок C17H35 и ионную карбоксилатную группу, блок COO⁻.

Действия по очистке мыла и моющих средств можно объяснить структурой соответствующих молекул. Углеводородный (неполярный) конец молекулы мыла или моющего средства растворяется в неполярных веществах, таких как масло, смазка или частицы грязи. Ионная сторона притягивается водой (полярной). В результате молекулы мыла или моющих средств становятся ориентированными на взаимодействие частиц грязи с водой, поэтому они выступают в качестве своеобразного моста между двумя различными видами материи, неполярными и полярными. Такие молекулы называются амфифифильными, поскольку они имеют как гидрофобную («боязнную воду»), так и гидрофическую («водолюбящую») часть. Как следствие, частицы грязи приостанавливаются, как коллоидные частицы, и их легко смыть.

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 11.5: Коллоиды.