Основными способами получения коллоидных систем могут быть

2. Методы получения коллоидных систем

Поскольку коллоидные системы по размеру частиц занимают промежуточное положение между грубодисперсными системами и истинными растворами, то методы их получения можно разделить на две группы: диспергационные и конденсационные.

Диспергационные методы основаны на измельчении дисперсной фазы. Диспергирование с образованием лиофильных коллоидных систем происходит самопроизвольно за счет теплового движения. Образование лиофобных коллоидных систем требует затрат энергии. Для достижения требуемой степени дисперсности применяют:

механическое дробление с помощью шаровых или коллоидных мельниц;

измельчение с помощью ультразвука;

электрическое диспергирование (для получения золей металлов);

химическое диспергирование (пептизацию).

Диспергирование, как правило, проводят в присутствии стабилизатора. Это может быть избыток одного из реагентов, ПАВ, белки, полисахариды.

Конденсационные методы состоят во взаимодействии молекул истинных раствор с образованием частиц коллоидных размеров, что может быть достигнуто как физическими, так и химическими методами.

Физическим методом является метод замены растворителя (напрмер, к истинному раствору канифоли в спирте добавляют воду, затем спирт удаляют).

Химическая конденсация состоит в получении коллоидных растворов путем химических реакций с образованием труднорастворимых соединений:

Исходные растворы должны быть разбавленными и содержать избыток одного из реагентов.

3. Методы очистки коллоидных растворов

Если коллоидные растворы содержат примеси растворенных низкомолекулярных веществ и грубодисперсных частиц, то их наличие может отрицательно сказываться на свойствах золей, снижая их устойчивость.

Для очистки коллоидных растворов от примесей используют фильтрацию, диализ, электродиализ, ультрафильтрацию.

Фильтрация основана на способности коллоидных частиц проходить через поры обычных фильтров. При этом более крупные частицы задерживаются. Фильтрацию используют для очистки коллоидных растворов от примесей грубодисперсных частиц.

Диализ — удаление с помощью мембран низкомолекулярных соединений из коллоидных растворов и растворов ВМС. При этом используют свойство мембран пропускать молекулы и ионы малого размера и задерживать коллоидные частицы и макромолекулы. Жидкость, подвергаемую диализу, отделяют от чистого растворителя соответствующей мембраной. Малые молекулы и ионы диффундируют через мембрану в растворитель и при его достаточно частой замене почти нацело удаляются из диализуемой жидкости. Проницаемость мембраны по отношению к низкомолекулярным веществам обусловливается или тем, что малые молекулы и ионы свободно проходят через капилляры, пронизывающие мембраны, или растворяются в веществе мембраны. В качестве мембран для диализа применяют различные пленки, как естественные — бычий или свиной мочевой пузырь, плавательный пузырь рыб, так и искусственные — из нитроцеллюлозы, ацетилцеллюлозы, целлофана, желатина и других материалов.

Искусственные мембраны имеют преимущество по сравнению с естественными, так как их можно готовить с различной и хорошо воспроизводимой проницаемостью. При выборе материала для мембраны часто необходимо принимать во внимание заряд мембраны в том или ином растворителе, который возникает в результате или диссоциации самого вещества мембраны, или избирательной адсорбции на ней ионов, или неравномерного распределения ионов по обе стороны мембраны. Наличие заряда у мембраны иногда может быть причиной коагуляции при диализе коллоидных растворов, частицы которых несут заряд, противоположный по знаку заряду мембраны. Поверхность целлофановых и коллодиевых мембран в воде и водных растворах обычно заряжена отрицательно. Белковые мембраны в среде с рН, меньшим изоэлектрической точки белка, заряжены положительно, а в среде с большим рН — отрицательно.

Существует большое разнообразие диализаторов — приборов для проведения диализа. Все диализаторы построены по общему принципу: диализируемая жидкость («внутренняя жидкость») находится в сосуде, в котором она отделена от воды или другого растворителя («внешняя жидкость») мембраной. Скорость диализа возрастает с увеличением поверхности мембраны, ее пористости и размера пор, с повышением температуры, интенсивности перемешивания диализируемой жидкости, скоростью смены внешней жидкости и уменьшается с ростом толщины мембраны.

Рис.31.1. Диализатор: 1 — диализуемая жидкость; 2 — растворитель; 3 — диализная мембрана; 4 — мешалка

Электродиализ используют для увеличения скорости диализа низкомолекулярных электролитов. С этой целью в диализаторе создают постоянное электрические поле. Проведение диализа в электрическом поле позволяет ускорить очистку коллоидного раствора в несколько десятков раз.

Компенсационный диализ применяют, когда необходимо освободить коллоидный раствор лишь от части низкомолекулярных примесей. В диализаторе растворитель заменяют внешним раствором низкомолекулярных веществ, которые необходимо оставить в коллоидном растворе.

Одной из разновидностей компенсационного диализа является гемодиализ – очистка крови с помощью аппарата искусственная почка. Венозная кровь контактирует через мембрану с внешним раствором, содержащим в одинаковой с кровью концентрации вещества, которые необходимо сохранить в крови (сахар, ионы натрия). При этом происходит очистка крови от шлаков (мочевины, мочевой кислоты, билирубина, аминов, пептидов, избытка ионов калия), которые уходят через мембрану во внешний раствор. Свободный сахар в сыворотке крови определяют компенсационным диализом сыворотки против изотонического солевого раствора, к которому добавляют различные количества сахара. Концентрация сахара в солевом растворе не меняется при диализе лишь в том случае, когда она равна концентрации свободного сахара в крови.

Ультрафильтрация применяется для очистки систем, содержащих частицы коллоидных размеров (золи, растворы ВМС, взвеси бактерий и вирусов). В основе метода лежит продавливание разделяемой смеси через фильтры с порами, пропускающими только молекулы и ионы низкомолекулярных веществ. В определенной степени ультрафильтрацию можно рассматривать как диализ под давлением. Ультрафильтрацию широко используют для очистки воды, белков, нуклеиновых кислот, ферментов, витаминов, а также в микробиологии при определении размеров вирусов и бактериофагов.

Источник

Получение коллоидных систем

Коллоидные системы занимают промежуточное положение между среднедисперсными и молекулярно-дисперсными системами, поэтому их можно получить принципиально различными методами: дроблением более крупных по размеру частиц до коллоидной степени дисперсности (методы диспергирования) или укрупнением частиц путем соединения атомов и молекул в агрегаты (методы конденсации).

Основные условия, необходимые для получения и длительного хранения коллоидных систем, независимо от способов их получения, следующие:

1) нерастворимость частиц дисперсной фазы в дисперсионной среде;

2) достижение частицами дисперсной фазы коллоидной степени дисперсности (10 –9 . 10 –7 м);

3) наличие в системе третьего компонента — стабилизатора, который обеспечивает агрегативную устойчивость.

Методы диспергирования

Данные методы основаны на уменьшении крупных частиц до размера коллоидных и подразделяются на три группы:

а) Метод механического диспергирования. Этот метод заключается в дроблении дисперсной фазы в специальных мельницах и последующем смешении ее с дисперсионной средой.

б) Метод электрического диспергирования. Основан на образовании электрической дуги между электродами, подсоединенными к источнику тока. Электроды диспергируемого металла помещают под воду и подводят друг к другу на такое расстояние, чтобы возникла электрическая дуга.

в) Ультразвуковой метод. Дробление вещества, находящегося в дисперсионной среде, происходит под действием высокочастотных звуковых волн. При прохождении ультразвуковой волны в жидкости происходят быстро меняющиеся сжатия и расширения, которые создают разрывающие усилия и ведут к диспергированию взвешенных частиц.

Источник

«Получение и свойства коллоидных систем»

Тюменская государственная архитектурно-строительная академия

Кафедра Общей и специальной химии

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторной работе по теме:

«ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМ»

для студентов всех специальностей

Получение и свойства коллоидных систем: ассистент БЕРЛИНА О. В., ст. преподаватель ГОЛЯНСКАЯ С. А. методические указания к лабораторной работе для студентов всех специальностей, Тюмень: ТюмГАСА, 2004 г, 17 стр.

Рецензент: к. х.н., доцент_Качалова_Галина_Степановна

(степень, звание, Фамилия, Имя, Отчество)

Учебно-методический материал утвержден на заседании кафедры:

Протокол № ____от «____» _______________2004 г.

Учебно-методический материал утвержден на УМС академии:

Протокол №____ от «____» _______________2004 г.

ВВЕДЕНИЕ

Предлагаемое методическое указание, предназначено для студентов специальности «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» по курсу «Коллоидная химия», а также может быть использовано студентами других специальностей по курсу «Общая химия», включает краткое теоретическое описание, экспериментальную часть и вопросы для самоконтроля.

Цель данного методического указания, познакомить студентов с методами получения коллоидных растворов и способами их разрушения показать место коллоидных растворов среди других дисперсных систем. В процессе работы студенты должны использовать теоретические знания при проведении эксперимента.

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

При работе в химической лаборатории необходимо знать и строго соблюдать правила по технике безопасности, для обеспечения личной безопасности и безопасности окружающих.

1. Рабочее место необходимо содержать в чистоте и порядке.

2. При работе строго соблюдать последовательность выполнения операций, указанных в методике.

3. Реактивы общего пользования не уносить на рабочие места.

4. При нагревании пробирки держать ее, направляя отверстие от себя и от окружающих.

5. Не наклоняться над сосудом с нагреваемой жидкостью, так как иногда ее может выбросить из сосуда

6. После выполнения работы вымыть использованную химическую

7. По окончании лабораторной работы рабочее место должно быть приведено в порядок.

Коллоидными растворами (золями) называются высокодиспер-гированные гетерогенные системы, в которых хотя бы одно вещество находится в коллоидном состоянии.

Коллоидное состояние – это высокодисперсное состояние, когда вещество раздроблено до частиц размерами см, невидимых в оптический микроскоп, но представляющих собой агрегаты, состоящие из множества молекул или ионов, такого множества, что этим частицам присущи свойства отдельной термодинамической фазы, называемой дисперсной фазой.

Гетерогенные системы, в которых в одном веществе (дисперсионная среда) распределено в виде очень мелких частиц другое вещество (дисперсная фаза) называют дисперсными системами.

Принципы классификации дисперсных систем

Источник

Получение и способы очистки коллоидных систем

Получение коллоидных систем

Для получения коллоидных систем, применяют, в основном, 2 метода:

1. Дисперсионный метод – используют дробление твердого вещества до частиц, размером, соответствующих коллоидам. Измельчение производят:

• механически при помощи шаровых мельниц, гомогенизаторов или ультразвуковых дезинтеграторов;
• с помощью физико-химических способов, таких как пептизация, добавление поверхностно–активных веществ.

1. Конденсационный метод — укрупнение частиц путем агрегации молекул или ионов, до размеров, соответствующих коллоидам. Это можно реализовать следующими способами:

• испарение растворителя;
• замена растворителя;
• осуществление реакций, в результате которых образуются малорастворимые или нерастворимые вещества – реакции окисления – восстановления, разложения, гидролиза и др.

Способы очистки коллоидных систем

Коллоидные растворы могут содержать примеси, снижающие их стабильность, вследствие чего производят их очистку. Для этого используют такие методы, как диализ, электродиализ, фильтрация и ультрафильтрация.

• Диализ — удаление низкомолекулярных соединений с помощью мембран, способных задерживать коллоидные частицы и пропускать частицы меньшего размера. Прибор, используемый в этих целях, называют диализатором: Диализатор

Коллоидный раствор наливают в сосуд, в нижней части которого находится мембрана и помещенный в емкость с водой. В растворитель проникают лишь ионы и молекулы низкомолекулярных примесей.

Процесс диализа протекает медленно и для его ускорения используют электрическое поле.

• Электродиализ – используется для увеличения скорости диализа посредством электрического поля. Прибор, используемый для проведения электродиализа, называют электродиализатором. Он состоит из трех частей: средняя часть отделена полупроницаемыми мембранами от соседних частей, соединенных с электродами. Коллоидный раствор помещается в среднюю часть электродиализатора. При создании электрического поля, находящиеся в коллоидном растворе катионы, начинают движение через мембрану к катоду, а анионы – к аноду. Электродиализатор
• Фильтрация и Ультрафильтрация – это процесс отделения примесей от коллоидных частиц путем фильтрования коллоидного раствора через полупроницаемые мембраны под давлением. Ультрафильтрация

Источник