1 KOLOIDNI KOLOIDNI DISPERZNI DISPERZNI SISTEMI SISTEMI Docent Docent dr dr Mara Mara Aleksi Aleksić 1861. god. Tomas Graham 1861. god. Tomas Graham Kristaloidi i koloidi Kristaloidi i koloidi (1805 (1805- 1869) 1869) 1908. god. Ostwald, 1908. god. Ostwald, (1909 (1909 – Nobelova nagrada za hemiju) Nobelova nagrada za hemiju) koloidna svojstva ne zavise koloidna svojstva ne zavise od kristalnosti ili amorfnosti, od kristalnosti ili amorfnosti, ve već od od veli velič ine ine č estice rastvorka estice rastvorka (18 (1853 53-1932 932) KOLOIDNI DISPERZNI SISTEMI KOLOIDNI DISPERZNI SISTEMI
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
KOLOIDNI KOLOIDNI DISPERZNI DISPERZNI
SISTEMISISTEMI
Docent Docent drdr Mara Mara AleksiAleksićć
1861. god. Tomas Graham1861. god. Tomas Graham
Kristaloidi i koloidiKristaloidi i koloidi(1805(1805--1869)1869)
1908. god. Ostwald,1908. god. Ostwald,(1909 (1909 –– Nobelova nagrada za hemiju)Nobelova nagrada za hemiju)
koloidna svojstva ne zavisekoloidna svojstva ne zaviseod kristalnosti ili amorfnosti,od kristalnosti ili amorfnosti,
vevećć od od veliveli ččineine ččestice rastvorkaestice rastvorka (18(185353--11932932))
KOLOIDNI DISPERZNI SISTEMIKOLOIDNI DISPERZNI SISTEMI
2
KOLOIDNI DISPERZNI SISTEMIKOLOIDNI DISPERZNI SISTEMI
�� ZajedniZajedniččka osobina koloida je da grade ka osobina koloida je da grade ČČESTICE ODREðENE VELIESTICE ODREðENE VELIČČINEINE
�� Meñusobno se razlikuju po Meñusobno se razlikuju po
-- strukturistrukturi
-- hemijskoj prirodihemijskoj prirodi
-- sposobnosti da obrazujusposobnosti da obrazujuččestice sloestice složženijih oblikaenijih oblika
DISPERZNI SISTEMIDISPERZNI SISTEMI�� Sistem u kome su Sistem u kome su ččestice jedneestice jedne fazefaze
dispergovane udispergovane u drugoj fazidrugoj faziDisperzna fazaDisperzna faza -- disperzno sredstvodisperzno sredstvo
�� Disperzni sistem (disperzija) je Disperzni sistem (disperzija) je heterogen.heterogen.
PODELA DISPERZNIH SISTEMA PODELA DISPERZNIH SISTEMA premaprema
1.1. veliveliččini dispergovanih ini dispergovanih ččesticaestica2.2. obliku dispergovanih obliku dispergovanih ččesticaestica3.3. agregatnom stanjuagregatnom stanju4.4. solvatacijisolvataciji5.5. unutraunutraššnjoj grañi koloidnih njoj grañi koloidnih ččesticaestica
3
Podela disperznih sistema prema Podela disperznih sistema prema veliveliččini dispergovanih ini dispergovanih ččesticaestica
�� Podela prema prePodela prema preččniku niku ččestica:estica:�� visoko disperzni sistemi (pravi rastvori, visoko disperzni sistemi (pravi rastvori, << 1 nm1 nm))�� koloidni disperzni sistemi (1 koloidni disperzni sistemi (1 –– 100 nm)100 nm)�� grubo disperzni sistemi (suspenzije i emulzije grubo disperzni sistemi (suspenzije i emulzije >>100nm100nm))
�� Podela prema broju atomaPodela prema broju atoma�� visoko disperzni sistemi (visoko disperzni sistemi (<< 101033 atomaatoma))�� koloidni disperzni sistemi (koloidni disperzni sistemi (101033 << 10109 9 atomaatoma))�� grubo disperzni sistemi (grubo disperzni sistemi (> > 10109 9 atoma)atoma)
Podela disperznih sistema prema Podela disperznih sistema prema obliku dispergovanih obliku dispergovanih ččesticaestica
Podela koloida prema solvataciji Podela koloida prema solvataciji ==
prema afinitetu dispirgovanih prema afinitetu dispirgovanih ččestica estica prema disperznom sredstvuprema disperznom sredstvu
�� LiofobniLiofobni (mali afinitet, (mali afinitet, ččestice nisu solvatisane, estice nisu solvatisane, nestabilni, lako se grupinestabilni, lako se grupiššu i talou i taložže, nastaju e, nastaju
dispergovanjem u sredstvu u kome se ne rastvaraju)dispergovanjem u sredstvu u kome se ne rastvaraju)
�� LiofilniLiofilni (jak afinitet, (jak afinitet, ččestice su solvatisane, stabilni, estice su solvatisane, stabilni, nema grupisanja i talonema grupisanja i taložženja, nastaju spontanim enja, nastaju spontanim rastvaranjem)rastvaranjem)
•• Hidrofobni i hidrofilni (voda)Hidrofobni i hidrofilni (voda)
•• Organofobni i organofilni (organski rastvaraOrganofobni i organofilni (organski rastvaračč))
•• Lopofobni i lipofilni (masti i ulja)Lopofobni i lipofilni (masti i ulja)
5
Podela koloida prema unutraPodela koloida prema unutraššnjoj grañi njoj grañi koloidnih koloidnih ččesticaestica
�� Disperzoidi Disperzoidi Agregati malih molekula kristalne strukture meñusobno povezani Van der Waals-ovim silama
Sastoje se od makromolekula sa 103 – 109 atoma, osnovna stuktura – monomeri koji kovalentnim vezama grade polimere. Broj monomera – stepen polimerizacije (više od 500)
�� Makromolekulski asocijatiMakromolekulski asocijatiNastaju povezivanjem viNastaju povezivanjem višše molekula preko boe molekula preko boččnih aktivnih grupa nih aktivnih grupa ––intinteermolekulsko povezivanje rmolekulsko povezivanje -- Van der WaalsVan der Waals--ovim i vodoniovim i vodoniččnim, nim, jonskim i kovalentnim vezama.jonskim i kovalentnim vezama.
�� ČČvrste i tevrste i te ččne organskene organske supstancesupstance�� Agregati malih molekula Agregati malih molekula –– micelemicele�� PojedinaPojedinaččni molekuli u miceli vezani ni molekuli u miceli vezani Van der WaalsVan der Waals --
ovim silamaovim silama�� Naelektrisani Naelektrisani i i liofilniliofilni�� Nastaju pri Nastaju pri velikim koncentracijamavelikim koncentracijama molekulamolekula�� Dvofilna gra ñaDvofilna gra ña: jedan kraj molekula sadr: jedan kraj molekula sadržži polarnu i polarnu
grupu (+ ili grupu (+ ili --), a drugi nepolarne.), a drugi nepolarne.�� PovrPovr ššinski aktivne materijeinski aktivne materije –– PAM (sapuni, detrdPAM (sapuni, detrdžženti)enti)
ulja, boje, tablete, proteini, zidovi ulja, boje, tablete, proteini, zidovi ććelija, tkiva, pene, elija, tkiva, pene, aerosoli ...aerosoli ...))
3.3. Dispergovanje elektriDispergovanje elektri ččnom strujom nom strujom (jednosmerna ili (jednosmerna ili naizmeninaizmeniččna, metali za industriju: Zn, Pb, Cu)na, metali za industriju: Zn, Pb, Cu)
KINETIKINETIČČKE POJAVE KOD KOLOIDAKE POJAVE KOD KOLOIDA
AA Nastaju usled toplotnog kretanja Nastaju usled toplotnog kretanja molekulamolekula
�� BrownBrown--ovo kretanjeovo kretanje
�� DifuzijaDifuzija� Sedimentacija
�� Osmotski pritisakOsmotski pritisak
10
KINETIKINETIČČKE POJAVE KOD KOLOIDAKE POJAVE KOD KOLOIDA
BB Zasnovane na spoljaZasnovane na spolja ššnjim njim uticajimauticajima
�� Koagulacija Koagulacija -- talotaložženjeenje
�� ElektrokinetiElektrokinetiččke pojaveke pojave
�� Viskozni otporViskozni otpor�� ReoloReološške osobineke osobine
IZBORNI PREDMET
KoloidnaKoloidna hemijahemija
BrownBrown--ovo kretanjeovo kretanje
1828 1828 –– ČČestice polena estice polena suspendovane u vodi suspendovane u vodi se neprestano krese neprestano krećću.u.
Kretanje je haotiKretanje je haotiččno.no.
Meñumolekulski sudariMeñumolekulski sudari..
Brzina je veBrzina je većća a ššto suto su�� ččestice manje (manje r i estice manje (manje r i ρρ))�� temperatura vetemperatura veććaa�� viskoznost manjaviskoznost manja
17731773--18581858
Robert BrownRobert Brown
11
BrownBrown--ovo kretanje koloidaovo kretanje koloida
�� Kretanje koloida je mnogo Kretanje koloida je mnogo sporijesporije�� Sa koloidnom Sa koloidnom ččesticom se esticom se istovremeno sudariistovremeno sudari vivišše e
molekula rastvaramolekula rastvaraččaa
�� Kretanje je usmereno u Kretanje je usmereno u pravcu rezultantepravcu rezultante tih sudaratih sudara� Einstain-ova opšta jedna čina Brown-ovog kretanja
rN
RT
t
x
ηηηηππππ3
2
==== −−−−
t
xbrzina
Perrin je izračunao Avogadrov broj N
DDIFUZIJAIFUZIJA
�� Koloidne Koloidne ččestice estice ne podlene podle žžu talou talo žženju pod enju pod dejstvom gravitacijedejstvom gravitacije
�� HomogenoHomogeno su rasporeñene u rastvoru su rasporeñene u rastvoru
�� Nastaje interakcijom svetlosnog zraka Nastaje interakcijom svetlosnog zraka (VIS) sa (VIS) sa ččesticama koloidne disperzije.esticama koloidne disperzije.
�� Odbijanje, prelamanje i difrakcija zraka.Odbijanje, prelamanje i difrakcija zraka.
�� Ali i mutnoAli i mutnoćća, opalescencija i a, opalescencija i interferencija rasute svetlosti.interferencija rasute svetlosti.
�� Podaci o veliPodaci o veliččini, obliku i strukturi.ini, obliku i strukturi.
�� 1845. Tyndall1845. Tyndall-- sve materije rasejavaju sve materije rasejavaju svetlost u nekoj meri, pa svetlost u nekoj meri, pa ččak i ak i ččiste iste teteččnosti i gasovinosti i gasovi
�� 1857. Faraday1857. Faraday –– svetlosni zrak je vidljiv svetlosni zrak je vidljiv iz pravca koji je normalan na pravac iz pravca koji je normalan na pravac njegovog prostiranja.njegovog prostiranja.
�� 1871. Rayleigh (Rejli)1871. Rayleigh (Rejli) -- razvio teoriju razvio teoriju skretanja svetlosti od strane malih skretanja svetlosti od strane malih ččestica.estica.
15
Tyndallov efekatTyndallov efekatOptička posuda sa vodom i nekoliko kapi mleka (koloidni rastvor)
PropuPropušštena svetlost crvena i nepolarizovana,tena svetlost crvena i nepolarizovana,
Rasuta svetlost plava i polarizovanaRasuta svetlost plava i polarizovana
Nastanak rasute svetlosti u nehomogenim sredinamaNastanak rasute svetlosti u nehomogenim sredinama-- difrakcija na centrima rasejanjadifrakcija na centrima rasejanja
TTeorijeorij aa rasipanjarasipanja svetlostisvetlosti((RayleighRayleigh--jevjev zzakonakon))
16
••U sudaru sa molekulom,U sudaru sa molekulom, svetlost indukuje svetlost indukuje dipolni momenat.dipolni momenat.
••Dipol osciluje istom frekvencijomDipol osciluje istom frekvencijom kao i upadna kao i upadna svetlost, alisvetlost, ali normalnonormalno na pravac prostiranja na pravac prostiranja upadne svetlosti.upadne svetlosti.
••Dipol postaje sekundarni izvor i reemitujeDipol postaje sekundarni izvor i reemitujelinearno polarizovanu svetlostlinearno polarizovanu svetlost u svim pravcimau svim pravcima..
TTeorijeorij aa skretanja svetlostiskretanja svetlosti((RayleighRayleigh))
�� Mnogo veMnogo većća viskoznost od pravih rastvora i pri niskim a viskoznost od pravih rastvora i pri niskim koncentracijama.koncentracijama.
�� Koloidni rastvori su Koloidni rastvori su nenjutnovskinenjutnovski , jer se pri laminarnom , jer se pri laminarnom proticanju ne ponaproticanju ne ponaššaju po Newtonovom zakonu.aju po Newtonovom zakonu.
�� Na viskoznost utiNa viskoznost utičču:u:
oblik oblik ččestica estica (korpuskularni, fibrilarni, laminarni)(korpuskularni, fibrilarni, laminarni)
afinitet afinitet ččestica prema rastvaraestica prema rastvara čču u (liofilni, liofobni)(liofilni, liofobni)
koncentracijakoncentracija
dldv
sF ⋅⋅⋅⋅==== ηηηη
�� Viskozne osobine koloida mogu se ispitati kada Viskozne osobine koloida mogu se ispitati kada viskoznost viskoznost ne zavisi od koncentracijene zavisi od koncentracije ..
�� Relativna i specifiRelativna i specifiččna na NENE
�� RedukovanaRedukovana pravi rastvoripravi rastvori
�� UnutraUnutraššnja viskoznost nja viskoznost
zavisi od stepena polimerizacije.zavisi od stepena polimerizacije.
odreñivanje molarne odreñivanje molarne mase makromolekulamase makromolekula
PovrPovrššinsko naelektrisanje na koloidnoj insko naelektrisanje na koloidnoj ččestici estici ne postoji samo za sebe i mone postoji samo za sebe i možže se definisati samo kao e se definisati samo kao naelektrisanje na granici koloidne naelektrisanje na granici koloidne ččesticeesticei tei teččne faze u kojoj je dispergovana. ne faze u kojoj je dispergovana.
Naelektrisane koloidne čestice mogu nastati:1.1. JonizacijJonizacij omom povrpovr ššinskih grupainskih grupa2.2. OtpuOtpu šštanjetanje mm jona sa povrjona sa povr ššine ine -- rastvaranjerastvaranje mm3.3. AdsorpcijAdsorpcij oom naelektrisanih m naelektrisanih ččesticaestica
Poseduju razliPoseduju različčite aktivne grupe koje disosuju i obrazuju ite aktivne grupe koje disosuju i obrazuju makromolekule sa velikim brojem elementarnih makromolekule sa velikim brojem elementarnih naelektrisanja naelektrisanja
PolielektrolitiPolielektrolitiU zavisnosti od vrste aktivnih grupaU zavisnosti od vrste aktivnih grupa
1.1. PolikiselinePolikiseline –– samo kiselinske grupe samo kiselinske grupe
--COOCOO-- (skrob, pektinske i poliakrilne kiseline) (skrob, pektinske i poliakrilne kiseline) --OSOOSO33–– (agar)(agar)
2.2. Polibaze Polibaze –– samo bazne grupesamo bazne grupe
NHNH33+ + (bazni proteini)(bazni proteini)
3.3. Amfoterni polielektroliti Amfoterni polielektroliti –– i kiselinske i bazne grupe, i kiselinske i bazne grupe, proteiniproteini
1. Jonizacija povr1. Jonizacija povr ššinskih grupainskih grupa
PolikiselinePolikiseline
20
PolibazePolibaze
♣♣ U vodenim rastvorima jonogene grupe U vodenim rastvorima jonogene grupe amfoternih elektrolita amfoternih elektrolita disosujudisosuju u razliu različčitom itom stepenu i stepenu i daju razlidaju razli ččite pH vrednostiite pH vrednosti
♣♣ Na disocijaciju Na disocijaciju momo žže da se utie da se uti ččee dodatkom dodatkom kiselina, baza, soli ili promenom pH.kiselina, baza, soli ili promenom pH.
♣♣ IzoelektriIzoelektri ččna tana taččka ka -- pH IET pH IET = pH vrednost = pH vrednost pri kojoj je ukupan broj pozitivnih i negativnih pri kojoj je ukupan broj pozitivnih i negativnih naelektrisanaelektrisannja jednakja jednak ((ukupnoukupno naelnael. =0). =0). Tada . Tada se koloidna se koloidna ččestica ne kreestica ne krećće u elektrie u električčnom nom polju.polju.
21
Koloidna Koloidna ččestica nastaje dispergovanjem kristalne supstance,estica nastaje dispergovanjem kristalne supstance,
Kada se kristalna koloidna Kada se kristalna koloidna ččestica AgI nañe u vodi poestica AgI nañe u vodi poččeećće da se rastvara.e da se rastvara.
2. Otpu2. Otpu šštanje jona sa povrtanje jona sa povr ššine ine -- rastvaranjerastvaranje
3. 3. AAdsorpcijdsorpcij aa naelektrisanih naelektrisanih ččestica iz estica iz disperzne sredinedisperzne sredine
�� U svom sastavu poseduju U svom sastavu poseduju jonogene grupejonogene grupe–– kiselinske i bazne grupe koje lako kiselinske i bazne grupe koje lako disosuju u zavisnosti od disosuju u zavisnosti od
•• Prirode disperzne sredinePrirode disperzne sredine
•• pH disperzne sredinepH disperzne sredine
�� Sapuni, detrdSapuni, detrdžžentienti
Struktura liofobnih koloidnih Struktura liofobnih koloidnih ččesticaestica -- disperzoidadisperzoida
Liofobne Liofobne ččesticeestice
nisu solvatisanenisu solvatisane
Njihova Njihova stabilnoststabilnost potipotičče e od od sila odbijanjasila odbijanja kojekoje
sprespre ččavaju grupisanjeavaju grupisanjei taloi talo žženjeenje ..
U U vivišškuku AgNOAgNO33 adsorbuje se Agadsorbuje se Ag+ + zbog nezasizbog nezasiććenih silaenih silaprivlaprivlaččenja na povrenja na površšini, tj. zbog ini, tj. zbog vivišška povrka površšinske energije.inske energije.
Adsorbovani AgAdsorbovani Ag++ privlaprivlačče NOe NO33-- iz rastvora:iz rastvora:
U U vivišškuku KBrKBr adsorbuje se Bradsorbuje se Br −−−−−−−− zbog nezasizbog nezasiććenih silaenih silaprivlaprivlaččenja na povrenja na površšini, tj. zbog ini, tj. zbog vivišška povrka površšinske energije.inske energije.
Adsorbovani Adsorbovani BrBr −−−−−−−− privlaprivlačče Ke K++ iz rastvora:iz rastvora:
(((( ))))(((( )))) ++++−−−− KBrAgBr m::
Adsorpcioni sloj koloidne Adsorpcioni sloj koloidne ččestice je suprotno naelektrisanestice je suprotno naelektrisan
�� Postoji viPostoji višše modela koji objae modela koji objaššnjavaju strukturunjavaju strukturu
�� Jonska atmosfera sastoji se od dva slojaJonska atmosfera sastoji se od dva sloja