Dağınık sistemlerin elde edilmesi için temel koşullar. Dispers sistemlerin hazırlanması, stabilizasyonu ve saflaştırılması

Makbuz yöntemleri kolloidal çözümler ayrıca iki gruba da ayrılabilir: yoğunlaşma ve dispersiyon yöntemleri (ayrı bir grup, daha sonra tartışılacak olan peptizasyon yöntemidir). Parçacık boyutlarını koloidal olanlara getirmenin yanı sıra, sol elde etmek için gerekli bir diğer koşul, kolloidal parçacıkların kendiliğinden genişleme sürecini önleyen maddeler olan stabilizatörlerin sistemindeki varlığıdır.

Pirinç. Üretim yöntemlerinin sınıflandırılması dağınık sistemler(sistem tipi parantez içinde belirtilmiştir)

Dispersiyon yöntemleri

Dispersiyon yöntemleri, katıların koloidal boyuttaki parçacıklara kırılması ve dolayısıyla kolloidal çözeltilerin oluşturulması esasına dayanır. Dispersiyon işlemi gerçekleştirilir çeşitli metodlar: Bir maddenin mekanik olarak öğütülmesine denir. kolloid değirmenleri, metallerin elektrik arkıyla püskürtülmesi, maddelerin ultrason kullanılarak ezilmesi.

Dağılma kendiliğinden olabilir veya kendiliğinden olmayabilir. Spontan dispersiyon, liyofilik sistemlerin karakteristiğidir ve sistem bozukluğundaki artışla ilişkilidir (bir büyük parçadan çok sayıda küçük parçacık oluştuğunda). Sabit bir sıcaklıkta dağıldığında entropideki artışın entalpideki değişimi aşması gerekir.

ΔH > TΔS; ΔG > 0.

Bu durumda dağılma işlemi tipik olarak kendiliğinden değildir ve harici enerji nedeniyle gerçekleştirilir.

Dispersiyon, dispersiyon derecesi ile karakterize edilir. Başlangıçtaki ürünün boyutlarının ve sonuçta ortaya çıkan sistemin dağılmış fazındaki parçacıkların oranı ile belirlenir. Dağılım derecesi şu şekilde ifade edilebilir:

a1 = dn / dk; a2 = Bn / Bk; α 3 = Vn / Vk,

nerede dn; d'ye; Bn; B'ye; Vn; Vк - sırasıyla çap, yüzey alanı, dağılımdan önce ve sonra parçacıkların hacmi.

Dolayısıyla dispersiyon derecesi, dağınık faz parçacıklarının boyutu (a 1), yüzey alanı (a 2) veya hacmi (a 3) cinsinden ifade edilebilir; doğrusal, yüzeysel veya hacimsel olabilir.

Bir katı veya sıvıyı dağıtmak için gereken W işi, Wd gövdesinin deforme edilmesine ve yapışma işiyle ölçülen yeni bir faz arayüzünün (Wa) oluşumuna harcanır. Deformasyon bir cismin yok olması için gerekli bir önkoşuldur. P.A.'ya göre. Yeniden bağlayıcı, dispersiyon işi formülle belirlenir

W = W a + W d = σ*ΔB + kV,

burada σ*, dağılmış faz ile dağılım ortamı arasındaki arayüzdeki yüzey gerilimine orantılı veya ona eşit bir değerdir; ΔB—dağılımın bir sonucu olarak faz arayüzünde artış; V, orijinal cismin dağılmadan önceki hacmidir; k, bir cismin birim hacmi başına deformasyon işine eşdeğer bir katsayıdır.

Yoğunlaşma yöntemleri

Dağınık sistemlerin üretilmesine yönelik yoğunlaştırma yöntemleri arasında yoğunlaştırma, desüblimasyon ve kristalizasyon yer alır. Gaz veya sıvı ortamda bir maddenin aşırı doymuş hali koşulları altında yeni bir fazın oluşumuna dayanırlar. Bu durumda sistem homojenden heterojene doğru gider. Yoğunlaşma ve desüblimleşme bir gaz ortamının karakteristiğidir ve kristalizasyon bir sıvı ortamın karakteristiğidir.

Yoğunlaşma ve kristalleşme için gerekli bir koşul, maddenin dispersiyon ortamında aşırı doygunluk ve eşit olmayan dağılımının (konsantrasyon dalgalanması) yanı sıra yoğunlaşma merkezlerinin veya çekirdeklerinin oluşmasıdır.

Çözelti ve buhar için aşırı doygunluk derecesi β aşağıdaki şekilde ifade edilebilir:

β f = s/s , β P = r/p s,

burada p, c aşırı doymuş buhar basıncı ve maddenin aşırı doymuş çözeltideki konsantrasyonudur; р s, doymuş buharın düz bir yüzey üzerindeki denge basıncıdır; cs yeni bir fazın oluşumuna karşılık gelen denge konsantrasyonudur.

Kristalizasyonu gerçekleştirmek için çözelti veya gaz karışımı soğutulur.

Dağınık sistemlerin elde edilmesine yönelik yoğunlaşma yöntemleri, Gibbs enerjisindeki (ΔG) bir azalmanın neden olduğu kristalizasyon, desüblimleşme ve yoğunlaşma işlemlerine dayanmaktadır.< 0) и протекают самопроизвольно.

Aşırı doymuş bir çözeltiden veya gazlı ortamdan parçacıkların çekirdeklenmesi ve oluşumu sırasında, kimyasal potansiyel µ değişir ve aşırı serbest yüzey enerjisinin taşıyıcısı haline gelen bir arayüz ortaya çıkar.

Parçacıkların oluşumu için harcanan iş yüzey gerilimi σ ile belirlenir ve şuna eşittir:

W 1 = 4πr 2 σ,

burada 4πr2 r yarıçaplı küresel parçacıkların yüzeyidir.

Kimyasal potansiyel aşağıdaki gibi değişir:

Δμ = μ ben // - μ ben /< 0; μ i // >μ ben / ,

burada μ i / ve μ i //, homo ve heterojen sistemlerin kimyasal potansiyelleridir (küçük damlalardan büyük damlalara geçiş sırasında).

Kimyasal potansiyeldeki değişiklik, bir maddenin belirli sayıda molünün bir fazdan diğerine transferini karakterize eder; bu n mol sayısı, 4πr3/3 parçacığının hacminin Vm molar hacmine bölünmesine eşittir:

Yoğuşma işlemi sırasında yeni bir yüzey oluşturma işi Wk şuna eşittir:

burada W 1 ve W 2 sırasıyla parçacıkların yüzeyinin oluşumu için harcanan iş ve maddenin homojen bir ortamdan heterojen bir ortama aktarılması üzerine yapılan çalışmadır.

Dağınık sistemlerin oluşumu, fiziksel ve kimyasal yoğunlaşmanın bir sonucu olarak ve ayrıca solvent değiştirilirken meydana gelebilir.

Çeşitli maddelerin buharlarını içeren bir gaz ortamının sıcaklığı düştüğünde fiziksel yoğuşma meydana gelir. Gerekli koşullar karşılandığında dağılmış fazın parçacıkları veya damlaları oluşur. Benzer bir işlem yalnızca gaz hacminde değil, aynı zamanda daha sıcak bir gaz ortamına yerleştirilen soğutulmuş bir katı yüzeyde de gerçekleşir.

Yoğunlaşma kimyasal potansiyellerdeki farkla belirlenir (μ i // - μ i /)< 0, которая изменяется в результате замены растворителя. В отличие от обычной физической конденсации при solvent değişimi dispersiyon ortamının bileşimi ve özellikleri sabit kalmaz. Kükürt, fosfor, reçine ve bazılarının alkol veya aseton çözeltileri ise organik madde suya dökülür, çözelti aşırı doygun hale gelir, yoğunlaşma meydana gelir ve dağınık faz parçacıkları oluşur. Çözücü değiştirme yöntemi, solların elde edilebileceği birkaç yöntemden biridir.

Şu tarihte: kimyasal yoğunlaşma bir maddenin oluşumu eşzamanlı aşırı doygunluk ve yoğunlaşma ile meydana gelir.

Dağınık sistem, bir maddenin diğerinin ortamında dağıldığı ve parçacıklar ile dağılım ortamı arasında bir faz sınırının bulunduğu bir sistemdir. Dağınık sistemler, dağılmış bir faz ve bir dağılım ortamından oluşur.

Dağınık faz, ortamda dağılmış parçacıklardır. İşaretleri: dağılım ve aralıklılık.

Dispersiyon ortamı, dağılmış fazın bulunduğu maddi ortamdır. Onun işareti sürekliliktir.

Dispersiyon yöntemi. Katıların belirli bir dağılıma kadar mekanik olarak ezilmesinden oluşur; ultrasonik titreşimlerle dağılım; alternatif ve doğru akımın etkisi altında elektriksel dağılım. Dispersiyon yöntemiyle dağınık sistemler elde etmek için mekanik cihazlar yaygın olarak kullanılmaktadır: kırıcılar, değirmenler, harçlar, silindirler, boya öğütücüler, çalkalayıcılar. Sıvılar nozullar, öğütücüler, döner diskler ve santrifüjler kullanılarak atomize edilir ve püskürtülür. Gazların dağıtımı esas olarak bir sıvı içerisinden kabarcıklandırılarak gerçekleştirilir. Köpük polimerlerde, köpük betonda ve köpük alçıda gazlar, yüksek sıcaklıklarda veya kimyasal reaksiyonlarda gaz açığa çıkaran maddeler kullanılarak üretilir.

Dispersiyon yöntemleri yaygın olarak kullanılmasına rağmen -100 nm parçacık boyutuna sahip dispers sistemlerin elde edilmesinde kullanılamamaktadır. Bu tür sistemler yoğunlaştırma yöntemleriyle elde edilir.

Yoğunlaşma yöntemleri, moleküler veya iyonik durumdaki maddelerden dağılmış bir fazın oluşma sürecine dayanmaktadır. Bu yöntem için gerekli bir gereklilik, koloidal bir sistemin elde edilmesi gereken aşırı doymuş bir çözeltinin oluşturulmasıdır. Bu, belirli fiziksel veya kimyasal koşullar altında başarılabilir.

Fiziksel yoğunlaşma yöntemleri:

1) adyabatik genleşme sırasında sıvı veya katı buharların soğutulması veya bunların büyük miktarda hava ile karıştırılması;

2) çözücünün çözeltiden kademeli olarak uzaklaştırılması (buharlaştırılması) veya bunun, dağılmış maddenin içinde daha az çözünür olduğu başka bir çözücü ile değiştirilmesi.

Dolayısıyla fiziksel yoğunlaşma, havadaki katı veya sıvı parçacıkların, iyonların veya yüklü moleküllerin (sis, duman) yüzeyinde su buharının yoğunlaşmasını ifade eder.

Çözücü değişimi, orijinal çözeltiye başka bir sıvı eklendiğinde, orijinal çözücüyle iyi karışan ancak çözünen madde için zayıf bir çözücü olan bir sol oluşumuyla sonuçlanır.

Kimyasal yoğunlaştırma yöntemleri gerçekleştirilmeye dayanmaktadır. çeşitli reaksiyonlar bunun sonucunda çözünmemiş bir madde aşırı doymuş bir çözeltiden çöker.

Kimyasal yoğunlaşma yalnızca değişim reaksiyonlarına değil aynı zamanda redoks reaksiyonlarına, hidrolize vb. de dayanabilir.

Dağınık sistemler, parçacıkları zaten koloidal boyutlara sahip olan çökeltilerin kolloidal bir "çözeltiye" dönüştürülmesinden oluşan peptizasyon yoluyla da elde edilebilir. Aşağıdaki peptizasyon türleri ayırt edilir: çökeltiyi yıkayarak peptizasyon; yüzeysel peptizasyon – aktif maddeler; kimyasal peptizasyon.

Termodinamik açıdan en avantajlı yöntem dispersiyondur.

Temizleme yöntemleri:

1. Diyaliz - saf bir solvent ile yıkanmış yarı geçirgen membranlar kullanılarak sollerin safsızlıklardan saflaştırılması.

2. Elektrodiyaliz – bir elektrik alanıyla hızlandırılan diyaliz.

3. Ultrafiltrasyon – yarı geçirgen bir membrandan (ultrafiltre) düşük moleküler yabancı maddelerle birlikte bir dispersiyon ortamına basılarak saflaştırma.

Dağınık sistemlerin moleküler-kinetik ve optik özellikleri: Brown hareketi, ozmotik basınç, difüzyon, sedimantasyon dengesi, sedimantasyon analizi, dağınık sistemlerin optik özellikleri.

Tüm moleküler kinetik özellikler moleküllerin kendiliğinden hareketinden kaynaklanır ve Brown hareketi, difüzyon, ozmoz ve sedimantasyon dengesinde kendini gösterir.

Brown hareketi, bir dispersiyon ortamındaki moleküllerin etkisiyle sıvı veya gazlarda asılı duran küçük parçacıkların sürekli, kaotik ve eşit derecede olası her yöne hareketidir. Brown hareketi teorisi, moleküllerin etkilerini karakterize eden rastgele bir kuvvetin, zamana bağlı bir kuvvetin ve dağınık bir fazın parçacıkları dağıtıcı bir ortamda belirli bir hızda hareket ettiğinde sürtünme kuvvetinin etkileşimi fikrine dayanmaktadır. belirli hız.

Hariç ileri hareket iki boyutlu parçacıklar için tipik olan dönme hareketi de mümkündür düzensiz şekil(iplikler, lifler, pullar). Brown hareketi en çok yüksek derecede dağılmış sistemlerde belirgindir ve yoğunluğu dağılıma bağlıdır.

Difüzyon, bir maddenin daha yüksek konsantrasyonlu bir alandan daha düşük konsantrasyonlu bir alana kendiliğinden yayılmasıdır. Aşağıdaki türler ayırt edilir:

1.)moleküler

3) koloidal parçacıklar.

Gazlarda difüzyon hızı en yüksek, katılarda ise en azdır.

Ozmotik basınç, solventin membrandan transferini önlemek için gerekli olan, solüsyonun üzerindeki aşırı basınçtır. OD, saf bir çözücü bir çözeltiye doğru veya daha seyreltik bir çözeltiden daha konsantre bir çözeltiye doğru hareket ettiğinde meydana gelir ve bu nedenle çözünen maddenin ve çözücünün konsantrasyonuyla ilişkilidir. Ozmotik basınç, dağılmış fazın (çözünen madde) aynı sıcaklıkta gaz formunda koloidal sistem (çözelti) ile aynı hacmi işgal etmesi durumunda üreteceği basınca eşittir.

Sedimantasyon, dağılmış sistemlerin yer çekiminin etkisi altında çökelti halindeki dağılmış fazın ayrılmasıyla ayrılmasıdır. Dağınık sistemlerin çökelme yeteneği, bunların çökelme stabilitesinin bir göstergesidir. Ayırma işlemleri, heterojen bir sıvı sistemi olan doğal veya yapay olarak hazırlanmış bir üründen bir veya başka bir bileşenin bir bileşenden izole edilmesi gerektiğinde kullanılır. Bazı durumlarda değerli bir bileşen sistemden çıkarılır, diğerlerinde ise istenmeyen yabancı maddeler uzaklaştırılır. Halka açık yiyecek içecek hizmetlerinde, berrak içecekler elde etmek, et suyunu berraklaştırmak ve et parçacıklarından arındırmak gerektiğinde dağınık sistemleri ayırma işlemleri gereklidir.

Yolu üzerinde dağılmış fazın parçacıklarıyla karşılaşan bir ışık ışınının davranışı, ışığın dalga boyu oranına ve parçacıkların boyutuna bağlıdır. Parçacık boyutu ışığın dalga boyundan büyükse ışık parçacıkların yüzeyinden belirli bir açıyla yansır. Bu fenomen süspansiyonlarda gözlenir. Parçacık boyutu ışığın dalga boyundan küçükse ışık saçılır.

Dağınık sistemlerin üretilmesine yönelik yöntemler temelde iki farklı gruba ayrılır: dispersiyon ve yoğunlaşma.

Dağıtma

Dağınık sistemlerin dispersiyon yöntemiyle üretimi, maddelerin kırılmasını ve öğütülmesini içerir. Dispersiyon mekanik, elektriksel, kimyasal (peptizasyon) ve ultrasonik yöntemlerle gerçekleştirilebilir.

Doğada maddelerin mekanik dağılımı sürekli olarak meydana gelir - kayaların aşınması, buzulların oluşumu ve diğer süreçler. Büyük önem mekanik dispersiyon endüstriyel işlemlerde kullanılır - cevher hazırlama, cüruf oluşumu sırasında metalurjik üretim, petrol rafine etme, inşaat, ilaç, ilaç sanayinde. Bu durumda kullanırlar Çeşitli türler ve gerekli öğütme derecesinin elde edilmesini sağlayan değirmen tasarımları. Böylece bilyalı değirmenler iri parçacıkların (~ 10 4 m) üretimini sağlar; kolloidal değirmenlerde daha ince parçacıklar elde edilir, örneğin şeker, kahve, nişasta, grafit ve kimyasal reaktifler ezilirken, maddenin yüksek derecede dispersiyonunu elde etmek için kolloidal değirmenler kullanılır.

Dispersiyon kırma ile başlar, maddenin öğütülmesi bir sonraki aşamadır. İş W Rehbinder denklemine göre maddeyi dağıtmak için harcanan iki terimden oluşur:

Nerede W^- kırma için harcanan iş; - bir maddenin öğütülmesi için harcanan iş; AK ve Gibi- sistemin hacminde ve içindeki dağılmış parçacıkların yüzeyinde değişiklik; ve - orantılılık katsayıları.

Bir cismin hacmi doğrusal büyüklükteki bir küple orantılıysa ve alanı da karesiyle orantılıysa, Rehbinder denklemi şu şekilde yeniden yazılabilir:

burada /Г ve orantılılık katsayılarıdır.

Dağılımın ilk aşaması için ilk terim önemlidir ka*,

çünkü deformasyon ve ezilme için harcanan iş, maddenin orijinal parçalarının boyutuna (genellikle büyük ve küçük yüzeyli) ve bunların mekanik mukavemetine bağlıdır. Dağıtmanın ikinci aşamasında iş, ortaya çıkan yüzeyin boyutuyla orantılıdır. Büyük parçacık boyutları için yüzey oluşturma işi ihmal edilebilir ve bunun tersine, küçük boyutlar için hacimsel deformasyon işi de ihmal edilebilir.

Genel olarak orantılılık katsayıları K^ Ve İLE 2 bağımlı

maddenin doğasından, ortamdan, kırma yönteminden dolayı ikinci terimde /C katsayısı birim yüzeyin oluşma enerjisi fonksiyonunu üstlenir, yani yüzey gerilimi: k^ = K^c5.

Ezme ve öğütme sırasında, mukavemet kusurlarının olduğu yerlerde - mevcut olan mikro çatlaklarda gövdelerin tahribatı meydana gelir. zayıf noktalar Kristal kafes, parçacıkların mukavemeti artarken, daha dayanıklı malzemeler elde etmek için kullanılır.

Malzemelerin dağılımını kolaylaştırmak ve enerji maliyetlerini azaltmak için genellikle mukavemet düşürücü adı verilen özel katkı maddeleri kullanılır. Tipik olarak, ezilmiş maddelerin ağırlığına göre -%0,1 oranında mukavemet düşürücülerin eklenmesi, dağınık sistemlerin elde edilmesi için enerji maliyetlerini yaklaşık olarak yarı yarıya azaltır. Mukavemet düşürücülerin varlığında katıların mukavemetini azaltma etkisine etki denir.

Rebindera. Kuvvet etkisi altında mikro çatlakların gelişmesinin, çeşitli maddelerin çevreden adsorbe edilmesiyle daha kolay meydana geldiği, yani çevrenin kendisinin vücut yüzeyini tahrip etmediği, sadece yıkımı kolaylaştırdığı gerçeğine dayanmaktadır. Çoğu zaman yüzey aktif madde olan katkı maddelerinin etkisi öncelikle yüzey gerilimini azaltmak ve taşlama işini azaltmaktır. Ayrıca katkı maddeleri malzemeyi ıslatarak ortamın katıdaki kusurlara nüfuz etmesine yardımcı olur ve kılcal kuvvetleri kullanarak onun yok edilmesini kolaylaştırır. Rehbinder etkisi endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin cevher öğütme işlemi her zaman su ortamı bir yüzey aktif maddenin varlığında; yüzey aktif madde emülsiyonu varlığında makinelerdeki parçaların işlenmesinin kalitesi keskin bir şekilde artar, metal kesme aletlerinin hizmet ömrü artar ve işlem için enerji maliyetleri azalır.

Dispersiyon, bir sıvının başka bir sıvı içinde dağıldığı, yani her iki fazın da sıvı olduğu (L/L) emülsiyonlar - dağılmış sistemler üretiminde yaygın olarak kullanılır. Emülsiyonların oluşması için gerekli bir koşul, dağılmış fazın dispersiyon ortamında tamamen veya kısmen çözünmemesidir. Bu nedenle emülsiyonu oluşturan sıvı maddelerin polaritelerinin farklı olması gerekir. Genellikle su (polar faz) emülsiyonların bir bileşenidir. İkinci faz, bileşimi ne olursa olsun (benzen, toluen, bitkisel ve mineral yağlar) yağ adı verilen, polar olmayan veya az çözünen bir sıvı olmalıdır.

Emülsiyonlar iki türe ayrılır: doğrudan O/W emülsiyonları denir (dağılmış faz - yağ, dağılım ortamı - su); ters (ters çevir) - W/O emülsiyonları (suyun yağ içinde dağılımları). Tip I emülsiyonların örnekleri arasında, bir motorda egzoz buharının yoğunlaşması sırasında oluşan emülsiyonlar, gıda emülsiyonları (süt, krema); Tipik bir tip II emülsiyon, %50'ye kadar tuzlu su içeren ham petroldür. Ham petrol, yağda çözünebilen yüzey aktif maddeler (parafinler, asfaltenler) ile stabilize edilmiş bir W/O emülsiyonudur. Gıda ters emülsiyonlarının örnekleri arasında margarinler veya tereyağı. Emülsiyonun türü, fazların hacimsel oranına göre belirlenir: dağılmış faz, daha küçük miktarlardaki sıvıdır. Tür, polar ve polar olmayan solventlerle karışma veya polar veya polar olmayan boyaları çözme yeteneğinin yanı sıra elektriksel iletkenlik (sulu bir dispersiyon ortamı için elektriksel iletkenlik, diğerlerine göre birkaç kat daha yüksektir) ile belirlenebilir. sulu olmayan bir tane).

Emülsiyonlar doğada yaygın olarak bulunur ve çeşitlidir. teknolojik süreçler. Emülsiyonlar insan yaşamında önemli bir rol oynar; örneğin kan, eritrositlerin dağılmış faz olduğu bir emülsiyondur.

İki bitişik fazın toplanma durumunun tekdüzeliği, emülsiyonların stabilitesinin özelliklerini belirler. Emülsiyonların sedimantasyon stabilitesi oldukça yüksektir ve dağılmış faz ile dispersiyon ortamının yoğunlukları arasındaki fark ne kadar büyükse o kadar küçüktür. Emülsiyonlarda sedimantasyon süreci, flokülasyon (agregasyon) süreci ile üst üste gelebilir, bu da parçacıkların genişlemesine ve sonuç olarak bunların çökelme (veya yüzme) oranlarında bir artışa yol açar.

Tüm dağılmış sistemler gibi emülsiyonların agregat stabilitesi, liyofiliklikleri veya liyofobiklikleri ile belirlenir. Çoğu emülsiyon liyofobik sistemlerdir. Termodinamik olarak kararsızdırlar ve fazlar arası yüzeyde aşırı serbest enerjinin varlığı nedeniyle kendiliğinden oluşamazlar. Bu kararsızlık, sıvı damlacıklarının kendiliğinden birleşmesiyle (birleşme) kendini gösterir, bu da emülsiyonun tamamen tahrip olmasına ve iki katmana ayrılmasına yol açabilir. Bu tür emülsiyonların agregat stabilitesi yalnızca parçacıkların birleşmesini önleyen bir stabilizatörün varlığında mümkündür. Stabilizatör, sistemin fazla miktarda bulunan bir bileşeni veya sisteme özel olarak eklenen bir madde olabilir; bu durumda stabilizatöre emülgatör denir. Emülgatör olarak genellikle yüzey aktif maddeler veya yüksek molekül ağırlıklı maddeler kullanılır. Emülgatörler hidrofilik veya hidrofobik olabilir. En yaygın hidrofilik emülgatörler, suda hidrokarbonlardan daha fazla çözünür olan yağ asitlerinin sodyum (potasyum) tuzlarıdır. Doğrudan O/W emülsiyonunu stabilize etme kapasitesine sahiptirler. Yüzey aktif madde adsorpsiyon katmanının yönelimi, Rehbinder kuralına göre gerçekleşir: polar olmayan radikal, polar olmayan sıvıya bakar ve polar grup, polar olana bakar. Direkt emülsiyonlarda emülgatörün polar kısımları yağ damlacıklarının dış tarafında bulunur ve birbirlerine yaklaşmalarını engeller. Ters emülsiyonlardaki aynı maddeler, su damlacıklarının iç yüzeyindeki polar gruplar tarafından adsorbe edilir ve bunların birleşmesine müdahale etmez (Şekil 1.3).

Pirinç. 1.3. Hidrofilik emülgatörün düz çizgilerdeki konumu (A) ve ters ( 6 ) emülsiyonlar

Belirli koşullar altında, ters çevirme adı verilen bir olay mümkündür - koşullar değiştiğinde veya herhangi bir reaktif eklendiğinde, belirli bir türdeki bir emülsiyon bir emülsiyona dönüştüğünde, bir emülsiyonun fazlarının tersine çevrilmesi (veya basitçe emülsiyonun tersine çevrilmesi) mümkündür. tam tersi tip.

Dağınık sistemlerin üretimi öncelikle dağılmış parçacıkların üretimi ile ilişkilidir. Aşağıdaki görevlerin çözülmesi gerekiyor:

• 1) dağılmış parçacıkları bir dağılım ortamında gerekli konsantrasyona dağıtın;
• 2) yapısını ve özelliklerini yeterince uzun bir süre korumak için dağınık sistemi stabilize etmek;
• 3) dağınık sistemi çeşitli yabancı maddelerden temizleyin.

Bu problemler, belirli bir dispers sistemin özelliklerine (tipine) bağlı olarak çözülür.

Dağınık sistemlerin hazırlanması

Emülsiyonlar. Emülsiyonlar kaba sistemler olduğundan genellikle dispersiyon yöntemi kullanılarak hazırlanırlar. Bir emülsiyon oluşturacak sıvılar kuvvetli bir şekilde karıştırılır veya mekanik titreşimlere veya ultrasona tabi tutulur. Aynı boyutta damlacıklar (yani tek dağılımlı bir sistem) elde etmek için homojenizasyon gerçekleştirilir. Bu işlem, dağılmış fazdaki sıvının, yüksek basınç altında gerekli çaptaki küçük deliklerden bir dağılım ortamına zorlanmasından oluşur. Bu teknik, örneğin süt işlenirken kullanılır. Homojenizasyon sonucunda ortalama boyut yağ damlaları yaklaşık 1 -3 mikrondan 0,1 -0,2 mikrona düşer.

Emülsiyonlar ayrıca yoğunlaştırma yöntemleriyle (genellikle çözücünün değiştirilmesiyle) elde edilir.

Bağımsız bir görev, yüksek konsantrasyonlu emülsiyonların üretimidir. Bunlar arasında dağılmış faz konsantrasyonu 74 hacimden fazla olan emülsiyonlar bulunur. %, 99 hacme kadar. %. Çok yönlü prizma şeklindeki bu tür emülsiyonlardaki dağılmış fazın damlacıkları, sıvı dispersiyon ortamının ince filmleri ile ayrılır.

Konsantre emülsinler olabilir Mekanik özellikler katılar - dayanıklılık ve esneklik.

Konsantre emülsiyonların hazırlanmasının özelliği, dağılmış fazın, kuvvetli bir şekilde karıştırılarak küçük porsiyonlar halinde dispersiyon sıvı ortamına verilmesidir.

Köpük. Emülsiyonlar gibi köpükler de kaba sistemlerdir. Bu nedenle birçok teknolojik işlemde köpükler, gaz kabarcıklarının elde edilmesinde kullanılan dispersiyon yöntemlerinin aynısı ile elde edilir.

Köpük üretimine yönelik yoğunlaştırma yöntemleri, belirli bir sıvı içindeki bir gaz çözeltisinin sıcaklık veya basınçta buna karşılık gelen bir değişiklikle aşırı doygunluğuna dayanır. Gaz açığa çıkaran kimyasal reaksiyonlar da kullanılır. Örnek olarak yangın söndürücülerdeki köpüğün hazırlanmasının altında yatan reaksiyonu veriyoruz:

NaHC03 + HCl > NaCl + H 2 O+ CO 2 ^

Köpük üretimine yönelik bir başka yoğunlaştırma yöntemi, mikrobiyolojik işlemlerin kullanımına dayanmaktadır.

Kolloidal çözümler. Kolloidal çözeltiler (sollar) çeşitli yoğunlaştırma yöntemleriyle elde edilir. Yüksek oranda dağılmış soller elde etmek için aşağıdaki koşulun karşılandığından emin olmak gerekir: katı parçacıkların oluşum hızı, bunların büyüme hızından birçok kez daha yüksek olmalıdır. Bu koşulu yerine getirmek için, kimyasal reaksiyonlar kullanarak dağılmış parçacıklar üretirken sıklıkla aşağıdaki yöntem kullanılır: bir bileşenin konsantre bir çözeltisi, çok kuvvetli bir şekilde karıştırılarak başka bir bileşenin oldukça seyreltilmiş bir çözeltisine küçük bir miktarda dökülür.

Jeller. Yukarıdaki sistemler serbestçe dağılmıştır. Tutarlı bir şekilde dağılmış sistemlerin üretiminin belirli özellikleri vardır. Örnek olarak jellerin hazırlanmasını ele alalım. Genellikle koloidal çözeltilerden (soller) elde edilirler. Belirli koşullar altında dağılmış parçacıklar birbirine yapışır ve pıhtılaşma süreci meydana gelir.

Parçacıklar anizodiametrik bir şekle (çubuklar, elipsoidler) sahipse, ağırlıklı olarak uçlarıyla bağlanırlar ve hücrelerinde sıvı bir dağılım ortamı bulunan uzamsal bir yapı (ağ) oluştururlar. Solları jellere dönüştürme işlemine denir soldan jele geçiş. O sahip önemli nanoteknolojide. Bu nedenle, konsantre emülsiyonlar gibi jeller de bazen iki süreklilikteki dispers sistemler olabilir.

Jellerin özellikleri, dağılmış fazın konsantrasyonunun ve dağılmış parçacıkların şeklinin değiştirilmesiyle çok etkili bir şekilde kontrol edilir. Bir diğer önemli faktör ise sıcaklıktır: Sıcaklık arttıkça dağılmış parçacıklar arasında temas kurulması zorlaşır ve dolayısıyla jellerin gücü azalır.

Yoğunlaşma yöntemleri, moleküllerin, iyonların veya atomların homojen bir ortamda birleştirilmesiyle yeni bir fazın oluşması işlemlerine dayanmaktadır. Bu yöntemler fiziksel ve kimyasal olarak ikiye ayrılabilir.

Fiziksel yoğunlaşma. Dağınık sistemler üretmenin en önemli fiziksel yöntemleri buharlardan yoğuşma ve solvent değişimidir. En açık bir örnek buharların yoğunlaşması sis oluşumuna neden olur. Sistemin parametreleri değiştiğinde, özellikle sıcaklık düştüğünde, buhar basıncı, sıvının (veya katının) üzerindeki denge buhar basıncından daha yüksek hale gelebilir ve gaz fazında yeni bir sıvı (katı) fazı ortaya çıkar. Sonuç olarak sistem heterojen hale gelir - sis (duman) oluşmaya başlar. Bu sayede örneğin P2O5, ZnO ve diğer maddelerin buharlarının soğutulmasıyla oluşan kamuflaj aerosolleri elde edilir. Liyosoller, dağılmış bir faz ve bir dağılım ortamı oluşturan maddelerin buharlarının soğutulmuş bir yüzey üzerinde ortak yoğunlaştırılması işlemi yoluyla elde edilir.

Solvent değiştirme yöntemi, bir öncekine benzer şekilde, dispersiyon ortamındaki bileşenin kimyasal potansiyelinin dengedekinden daha yüksek hale geldiği ve bir denge durumu yeni bir fazın oluşumuna yol açar. Buhar yoğunlaştırma yönteminden (sıcaklık değişimi) farklı olarak, solvent değiştirme yönteminde ortamın bileşimi değiştirilir. Bu nedenle, etil alkol içindeki doymuş bir moleküler kükürt çözeltisi büyük miktarda suya dökülürse, alkol-su karışımında elde edilen çözelti zaten aşırı doymuştur. Aşırı doygunluk, yeni bir fazın dağılmış parçacıklarının oluşumuyla kükürt moleküllerinin toplanmasına yol açacaktır.

Çözücü değiştirilerek kükürt, fosfor, arsenik, reçine, selüloz asetat ve birçok organik maddenin çözeltileri, bu maddelerin alkol veya aseton çözeltilerinin suya dökülmesiyle elde edilir.

Kimyasal yoğunlaşma. Bu yöntemler aynı zamanda yeni bir fazın aşırı doymuş bir çözeltiden yoğunlaşarak ayrılmasına da dayanmaktadır. Ancak farklı olarak fiziksel yöntemler Dağınık fazı oluşturan madde, kimyasal reaksiyonun bir sonucu olarak ortaya çıkar. Böylece yeni bir fazın oluşmasıyla meydana gelen herhangi bir kimyasal reaksiyon, koloidal bir sistemin elde edilmesine kaynak olabilir. Örnek olarak aşağıdaki kimyasal süreçleri verelim.

• 1 - Kurtarma. Bu yöntemin klasik bir örneği, kloraurik asidin indirgenmesiyle altın solunun hazırlanmasıdır. Hidrojen peroksit indirgeyici bir madde olarak kullanılabilir (Zsigmondy yöntemi):
• 2HauCl2+3H2O22Au+8HCl+3O2

Diğer indirgeyici maddeler de bilinmektedir: fosfor (M. Faraday), tanen (W. Oswald), formaldehit (R. Zsigmondy). Örneğin,

• 2KauO2+3HCHO+K2CO3=2Au+3HCOOK+KHCO3+H2O
• 2. Oksidasyon. Oksidatif reaksiyonlar doğada yaygındır. Bunun nedeni magmatik eriyiklerin ve gazların, akışkan fazların ve bunlardan ayrılan yeraltı sularının yükselişi sırasında tüm hareketli fazların bölgeden geçmesidir. kurtarma süreçleri yüzeye yakın oksidatif reaksiyon bölgelerine büyük derinliklerde. Bu tür bir prosesin bir örneği, hidrotermal sularda oksitleyici maddelerle (kükürt dioksit veya oksijen) bir kükürt solunun oluşmasıdır:
• 2H2S+O2=2S+2H2O

Başka bir örnek, demir bikarbonatın oksidasyonu ve hidrolizi sürecidir:

4Fe(HCO3)2+O2+2H2O4Fe(OH)3+8CO2

Ortaya çıkan demir hidroksit solu, doğal sulara kırmızı-kahverengi bir renk verir ve toprağın alt katmanlarındaki paslı-kahverengi birikintilerin kaynağıdır.

• 3. Hidroliz. Doğada yaygın ve teknolojide önemli olan, tuzların hidrolizi süreçlerinde hidrosol oluşumu. Atık su arıtımında tuz hidroliz işlemleri kullanılmaktadır (alüminyum sülfatın hidrolizi ile elde edilen alüminyum hidroksit). Hidroliz sırasında oluşan kolloidal hidroksitlerin yüksek spesifik yüzey alanı, safsızlıkların (yüzey aktif madde molekülleri ve ağır metal iyonları) etkili bir şekilde adsorbe edilmesini mümkün kılar.
• 4. Değişim reaksiyonları. Bu yöntem çoğunlukla pratikte bulunur. Örneğin arsenik sülfür solünün elde edilmesi:
• 2H3AsO3+3H2SAs2S3+6H2O,

Gümüş iyodür solunun hazırlanması:

AgNO3+KIAgI+KNO3

İlginçtir ki, değişim reaksiyonları organik çözücülerde sol elde etmeyi mümkün kılar. Özellikle reaksiyon iyi incelenmiştir.

Hg(CN)2+H2SHgS+2HCN

Hg(CN)2'nin metil, etil veya propil alkol içinde çözülmesi ve hidrojen sülfürün çözeltiden geçirilmesiyle gerçekleştirilir.

Baryum sülfat veya gümüş klorür çökeltilerinin üretimi gibi analitik kimyada iyi bilinen reaksiyonlar

Na2SO4 + BaCl2 BaSO4 + 2NaCl

AgNO3 + NaCl AgCl + NaNO3

belirli koşullar altında neredeyse şeffaf, hafif bulanık solların üretilmesine yol açar ve bunlardan daha sonra çökelme meydana gelebilir.

Bu nedenle sollerin yoğunlaşma üretimi için çözeltideki madde konsantrasyonunun çözünürlüğü aşması gerekir; çözüm aşırı doymuş olmalıdır. Bu koşullar hem oldukça dağılmış bir sol hem de sıradan bir katı faz çökeltisinin oluşumu için ortaktır. Ancak ilk durumda uyum gereklidir Özel durumlar Weymarn tarafından geliştirilen teoriye göre, çok sayıda dağınık faz çekirdeğinin eşzamanlı görünümünden oluşur. Embriyo, dengede olan yeni bir fazın minimal birikimi olarak anlaşılmalıdır. çevre. Oldukça dağılmış bir sistem elde etmek için çekirdeklenme oluşum hızının kristal büyüme hızından çok daha büyük olması gerekir. Uygulamada bu, bir bileşenin konsantre çözeltisinin, bir başka bileşenin çok seyreltik çözeltisine kuvvetlice karıştırılarak dökülmesiyle elde edilir.

Sollar, hazırlanmaları sırasında koruyucu maddeler veya stabilizatörler adı verilen özel bileşiklerin çözeltilere dahil edilmesi durumunda daha kolay oluşturulur. Hidrosollerin hazırlanmasında koruyucu madde olarak sabunlar, proteinler ve diğer bileşikler kullanılır. Organosollerin hazırlanmasında stabilizatörler de kullanılır.