Rastvori 3

Koloidni rastvori

Koloidno disperzni sistemi su oni disperzni sistemi u kojima je veličina čestica disperzne faze od 1 do 100nm.

Prema agregatnom stanju disperznog sredstva i disperzne faze postoje razne kombinacije koloidno-disperznih sistema:

Slika je loša, ali se nadam da se vidi poenta :)

U velikom broju disperznih sistema disperzno sredstvo je tečnost, najčešće voda, a disperzna faza čvrsta supstanca - njih nazivamo koloidnom rastvorima.

Zbog velike površine čestica disperzne faze, koloidni rastvori imaju veliku površinsku energiju koja se izražava u  J/m².

Stabilnost vodenih čestica potiče od njihovog električnog naboja i omotača koji ih okružuje. U zavisnosti od vrste omotača razlikujemo hidrofobne i hidrofilne koloide.

Koloidni rastvori se od pravih rastvora razlikuju po:

1) Faradej-Tindalovom efektu - koloidne čestice rasipaju svetlosne zrak u svim smerovima te se svetlosni zrak koji prolazi kroz koloidni rastvor vidi kao difuzna svetlost.

2) Broju čestica - broj koloidnih čestica u odnodu na broj čestica pravog rastvora, iste mase, veoma je mali pa su i koncentracije koloidnih rastvora male u odnosu na koncntracije pravih rastvora.

Hidrofobni koloidi

Površinska energija disperzne faze koloida smanjuje se na taj način što vezuje molekule ili jone iz rastvora i time smanjuje površinski napon. Ta pojava s naziva adsorpcija.

Hidrofobni koloidi nemaju afinitet prema disperznom sredstvu pa zbog toga adsorbuju iz rastvora pozitivne ili negativne jone te su sve čestice istoimeno naelektrisane. Zbog tog naboja koloidni rastvor je stabilan.

Koloidni rastvor može da apsorbuje u monomolekulski sloj samo pozitivne (gradi pozitivan sol) ili samo negativne (gradi negativan sol) jone. Jezgro koloidne čestice čine pozitivni i negativni joni vezani josnkom vezom. Jezgro i monomolekulski sloj čine pokretljivu granulu.

Na adsorbovane jone vezuju se suprotno naelektrisani joni i čine difuzni sloj koloidne čestice, te na površini čvrte faze postoji dvostruki sloj. Granula i difuzni sloj čine micelu koloidne čestice.

Taloženje koloidnog ratvora se čini dodatkom elektrolita koji sadrži (dodaje se suprotno naelektrisan jon):

KOLOIDNI JON + SUPROTNO NAELEKTRISAN JON = KOAGULAT

Nastali talog se naziva koagulat, a proces koagulacija jer se pri procesu ne razara struktura koloidne čestice, već se gradi amforan talog.

Prelazak taloga u koloidni rastvor naziva se peptizacija.

shematski prikaz micele

shematski prikaz granule

Hidrofobni koloidi:AgCl, As₂S₃, Sb₂S₃, CuS, NiS, Fe(OH)₃, Cr(OH)₃ …  

Hidrofilni koloidi

Hidrofilni kolidi na svojoj površini adsorbuju vodu. NJihovi rastvori su viskozni, te pri dovoljno velikim koncentracijama očvršćavaju u pihtijastu masu koja sadrži mnogo vode, a naziva se gel. Dodatkom većih količina vode, gel prlazi u sol i obrnuto, sol gubitkom vode prelazi u gel.

Zbog toga se hidrofilni koloidi nazivaju i reverzibilnim koloidima.

Hidrofobni koloidi postaju stabilniji ako im se doda hidrofili koloid pa se još nazivaju i zaštitnim koloidima.

Hidrofilni koloidi (koncentrovani rastvori): H₂SiO₃, Al(OH)₃, V₂O₅, želatin, skrob, celuloza...

Dobijanje koloidih rastvora

Koloidni rastvori se dobijaju disperzijom grubo disperznih sistema u koloidnim mlinovima, peptizacijom koagulata ili kondenzacijom.

Kondenzacija se vrši prilikom taloženja teško rastvornih supstanci, ako se rast kristalnih klica zaustavi u području koloidnih dimenzija. 

Atomska struktura materije

Agregatna stanja materije

Atomi su osnovne strukturne jedinice materije.  To su najmanje čestice hemijskog elementa koje mogu učestvovati u različitim kombinacijama međusobnog povezivanja pri hemijskim reakcijama. Jednoj atomskoj vrsti odgvara tačno jedan hemijski element.

Kada se po dva ili više atoma iste ili različitih vrsta međusobno povežu (hemijskim putem) onda nastaju nove čestice koje se nazivaju molekuli. Kada su atomi iste vrste sjedinjeni nastaju molekuli elementa, a u suprotnom molekuli jedinjenja.

U zavisnosti od uslova (kohezione sile, pritisak i temperatura) supstance u prrodi mogu postojati u tri osnovna agregatna stanja materije: u gasovitom, tečnom i čvrstom. Prelaz supstance iz jednog u drugo agregatno stanje praćen je povećanjem ili smanjenjem rastojanja među molekulima, ali se priroda supstanci ne menja.

Gasovito agregatno stanje (g) materije se odlikuje haotičnim kretanjem molekula sa velikim brzinama uz mnoštvo međusobnih sudara. Privlačne sile među molekulima daleko su slabije nego u tečnom i čvrstom agregatnom stanju. Haotično kretanje je razlog što gasovite supstance nemaju stalan oblik i zapeminu, vać zauzimaju oblik suda u kom se nalaze.

Tečno agregatno stanje (l) nastaje ili kondenzovanjem gasovitih supstanci ili topljenjem čvrstih supstanci. I molekuli tečnosti se haotično kreću ali u daleko manjem stepenu nego što je to slučaj sa gasovima. Tečnosti imaju stalnu zapreminu.

Čvrsto agregatno stanje (s) karakteriše se stalnim oblikom i stalnom zapreminom tela koja su izgrađena od jedne ili više različitih supstanci. Čestice (molekuli, atomi i joni) koje izgrađuju čvrsto agregatno stanje povezane su međusobno veoma jakim privlačnim silama. U većini slučajeva čiste čvrste supstance imaju pravilan geometrijski oblik koji se ispoljava u vidurazličitih klasa kristala.

Struktura atoma

Atom se sastoji od pozitivno naelektrisanog jezgra i elektronskiog omotača koji sadrži istu količinu negativnog naelektrisanja, te je atom u celini elektroneutralan. 

N(p+) = N(e-)

Jezgro atoma se nalazi u središtu atoma i sastoji se od protona i neutrona koje jednim imenom nazivamo nukleoni.

Svaki atom je definisan atomskim brojem (Z) i masenim brojem (A). 

Broj protona u jezgru nekog atoma jednak je atomskom broju tog elementa: Z = N(p+).

Zbir protona i neutrona u jezgru daje maseni broj: A = N(p+) + N(n)

Broj neutrona jednak je razlici masenog i atomskog broja: N(n) = A - Z

Izotopi - atomi istog elementa koji imaju isti broj protona, a različit broj neutrona, tj. to su isti elementi koji imaju isti redni broj (Z), a različiti maseni broj (A).

Izobari - atomi različitih elemenata čiji je zbir protona i neutrona jednak, tj. to su elementi koji imaju isti maseni broj (A), a različiti redni broj (Z).

Izotoni - atomi različitih elemenata koji imaju jednak broj neutrona.