Microsoft PowerPoint - XIVpredIIsem.-2011

Транскрипт

1 KOLOIDI I MAKROMOLEKULI Sistemi u kojima je jedna ili više supstancija u većoj ili manjoj meri usitnjena i ravnomerno raspoređena u okružujućoj sredini, su disperzni sistemi. Disperzni sistemi su heterogeni jer između čestica disperzne faze i disperzionog sredstva postoji granična površina sa određenom slobodnom površinskom energijom. Zavisno od veličine čestica disperzni sistemi se dele na: mikroheterogene ili grubo disperzne sistemesuspenzije i emulzije >10 7 m (100 nm) ultramikroheterogene ili koloidne sisteme 10 9 i 10 7 m (1 100 nm) i molekulsko ili jonsko disperzne sisteme ili prave rastvore

2 Poređenje rastvora, koloida i suspenzija < 1 nm > 100 nm rastvori koloidi suspenzije pojedini atomi mali molekuli atomski joni poliatomski joni agregati atoma, molekula ili jona makromolekuli (proteini) grupe čestica, zrnca minerala kao npr. pesak

3 Još poređenja < 1 nm > 100 nm rastvori koloidi suspenzije transparentni (bistri) molekulsko kretanje transparentni sa Tyndallovim efektom Browniansko kretanje koagulacija poluprovidno (maglovito) kreću se pod dejstvom gravitacije

4 Korišćenje krvi kao primera < 1 nm > 100 nm rastvori koloidi suspenzije elektroliti (soli), gasovi, glukoza rastvoreni u vodi plazma: proteini albumini globulini fibrinogen ćelije crvena krvna zrnca bela krvna zrnca pločice

5 Stanje disperznog sredstva Stanje disperzne sredine Disperzni sistemi Naziv disperzije Primeri Gas Tečnost Pena Pena na pivu, sneg od belanca,pena za gašenje Gas Čvrsto Čvrsta pena Šećerna pena, sunđer Tečnost Gas Aerosol Magla, oblaci Tečnost Tečnost Emulzija Mleko, majonez Tečnost Čvrsto Čvrsta Buter, sir emulzija Čvrsto Gas Dim Smog, prašina u vazduhu Čvrsto Tečnost Sol Boja, deterdženti Čvrsto Čvrsto Čvrst sol Legure, opal, rubin

6 Koloidiuzrok specifičnog ponašanja Pojave na granici faza, odnosno na graničnoj površini između disperzne faze i disperznog sredstva određuju osobine i ponašanje koloidnih sistema. Naime, zbog velikog stepena disperznosti odnosno velikog odnosa površine čestice prema njenoj zapremini, postoji znatno nezasićeno polje sila i velika slobodna površinska energija usled čega dolazi do znatne adsorpcije na površini koloidnih čestica.

7 Osobine koloida Grahamotkriće Dvofazni sistemi Pojave na granici faza modredjuje sve osobine Monodisperzni i polidisperzni Globularni, filmovi i fibrilarni Oblik i veličina odredjuje boju Makromolekuli grade koloide Metali (Au, Pt), nemetali (P,S), hidroksidi (Fe(OH) 2,Al(OH) ), oksidi (V 2 O 5, SiO 2 ), sulfidi (As 2 S, CuS, Sb 2 S ), soli (AgI, AgBr)

8 Optičke osobine Osobine koloida Tyndallov efekat Svetlost može biti apsorbovana, rasejana, polarizovana ili reflektovana disperzovanom fazom koloida Rasejana svetlost zrak svetlosti Izvor svetlosti Razrez zrak svetlosti ćelija sa rastvorom ] elija sa rastvorom rastvor koloid

9 Osobine koloida Brownovo kretanje Koloidne čestice posmatrane pod ultramikroskopom pokazuju neprekidno kretanje u disperznoj sredini. Ovo kretanje koje je prvi zapazio Braun, posledica je neprekidnog sudaranja koloidnih čestica sa molekulima disperzne sredine koji se nalaze u stalnom haotičnom kretanju

10 Osobine koloida Posledice Braunovog kretanja Stabilnost koloida je posledica suprotnog gravitacionog dejstva i Braunovog kretanja Koloidni rastvori difunduju iz oblasti više koncentracije u oblast niže koncentracije Koloidni rastvori pokazuju koligativne osobine

11 Difuzija koloida Fickov zakon važi D = 2 Δx RT = 2τ N 6πηr A M = 4πr N v sp A

12 Dijaliza i ceđenje Koloidne čestice i makromolekuli ne prolaze kroz životinjske membrane, pergament ili celofan usled čega se mogu odvojiti od čestica molekulskih dimenzija. Ovaj postupak se naziva dijaliza Voda E E Voda Voda V M R M V Voda

13 Elektroforeza i elektroosmoza Kretanje naelektrisanih koloidnih čestica, odnosno disperzne faze u odnosu na nepokretnu disperznu sredinu, pod dejstvom električnog polja, naziva se elektroforeza. Elektrolit Sol ζεe u = 4πη

14 Elektroforeza i elektroosmoza Ako je električno polje primenjeno u prisustvu porozne pregrade ili membrane tada će se tečnost (obično voda) kretati kroz pore pregrade. Ako je membrana negativno naelektrisana rastvarač se kreće prema katodi. Ova pojava kretanja disperzne sredine u odnosu na disperznu fazu je elektroosmoza. Zapremina tečnosti, V, koja se kreće u jedinici vremena srazmerna je elektrokinetičkom potencijalu, ζ, ispitivane disperzne sredine: Elektrode V = εiζ ηκ Porozna pregrada

15 Liofilni i liofobni koloidi Liofobni sličan površinski napon kao disperzna sredina slična viskoznost vide se u ultramikroskopu u električnom polju se kreću u određenom smeru zagrevanjem prelaze u gelove Liofilni manji površinski napon veća viskoznost ne vide se u ultramikroskopu kreću se ili u oba smera ili se ne kreću u električnom polju manja težnja ka taloženju

16 Rana faza rasta kristala NaI AgNO AgI Na NO višak Na I Ag Na Na I I Na NO NO Na I Ag Ag I NO Ag I Na Na NO I Ag I Na NO

17 Rast kristala NO Na NO NaI AgNO AgI Na NO višak Na NO NO Na Na Na I I Ag I NO Ag I Ag I I Na I Na Ag I Ag I NO Ag I I Ag I Ag I Na Na I Na I NO Na Na NO

18 Širenje kristalne rešetke NaI AgNO AgI Na NO excess I I I Ag I Ag I I Ag I Ag I I Ag I Ag I I Ag I Ag I I I

19 Rast kristalne rešetke NO NO I NO NaI AgNO AgI Na NO NO Na Na excess Na Na I I I Na I Ag I Ag I I Ag I Ag I Na Na I Ag I Ag I I Ag I Ag I Na NO I I Na Na Na Na I NO NO NO

20 Rast kristala NO NO I NO NaI AgNO AgI Na NO NO Na Na višak Na Na I I I Na I Ag I Ag I I Ag I Ag I Na Na I Ag I Ag I I Ag I Ag I Na NO I I Na Na Na Na I NO NO NO negativno naelektrisana koloidna čestica

21 Površina čestice I I I I I I I površina je negativno naelektrisana katjoni u rastvoru su suprotni joni (counterions) anjoni u rastvoru su slični joni (similions) Rastojanje od površine čestice

22 Površina I I I I I I I Na Na Na Na NO I Na Na NO Na Na NO Na NO NO I Na Na Na Na Na Masa rastvora: Elektro neutralna jednake koncentracije similions i counterions Rastojanje od površine

23 Površina čestice I I I I I I I Na Na Na Na NO I Na Na NO Na Na NO Na NO NO I Na Na Na Na Na Difuzna oblast sa viškom koncentracije suprotnog jona Masa rastvora: Elektro neutralna jednake koncentracije similions i counterions Dvojni sloj Rastojanje od površine čestice

24 Površina čestice adsorpcioni sloj I I I I I I I Na Na Na Na NO I Na Na NO Na Na NO Na NO NO I Na Na Na Na Na Difuzni sloj Rastojanje od površine čestice

25 Struktura liofobnih čestica AgNO (aq) KI(aq) AgI(s) KNO (aq) višak AgNO ni nag (nx) K (nx) NO xk višak KI Micela Granula Jezgro (AgI)m x NO Adsorpcioni sloj Difuzni sloj (AgI)m a) b) Micele su elektroneutralne koloidne čestice koje se sastoje iz neutralnog dela i dvojnog električnog sloja koji sačinjavaju joni suprotnog naelektrisanja (jonogeni deo). Naelektrisani deo micele je granula.

26 Razlika u naelektrisanju micele i granule čini elektrokinetički ili zeta (ζ) potencijal. Pri nestajanju difuznog sloja dimenzije micele i granule su identične, ζpotencijal je jednak nuli i postiže se izoelektrično stanje Koloidne čestice termodinamički nestabilne, a kinetički stabilne. Da bi do flokulacije ipak došlo potrebno je kod liofobnih čestica smanjiti vrednost ζ potencijala do kritične vrednosti (ζ kr 0,0 V) razaranjem dvojnog električnog sloja. Ovo se postiže dodavanjem jona suprotnog naelektrisanja od koloidnih čestica magi ni (nx)k δ ξ x K Pokretni difuzni sloj

27 Električno odbijanje Električno odbijanje

28 Koagulacija Privlačne sile nadvladavaju odbojne sile.

29 Liofilni koloidi Stabilnost liofilnih koloida potiče dominantno od prisustva solvatnog omotača koji se vezuje za česticu preko njenih liofilnih grupa, a u manjoj meri i od prisustva dvojnog električnog sloja. Da bi do koagulacije liofilnog koloida došlo, potrebno je stoga prvo ukloniti solvatni omotač. U ovu svrhu se mogu koristiti organska jedinjenja kao alkohol ili aceton koji vezuju molekule vode iz hidratnog omotača i mogu dovesti do koagulacije sola ako dehidratisane čestice ne poseduju dvojni električni sloj. U suprotnom, dehidratisane čestice dobijaju hidrofobne osobine i ostaju u rastvoru zahvaljujući naelektrisanju. Dodatak malih količina elektrolita sada dovodi do flokulacije. Stabilnost liofilnih solova se može narušiti i dodatkom većih količina elektrolita koje dovode do taloženja koloidnih čestica.

30 Braunovsko kretanje i određivanje Avogadrove konstante1 F g = PA F d =gdm(pdp)a PA=(PdP)Agdm dp=(g/a)dm hdh h PdP P PV=P(Adh)=(dm/M)RT dp/p=(mg/rt)dh h=0 A P 0 ln P P 0 h = 0 Mg RT dh P Mgh ln 0 = = P RT Mgh 2 E k

31 Braunovsko kretanje i određivanje Avogadrove konstante2 Perenjepretpostaviodaova jednačina pokazuje i raspodelu mikroskopskih čestica dispergovanih u tečnosti ako se uzme u obzir sila potiska na čestice: ln N N 0 N = Amgh ρ' 1 RT ρ RT ln 4πr gh( ρ ρ') N N 0 N A = eksperimentalno

32 Braunovsko kretanje i određivanje Avogadrove konstante 1. m ρ 1 = m m p m p ρ' ρ gustina čestica 2. ρ staklasta čvrsta masa = ρ rastvor KBr sedimentaciona ravnoteža 4 6πr ηu = πr ( ρ ρ' ) g radijus čestica

33 Braunovsko kretanje i određivanje Avogadrove konstante4 Odnosa brojčanih gustina čestica na dva različita nivoa iz 200 očitavanja broja granula u ograničenom vidnom polju mikroskopa u dve žižine ravni mikroskopa. Ovakvim načinom određena je vrednost Avogadrovog broja koja je iznosila između 6,5 i 7, čestica.

34 Braunovsko kretanje i određivanje Ajnštajnove relacije: N A ( x) 2 = 2Dτ f = 6πrη Avogadrove konstante5 f = kt RT = 6πrηD 6πrηD kt D RTτ = N A = 2 StoksAjnštajnova jednačina y πηrx x 2 =1/2 l 2 Δx l x

35 Avogadrova konstanta Peren: 5,5 < N A < 8, mol 1 N A = 6, mol 1 iz merenja talasne dužine Xzraka