स्पो सिस्टम के लिए शैक्षिक साहित्य का निर्माण करने वाले प्रकाशन गृह। मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी ऑफ़ प्रिंटिंग आर्ट्स
कम आणविक भार अशुद्धियों (विशेष रूप से, इलेक्ट्रोलाइट्स को अस्थिर करने वाले) को हटाने के लिए, सॉल को अक्सर तैयारी के बाद शुद्धिकरण के अधीन किया जाता है। सॉल की शुद्धि के लिए तरीके डायलिसिस और अल्ट्राफिल्ट्रेशन हैं।
डायलिसिस एक अर्ध-पारगम्य विभाजन - एक झिल्ली के माध्यम से छोटे अणुओं या आयनों और कोलाइडल आकार के कणों के प्रसार की दर में अंतर पर आधारित है। इन उद्देश्यों के लिए, जानवरों और वनस्पति झिल्ली से बने झिल्ली, टैन्ड जिलेटिन, कोलोडियन से झिल्ली, सेल्यूलोज एसीटेट और सिलोफ़न, चर्मपत्र कागज, सिरेमिक झरझरा सामग्री, आदि का उपयोग किया जाता है।
सोल से छोटे अणु और आयन झिल्ली के माध्यम से प्रवेश करते हैं और झिल्ली के संपर्क में पानी में फैल जाते हैं, जबकि पानी के अणु विपरीत दिशा में झिल्ली के माध्यम से प्रवेश करते हैं। नतीजतन, सफाई के बाद, कोलाइडल सिस्टम पतला हो जाता है। इस प्रकार कोलॉइडी विलयनों की शुद्धि के लिए काफी समय (दिन, सप्ताह और यहां तक कि महीनों) की आवश्यकता होती है। डायलिसिस को तेज करने के लिए, विभिन्न तरीकों का इस्तेमाल किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, झिल्ली क्षेत्र में वृद्धि, तरल की परत को शुद्ध करने के लिए कम करना, या बाहरी तरल (पानी) को बार-बार बदलना, तापमान बढ़ाना, विद्युत क्षेत्र (इलेक्ट्रोडायलिसिस) लागू करना। . विशेष रूप से, इलेक्ट्रोडायलिसिस कुछ घंटों के भीतर डायलिसिस प्रक्रिया को पूरा करना संभव बनाता है। उत्पादन स्थितियों के तहत, प्रोटीन (जिलेटिन, अगर-अगर, गोंद अरबी), रंजक, सिलिका जेल, टैनिन आदि को डायलिसिस द्वारा लवण से शुद्ध किया जाता है।
अल्ट्राफिल्ट्रेशन की प्रक्रिया में, झिल्ली छितरी हुई अवस्था या मैक्रोमोलेक्यूल्स के कणों को बरकरार रखती है, और अवांछनीय कम आणविक भार अशुद्धियों वाला फैलाव माध्यम झिल्ली से होकर गुजरता है। अल्ट्राफिल्ट्रेशन बैरोमेम्ब्रेन प्रक्रियाओं को संदर्भित करता है, डायलिसिस के विपरीत, इसे दबाव में किया जाता है। अल्ट्राफिल्ट्रेशन के साथ, सॉल को एक ही समय में सांद्रित करते हुए उच्च स्तर की शुद्धि प्राप्त की जाती है। कभी-कभी यह कहा जाता है कि अल्ट्राफिल्ट्रेशन एक दबावयुक्त डायलिसिस है, हालांकि यह पूरी तरह से सच नहीं है (आपमें से जितने जिज्ञासु हैं, आप सोच रहे होंगे कि ऐसा क्यों है)।
एक निश्चित छिद्र आकार के साथ झिल्लियों के उपयोग से कोलाइडल कणों को आकार के आधार पर अलग-अलग करना संभव हो जाता है और लगभग इन आकारों को निर्धारित करता है। तो कुछ वायरस के आकार मिल गए। यह सब बताता है कि अल्ट्राफिल्ट्रेशन न केवल कोलाइडल सिस्टम को शुद्ध करने की एक विधि है, बल्कि इसका उपयोग विचरण के विश्लेषण और फैलाव प्रणालियों के प्रारंभिक पृथक्करण के लिए एक विधि के रूप में भी किया जा सकता है।
डायलिसिस और अल्ट्राफिल्ट्रेशन के संयोजन का एक दिलचस्प उदाहरण "कृत्रिम किडनी" उपकरण है, जिसे तीव्र गुर्दे की विफलता में गुर्दे के कार्य को अस्थायी रूप से बदलने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह गुर्दे के कार्यों को पुन: उत्पन्न करता है, जैसे रक्त से अपशिष्ट उत्पादों का उत्सर्जन, रक्तचाप और पानी और इलेक्ट्रोलाइट संतुलन का नियमन। एक कृत्रिम गुर्दे में, यूरिया, यूरिक एसिड, क्रिएटिनिन, पोटेशियम आयन, विषाक्त पदार्थ और अन्य पदार्थ प्लाज्मा से हटा दिए जाते हैं (प्लाज्मा रक्त का तरल हिस्सा होता है)। डिवाइस शल्य चिकित्सा से रोगी के संचार प्रणाली से जुड़ा होता है। एक स्पंदनशील पंप ("कृत्रिम हृदय") द्वारा निर्मित दबाव में रक्त दो झिल्लियों के बीच एक संकीर्ण अंतराल में बहता है, एक शारीरिक समाधान के साथ बाहर से धोया जाता है (शारीरिक समाधान जलीय घोल होते हैं जो नमक संरचना, पीएच मान और अन्य गुणों में समान होते हैं। एक स्वस्थ व्यक्ति का रक्त, उदाहरण के लिए, 0.9% NaCl और 4.5% ग्लूकोज युक्त घोल)। झिल्लियों के बड़े क्षेत्र (~15000 cm2) के कारण, उपरोक्त सभी "स्लैग" 3-4 घंटों में रक्त से हटा दिए जाते हैं।
अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली का छिद्र आकार 1 से 10 एनएम तक होता है। यदि पतले छिद्रों (1 एनएम से कम) वाली झिल्लियों का उपयोग किया जाता है, तो न केवल बिखरे हुए कणों को बनाए रखा जाता है, बल्कि अपेक्षाकृत बड़े अणु और यहां तक कि आयन भी (जलीय घोल में आयनों का आकार जलयोजन शेल के निर्माण के कारण काफी महत्वपूर्ण होता है) ) सच है, इस तरह की प्रक्रिया के लिए अल्ट्राफिल्ट्रेशन की तुलना में अधिक परिचालन दबाव की आवश्यकता होती है। इस बैरोमेम्ब्रेन प्रक्रिया को हाइपरफिल्ट्रेशन या रिवर्स ऑस्मोसिस कहा जाता है।
यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि आसवन विधि के साथ-साथ हाइपरफिल्ट्रेशन विधि का उपयोग रोजमर्रा की जिंदगी और उद्योग में पानी को शुद्ध और विआयनीकृत करने के लिए किया जाता है।
डायलिसिस और अल्ट्राफिल्ट्रेशन के परिणामस्वरूप, झिल्ली के माध्यम से कणों के चयनात्मक स्थानांतरण के कारण सोल से इलेक्ट्रोलाइट्स हटा दिए जाते हैं। इन प्रक्रियाओं के बीच अंतर पदार्थ हस्तांतरण के तंत्र और प्रेरक शक्ति में निहित है। डायलिसिस के मामले में, शुद्धिकरण आयनों या अणुओं के प्रसार द्वारा किया जाता है, जो मुख्य रूप से कोलाइडल कणों के आकार से काफी छोटे आकार के होते हैं, जबकि अल्ट्राफिल्ट्रेशन के मामले में, आयनों, अणुओं और कोलाइडल कणों का पृथक्करण होता है। चलनी सिद्धांत के लिए। अल्ट्राफिल्ट्रेशन के पीछे प्रेरक शक्ति एक दबाव प्रवणता है, न कि एक सांद्रता प्रवणता, जैसा कि डायलिसिस के मामले में होता है। डायलिसिस द्वारा शुद्धिकरण के दौरान, सॉल पतला होता है, और अल्ट्राफिल्ट्रेशन के दौरान, यह केंद्रित होता है।
निष्कर्ष
कोलाइडल फैलाव प्रणाली (फैलाव)- माइक्रोहेटेरोजेनस फॉर्मेशन, जिसमें एक सूक्ष्म रूप से विभाजित पदार्थ - छितरी हुई अवस्था - दूसरे चरण में समान रूप से वितरित (छितरी हुई) होती है - फैलाव माध्यम। कोलॉइडी प्रणालियों में परिक्षिप्त प्रावस्था का कण आकार 10-9-10-7 मीटर होता है; नैनोमीटर से लेकर माइक्रोमीटर के अंश तक की सीमा में स्थित है। यह क्षेत्र एक विशिष्ट छोटे अणु के आकार से अधिक है, लेकिन एक पारंपरिक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप में देखी गई वस्तु के आकार से छोटा है।
सभी प्रकृति - जानवरों और पौधों के जीव, जलमंडल और वायुमंडल, पृथ्वी की पपड़ी और आंत - कई विविध और विविध मोटे और कोलाइडल छितरी हुई प्रणालियों का एक जटिल समूह है। बिखरी हुई अवस्था काफी सार्वभौमिक है और उपयुक्त परिस्थितियों में, कोई भी शरीर इसमें प्रवेश कर सकता है। यह कोलाइडल रसायन विज्ञान की विशेष स्थिति निर्धारित करता है - एक विज्ञान जो कोलाइडल सिस्टम और उनकी सतह की घटनाओं का अध्ययन करता है, जिसका विकास विज्ञान, उद्योग, चिकित्सा और कृषि के कई, अक्सर असंबंधित क्षेत्रों के साथ सीधे संपर्क और बातचीत में किया जाता है।
मानव शरीर की कोलाइडल प्रणालियों के अध्ययन में एक महत्वपूर्ण योगदान एल। माइकलिस, जी। शाडे, डब्ल्यू। ओस्टवाल्ड, पी। रेहबिंदर, एफ। हॉफमेस्टर, ई। एबडरगाल्डेन, जी। फ्रीइंडलिच और अन्य के कार्यों द्वारा किया गया था।
कोलाइडल रसायन निम्नलिखित प्रकार सहित कोलाइडल प्रणालियों की पूरी विविधता का अध्ययन करता है:
1. ज़ोली। 2. जैल.3. इमल्शन 4. फोम। 5. एरोसोल।
जैविक प्रणालियों में पदार्थों की कोलॉइडी अवस्था के मुख्य गुण हैं: 1. परिक्षिप्त प्रावस्था के कणों की ब्राउनियन गति। 2. अल्ट्राफिल्ट्रेशन में असमर्थता और अर्ध-पारगम्य झिल्लियों के माध्यम से उनका मार्ग। 3. कम मान या आसमाटिक क्षमता की कमी। 4. जमने की क्षमता। 5. भूतल गुण - विभिन्न पदार्थों को सोखने की क्षमता। 5. सोल-जेल संक्रमण और इसके विपरीत।6। सूजन क्षमता।
कोलाइड्स की वैश्विक भूमिका इस तथ्य में निहित है कि वे जीवित जीवों जैसे जैविक संरचनाओं के मुख्य घटक हैं। मानव शरीर के सभी पदार्थ कोलॉइडी तंत्र हैं।
कोलॉइड पोषक तत्वों के रूप में शरीर में प्रवेश करते हैं और पाचन की प्रक्रिया में दिए गए जीव के विशिष्ट कोलाइड्स में परिवर्तित हो जाते हैं।
कोलाइड-रासायनिक मानव शरीर क्रिया विज्ञान- यह विज्ञान की एक शाखा है जो मानव शरीर की उन प्रणालियों के कामकाज का अध्ययन करती है जो कोलाइडल यौगिक बनाती हैं। यह कहा जा सकता है कि संपूर्ण मानव शरीर सतह की घटनाओं के संबंध में एक जटिल कोलाइडल प्रणाली है।
प्रोटीन से भरपूर कोलाइड्स त्वचा, मांसपेशियों, नाखूनों, बालों, रक्त वाहिकाओं, फेफड़ों, पूरे जठरांत्र संबंधी मार्ग और बहुत कुछ बनाते हैं, जिसके बिना जीवन की कल्पना ही नहीं की जा सकती।
किसी व्यक्ति के कोलाइड-रासायनिक शरीर क्रिया विज्ञान के दृष्टिकोण से, उसका शरीर उनकी निरंतर गतिशील बातचीत में कोलाइडल प्रणालियों का एक जटिल परिसर है। शरीर की सबसे छोटी संरचनात्मक और क्रियात्मक इकाई कोशिका होती है। कोशिका अपने आप में पहले से ही कोलाइडल संरचनाओं का एक जटिल परिसर है, जिनमें से मुख्य कोशिका झिल्ली, हाइलोप्लाज्म, नाभिक, ईपीआर, आदि हैं। कोशिका झिल्ली कोलाइड के मुख्य कार्य हैं: बाधा, चयापचय, पृथक्करण, ढांचा, में टर्गर का सुरक्षात्मक रखरखाव पादप कोशिकाएं, परिवहन, संपर्क (प्लास्मोडेसमाटा, डेसमोसोम), एंजाइमेटिक और अन्य। झिल्ली कोशिकांगों (नाभिक, माइटोकॉन्ड्रिया, लाइसोसोम, गोल्गी कॉम्प्लेक्स, आदि) के निर्माण में भाग लेते हैं। झिल्लियों के सबसे महत्वपूर्ण कार्यों में से एक लिगैंड-रिसेप्टर इंटरैक्शन (ग्लाइकोकैलिक्स) में उनकी भागीदारी है, जो विदेशी एंटीजेनिक जानकारी की "मान्यता" और मान्यता और तथाकथित सेल संपर्कों के प्रावधान को सुनिश्चित करता है।
कोशिकाओं का हाइलोप्लाज्म भी एक जटिल कोलाइड-छितरी हुई प्रणाली है, जिसका कार्य कोशिका साइटोस्केलेटन (एक कोलाइड-प्रोटीन प्रणाली जो कोशिका को भेदती है) का निर्माण है। साइटोस्केलेटन कोशिकाओं, साइटोप्लाज्म, ऑर्गेनेल, पदार्थों के परिवहन की गति प्रदान करता है और कोशिका के कंकाल का निर्माण करता है। Hyaloplasm और इसके कोलाइड कोशिका को एक पूरे में एकजुट करते हैं।
सबसे अधिक अध्ययन रक्त के रूप में शरीर की ऐसी कोलाइडल प्रणाली है। रक्त छितरी हुई प्रणालियों का एक संग्रह है। रक्त प्लाज्मा में, परिक्षिप्त चरण प्रोटीन और वसा होता है, और परिक्षिप्त माध्यम पानी होता है। बदले में, रक्त कोशिकाओं को प्लाज्मा के संबंध में एक छितरी हुई अवस्था के रूप में माना जा सकता है, जो इस मामले में एक छितरी हुई माध्यम की भूमिका निभाता है। रक्त कोशिकाएं स्वयं - प्लेटलेट्स, एरिथ्रोसाइट्स, ल्यूकोसाइट्स, शरीर की किसी भी अन्य कोशिकाओं की तरह, जटिल संरचना की छितरी हुई प्रणाली हैं। रक्त के सबसे महत्वपूर्ण कार्य श्वसन, पोषण, परिवहन, उत्सर्जन, थर्मोरेगुलेटरी, नियामक (पीएच, हार्मोन, आदि), सुरक्षात्मक (थक्का प्रणाली - थक्कारोधी, एंटीबॉडी, साइटोकिन्स) हैं।
मानव शरीर का लगभग कोई भी द्रव या ऊतक एक कोलॉइडी परिक्षिप्त माध्यम है। ये हैं, उदाहरण के लिए, लसीका, दूध, जठरांत्र संबंधी मार्ग की सामग्री, पित्त, मस्तिष्कमेरु द्रव, मूत्र।
मूत्र एक हाइड्रोफिलिक सॉल है जो यूरेट्स, फॉस्फेट और ऑक्सालेट्स के मिसेल से बना होता है। स्तन का दूध और लसीका प्रोटीन सोल के साथ इमल्शन का एक संयोजन है। संयोजी ऊतक फाइबर जैल हैं।
शरीर में पैथोलॉजिकल परिवर्तनों के साथ, एडिमाटस द्रव प्रोटीन (ट्रांसयूडेट्स) या भड़काऊ एक्सयूडेट्स में प्रोटीन कोलाइडल अवस्था में होते हैं। उपरोक्त बॉडी मीडिया के कोलाइडल गुणों के उल्लंघन से रक्त में रक्त के थक्के बनते हैं, और परिणामस्वरूप, स्ट्रोक और दिल के दौरे का विकास होता है। इसी समय, पित्त और मूत्र में पथरी बनती है, और संयुक्त ऊतक में यूरिक एसिड लवण (गाउट) बनता है।
इस प्रकार, कोलाइडल सिस्टम उन सभी पदार्थों की रासायनिक अवस्था का आधार हैं जिनसे मानव शरीर की कोशिकाओं, ऊतकों और अंगों का निर्माण होता है। यही कारण है कि शरीर में कोलाइडल सिस्टम प्रदान करने वाले विभिन्न प्रकार के कार्य करते हैं। उनके कार्यों की विविधता को सशर्त रूप से 3 समूहों में विभाजित किया जा सकता है, जो निश्चित रूप से निकट से संबंधित हैं।
1. कोलाइड्स के भौतिक-रासायनिक गुणों से संबंधित कार्य:
1.1 झिल्ली पारगम्यता का प्रावधान और विनियमन
1.2 ऑन्कोटिक और (कुछ हद तक) आसमाटिक दबाव का विनियमन।
1.3 बॉडी मीडिया के सतही तनाव को सुनिश्चित करना और उसका नियमन करना।
1.4 पीएच विनियमन
1.5 एंजाइमेटिक फ़ंक्शन।
1.6 शरीर का विषहरण।
2. सामान्य जैविक महत्व के कार्य:
2.1 बाधा और अलगाव।
2.2 मस्कुलोस्केलेटल।
2.3 परिवहन
2.4 पौष्टिक।
2.5 बायोसिंथेटिक।
2.6 श्वसन।
2.7 उत्सर्जन।
2.8 थर्मोरेगुलेटरी।
2.9 प्रजनन।
2.10 सेलुलर संपर्क बातचीत और आनुवंशिक जानकारी की पहचान प्रदान करना।
2.11 सुरक्षात्मक (प्रतिरक्षा संबंधी प्रतिक्रियाएं, एंटीबॉडी - इम्युनोग्लोबुलिन)।
3. विशिष्ट कार्य:
3.1 नियामक प्रोटीन (हार्मोन, प्रतिरक्षा मध्यस्थ - साइटोकिन्स, आदि)
3.2 रक्त जमावट और फाइब्रिनोलिसिस सुनिश्चित करना
3.3 संवहनी स्वर का विनियमन (कैलिकरिन-किनिन कैस्केड, रेनिन-एंजियोटेंसिन प्रोटीन प्रणाली, आदि)।
3.4 प्रतिरक्षाविज्ञानी प्रतिक्रियाओं को सुनिश्चित करना (पूरक प्रणाली के प्रोटीन का झरना, आदि)।
3.5 रिसेप्टर।
चिकित्सा पद्धति में कोलाइड्स का उपयोग तेजी से हो रहा है।
स्थानीय उपचार चिकित्सा के लिए सरल कोलाइडल सॉल के उपयोग से और पेट की अम्लता को कम करने के लिए एल्यूमीनियम और मैग्नीशियम लवण के उपयोग से, एक स्टेबलाइजर और दवा वाहक के रूप में हाइड्रॉक्सी एल्यूमीनियम के उपयोग के लिए, और आगे लिपोसोम और नैनोकैप्सूल के उपयोग के लिए।
कोलाइडल समाधान प्राप्त होने के बाद, वे लगभग हमेशा अशुद्धियों से दूषित होते हैं - मूल इलेक्ट्रोलाइट या स्टेबलाइजर की अधिकता। दीर्घकालिक भंडारण में सक्षम स्थिर कोलाइडल समाधान प्राप्त करने के लिए, टीके और चिकित्सा उपयोग के लिए उपयुक्त सीरा, उन्हें शुद्ध किया जाता है। इसके लिए फिल्ट्रेशन, डायलिसिस, इलेक्ट्रोडायलिसिस और अल्ट्राफिल्ट्रेशन का इस्तेमाल किया जाता है।
छानने का कामपेपर फिल्टर के माध्यम से - यह मोटे अशुद्धियों से शुद्धिकरण है।
डायलिसिस- यह कम आणविक भार अशुद्धियों से सॉल को साफ करने की प्रक्रिया है जो आसानी से एक अर्ध-पारगम्य झिल्ली से होकर शुद्ध विलायक में बदल जाती है, जबकि बड़े कोलाइडल कण पास नहीं होते हैं और डायलिसिस बैग में रहते हैं (चित्र। 2.3a)। झिल्ली प्राकृतिक और कृत्रिम होती हैं - सिलोफ़न, गोजातीय या मछली मूत्राशय, कोलोडियन, आदि से। डायलिसिस की प्रक्रिया लंबी होती है, इसलिए इसे तेज किया जाता है, इलेक्ट्रोडायलिसिस का उपयोग किया जाता है।
इलेक्ट्रोडायलिसिस- विद्युत प्रवाह का उपयोग करते हुए डायलिसिस, जो एक अर्धपारगम्य झिल्ली के माध्यम से कम आणविक भार आयनों की एक निर्देशित गति बनाता है, जो कम आणविक भार इलेक्ट्रोलाइट्स और अशुद्धियों (छवि। 2.3 बी) से शुद्धिकरण को तेज करता है।
अल्ट्राफिल्ट्रेशन(माध्यम से छितरी हुई अवस्था का पृथक्करण) दबाव में या वैक्यूम की मदद से एक अर्ध-पारगम्य झिल्ली के माध्यम से निस्पंदन है, जिसके परिणामस्वरूप झिल्ली के दोनों किनारों पर एक दबाव अंतर पैदा होता है, जो डायलिसिस को तेज करता है। अल्ट्राफिल्ट्रेशन और इलेक्ट्रोडायलिसिस का उपयोग "कृत्रिम किडनी" तंत्र में किया जाता है। शरीर में, गुर्दे के नेफ्रॉन में अल्ट्राफिल्ट्रेशन के सिद्धांत के अनुसार, निम्न-आणविक चयापचय उत्पादों (अमोनिया, फॉस्फेट, क्लोराइड, ज़ेनोबायोटिक्स) से रक्त की निरंतर शुद्धि होती है।
चावल। 2.3 कोलॉइडी विलयनों का शुद्धिकरण
1 - विलायक (पानी)
2 - कोलॉइडी विलयन
3 - झिल्ली
एक। डायलिसिस बी. इलेक्ट्रोडायलिसिस 4 - इलेक्ट्रोड
2.4. कोलाइडल कणों की संरचना मिसेल है।
कोलॉइडी विलयन के अलग-अलग कणों को कहा जाता है मिसेल्स. मिसेल की एक जटिल संरचना होती है। माइक्रेलर सिद्धांत मिसेल में दोहरी विद्युत परत की उपस्थिति पर आधारित है। यह बन सकता है:
- या तो सतह पर आयनों के चयनात्मक सोखने के कारण;
- या ठोस चरण अणुओं के आयनीकरण के परिणामस्वरूप।
आइए हम विनिमय प्रतिक्रिया के अनुसार रासायनिक संघनन की विधि द्वारा प्राप्त सिल्वर आयोडाइड के कोलाइडल घोल में मिसेल के निर्माण पर विचार करें: AgNO 3 + KJ = AgJ↓ + KNO 3
प्रारंभिक पदार्थों के अनुपात के आधार पर, तीन मामले हो सकते हैं:
एक) एक समान अनुपात के साथअभिकर्मकों, एक कोलाइडल समाधान नहीं बन सकता है, सिस्टम का स्थिरीकरण सतह क्षेत्र में कमी के कारण होता है, अर्थात। एजीजे क्रिस्टल वृद्धि और वर्षा।
बी) एक मिसेल के गठन पर विचार करें KJ . की थोड़ी अधिकता के साथ. इस मामले में, सतह ऊर्जा में कमी समाधान से आयनों के सोखने के कारण हो सकती है। पैनेट-फजान नियम के अनुसार, माइक्रोक्रिस्टल की सतह पर इलेक्ट्रोलाइट समाधान से, आयन जो ठोस का हिस्सा होता है और अपने क्रिस्टल जाली को पूरा करने में सक्षम होता है, सोख लिया जाता है। हमारे मामले में, समाधान में K + और J - आयन होते हैं। समुच्चय के क्रिस्टल जाली का पूरा होना J - आयनों के कारण होता है, जो क्रिस्टल का हिस्सा होते हैं। "एन" की मात्रा में आयोडाइड आयनों को माइक्रोक्रिस्टल (मिसेल एग्रीगेट) की सतह पर सोख लिया जाता है, और सतह एक नकारात्मक चार्ज प्राप्त करती है: एम एनजे -, इसलिए उन्हें कहा जाता है संभावित-गठन।बनाया नाभिकमिसेल्स शेष कण विलयन से नाभिक की सतह की ओर आकर्षित होते हैं। काउंटरियन्सपोटेशियम, के + (लेकिन सभी नहीं, लेकिन "एन - एक्स" की मात्रा में)।
संभावित-बनाने वाले आयन J - और संबंधित काउंटर K + नाभिक के चारों ओर बनते हैं सघन सोखना परत।उसके पास चार्ज है। इसकी क्षमता को जेटा क्षमता कहा जाता है। सोखना परत वाली इकाई है छोटा दाना: (एम एनजे - (एन-एक्स) के +) एक्स-
चूंकि प्रति-आयनों की तुलना में सोखना परत में अधिक संभावित-बनाने वाले आयन होते हैं, ग्रेन्युल में एक चार्ज होता है जो संभावित-बनाने वाले आयनों के चार्ज के साथ मेल खाता है।
दाने की सोखना परत में सभी K + काउंटर शामिल नहीं हैं, लेकिन केवल एक हिस्सा, (n-x), और शेष K + (x) काउंटर आगे हैं - एक ढीली विसरित परत में. क्यों? काउंटर दो विपरीत ताकतों की कार्रवाई का अनुभव करते हैं:
1. नाभिक की आवेशित सतह के प्रति आकर्षण;
2. तापीय गति, उन्हें समान रूप से मात्रा में वितरित करने की मांग।
इसलिए, दाने की आवेशित सतह से दूरी के साथ काउंटरियन परत का घनत्व कम हो जाता है।
विद्युत डबल परत, डीईएस
{ एम एनजे - (एन-एक्स) के + } एक्स- एक्सके + ∙ एल एच 2 ओ
कोर संभावित काउंटर ढीले हाइड्रेटेड
एक फैलाना खोल बनाना
आयन परत
सघन सोखना परत
एक विसरित परत के साथ एक दाना बनता है मिसेल. मिसेल विद्युत रूप से तटस्थ है। समाधान, स्थितियों और अन्य कारकों की प्रारंभिक सांद्रता के आधार पर, संख्या m, n, और x भिन्न हो सकते हैं। बाहर, मिसेल एक हाइड्रेटेड शेल से घिरा हुआ है। अतिरिक्त KJ अघुलनशील सिल्वर आयोडाइड के माइक्रोक्रिस्टल की सतह पर सोख लिया गया और बन गया विद्युत डबल परत (डेस) यह सुरक्षात्मक परत क्रिस्टल की वृद्धि और वर्षा को रोकती है। इसलिए, इलेक्ट्रोलाइट की अधिकता, जिससे एक दोहरी विद्युत परत बनती है, एक स्टेबलाइजर है।
ग) यदि एक अन्य इलेक्ट्रोलाइट, AgNO3 की थोड़ी अधिकता है, तो कोलाइडल मिसेल की संरचना अलग होगी। समुच्चय अभी भी सिल्वर आयोडाइड अणुओं से बना होगा, AgJ। लेकिन AgJ अवक्षेप के छोटे क्रिस्टल बनने के बाद - नाभिक, केवल Ag + और NO 3 - आयन घोल में रह गए। पैनेट-फजान नियम के अनुसार, सतह पर केवल Ag + आयन ही सोखे जा सकते हैं, जिससे इसकी क्रिस्टल जाली पूरी हो जाती है।
एजी + - संभावित बनाने वाले आयन। एक नाभिक बनता है - mnAg + । इसका मतलब है कि NO 3 - आयन काउंटर होंगे। Ag+ आयनों के साथ, वे एक सोखना परत बनाते हैं, और एक साथ मिलकर, वे एक सकारात्मक चार्ज ग्रेन्युल बनाते हैं:
(एम एनएजी + (एन-एक्स) नहीं 3 -) एक्स +
शेष x आयन NO 3 - मिसेल की विसरित परत में शामिल होते हैं। वे सुलझे हुए हैं
(एम एनएजी + (एन-एक्स) नंबर 3 -) एक्स + एक्सएनओ 3 - एल एच 2 ओ
अंजीर। 2.4 सिल्वर आयोडाइड सॉल के कोलाइडल मिसेल की संरचना की योजना
a) KJ . की अधिकता के साथ प्राप्त किया गया
b) AgNO 3 . की अधिकता के साथ प्राप्त किया गया
2.5. सॉल में इलेक्ट्रोकैनेटिक घटनाएं - वैद्युतकणसंचलन और इलेक्ट्रोस्मोसिस
हालांकि मिसेल चार्ज नहीं होता है, लेकिन अगर इसे एक विद्युत क्षेत्र में रखा जाता है, तो ढीली विसरित परत के आयन टूट जाएंगे और विपरीत संकेत के साथ इलेक्ट्रोड में चले जाएंगे, और चार्ज किए गए ग्रेन्युल दूसरे इलेक्ट्रोड में चले जाएंगे।
एक विद्युत क्षेत्र में एक स्थिर परिक्षेपण माध्यम के सापेक्ष एक ठोस परिक्षिप्त प्रावस्था की गति कहलाती है वैद्युतकणसंचलन.
इस प्रकार, KJ के साथ स्थिर सिल्वर आयोडाइड सॉल के वैद्युतकणसंचलन के दौरान, ढीली विसरित परत के धनायन टूट जाते हैं और कैथोड ("-" इलेक्ट्रोड) में चले जाते हैं, और ऋणात्मक रूप से आवेशित दाना एनोड ("+" इलेक्ट्रोड) में चला जाता है।
एक विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत एक ठोस परिक्षिप्त चरण के सापेक्ष एक तरल माध्यम की गति को कहा जाता है विद्युत परासरण. पहली बार इन घटनाओं को 1808 में एफ.एफ. उड़ान।
यदि मिसेल में विद्युत की दोहरी परत न होती तो ये विद्युत गतिज परिघटनाएं नहीं देखी जा सकतीं।
यदि विसरित परत के सभी आयन सोखना परत में चले जाते हैं, तो सघन सोखना परत में काउंटरों का आवेश संभावित बनाने वाले आयनों के आवेश के बराबर होगा, और दाना का कोई आवेश नहीं होगा। कोलॉइडी विलयन की इस अवस्था को कहते हैं समविद्युतविभव- आईईएस। कोलॉइडी तंत्र की यह अवस्था सबसे कम स्थिर होती है।
वैद्युतकणसंचलन और इलेक्ट्रोस्मोसिस का व्यापक रूप से अभ्यास में उपयोग किया जाता है:
- प्रोटीन, α-एमिनो एसिड, न्यूक्लिक एसिड, एंटीबायोटिक्स का पृथक्करण;
- धातु की सतहों पर रबर या पेंट के कोलाइडल कणों का अनुप्रयोग;
- झरझरा सामग्री का निर्जलीकरण;
- कई बीमारियों का निदान;
एक विधि या किसी अन्य द्वारा कोलाइडल समाधान प्राप्त करते समय, विशेष रूप से रासायनिक प्रतिक्रियाओं की सहायता से, अभिकर्मकों के आवश्यक मात्रात्मक अनुपात की सटीक भविष्यवाणी करना लगभग असंभव है। इस कारण से, परिणामी सॉल में इलेक्ट्रोलाइट्स की अत्यधिक अधिकता मौजूद हो सकती है, जिससे कोलाइडल समाधानों की स्थिरता कम हो जाती है। अत्यधिक स्थिर प्रणालियों को प्राप्त करने और उनके गुणों का अध्ययन करने के लिए, सॉल को इलेक्ट्रोलाइट्स और अन्य सभी प्रकार की कम आणविक अशुद्धियों से शुद्ध किया जाता है।
कोलॉइडी विलयनों का शुद्धिकरण या तो डायलिसिस या अल्ट्राफिल्ट्रेशन द्वारा किया जा सकता है।
डायलिसिसएक अर्ध-पारगम्य विभाजन (झिल्ली) का उपयोग करके शुद्ध विलायक के साथ सॉल से कम आणविक भार वाले पदार्थ निकालने में शामिल होते हैं, जिसके माध्यम से कोलाइडल कण नहीं गुजरते हैं। डायलिसिस के लिए उपकरण में विलायक को समय-समय पर या लगातार बदलते रहना - डायलाइज़र, कोलाइडल समाधान से इलेक्ट्रोलाइट्स और कम आणविक भार गैर-इलेक्ट्रोलाइट्स की अशुद्धियों को लगभग पूरी तरह से हटाना संभव है।
विधि का नुकसान सफाई प्रक्रिया की लंबी अवधि (सप्ताह, महीने) है।
इलेक्ट्रोडायलिसिसविद्युत प्रवाह के अनुप्रयोग द्वारा त्वरित डायलिसिस की एक प्रक्रिया है। इसके कार्यान्वयन के लिए उपकरण को इलेक्ट्रोडायलाइज़र कहा जाता है। सबसे सरल इलेक्ट्रोडायलाइज़र दो झिल्लियों द्वारा तीन कक्षों में विभाजित एक पोत है। शुद्ध किए जाने वाले कोलॉइडी विलयन को मध्य कक्ष में डाला जाता है। दिष्ट धारा स्रोत से इलेक्ट्रोड को पार्श्व कक्षों में रखा जाता है और विलायक (पानी) की आपूर्ति की जाती है और उसे हटा दिया जाता है। एक विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, मध्य कक्ष से कैथोड कक्ष में धनायनों को स्थानांतरित किया जाता है, और आयनों को - एनोड कक्ष में स्थानांतरित किया जाता है। मध्य कक्ष में घोल थोड़े समय (मिनट, घंटे) के भीतर घुले हुए लवणों को साफ किया जा सकता है।
प्रतिपूरक डायलिसिसतथा विविडायलिसिस- जैविक तरल पदार्थों के अध्ययन के लिए विकसित तरीके, जो कोलाइडल सिस्टम हैं। प्रतिपूरक अपोहन की विधि का सिद्धांत यह है कि अपोहक में शुद्ध विलायक के स्थान पर विभिन्न सांद्रताओं के निर्धारित कम आण्विक भार वाले पदार्थों के विलयनों का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, रक्त सीरम में गैर-प्रोटीन, यानी मुक्त, चीनी का निर्धारण करने के लिए, इसे एक आइसोटोनिक खारा समाधान के खिलाफ डायल किया जाता है जिसमें चीनी की विभिन्न सांद्रता होती है। उस समाधान में
यह विधि रक्त में कम आणविक भार घटकों के आजीवन निर्धारण के लिए विविडायलिसिस (विविडिफ्यूजन) की विधि के करीब है। विश्लेषण के लिए, कांच के नलिकाओं को कटी हुई रक्त वाहिका के सिरों में डाला जाता है, जिसके शाखित हिस्से अर्धपारगम्य सामग्री की नलियों द्वारा परस्पर जुड़े होते हैं, और पूरे सिस्टम को खारा या पानी से भरे बर्तन में रखा जाता है। इस तरह, यह पाया गया कि, मुक्त ग्लूकोज के अलावा, रक्त में मुक्त अमीनो एसिड होते हैं।
"कृत्रिम गुर्दा" नामक एक उपकरण बनाने के लिए प्रतिपूरक विशदीकरण के सिद्धांत का उपयोग किया गया था। एक "कृत्रिम गुर्दे" की मदद से, चयापचय उत्पादों से रक्त को शुद्ध करना संभव है, विषाक्तता, गंभीर जलन, आदि के परिणामस्वरूप तीव्र गुर्दे की विफलता जैसे संकेतों के मामले में रोगग्रस्त गुर्दे के कार्य को अस्थायी रूप से बदलना।
अल्ट्राफिल्ट्रेशन- एक अर्ध-पारगम्य झिल्ली के माध्यम से एक कोलाइडल समाधान का निस्पंदन जो कम आणविक भार अशुद्धियों के साथ एक फैलाव माध्यम से गुजरता है और बिखरे हुए चरण या मैक्रोमोलेक्यूल्स के कणों को बरकरार रखता है। अल्ट्राफिल्ट्रेशन की प्रक्रिया में तेजी लाने के लिए, इसे झिल्ली के दोनों किनारों पर एक दबाव ड्रॉप के साथ किया जाता है: वैक्यूम (वैक्यूम) के तहत या उच्च दबाव में। फिल्टर के नीचे स्थित एक बर्तन से हवा को बाहर निकालकर वैक्यूम बनाया जाता है, फिल्टर के ऊपर स्थित एक बर्तन में हवा को मजबूर करके बढ़ा हुआ दबाव बनाया जाता है। झिल्ली को फटने से बचाने के लिए इसे एक सख्त झरझरा प्लेट पर रखा जाता है। अल्ट्राफिल्ट्रेशन आपको डायलिसिस की तुलना में कोलाइडल घोल से इलेक्ट्रोलाइट्स और अन्य अशुद्धियों (कम आणविक भार कार्बनिक यौगिकों) को जल्दी से अलग करने की अनुमति देता है। अल्ट्राफिल्ट्रेशन के दौरान, सॉल के शुद्धिकरण का एक उच्च स्तर हासिल किया जाता है, जो समय-समय पर पानी से पतला होता है। अंतिम चरण में, कोलाइडल विलयन को परिक्षेपण माध्यम के चूषण द्वारा सांद्रित किया जा सकता है। अल्ट्राफिल्ट्रेशन का उपयोग इलेक्ट्रोडायलिसिस (इलेक्ट्रोअल्ट्राफिल्ट्रेशन) के संयोजन में किया जा सकता है, जो कोलाइडल घोल से लवण को हटाने में बहुत तेजी लाता है।
चूंकि साधारण फिल्टर पेपर के छिद्र आसानी से कोलाइडल कणों से गुजरते हैं, विशेष फिल्टर (सिलोफेन, चर्मपत्र, एस्बेस्टस, सिरेमिक फिल्टर, आदि) अल्ट्राफिल्ट्रेशन में झिल्ली के रूप में उपयोग किए जाते हैं। एक निश्चित छिद्र आकार के साथ एक झिल्ली का उपयोग कोलाइडल कणों को आकार से भिन्न में अलग करना संभव बनाता है और लगभग इन आकारों को निर्धारित करता है। तो कुछ वायरस और बैक्टीरियोफेज के आकार पाए गए। यह सब बताता है कि अल्ट्राफिल्ट्रेशन न केवल कोलाइडल समाधानों को शुद्ध करने की एक विधि है, बल्कि इसका उपयोग फैलाव विश्लेषण और फैलाव प्रणालियों के प्रारंभिक पृथक्करण के उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है।
फैलाव प्रणालियों के बारे में सामान्य विचार
सजातीय प्रतिक्रियाओं में रासायनिक संपर्क सक्रिय कणों के प्रभावी टकराव के साथ होता है, और विषम प्रतिक्रियाओं में, चरणों के बीच इंटरफेस में जब अभिकारक संपर्क में आते हैं, और प्रतिक्रिया की दर और तंत्र सतह क्षेत्र पर निर्भर करते हैं, जो कि अधिक है, अधिक विकसित सतह। इस दृष्टिकोण से, उच्च विशिष्ट सतह क्षेत्र वाले छितरी हुई प्रणालियाँ विशेष रुचि रखती हैं।
एक फैलाव प्रणाली एक मिश्रण है जिसमें कम से कम दो पदार्थ होते हैं जो एक दूसरे के साथ रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया नहीं करते हैं और लगभग पूर्ण पारस्परिक अघुलनशील होते हैं। फैलाव प्रणाली - यह एक ऐसी प्रणाली है जिसमें एक पदार्थ के अति सूक्ष्म कण दूसरे पदार्थ के आयतन में समान रूप से वितरित होते हैं।
फैलाव प्रणालियों को ध्यान में रखते हुए, दो अवधारणाओं को प्रतिष्ठित किया जाता है: परिक्षिप्त चरण और परिक्षेपण माध्यम (चित्र 10.1)।
परिक्षेपित प्रावस्था - यह एक पदार्थ के कणों का एक संग्रह है जो छोटे आकार में फैला हुआ है, समान रूप से दूसरे पदार्थ की मात्रा में वितरित किया जाता है। छितरी हुई अवस्था के लक्षण विखंडन और असंततता हैं।
फैलाव माध्यमएक पदार्थ है जिसमें परिक्षिप्त प्रावस्था के कण समान रूप से वितरित होते हैं। एक फैलाव माध्यम का एक संकेत इसकी निरंतरता है।
छितरी हुई अवस्था को परिक्षेपण माध्यम से भौतिक विधि (सेंट्रीफ्यूजेशन, पृथक्करण, बसने, आदि) द्वारा अलग किया जा सकता है।
चित्र 10.1 - छितरी हुई प्रणाली: परिक्षिप्त चरण s के कण (छोटे ठोस कणों, क्रिस्टल, तरल बूंदों, गैस बुलबुले, अणुओं या आयनों के सहयोगी के रूप में), एक सोखना परत d वाले, एक सजातीय निरंतर फैलाव माध्यम में वितरित किए जाते हैं एफ।
छितरी हुई प्रणालियों को विभिन्न विशिष्ट विशेषताओं के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है: फैलाव, छितरी हुई अवस्था और फैलाव माध्यम के एकत्रीकरण की स्थिति, उनके बीच बातचीत की तीव्रता, छितरी हुई प्रणालियों में संरचनाओं की अनुपस्थिति या गठन।
फैलाव की डिग्री के अनुसार वर्गीकरण
छितरी हुई अवस्था के कण आकार के आधार पर, सभी फैलाव प्रणालियों को सशर्त रूप से तीन समूहों (चित्र 10.2) में विभाजित किया जाता है।
चित्र 10.2 - कण आकार द्वारा परिक्षिप्त प्रणालियों का वर्गीकरण (तुलना के लिए, वास्तविक विलयनों में कण आकार दिए गए हैं)
1. मोटे तौर पर बिखरे हुए सिस्टम , जिसमें कण का आकार 1 माइक्रोन (10 .) से अधिक है –5 एम)। छितरी हुई प्रणालियों के इस समूह को निम्नलिखित विशेषताओं की विशेषता है: छितरी हुई अवस्था के कण गुरुत्वाकर्षण बलों के क्षेत्र में बसते हैं (या तैरते हैं), पेपर फिल्टर से नहीं गुजरते हैं; उन्हें पारंपरिक माइक्रोस्कोप से देखा जा सकता है। मोटे सिस्टम में सस्पेंशन, इमल्शन, डस्ट, फोम, एरोसोल आदि शामिल हैं।
निलंबन - एक छितरी हुई प्रणाली है जिसमें छितरी हुई हैप्रावस्था ठोस है और परिक्षेपण माध्यम द्रव है।
निलंबन का एक उदाहरण पानी, पेंट, पेस्ट में मिट्टी या चाक को हिलाकर बनाई गई प्रणाली हो सकती है।
इमल्शन - यह एक परिक्षिप्त प्रणाली है जिसमें तरल परिक्षिप्त प्रावस्था द्रव परिक्षेपण माध्यम के आयतन में समान रूप से वितरित होती है, अर्थात्। इमल्शन में दो परस्पर अघुलनशील तरल पदार्थ होते हैं।
इमल्शन के उदाहरणों में दूध (तरल वसा की बूंदें बिखरी हुई अवस्था के रूप में कार्य करती हैं, और पानी फैलाव माध्यम है), क्रीम, मेयोनेज़, मार्जरीन, आइसक्रीम शामिल हैं।
बसने पर, निलंबन और इमल्शन को उनके घटक भागों में अलग (अलग) किया जाता है: छितरी हुई अवस्था और फैलाव माध्यम। इसलिए, यदि बेंजीन को पानी से जोर से हिलाया जाता है, तो एक पायस बनता है, जो कुछ समय बाद दो परतों में विभाजित हो जाता है: ऊपरी बेंजीन और निचला पानी। इमल्शन को अलग होने से रोकने के लिए, उन्हें जोड़ा जाता है पायसीकारी- पदार्थ जो इमल्शन को समग्र स्थिरता प्रदान करते हैं।
फोम - एक सेलुलर मोटे-छितरी हुई प्रणाली जिसमें छितरी हुई अवस्था गैस (या वाष्प) बुलबुले का एक सेट है, और फैलाव माध्यम एक तरल है।
फोम में, बुलबुले में गैस की कुल मात्रा गैस के बुलबुले के बीच इंटरलेयर्स में निहित तरल फैलाव माध्यम की मात्रा से सैकड़ों गुना अधिक हो सकती है।
2. सूक्ष्म विषमलैंगिक (याबारीक बिखरा हुआ ) मध्यवर्ती प्रणाली जिसमें कण आकार 10 . से होता है – 5 –10 –7 मी. इनमें महीन निलंबन, धूआं, झरझरा ठोस शामिल हैं।
3. अल्ट्रामाइक्रोहेटेरोजेनस (याकोलाइड-बिखरे हुए ) सिस्टम जिसमें 1-100 एनएम (10 .) के आकार वाले कण होते हैं-9 -10 -7 मीटर) 10 से मिलकर बनता है 3_ 10 9 परमाणु और एक इंटरफेस द्वारा विलायक से अलग हो जाते हैं। कोलॉइडी विलयनों को एक सीमित अत्यधिक परिक्षिप्त अवस्था द्वारा अभिलक्षित किया जाता है, उन्हें आमतौर पर कहा जाता हैराख, या अक्सर लियोसोल्सइस बात पर जोर देना कि परिक्षेपण माध्यम एक द्रव है। यदि जल को परिक्षेपण माध्यम के रूप में लिया जाता है, तो ऐसे सॉल कहलाते हैंहाइड्रोसोल्स, और अगर जैविक तरल -ऑर्गोसोल्स.
सबसे बारीक छितरी हुई प्रणालियों के लिए, कुछ विशेषताएं अंतर्निहित हैं:
कम प्रसार दर;
छितरी हुई अवस्था के कणों (अर्थात कोलाइडल कणों) की जांच केवल एक अल्ट्रामाइक्रोस्कोप या एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करके की जा सकती है;
कोलाइडल कणों द्वारा प्रकाश का प्रकीर्णन, जिसके परिणामस्वरूप वे एक अल्ट्रामाइक्रोस्कोप में प्रकाश धब्बों का रूप ले लेते हैं - टाइन्डल प्रभाव (चित्र। 10.3);
चित्र 10.3 - अल्ट्रामाइक्रोहेटेरोजेनियस (बारीक छितरी हुई) प्रणाली: ए) कोलाइडल समाधान; बी) कोलाइडल समाधान से गुजरते समय प्रकाश की एक संकीर्ण किरण के विक्षेपण की योजना; c) कोलॉइडी विलयन द्वारा प्रकाश का प्रकीर्णन (टाइन्डल प्रभाव)
- स्टेबलाइजर्स (इलेक्ट्रोलाइट आयनों) की उपस्थिति में चरण इंटरफ़ेस पर, एक आयनिक परत या एक सॉल्वैंशन शेल बनता है, जो निलंबित रूप में कणों के अस्तित्व में योगदान देता है;
- परिक्षिप्त प्रावस्था या तो पूर्णतः अघुलनशील होती है या परिक्षेपण माध्यम में थोड़ी विलेय होती है।
कोलाइडल कणों के उदाहरणों में स्टार्च, प्रोटीन, पॉलिमर, रबर, साबुन, एल्युमिनियम और फेरम (III) हाइड्रॉक्साइड शामिल हैं।
परिक्षिप्त प्रावस्था और परिक्षेपण माध्यम की कुल अवस्थाओं के अनुपात के अनुसार परिक्षिप्त प्रणालियों का वर्गीकरण
यह वर्गीकरण ओस्टावल्ड (तालिका 10.1) द्वारा प्रस्तावित किया गया था। जब छितरी हुई प्रणालियों की समग्र स्थिति को योजनाबद्ध रूप से रिकॉर्ड किया जाता है, तो छितरी हुई अवस्था की कुल स्थिति को पहले G (गैस), F (तरल) या T (ठोस) अक्षरों से दर्शाया जाता है, और फिर एक डैश (या एक अंश चिह्न) लिखा जाता है। और परिक्षेपण माध्यम की समग्र अवस्था लिखी जाती है।
तालिका 10.1 - परिक्षिप्त प्रणालियों का वर्गीकरण
आणविक अंतःक्रिया की तीव्रता के अनुसार छितरी हुई प्रणालियों का वर्गीकरण
यह वर्गीकरण जी। फ्रीइंडलिच द्वारा प्रस्तावित किया गया था और इसका उपयोग विशेष रूप से तरल फैलाव माध्यम वाले सिस्टम के लिए किया जाता है।
- लियोफिलिक सिस्टम , जिसमें छितरी हुई अवस्था फैलाव माध्यम के साथ परस्पर क्रिया करती है और कुछ शर्तों के तहत इसमें घुलने में सक्षम होती है - ये कोलाइडल सर्फेक्टेंट (सर्फैक्टेंट्स), मैक्रोमोलेक्यूलर यौगिकों (HMCs) के समाधान हैं। विभिन्न लियोफिलिक प्रणालियों में, व्यावहारिक रूप से सबसे महत्वपूर्ण सर्फेक्टेंट हैं, जो आणविक रूप से विघटित अवस्था में और दसियों, सैकड़ों या अधिक अणुओं से युक्त समुच्चय (मिसेल) के रूप में हो सकते हैं।
- लियोफोबिक सिस्टम , जिसमें परिक्षिप्त प्रावस्था परिक्षेपण माध्यम के साथ अंतःक्रिया नहीं कर पाती है और उसमें घुल जाती है। लियोफोबिक प्रणालियों में, विभिन्न चरणों के अणुओं के बीच की बातचीत लियोफिलिक प्रणालियों के मामले की तुलना में बहुत कमजोर होती है; इंटरफेशियल सतह तनाव अधिक होता है, जिसके परिणामस्वरूप सिस्टम छितरी हुई अवस्था के कणों के सहज रूप से मोटे हो जाते हैं।
भौतिक अवस्था द्वारा छितरी हुई प्रणालियों का वर्गीकरण
वर्गीकरण के लेखक पी. रिबिंदर हैं। इस वर्गीकरण के अनुसार, एक फैलाव प्रणाली को एक अंश द्वारा दर्शाया जाता है, जिसमें परिक्षिप्त चरण अंश में रखा जाता है, और फैलाव माध्यम हर में होता है। उदाहरण के लिए: टी 1 / डब्ल्यू 2 एक ठोस चरण (सूचकांक 1) और एक तरल फैलाव माध्यम (सूचकांक 2) के साथ एक छितरी हुई प्रणाली को दर्शाता है। रेहबिंदर वर्गीकरण फैलाव प्रणालियों को दो वर्गों में विभाजित करता है:
1. स्वतंत्र रूप से बिखरे हुए सिस्टम - सॉल जिसमें परिक्षिप्त चरण निरंतर कठोर संरचनाएं (ग्रिड, ट्रस या फ्रेम) नहीं बनाता है, में तरलता होती है, और बिखरे हुए चरण के कण एक दूसरे से संपर्क नहीं करते हैं, यादृच्छिक थर्मल गति में भाग लेते हैं और गुरुत्वाकर्षण की क्रिया के तहत स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ते हैं। . इनमें एरोसोल, लियोसोल, पतला निलंबन और इमल्शन शामिल हैं।
मुक्त-छितरी हुई प्रणालियों के उदाहरण:
- कोलाइडल फैलाव (टी 1 / जी 2 - वायुमंडल की ऊपरी परतों में धूल, एरोसोल) के साथ गैसों में छितरी हुई प्रणाली, मोटे फैलाव के साथ (टी 1 / जी 2 - धुआं और जेड 1 / जी 2 - कोहरे);
- कोलाइडल फैलाव वाले तरल पदार्थों में बिखरे हुए सिस्टम (टी 1 / एल 2 - लियोसोल, पानी में बिखरे हुए रंग, सिंथेटिक पॉलिमर के लेटेक्स), मोटे फैलाव के साथ (टी 1 / एल 2 - निलंबन; एल 1 / एल 2 - तरल पायस; जी 1 / Zh 2 - गैस इमल्शन);
- ठोस पदार्थों में छितरी हुई प्रणालियाँ: टी 1 / टी 2 - ठोस सॉल, उदाहरण के लिए, कांच में पीली धातु का सोल, पिगमेंटेड फाइबर, भरे हुए पॉलिमर।
2. एकजुट-छितरी हुई (या निरंतर) प्रणाली . निरंतर (सुसंगत रूप से छितरी हुई) प्रणालियों में, छितरी हुई अवस्था के कण कठोर स्थानिक संरचनाएँ बनाते हैं। इस तरह के सिस्टम कतरनी विरूपण का विरोध करते हैं। एकजुट-छितरी हुई प्रणालियाँ ठोस हैं; वे तब उत्पन्न होते हैं जब छितरी हुई अवस्था के कण संपर्क में आते हैं, जिससे कंकाल या नेटवर्क के रूप में एक संरचना का निर्माण होता है, जो छितरी हुई प्रणाली की तरलता को सीमित करता है और इसे अपना आकार बनाए रखने की क्षमता देता है। ऐसी संरचित कोलाइडल प्रणालियों को जैल कहा जाता है।
जुड़े फैलाव प्रणालियों के उदाहरण:
- एक तरल इंटरफ़ेस के साथ छितरी हुई प्रणालियाँ (G 1 / Zh 2 - फोम; Zh1 / Zh 2 - झागदार इमल्शन);
- एक ठोस चरण इंटरफ़ेस (जी 1 / टी 2 - झरझरा शरीर, प्राकृतिक फाइबर, झांवा, स्पंज, लकड़ी का कोयला; डब्ल्यू 1 / टी 2 - ग्रेनाइट में नमी; टी 1 / टी 2 - पॉलिमर के इंटरपेनेट्रेटिंग नेटवर्क) के साथ बिखरे हुए सिस्टम।
कोलाइडल विलयनों की तैयारी और शुद्धिकरण
कोलॉइडी विलयन प्राप्त करना
कोलाइडल विलयन प्राप्त किए जा सकते हैंफैलानेवालाया करने के लिए वाष्पीकरणतरीके।
1. फैलाव के तरीके- ये बड़े टुकड़ों को कोलाइडल आकार के समुच्चय में कुचलकर लियोफोबिक सॉल प्राप्त करने की विधियाँ हैं।
यांत्रिकमोटे-छितरी हुई प्रणालियों की पेराई निम्न द्वारा की जाती है: क्रशिंग, प्रभाव, घर्षण, विभाजन। कणों को कई दसियों माइक्रोन के आकार में पीसने का उपयोग किया जाता है बॉल मिल्स।बहुत महीन पेराई (0.1-1 माइक्रोन तक) विशेष . पर हासिल की जाती हैकोलाइड मिल्सतेजी से घूमने वाले रोटर (10-20 हजार आरपीएम) और एक निश्चित शरीर के बीच एक संकीर्ण अंतर के साथ, और कण फटे या अंतराल में टूट जाते हैं।पी। ए। रेबिंदर के कार्यों ने ठोस पदार्थों के लोचदार और प्लास्टिक विकृतियों के प्रतिरोध में कमी के साथ-साथ सर्फेक्टेंट के सोखने के प्रभाव में यांत्रिक विनाश की घटना को स्थापित किया। सर्फैक्टेंट फैलाव की सुविधा प्रदान करते हैं और फैलाव की डिग्री में उल्लेखनीय वृद्धि में योगदान करते हैं।
2. संघनन के तरीके- ये अणुओं और आयनों को कोलाइडल आकार के समुच्चय में मिलाकर (संघनन) करके कोलाइडल समाधान प्राप्त करने की विधियाँ हैं। प्रणाली सजातीय से विषमांगी में बदल जाती है, अर्थात, एक नया चरण प्रकट होता है (छितरी हुई अवस्था)। शर्त है अतिसंतृप्तिमूल प्रणाली।
संघनन विधियों को भौतिक संघनन और रासायनिक संघनन में संघनन करने वाले बलों की प्रकृति के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है।
भौतिक संघननवाष्प से या विलायक को बदलकर किया जा सकता है।
वाष्प संघनन।प्रारंभिक सामग्री जोड़े में है। जैसे-जैसे तापमान घटता है, वाष्प अतिसंतृप्त हो जाता है और आंशिक रूप से संघनित हो जाता है, जिससे एक छितरी हुई अवस्था बन जाती है। इस प्रकार पारा तथा कुछ अन्य धातुओं के हाइड्रोसोल प्राप्त होते हैं।
विलायक प्रतिस्थापन विधि।यह विधि परिक्षेपण माध्यम के संघटन और गुणों में परिवर्तन पर आधारित है। उदाहरण के लिए, सल्फर, फास्फोरस या रोसिन का अल्कोहल घोल पानी में डाला जाता है, नए विलायक में पदार्थ की घुलनशीलता में कमी के कारण, घोल सुपरसैचुरेटेड हो जाता है और पदार्थ का हिस्सा संघनित हो जाता है, जिससे छितरी हुई अवस्था के कण बन जाते हैं।
रासायनिक संघननइस तथ्य में शामिल है कि परिक्षिप्त चरण बनाने वाला पदार्थ रासायनिक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप प्राप्त होता है। एक कोलाइडल समाधान बनाने के लिए प्रतिक्रिया के लिए, और एक वास्तविक समाधान या अवक्षेप नहीं, कम से कम तीन शर्तों को पूरा करना होगा:
- परिक्षिप्त प्रावस्था का पदार्थ परिक्षेपण माध्यम में अघुलनशील है;
- परिक्षिप्त प्रावस्था के क्रिस्टलों के नाभिकों के बनने की दर क्रिस्टल वृद्धि की दर से बहुत अधिक होती है; यह स्थिति आमतौर पर तब मिलती है जब एक घटक का एक केंद्रित समाधान दूसरे घटक के अत्यधिक पतला समाधान में जोरदार हलचल के साथ डाला जाता है;
- शुरुआती सामग्रियों में से एक को अधिक मात्रा में लिया जाता है, यह वह है जो स्टेबलाइजर है।
कोलॉइडी विलयनों के शुद्धिकरण की विधियाँ।
किसी न किसी रूप में प्राप्त कोलॉइडी विलयन आमतौर पर निम्न-आणविक अशुद्धियों (अणुओं और आयनों) से शुद्ध होते हैं। इन अशुद्धियों को हटाने का कार्य डायलिसिस, (इलेक्ट्रोडायलिसिस), अल्ट्राफिल्ट्रेशन की विधियों द्वारा किया जाता है।
डायलिसिस- एक अर्ध-पारगम्य झिल्ली का उपयोग करके सफाई विधि जो कोलाइडल घोल को शुद्ध फैलाव माध्यम से अलग करती है। एक अर्ध-पारगम्य के रूप में (अर्थात, अणुओं और आयनों के लिए पारगम्य, लेकिन छितरी हुई अवस्था के कणों के लिए अभेद्य) झिल्ली, चर्मपत्र, सिलोफ़न, कोलोडियन, सिरेमिक फिल्टर और अन्य बारीक झरझरा सामग्री का उपयोग किया जाता है। प्रसार के परिणामस्वरूप, कम-आणविक अशुद्धियाँ बाहरी घोल में चली जाती हैं।
अल्ट्राफिल्ट्रेशनडायलिसिस कहा जाता है, आंतरिक कक्ष में दबाव में किया जाता है। अनिवार्य रूप से, अल्ट्राफिल्ट्रेशन सॉल को शुद्ध करने की एक विधि नहीं है, बल्कि उन्हें केंद्रित करने की एक विधि है।
कोलॉइडी विलयनों के प्रकाशिक गुण
जब प्रकाश एक फैलाव प्रणाली पर पड़ता है, तो निम्नलिखित घटनाएं देखी जा सकती हैं:
- प्रणाली के माध्यम से प्रकाश का मार्ग;
- छितरी हुई अवस्था के कणों द्वारा प्रकाश का अपवर्तन (यदि ये कण पारदर्शी हैं);
- छितरी हुई अवस्था के कणों द्वारा प्रकाश का परावर्तन (यदि कण अपारदर्शी हैं);
- प्रकाश का प्रकीर्णन;
- अवशोषण (छितरी हुई अवस्था द्वारा प्रकाश का अवशोषण)।
प्रकाश बिखरना उन प्रणालियों के लिए मनाया जाता है जिनमें परिक्षिप्त चरण के कण छोटे होते हैं या आपतित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के अनुरूप होते हैं। याद रखें कि कोलॉइडी विलयनों में परिक्षिप्त प्रावस्था का कण आकार 10 . होता है -7 -10 -9 मी. नतीजतन, प्रकाश का प्रकीर्णन हमारे द्वारा अध्ययन किए जाने वाले कोलाइडल सिस्टम के लिए एक विशिष्ट घटना है।
रेले ने प्रकाश के प्रकीर्णन का सिद्धांत बनाया। उन्होंने एक समीकरण निकाला जो बिखरी हुई प्रकाश की तीव्रता I को आपतित प्रकाश की तीव्रता I 0 से संबंधित करता है। निष्पक्ष, बशर्ते कि:
- कण गोलाकार हैं;
- कण बिजली का संचालन नहीं करते हैं (अर्थात अधातु हैं);
- कण प्रकाश को अवशोषित नहीं करते हैं, अर्थात वे रंगहीन होते हैं;
- कोलॉइडी विलयन को इस प्रकार तनुकृत किया जाता है कि कणों के बीच की दूरी आपतित प्रकाश की तरंगदैर्घ्य से अधिक हो।
रेले समीकरण:
- कहाँ पे वी एक कण का आयतन है,
- - तरंग दैर्ध्य;
- एन 1 कण का अपवर्तनांक है;
- n o माध्यम का अपवर्तनांक है।
रेले समीकरण से निम्नलिखित निष्कर्ष निकलते हैं:
- प्रकीर्णित प्रकाश की तीव्रता जितनी अधिक होती है, कण और माध्यम के अपवर्तनांक उतने ही अधिक होते हैं (एन 1 - पी 0 ).
- यदि अपवर्तनांक पी 1 तथा एन 0 समान हैं, तो अमानवीय माध्यम में प्रकाश का प्रकीर्णन अनुपस्थित होगा।
- प्रकीर्णित प्रकाश की तीव्रता जितनी अधिक होगी, आंशिक सान्द्रता उतनी ही अधिक होगी। मास एकाग्रता सी, जी / डीएम 3, जो आमतौर पर समाधान की तैयारी में उपयोग किया जाता है, अभिव्यक्ति द्वारा आंशिक एकाग्रता से जुड़ा होता है:
जहां कण घनत्व है।
यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यह निर्भरता केवल छोटे कण आकार के क्षेत्र में संरक्षित है। स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग के लिए, यह स्थिति 2 10 -6 सेमी . के मूल्यों से मेल खाती है< r < 4 10 -6 см. С увеличением r рост मैं धीमा हो जाता है, और r > के लिए, बिखरने को प्रतिबिंब द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। प्रकीर्णित प्रकाश की तीव्रता सान्द्रता के समानुपाती होती है।
4. प्रकीर्णित प्रकाश की तीव्रता तरंगदैर्घ्य के चतुर्थ घात के व्युत्क्रमानुपाती होती है।
इसका मतलब यह है कि जब एक सफेद प्रकाश किरण एक कोलाइडल समाधान से गुजरती है, तो छोटी तरंगें - स्पेक्ट्रम के नीले और बैंगनी हिस्से - मुख्य रूप से बिखरी हुई होती हैं। इसलिए, एक रंगहीन सोल का रंग बिखरी हुई रोशनी में नीला और संचरित प्रकाश में लाल रंग का होता है। आकाश का नीला रंग वातावरण में पानी की छोटी-छोटी बूंदों द्वारा प्रकाश के प्रकीर्णन के कारण भी होता है। सूर्योदय या सूर्यास्त के समय आकाश का नारंगी या लाल रंग इस तथ्य के कारण होता है कि सुबह या शाम के समय मुख्य रूप से प्रकाश होता है जो वातावरण से होकर गुजरता है।
प्रकाश अवशोषण. रेले समीकरण को बिना रंग के सॉल के लिए व्युत्पन्न किया गया था, यानी प्रकाश को अवशोषित नहीं करना। हालांकि, कई कोलाइडल समाधानों का एक निश्चित रंग होता है, अर्थात। स्पेक्ट्रम के संबंधित क्षेत्र में प्रकाश को अवशोषित करता है - सोल हमेशा अवशोषित रंग के पूरक रंग में रंगा होता है। तो, स्पेक्ट्रम के नीले हिस्से (435-480 एनएम) को अवशोषित करके, सोल पीला हो जाता है; नीले-हरे भाग (490-500 एनएम) के अवशोषण पर, यह लाल रंग का हो जाता है।यदि पूरे दृश्यमान स्पेक्ट्रम की किरणें एक पारदर्शी शरीर से होकर गुजरती हैं या एक अपारदर्शी शरीर से परावर्तित होती हैं, तो पारदर्शी शरीर रंगहीन दिखाई देता है, और अपारदर्शी शरीर सफेद दिखाई देता है। यदि कोई पिंड पूरे दृश्यमान स्पेक्ट्रम से विकिरण को अवशोषित करता है, तो वह काला दिखाई देता है।प्रकाश को अवशोषित करने में सक्षम कोलाइडल समाधानों के ऑप्टिकल गुणों को प्रकाश की तीव्रता में परिवर्तन की विशेषता हो सकती है क्योंकि यह सिस्टम से गुजरता है। ऐसा करने के लिए, Bouguer-Lambert-Beer कानून का उपयोग करें:
जहां मैं 0 घटना प्रकाश की तीव्रता है ; मैं आदिसोल के माध्यम से प्रेषित प्रकाश की तीव्रता है; क - अवशोषण गुणांक; मैं- सोल परत की मोटाई; साथ- सोल एकाग्रता।
यदि हम व्यंजक का लघुगणक लेते हैं, तो हमें प्राप्त होता है:
मान कहा जाता है ऑप्टिकल घनत्वसमाधान . मोनोक्रोमैटिक प्रकाश के साथ काम करते समय, वे हमेशा इंगित करते हैं कि ऑप्टिकल घनत्व किस तरंग दैर्ध्य पर निर्धारित किया गया था, यह दर्शाता है डी λ .
कोलाइडल सिस्टम की संरचना का माइक्रेलर सिद्धांत
आइए हम विनिमय प्रतिक्रिया द्वारा AgI सोल के गठन के उदाहरण का उपयोग करके एक हाइड्रोफोबिक कोलाइडल कण की संरचना पर विचार करें।
AgNO 3 + KI → AgI + KNO 3।
यदि पदार्थों को समान मात्रा में लिया जाता है, तो AgI का एक क्रिस्टलीय अवक्षेप अवक्षेपित होता है। लेकिन, यदि प्रारंभिक पदार्थों में से एक अधिक है, उदाहरण के लिए, KI, AgI क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया एक कोलाइडल समाधान के गठन की ओर ले जाती है - AgI मिसेल।
AgI हाइड्रोसोल मिसेल का संरचना आरेख चित्र 10.4 में दिखाया गया है।
चित्र 10.4 - KI . की अधिकता से बने AgI हाइड्रोसोल मिसेल की योजना
100-1000 (माइक्रोक्रिस्टल) के अणुओं [mAgI] का एक समुच्चय - कोर, एक नए चरण का भ्रूण है, जिसकी सतह पर फैलाव माध्यम में इलेक्ट्रोलाइट आयनों का सोखना होता है। पैनेट-फजान नियम के अनुसार, आयन बेहतर सोखते हैं, ठीक वैसे ही जैसे आयन नाभिक के क्रिस्टल जाली में प्रवेश करते हैं और इस जाली को पूरा करते हैं। वे आयन जो सीधे नाभिक में अधिशोषित होते हैं, कहलाते हैं संभावित-निर्धारण, चूंकि वे संभावित परिमाण और सतह आवेश के संकेत के साथ-साथ पूरे कण के आवेश के संकेत को निर्धारित करते हैं। इस प्रणाली में संभावित-निर्धारण आयन I - आयन हैं, जो अधिक मात्रा में हैं, AgI कोर के क्रिस्टल जाली का हिस्सा हैं, स्टेबलाइजर्स के रूप में कार्य करते हैं और डबल इलेक्ट्रिक लेयर (EDL) के कठोर हिस्से में आंतरिक शेल बनाते हैं। मिसेल सोखने वाले आयनों I के साथ समुच्चय - एक मिसेल का मूल बनाता है।
एक हाइड्रेटेड आयन की त्रिज्या के करीब दूरी पर AgI कणों की ऋणात्मक रूप से आवेशित सतह पर, विपरीत चिह्न (काउंटरों) के आयन - सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए K + आयन - समाधान से आकर्षित होते हैं। काउंटरों की परत - डबल इलेक्ट्रिक लेयर (ईडीएल) का बाहरी आवरण, इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों और सोखना आकर्षण की ताकतों द्वारा आयोजित किया जाता है। एक ठोस दोहरी परत के साथ अणुओं के समुच्चय को कोलाइडल कण - एक दाना कहा जाता है।
थर्मल गति के कारण काउंटरों का एक हिस्सा ग्रेन्युल के चारों ओर अलग-अलग स्थित होता है, और केवल इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों के कारण इसके साथ जुड़ा होता है। कोलॉइडी कण अपने चारों ओर फैली विसरित परत के साथ मिलकर मिसेल कहलाते हैं। एक मिसेल विद्युत रूप से तटस्थ होता है, क्योंकि नाभिक का आवेश सभी काउंटरों के आवेश के बराबर होता है, और दाने में आमतौर पर एक आवेश होता है, जिसे इलेक्ट्रोकाइनेटिक या ξ - जेटा - क्षमता कहा जाता है। संक्षिप्त रूप में, इस उदाहरण के लिए मिसेल संरचना योजना निम्नानुसार लिखी जा सकती है:
कोलाइडल कणों की संरचना के सिद्धांत के मुख्य प्रावधानों में से एक दोहरी विद्युत परत (EDL) की संरचना की अवधारणा है। आधुनिक विचारों के अनुसार, दोहरी विद्युत परत DELसोखना और प्रसार परतों से मिलकर बनता है। सोखना परत में शामिल हैं:
- उस पर संभावित-निर्धारण आयनों के सोखने के परिणामस्वरूप मिसेल कोर की आवेशित सतह, जो सतह की क्षमता और उसके संकेत के परिमाण को निर्धारित करती है;
- विपरीत चिन्ह के आयनों की एक परत - काउंटर, जो समाधान से आवेशित सतह की ओर आकर्षित होते हैं। काउंटरों की सोखना परतआवेशित सतह से आणविक त्रिज्या की दूरी पर स्थित है। इस सतह और सोखना परत के काउंटरों के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक और सोखना दोनों बल मौजूद हैं, और इसलिए ये काउंटर विशेष रूप से कोर से मजबूती से बंधे हैं। सोखना परत बहुत घनी है, इसकी मोटाई स्थिर है और बाहरी परिस्थितियों (इलेक्ट्रोलाइट एकाग्रता, तापमान) में परिवर्तन पर निर्भर नहीं करती है।
थर्मल गति के कारण, काउंटरों का हिस्सा फैलाव माध्यम में गहराई से प्रवेश करता है, और ग्रेन्युल की चार्ज सतह पर उनका आकर्षण केवल इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों के कारण होता है। ये काउंटर विसरित परत बनाते हैं, जो सतह से कम मजबूती से बंधी होती है। विसरित परत में परिवर्तनशील मोटाई होती है, जो परिक्षेपण माध्यम में इलेक्ट्रोलाइट्स की सांद्रता पर निर्भर करती है।
जब ठोस और तरल चरण एक दूसरे के सापेक्ष चलते हैं, तो डिफ्यूज़ भाग में एक डीईएल ब्रेक होता है और चरण इंटरफ़ेस पर एक संभावित छलांग होती है, जिसे कहा जाता है विद्युत गतिज - संभावित(ज़ीटा पोटेंशियल)। इसका मूल्य संभावित-निर्धारण आयनों के कुल आवेशों (φ) और सोखना परत में निहित काउंटर चार्ज (ε) की संख्या के बीच के अंतर से निर्धारित होता है, अर्थात। = - । समाधान में गहरे ठोस चरण से दूरी के साथ इंटरफेसियल क्षमता में गिरावट को चित्र 10.5 में दिखाया गया है।
चित्र 10.5 डीपीपी संरचना
एक हाइड्रोफोबिक सॉल के कणों के चारों ओर एक संभावित अंतर की उपस्थिति उन्हें टक्कर के दौरान एक साथ चिपकने से रोकती है, यानी, वे सॉल की समग्र स्थिरता में एक कारक हैं। यदि विसरित आयनों की संख्या कम हो जाती है या शून्य हो जाती है, तो दाना विद्युत रूप से तटस्थ (आइसोइलेक्ट्रिक अवस्था) हो जाता है और इसकी स्थिरता सबसे कम होती है।
इस प्रकार, विद्युत गतिज क्षमता का परिमाण प्रतिकारक बलों को निर्धारित करता है, और इसलिए कोलाइडल समाधान की समग्र स्थिरता। इलेक्ट्रोकाइनेटिक क्षमता ξ = 0.07V के मूल्य पर कोलाइडल समाधान की पर्याप्त स्थिरता सुनिश्चित की जाती है, ξ = 0.03V से कम मूल्यों पर, प्रतिकारक बल एकत्रीकरण का विरोध करने के लिए बहुत कमजोर होते हैं, और इसलिए जमावट होता है, जो अनिवार्य रूप से समाप्त होता है अवसादन
इलेक्ट्रोकैनेटिक क्षमता का परिमाण सूत्र (10.5) का उपयोग करके एक वैद्युतकणसंचलन उपकरण का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है:
जहां चिपचिपापन है; - कणों की गति की गति; एल समाधान के साथ इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी है; ई - इलेक्ट्रोमोटिव बल, डी - ढांकता हुआ स्थिरांक।
ξ को प्रभावित करने वाले कारक - संभावित:
- एक उदासीन इलेक्ट्रोलाइट के समाधान में उपस्थिति - एक इलेक्ट्रोलाइट जिसमें संभावित-निर्धारण आयन नहीं होता है।
- उदासीन इलेक्ट्रोलाइट में एक काउंटर होता है। इस मामले में, प्रसार परत संकुचित होती है और गिरती है और, परिणामस्वरूप, जमावट होती है।
- एक उदासीन इलेक्ट्रोलाइट में काउंटरियन के समान चिन्ह का आयन होता है, लेकिन काउंटरियन स्वयं नहीं। इस मामले में, आयन एक्सचेंज होता है: काउंटरियन को एक उदासीन इलेक्ट्रोलाइट के आयनों द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। में एक बूंद देखी जाती है, लेकिन बूंद की डिग्री प्रतिस्थापन आयन की प्रकृति, इसकी संयोजकता और जलयोजन की डिग्री पर निर्भर करेगी। धनायनों और आयनों की लियोट्रोपिक श्रृंखला - श्रृंखला जिसमें आयनों को फैलाना परत को संपीड़ित करने की क्षमता के अनुसार व्यवस्थित किया जाता है और ξ क्षमता में गिरावट का कारण बनता है।
ली + - ना + - एनएच 4 + - के + - आरबी + - सीएस + - एमजी 2+ - सीए 2+ - बा 2+ ...
सीएच 3 सीओओ - - एफ - - संख्या 3 - - सीएल - - आई - - बीआर - - एससीएन - - ओएच - - एसओ 4 2 -
2. समाधान जोड़ना स्टेबलाइजर इलेक्ट्रोलाइट- एक संभावित-निर्धारित आयन युक्त इलेक्ट्रोलाइट ξ - क्षमता में वृद्धि का कारण बनता है, और इसलिए कोलाइडल सिस्टम की स्थिरता में योगदान देता है, लेकिन एक निश्चित सीमा तक।
कोलाइडल सिस्टम की स्थिरता और जमावट
कोलाइडल सिस्टम की स्थिरता और जमावट का आधुनिक सिद्धांत कई प्रसिद्ध वैज्ञानिकों द्वारा बनाया गया था: डेरियागिना, लैंडौ, वेरवे, ओवरबेक, और इसलिए इसे संक्षिप्त किया गया हैडीएलवीओ सिद्धांत . इस सिद्धांत के अनुसार, एक फैलाव प्रणाली की स्थिरता आकर्षक और प्रतिकारक बलों के संतुलन से निर्धारित होती है जो कणों के बीच उत्पन्न होती है क्योंकि वे ब्राउनियन गति के परिणामस्वरूप एक दूसरे के पास पहुंचते हैं। कोलाइडल प्रणालियों की गतिज और समग्र स्थिरता होती है।
- काइनेटिक (अवसादन) स्थिरता- छितरे हुए कणों के निलंबन में रहने और व्यवस्थित न होने (तलछट नहीं) की क्षमता। छितरी हुई प्रणालियों में, प्राकृतिक समाधानों की तरह, ब्राउनियन गति होती है। ब्राउनियन गति कण आकार, फैलाव माध्यम चिपचिपाहट, तापमान आदि पर निर्भर करती है। सूक्ष्म रूप से छितरी हुई प्रणालियाँ (सोल्स), जिनके कण व्यावहारिक रूप से गुरुत्वाकर्षण की क्रिया के तहत व्यवस्थित नहीं होते हैं, गतिज (अवसादन) स्थिर होते हैं। इनमें हाइड्रोफिलिक सॉल भी शामिल हैं - पॉलिमर, प्रोटीन आदि के समाधान। हाइड्रोफोबिक सॉल, मोटे सिस्टम (निलंबन, इमल्शन) गतिज रूप से अस्थिर होते हैं। उनमें चरण और माध्यम का पृथक्करण काफी जल्दी होता है।
- कुल स्थिरता- एक निश्चित डिग्री के फैलाव को अपरिवर्तित रखने के लिए छितरी हुई अवस्था के कणों की क्षमता। समुच्चय-स्थिर प्रणालियों में, परिक्षिप्त प्रावस्था के कण संघट्टों के दौरान आपस में चिपकते नहीं हैं और समुच्चय नहीं बनाते हैं। लेकिन अगर समग्र स्थिरता का उल्लंघन होता है, तो कोलाइडल कण बड़े समुच्चय बनाते हैं, इसके बाद छितरे हुए चरण की वर्षा होती है। ऐसी प्रक्रिया कहलाती है जमावट, और यह स्वचालित रूप से आगे बढ़ता है, क्योंकि सिस्टम की मुक्त ऊर्जा कम हो जाती है (Δ G<0) .
कोलाइडल प्रणालियों की स्थिरता को प्रभावित करने वाले कारकों में शामिल हैं:
- बिखरे हुए कणों के विद्युत आवेश की उपस्थिति। लियोफोबिक सॉल के बिखरे हुए कणों का चार्ज समान होता है, और इसलिए, टक्कर पर, वे एक दूसरे को जितना अधिक मजबूत करेंगे, जेटा क्षमता उतनी ही अधिक होगी। हालांकि, विद्युत कारक हमेशा निर्णायक नहीं होता है।
- आयनों को स्थिर करने (हाइड्रेट) करने की क्षमता। डिफ्यूज़ लेयर में जितने अधिक हाइड्रेटेड (सॉल्वेट) काउंटर होते हैं, दानों के चारों ओर कुल हाइड्रेटेड (सॉल्वेट) शेल उतना ही बड़ा होता है और छितरी हुई प्रणाली जितनी अधिक स्थिर होती है।
सिद्धांत के अनुसार, ब्राउनियन गति के दौरान, कोलाइडल कण स्वतंत्र रूप से 10 . तक की दूरी पर एक दूसरे के पास पहुंचते हैं -5 देखें। कोलाइडल कणों के बीच वैन डेर वाल्स आकर्षण बल (1) और इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण बल (2) में परिवर्तन की प्रकृति को अंजीर में दिखाया गया है। 10.6 परिणामी वक्र (3) को संबंधित निर्देशांकों के ज्यामितीय योग द्वारा प्राप्त किया गया था। न्यूनतम और बड़ी दूरी पर, कणों (I और II एनर्जी मिनिमा) के बीच आकर्षण ऊर्जा प्रबल होती है। दूसरी न्यूनतम ऊर्जा में, कण सामंजस्य ऊर्जा उन्हें एक समग्र अवस्था में रखने के लिए अपर्याप्त है। विद्युत दोहरी परत की मोटाई के अनुरूप मध्यम दूरी पर, प्रतिकारक ऊर्जा एक संभावित अवरोध AB के साथ प्रबल होती है जो कणों को एक साथ चिपके रहने से रोकती है। अभ्यास से पता चलता है कि जेट क्षमता ξ = 70 एमवी पर, कोलाइडल सिस्टम एक उच्च संभावित बाधा और उच्च समेकित स्थिरता द्वारा विशेषता है। कोलाइडल प्रणाली को अस्थिर करने के लिए, अर्थात। जमावट प्रक्रिया के कार्यान्वयन को कम करना आवश्यक है 0 - 3 mV के मान तक की क्षमता।
चित्र 10.6। कोलाइडल कणों की परस्पर क्रिया के संभावित वक्र
फैलाव प्रणालियों का जमावट
जमावट - कोलाइडल कणों के आसंजन की प्रक्रिया। यह प्रक्रिया विभिन्न कारकों के प्रभाव में अपेक्षाकृत आसानी से आगे बढ़ती है: इलेक्ट्रोलाइट्स, गैर-इलेक्ट्रोलाइट्स, ठंड, उबलना, मिश्रण, सूर्य के प्रकाश के संपर्क में आना आदि। इस प्रक्रिया में इलेक्ट्रोलाइटिक जमावट (इलेक्ट्रोलाइट्स के प्रभाव में)आयन-विनिमय सोखना अक्सर देखा जाता है: उच्च संयोजकता या उच्च सोखना क्षमता वाले कौयगुलांट आयन पहले विसरित परत और फिर सोखना परत के काउंटरों को विस्थापित करते हैं। विनिमय एक समान मात्रा में होता है, लेकिन काउंटरों के प्रतिस्थापन से यह तथ्य सामने आता है कि, बिखरे हुए माध्यम में इलेक्ट्रोलाइट्स की पर्याप्त सांद्रता पर, कण अपनी स्थिरता खो देते हैं और टक्कर पर एक साथ चिपक जाते हैं।
इलेक्ट्रोलाइटिक जमावट के लिए कई प्रयोगात्मक सामान्य नियम स्थापित किए गए हैं:
1. लियोफोबिक सॉल का जमाव किसी भी इलेक्ट्रोलाइट्स के कारण होता है, लेकिन यह एक निश्चित इलेक्ट्रोलाइट एकाग्रता तक पहुंचने पर ध्यान देने योग्य दर पर देखा जाता है। जमावट दहलीज(सी से) सोल का जमावट शुरू करने के लिए आवश्यक न्यूनतम इलेक्ट्रोलाइट सांद्रता है। इस मामले में, बाहरी परिवर्तन देखे जाते हैं, जैसे कि घोल का बादल होना, उसके रंग में बदलाव आदि।
- जहाँ साल इलेक्ट्रोलाइट की मोलर सांद्रता है, mmol/l;
- वेल - इलेक्ट्रोलाइट समाधान की मात्रा, एल;
- Vz सोल का आयतन है, l।
जमावट दहलीज के पारस्परिक को इलेक्ट्रोलाइट की जमावट क्षमता () कहा जाता है:
जहां सीके जमावट दहलीज है।
2. शुल्त्स-हर्डी नियम:
- जमावट प्रभाव उस आयन द्वारा प्रदर्शित किया जाता है, जिसका आवेश कोलाइडल कणों (दाने का आवेश) की सतह के आवेश के संकेत के विपरीत होता है, और यह प्रभाव आयन की बढ़ती संयोजकता के साथ बढ़ता है;
- आयनों की संयोजकता में वृद्धि के साथ आयनों का जमावट प्रभाव कई गुना बढ़ जाता है। एक - दो और त्रिसंयोजक आयनों के लिए, जमावट प्रभाव मोटे तौर पर 1:50:500 के रूप में संबंधित है।
यह इस तथ्य से समझाया गया है कि कौयगुलांट्स के बहुसंयोजी उच्च आवेशित आयन मोनोवैलेंट की तुलना में कोलाइडल कण की आवेशित सतह से बहुत अधिक आकर्षित होते हैं, और विसरित और यहां तक कि सोखना परत से काउंटरों को विस्थापित करना बहुत आसान होता है।
3. कार्बनिक आयनों का स्कंदन प्रभाव अकार्बनिक आयनों की तुलना में बहुत अधिक होता है। यह उनकी उच्च सोखने की क्षमता, एक अत्यधिक मात्रा में सोखने की क्षमता और कोलाइडल कणों की सतह के रिचार्जिंग का कारण है।
4. समान आवेश वाले कई अकार्बनिक आयनों में, जमावट क्षमता आयन - कौयगुलांट की त्रिज्या पर निर्भर करती है: त्रिज्या जितनी बड़ी होगी, जमाव क्षमता उतनी ही अधिक होगी (देखें। लियोट्रोपिक श्रृंखला) यह इस तथ्य से समझाया गया है कि आयन जलयोजन की डिग्री कम हो जाती है, उदाहरण के लिए, एल + से सीएस + तक, और यह डबल आयनिक परत में इसके समावेश की सुविधा प्रदान करता है।
5. लियोफोबिक कोलाइडल सॉल के विद्युत रूप से तटस्थ कण उच्चतम गति के साथ जमा होते हैं।
6. सोल व्यसन की घटना। यदि एक कौयगुलांट जल्दी से सोल में जोड़ा जाता है, तो जमावट होता है, यदि धीरे-धीरे, कोई जमावट नहीं है। इसे इस तथ्य से समझाया जा सकता है कि इलेक्ट्रोलाइट और सोल के बीच एक प्रतिक्रिया होती है, जिसके परिणामस्वरूप पेप्टाइज़र बनते हैं जो फैलाव प्रणाली को स्थिर करते हैं:
Fe (OH) 3 + HCl → FeOCl + 2H 2 O,
FeOCl → FeO + + Cl - ,
जहां FeO + Fe (OH) 3 सॉल के लिए एक पेप्टाइज़र है।
इलेक्ट्रोलाइट्स के मिश्रण का जमावट प्रभाव आयन की प्रकृति के आधार पर अलग-अलग रूप से प्रकट होता है - कोगुलेटर। इलेक्ट्रोलाइट्स के मिश्रण में, प्रत्येक इलेक्ट्रोलाइट की जमावट क्रिया में क्रिया को जोड़ा जा सकता है। इस घटना को कहा जाता है additivity आयन (NaCl, KCl)। यदि किसी अन्य इलेक्ट्रोलाइट के आयनों की शुरूआत के साथ इलेक्ट्रोलाइट आयनों का जमावट प्रभाव कम हो जाता है,आयनों का विरोध (LiCl, MgCl 2 .) ) उस स्थिति में जब किसी अन्य इलेक्ट्रोलाइट के आयनों की शुरूआत के साथ इलेक्ट्रोलाइट आयनों का जमावट प्रभाव बढ़ जाता है, इस घटना को कहा जाता हैतालमेल आयनों.
उदाहरण के लिए, 10 मिली Fe (OH) 3 सोल में 10% NaCl घोल के 10 मिली की शुरूआत से इस सोल का जमाव हो जाता है। लेकिन इससे बचा जा सकता है अगर सोल के घोल में एक सुरक्षात्मक पदार्थ मिलाया जाए: 5 मिली जिलेटिन, 15 मिली एग एल्ब्यूमिन, 20 मिली डेक्सट्रिन।
कोलाइडल कणों का संरक्षण
कोलाइडल सुरक्षा- इसमें एक मैक्रोमोलेक्यूलर कंपाउंड (HMC) को शामिल करके सोल की समग्र स्थिरता में वृद्धि करना। हाइड्रोफोबिक सॉल के लिए, प्रोटीन, कार्बोहाइड्रेट, पेक्टिन आमतौर पर आईयूडी के रूप में उपयोग किए जाते हैं; गैर-जलीय सॉल के लिए - घिसने वाले।
आईयूडी का सुरक्षात्मक प्रभाव कोलाइडल कणों की सतह पर एक निश्चित सोखना परत के गठन से जुड़ा है (चित्र 10.7)। जमावट के विपरीत को पेप्टाइजेशन कहा जाता है।
चित्र 10.7 पेप्टाइजेशन की क्रियाविधि
विभिन्न नौसैनिक बलों के सुरक्षात्मक प्रभाव को चिह्नित करने के लिए, ज़िगमोंडी ने स्वर्ण संख्या का उपयोग करने का प्रस्ताव रखा।सुनहरा नंबर10 सेमी . में जोड़े जाने वाले आईयूडी के मिलीग्राम की संख्या है 3 0.0006% लाल सोने का सॉल इसे नीला होने से रोकने के लिए (जमावट) जब इसमें 1 सेमी जोड़ा जाता है 3 10% NaCl समाधान। कभी-कभी, आईयूडी के सुरक्षात्मक प्रभाव को चिह्नित करने के लिए, सोने के सोल के बजाय, चांदी (चांदी की संख्या), लौह हाइड्रॉक्साइड (लौह संख्या) आदि के कोलाइडल समाधान का उपयोग किया जाता है।तालिका 10.2 कुछ आईयूडी के लिए इन संख्याओं का अर्थ दिखाती है।
तालिका 10.2 आईयूडी की सुरक्षात्मक कार्रवाई
जब कोलॉइडी विलयन एक विधि या किसी अन्य द्वारा प्राप्त किए जाते हैं, विशेष रूप से रासायनिक प्रतिक्रियाओं की मदद से, अभिकर्मकों की आवश्यक सटीक मात्रा का सटीक अनुमान लगाना लगभग असंभव है। इस कारण से, परिणामी सॉल में इलेक्ट्रोलाइट्स की अत्यधिक अधिकता मौजूद हो सकती है, जिससे कोलाइडल समाधानों की स्थिरता कम हो जाती है। अत्यधिक स्थिर प्रणालियों को प्राप्त करने और उनके गुणों का अध्ययन करने के लिए, सॉल को इलेक्ट्रोलाइट्स और अन्य सभी प्रकार की कम आणविक अशुद्धियों से शुद्ध किया जाता है।
कोलॉइडी विलयनों का शुद्धिकरण या तो डायलिसिस या अल्ट्राफिल्ट्रेशन द्वारा किया जा सकता है।
डायलिसिस में एक अर्ध-पारगम्य विभाजन (झिल्ली) का उपयोग करके शुद्ध विलायक के साथ सॉल से कम आणविक भार वाले पदार्थों का निष्कर्षण होता है, जिसके माध्यम से कोलाइडल कण नहीं गुजरते हैं। डायलिसिस के लिए उपकरण में विलायक को समय-समय पर या लगातार बदलते रहना - डायलाइज़र, कोलाइडल समाधान से इलेक्ट्रोलाइट्स और कम आणविक भार गैर-इलेक्ट्रोलाइट्स की अशुद्धियों को लगभग पूरी तरह से हटाना संभव है।
विधि का नुकसान सफाई प्रक्रिया की लंबी अवधि (सप्ताह, महीने) है।
इलेक्ट्रोडायलिसिस विद्युत प्रवाह के अनुप्रयोग द्वारा त्वरित एक डायलिसिस प्रक्रिया है। इसके कार्यान्वयन के लिए उपकरण को इलेक्ट्रोडायलाइज़र कहा जाता है। सबसे सरल इलेक्ट्रोडायलाइज़र दो झिल्लियों द्वारा तीन कक्षों में विभाजित एक पोत है। शुद्ध किए जाने वाले कोलॉइडी विलयन को मध्य कक्ष में डाला जाता है। दिष्ट धारा स्रोत से इलेक्ट्रोड को पार्श्व कक्षों में रखा जाता है और विलायक (पानी) की आपूर्ति की जाती है और उसे हटा दिया जाता है। एक विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, मध्य कक्ष से कैथोड कक्ष में धनायनों को स्थानांतरित किया जाता है, और आयनों को - एनोड कक्ष में स्थानांतरित किया जाता है। मध्य कक्ष में घोल थोड़े समय (मिनट, घंटे) के भीतर घुले हुए लवणों को साफ किया जा सकता है।
अल्ट्राफिल्ट्रेशन- एक अर्ध-पारगम्य झिल्ली के माध्यम से एक कोलाइडल समाधान का निस्पंदन जो कम आणविक भार अशुद्धियों के साथ एक फैलाव माध्यम से गुजरता है और बिखरे हुए चरण या मैक्रोमोलेक्यूल्स के कणों को बरकरार रखता है। अल्ट्राफिल्ट्रेशन की प्रक्रिया में तेजी लाने के लिए, इसे झिल्ली के दोनों किनारों पर एक दबाव ड्रॉप के साथ किया जाता है: वैक्यूम (वैक्यूम) के तहत या बढ़े हुए दबाव में। फिल्टर के नीचे स्थित एक बर्तन से हवा को बाहर निकालकर वैक्यूम बनाया जाता है, फिल्टर के ऊपर स्थित एक बर्तन में हवा को मजबूर करके बढ़ा हुआ दबाव बनाया जाता है। झिल्ली को फटने से बचाने के लिए इसे एक सख्त झरझरा प्लेट पर रखा जाता है। अल्ट्राफिल्ट्रेशन आपको डायलिसिस की तुलना में कोलाइडल घोल से इलेक्ट्रोलाइट्स और अन्य अशुद्धियों (कम आणविक भार कार्बनिक यौगिकों) को जल्दी से अलग करने की अनुमति देता है। अल्ट्राफिल्ट्रेशन के दौरान, सॉल के शुद्धिकरण का एक उच्च स्तर हासिल किया जाता है, जो समय-समय पर पानी से पतला होता है। अंतिम चरण में, कोलाइडल .beta.-समाधान को फैलाव माध्यम के चूषण द्वारा केंद्रित किया जा सकता है। अल्ट्राफिल्ट्रेशन का उपयोग इलेक्ट्रोडायलिसिस (इलेक्ट्रोअल्ट्राफिल्ट्रेशन) के संयोजन में किया जा सकता है, जो कोलाइडल घोल से लवण को हटाने में बहुत तेजी लाता है।
चूंकि साधारण फिल्टर पेपर के छिद्र आसानी से कोलाइडल कणों से गुजरते हैं, विशेष फिल्टर (सिलोफेन, चर्मपत्र, एस्बेस्टस, सिरेमिक फिल्टर, आदि) अल्ट्राफिल्ट्रेशन में झिल्ली के रूप में उपयोग किए जाते हैं। एक निश्चित छिद्र आकार के साथ एक झिल्ली का उपयोग कोलाइडल कणों को आकार से भिन्न में अलग करना संभव बनाता है और लगभग इन आकारों को निर्धारित करता है। तो कुछ वायरस और बैक्टीरियोफेज के आकार पाए गए। यह सब बताता है कि अल्ट्राफिल्ट्रेशन न केवल कोलाइडल समाधानों को शुद्ध करने की एक विधि है, बल्कि इसका उपयोग फैलाव विश्लेषण और फैलाव प्रणालियों के प्रारंभिक पृथक्करण के उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है।