Як зрабіць калоіды
Вызначэнне калоіда
Калоід — гэта гетэрагенная сумесь, у якой адно рэчыва дыспергавана ў іншым рэчыве ў выглядзе вельмі дробных часціц. Памер часціц у калоідах звычайна складае ад 1 да 1000 нанаметраў, таму часціцы нельга ўбачыць няўзброеным вокам, але можна ўбачыць з дапамогай электроннага мікраскопа. Калоіды маюць унікальную характарыстыку, бо дыспергаваныя часціцы не асядаюць і застаюцца раўнамерна размеркаванымі па ўсім дысперсійным асяроддзі. Гэтая з'ява выклікана броўнаўскім рухам, пры якім калоідныя часціцы працягваюць хаатычна рухацца з-за сутыкненняў з малекуламі дысперсійнага асяроддзя.
Тыпы калоідаў
Калоіды можна класіфікаваць па дысперсійнай фазе і дысперсійным асяроддзі. Некаторыя распаўсюджаныя тыпы калоідаў ўключаюць:
1. Золь: цвёрдыя часціцы, дыспергаваныя ў вадкасці. Прыклады: фарба, чарніла.
2. Эмульсія: сумесь дзвюх вадкасцей, якія не раствараюцца адна ў адной. Прыклады: малако, маянэз.
3. Аэразоль: цвёрдыя або вадкія часціцы, распыленыя ў газе. Прыклады: туман, дым.
4. Гель: калоідная сістэма, якая мае сеткападобную/рашоткападобную структуру з-за ўзаемасувязі цвёрдых часціц у вадкім асяроддзі. Прыклады: жэле, агар-агар.
5. Пена: Газ, дыспергаваны ў вадкасці або цвёрдым целе. Прыклады: мыльная пена, крэм для галення.
Метад вырабу калоідаў
Калоіды можна атрымаць двума асноўнымі метадамі, а менавіта метадам дысперсійнага растварэння і метадам кандэнсацыі.
Метад дысперсіі
Метад дысперсійнага размнажэння — гэта працэс, пры якім буйныя часціцы здрабняюцца ў калоідныя часціцы. Вось некалькі спосабаў стварэння калоідаў з дапамогай метаду дысперсійнага размнажэння:
1. Гамагенізацыя
Гамагенізацыя — гэта механічны працэс, пры якім буйныя часціцы здрабняюцца на меншыя з дапамогай механічных сіл, такіх як трэнне або высокі ціск. Гэты працэс шырока выкарыстоўваецца ў харчовай прамысловасці для вытворчасці такіх прадуктаў, як гамагенізаванае малако або соусы.
2. Пептызацыя
Пептызацыя — гэта працэс расшчаплення буйных часціц на калоідныя часціцы з дапамогай пептызуючага агента. Гэты пептызуючы агент дапамагае расшчапіць буйныя часціцы на меншыя, якія дыспергуюцца ў асяроддзі. Напрыклад, гліна ў вадзе з дапамогай пэўных электралітаў.
3. Ультрагукавая апрацоўка
Гэты метад выкарыстоўвае ультрагукавыя хвалі для разбурэння буйных часціц на калоідныя часціцы. Ультрагукавыя хвалі перадаюць высокую энергію часціцам, прымушаючы іх разбурацца на больш дробныя часціцы.
Метад кандэнсацыі
Метад кандэнсацыі — гэта працэс, пры якім дробныя часціцы аб'ядноўваюцца (кандэнсуюцца) з утварэннем калоідных часціц. Гэты метад уключае ў сябе некалькі прыёмаў, у тым ліку:
1. Хімічныя рэакцыі
Для ўтварэння калоідных часціц з малых малекул можна выкарыстоўваць хімічныя рэакцыі. Некаторыя прыклады хімічных рэакцый, якія выкарыстоўваюцца, - гэта гідроліз, акісляльна-аднаўленчае і асаджэнне. Напрыклад:
– Гідроліз: пры даданні FeCl3 да вады адбываецца гідроліз з утварэннем калоіднага Fe(OH)3.
– Акісленне: газ H2S акісляецца газам SO2 з утварэннем калоіднай серы.
– Аднаўленне: раствор AgNO3 пераўтвараецца ў калоіднае срэбра шляхам аднаўлення яго з дапамогай NaBH4.
2. Замена растваральніка
Гэты метад прадугледжвае змену растваральніка, у якім растворанае рэчыва выпадае ў асадак у выглядзе калоідных часціц. Змены палярнасці растваральніка або тэмпературы могуць справакаваць утварэнне калоідных часціц.
3. Золь-гель метад
Золь-гель метад — гэта тэхніка, пры якой золь (вадкая фаза) затым утварае цвёрдую сетку або гель. Гэты працэс часта выкарыстоўваецца ў вытворчасці керамічных матэрыялаў і сілікагеля.
Прыклады вырабу калоідаў
Ніжэй прыведзены этапы падрыхтоўкі калоідаў з выкарыстаннем вышэйапісаных метадаў.
Атрыманне золя гідраксіду жалеза(III) (Fe(OH)3)
1. Прыгатуйце раствор FeCl3 і дыстыляванай вады ў пасудзіне.
2. Павольна дадайце раствор FeCl3 у ваду, пастаянна памешваючы.
3. FeCl3 падвяргаецца гідролізу з утварэннем Fe(OH)3 у выглядзе чырванавата-карычневых калоідных часціц:
\[
FeCl_3 + 3H_2O → Fe(OH)_3 + 3HCl
\]
4. Працягвайце памешваць сумесь, пакуль яна не стане аднароднай і не ўтворыць стабільныя калоідныя часціцы.
Атрыманне калоіднай серы
1. Прыгатуйце два растворы: адзін раствор тыясульфату натрыю (Na2S2O3) і адзін раствор салянай кіслаты (HCl) у розных пасудзінах.
2. Змяшайце растворы тыясульфату натрыю і HCl у рэакцыйным пасудзіне:
\[
Na_2S_2O_3 + 2HCl → 2NaCl + SO_2 + S + H_2O
\]
3. У выніку гэтай рэакцыі сера (S) утвараецца ў выглядзе калоіда ў вадкім асяроддзі.
Выраб калоіднага срэбра (Ag)
1. Прыгатуйце раствор AgNO3 і аднаўляльніка, напрыклад, NaBH4.
2. Змяшайце растворы AgNO3 і NaBH4 у рэакцыйнай колбе, працягваючы памешваць:
\[
AgNO_3 + NaBH_4 → Ag (калоід) + NaNO_3 + H_2
\]
3. Гэтая сумесь утворыць жаўтлявае або шэрае калоіднае срэбра.
Прыгатаванне малочна-газіраванай эмульсіі
1. Прыгатуйце вадкае малако і газіроўку (газаваны напой).
2. Змяшайце малако і соду ў шкляным пасудзіне або бутэльцы ў патрэбнай прапорцыі.
3. Энергічна страсяніце сумесь да ўтварэння аднароднай эмульсіі. Утварэнне пены сведчыць аб наяўнасці эмульсіі.
Фактары калоіднай стабільнасці
На стабільнасць калоідаў у значнай ступені ўплывае ўзаемадзеянне паміж часціцамі калоідаў і дысперсійным асяроддзем, а таксама наступныя фактары:
– Электрычны зарад
Калоідныя часціцы звычайна маюць аднолькавы электрычны зарад, што прыводзіць да адштурхвання паміж часціцамі. Гэта дапамагае прадухіліць зліпанне калоідных часціц (каагуляцыю).
– Калоідны пратэктар
Выкарыстанне калоідных ахоўных рэчываў, якія могуць пакрываць калоідныя часціцы, стабілізуючы іх і прадухіляючы іх агрэгацыю. Прыкладамі з'яўляюцца жэлацін, ПВА і іншыя ахоўныя рэчывы.
– Броўнаўскі рух
Выпадковы рух калоідных часціц, выкліканы сутыкненнямі паміж малекуламі дысперсійнага асяроддзя. Гэты рух дапамагае падтрымліваць раўнамернае размеркаванне калоідных часціц.
– Адсорбцыя іонаў
Калоідныя часціцы могуць паглынаць іоны з дысперсійнага асяроддзя, павялічваючы калоідную стабільнасць за кошт павелічэння павярхоўнага зарада.
Прымяненне калоідаў
Калоіды шырока выкарыстоўваюцца ў розных галінах прамысловасці і паўсядзённых ужываннях, у тым ліку:
- Ежа і напоі
Калоіды выкарыстоўваюцца ў розных харчовых прадуктах і напоях, такіх як марозіва, соусы, фруктовыя сокі і малочныя прадукты.
– Аптэка
Лекавыя прэпараты, такія як крэмы, мазі і суспензіі, з'яўляюцца калоіднымі формамі, якія спрыяюць больш эфектыўнаму вызваленню і ўсмоктванню лекаў.
– Касметыка
Касметычныя прадукты, такія як ласьёны, крэмы і шампуні, уяўляюць сабой калоідныя дысперсіі, якія забяспечваюць патрэбную тэкстуру.
– Фарбафарбавая прамысловасць
Калоіды выкарыстоўваюцца ў вытворчасці фарбаў і чарнілаў для атрымання добрай дысперсіі колеру і стабільнасці прадукту.
– Ачыстка вады
Працэс каагуляцыі і флокуляцыі пры ачыстцы вады выкарыстоўвае калоідны прынцып для асаджэння дробных часціц у вадзе.
Добра разумеючы вытворча-працэсныя працэсы і характарыстыкі калоідаў, мы можам аптымізаваць іх выкарыстанне ў розных галінах. Вытворчасць калоідаў патрабуе дакладных метадаў і кантролю для атрымання стабільных, высакаякасных калоідных прадуктаў.
