Näidisküsimused kolloidide omaduste arutamise kohta
Kolloid on segu tüüp, milles üks aine on teises aines ühtlaselt dispergeeritud. Sellel dispergeeritud süsteemil on osakesed, mis on suuremad kui lihtsad molekulid, kuid väiksemad kui jämedatel suspensioonidel. Kolloididel on spetsiifilised omadused, mis eristavad neid tõelistest lahustest ja suspensioonidest. Selles artiklis käsitleme mitmeid näidisprobleeme, mis illustreerivad kolloidide omadusi, ja pakume üksikasjalikke arutelusid edasise mõistmise hõlbustamiseks.
Kolloidide omadused
Enne näidisküsimuste ja arutelude juurde asumist tutvume kõigepealt kolloidide mõnede silmapaistvate omadustega:
1. Tyndalli efekt:
– See omadus viitab kolloidide võimele kiirata valgust, kui valgus läbib kolloidsüsteemi. Selle põhjuseks on valguse hajumiseks piisavalt suurte kolloidosakeste hajumine.
2. Browni liikumine:
– See nähtus tekib kolloidosakeste juhusliku liikumise tõttu dispersioonikeskkonnas, mis tuleneb kokkupõrgetest keskkonna molekulidega.
3. Koagulatsiooni (klombistumise) teke:
– Kolloidid võivad teatud ioonidega kokkupuutel või füüsikaliste tingimuste muutuste, näiteks kuumutamise korral koaguleeruda või klompi moodustuda.
4. Adsorptsioon:
– Kolloidsed osakesed suudavad ümbritsevast keskkonnast molekule või ioone oma pinnale ligi tõmmata ja hoida.
5. Kolloidsete osakeste elektrilaeng:
– Kolloidsed osakesed on sageli elektriliselt laetud teatud ioonide adsorptsiooni tõttu ümbritsevast keskkonnast.
6. Dialüüs:
– Ioonide või väikeste molekulide eraldamine lahusest poolläbilaskva membraani abil. Kuna kolloidsed osakesed on tavalistest molekulidest suuremad, ei saa nad membraanist läbi tungida.
Näidisküsimused ja kolloidsete omaduste arutelu
Näidisküsimus 1: Tyndalli efekt
Küsimus: Aine A lahus ja aine B kolloid asetatakse kahte erinevasse katseklaasi. Kui valgus läbib mõlemat katseklaasi, kiirgab valgust ainult lahus B. Selgitage, miks see juhtub.
Arutelu:
See on Tyndalli efekti klassikaline näide. Kui laseme valguse läbi lahuse, hajutavad kolloidlahuse osakesed valgust, põhjustades palja silmaga nähtava hajumisefekti.
Kolloidsed osakesed on piisavalt suured, et valgust hajutada, samas kui tegelikus lahuses on osakesed palju väiksemad ja ei suuda seda teha. Seega kiirgab kolloidset ainet B sisaldav katseklaas valgust, samas kui aine A lahust sisaldav katseklaas seda efekti ei näita.
Näidisküsimus 2: Browni liikumine
Küsimus: Miks kolloidosakesed mikroskoobi all vaadates juhuslikult liiguvad?
Arutelu:
Kolloidosakeste juhuslikku liikumist mikroskoobi all nimetatakse Browni liikumiseks. Selle põhjustavad kolloidosakeste ja ümbritseva keskkonna molekulide pidevad kokkupõrked, mis on termilises liikumises. See interaktsioon põhjustab kolloidosakeste juhuslikku ehk siksakilist liikumist, mida saab mikroskoobi all jälgida Browni liikumisena.
Näidisküsimus 3: Kolloidne koagulatsioon
Küsimus: Nimetage kaks meetodit, mida saab kasutada kolloidi koaguleerimiseks.
Arutelu:
Kolloide saab koaguleerida või koaguleerida mitmel viisil järgmiselt:
1. Elektrolüütide lisamine: Teatud elektrolüütide ioonide lisamine võib neutraliseerida kolloidosakeste pinnal oleva elektrilaengu, põhjustades osakeste ühinemist ja kokkukleepumist.
2. Kuumutamine: temperatuuri tõstmine võib suurendada kolloidosakeste kineetilist energiat, põhjustades osakeste sagedasemaid ja raskemaid kokkupõrkeid, mis võib lõppkokkuvõttes viia koagulatsioonini.
Näidisküsimus 4: Kolloidne adsorptsioon
Küsimus: Miks saab keemilises puhastusprotsessis kasutada kolloidosakesi?
Arutelu:
Kolloidosakestel on tugevad adsorptsiooniomadused, mis tähendab, et nad tõmbavad ligi ja hoiavad oma pinnal ioone või molekule. Keemilistes puhastusprotsessides saab kolloidide seda adsorptsiooniomadust kasutada lisandite või soovimatute ioonide adsorbeerimiseks lahustest, eraldades seeläbi soovitud materjali saasteainetest. Näiteks veepuhastusprotsessides kasutatakse sageli kolloidset raud(III)hüdroksiidi, mis suudab adsorbeerida veest mitmesuguseid lisandeid.
Näidisküsimus 5: Kolloidne elektrilaeng
Küsimus: Miks on kolloidsüsteemis kolloidsed osakesed sageli elektriliselt laetud?
Arutelu:
Kolloidosakesed on sageli elektriliselt laetud ioonide adsorptsiooni tõttu dispersioonikeskkonnast. Kolloidosakesed võivad keskkonnast ligi tõmmata teatud ioone ja tekitada oma pinnale elektrilaengu. Näiteks vesikeskkonnas adsorbeerivad kolloidosakesed mõnikord H+ või OH- ioone, mis annavad neile positiivse või negatiivse laengu. See elektrilaeng on oluline kolloidse stabiilsuse jaoks, kuna sarnased laengud kolloidosakestel põhjustavad tõukejõude, mis takistavad kolloidosakeste agregatsiooni ja klombimist.
Näidisküsimus 6: Dialüüs
Küsimus: Kuidas dialüüs kolloidpuhastusprotsessis toimib?
Arutelu:
Dialüüs on meetod ioonide või väikeste molekulide eraldamiseks kolloidlahusest poolläbilaskva membraani abil. Poolläbilaskev membraan laseb läbi ainult väikesed molekulid ja teatud ioonid, samas kui suured osakesed, näiteks kolloidsed osakesed, ei pääse läbi. Dialüüsiprotsessis asetatakse kolloidne lahus dialüüsikotti ja kastetakse vette või muusse lahustisse. Selle protsessi käigus difundeeruvad ioonid või väikesed molekulid läbi membraani, samal ajal kui kolloidsed osakesed jäävad kotti. Sel viisil saab kolloidseid osakesi puhastada saastavatest ioonidest või molekulidest.
Järeldus
Kolloidid on segu tüüp, millel on ainulaadsed omadused, mida ei leidu tõelistes lahustes ega jämedates suspensioonides. Nende omaduste mõistmine on ülioluline erinevates teaduslikes ja tööstuslikes rakendustes. Ülaltoodud näidete ja arutelude abil oleme uurinud kolloidide mitmeid olulisi omadusi, nagu Tyndalli efekt, Browni liikumine, koagulatsioon, adsorptsioon, kolloidsete osakeste elektriline laeng ja dialüüs. Nende omaduste põhjalik mõistmine aitab oluliselt kaasa kolloidide kontseptsiooni rakendamisele igapäevaelus ja erinevates teadusvaldkondades.
