Hvernig á að búa til kolloid
Skilgreining á kolloid
Kolloid er ólík blanda þar sem eitt efni er dreift í öðru efni í formi mjög lítilla agna. Agnastærðin í kolloidum er venjulega á bilinu 1 til 1000 nanómetrar, þannig að ekki er hægt að sjá agnirnar með berum augum en þær má sjá með rafeindasmásjá. Kolloidar hafa einstaka eiginleika þar sem dreifðu agnirnar setjast ekki og haldast jafnt dreifðar um dreifimiðilinn. Þetta fyrirbæri stafar af Brown-hreyfingu, þar sem kolloidagnir halda áfram að hreyfast af handahófi vegna árekstra við sameindir dreifimiðilsins.
Tegundir kolloida
Hægt er að flokka kolloida eftir dreifingarfasa og dreifimiðli. Algengar gerðir kolloida eru:
1. Sol: Fastar agnir dreifðar í vökva. Dæmi: málning, blek.
2. Emulsion: Blanda tveggja vökva sem leysast ekki upp hvor í öðrum. Dæmi: mjólk, majónes.
3. Úðabrúsi: Fastar eða fljótandi agnir dreifðar í gasi. Dæmi: þoka, reykur.
4. Gel: Kolloidakerfi sem hefur netlaga/ristlaga uppbyggingu vegna samtengingar fastra agna í fljótandi miðli. Dæmi: hlaup, agar-agar.
5. Froða: Gas dreift í vökva eða föstu efni. Dæmi: sápuþurrkur, rakkrem.
Aðferð til að búa til kolloid
Hægt er að búa til kolloid með tveimur meginaðferðum, þ.e. dreifingaraðferðinni og þéttingaraðferðinni.
Dreifingaraðferð
Dreifingaraðferðin er ferli þar sem stórar agnir eru muldar niður í kolloidagnir. Hér eru nokkrar leiðir til að búa til kolloid með dreifingaraðferðinni:
1. Einsleitni
Jafnblöndun er vélrænt ferli þar sem stórar agnir eru muldar niður í smærri agnir með vélrænum kröftum eins og núningi eða miklum þrýstingi. Þetta ferli er mikið notað í matvælaiðnaði til að framleiða vörur eins og jafnblandaða mjólk eða sósur.
2. Peptisering
Peptisering er ferlið þar sem stórar agnir brjótast niður í kolloidal agnir með peptiseringarefni. Þetta peptiseringarefni hjálpar til við að brjóta niður stórar agnir í smærri agnir sem eru dreifðar í miðli. Til dæmis leir í vatni með hjálp ákveðinna raflausna.
3. Ómskoðun
Þessi tækni notar ómsbylgjur til að brjóta stórar agnir í kolloid agnir. Ómsbylgjur senda mikla orku til agnanna, sem veldur því að þær brotna niður í smærri agnir.
Þéttingaraðferð
Þéttingaraðferðin er ferli þar sem litlar agnir sameinast (þéttast) og mynda kolloid agnir. Þessi aðferð felur í sér nokkrar aðferðir, þar á meðal:
1. Efnafræðileg viðbrögð
Efnahvörf geta myndað kolloidagnir úr litlum sameindum. Dæmi um efnahvörf eru vatnsrof, oxun-afoxun og úrfelling. Til dæmis:
– Vatnsrof: Þegar FeCl3 er bætt út í vatn veldur það vatnsrof og myndar kolloidalt Fe(OH)3.
– Oxun: H2S gas oxast með SO2 gasi til að framleiða kolloidal brennistein.
– Afoxun: AgNO3 lausn er breytt í kolloidalt silfur með því að afoxa það með NaBH4.
2. Skipti á leysiefni
Þessi aðferð felur í sér að breyta leysiefninu þar sem leysta efnið fellur fínt út sem kolloid agnir. Breytingar á pólun eða hitastigi leysiefnisins geta hrundið af stað myndun kolloid agna.
3. Sol-Gel aðferðin
Sol-gel aðferðin er tækni sem felur í sér að fljótandi fasi myndar fast net eða gel. Þessi aðferð er oft notuð við framleiðslu á keramikefnum og kísilgels.
Dæmi um kolloidframleiðslu
Eftirfarandi eru skrefin í að búa til kolloid með aðferðunum hér að ofan.
Undirbúningur járn(III)hýdroxíðs (Fe(OH)3) sólar
1. Útbúið lausn af FeCl3 og eimuðu vatni í íláti.
2. Bætið FeCl3 lausninni hægt út í vatnið og hrærið stöðugt.
3. FeCl3 verður vatnsrofið til að framleiða Fe(OH)3 sem rauðbrúnar kolloid agnir:
\[
FeCl_3 + 3H_2O → Fe(OH)_3 + 3HCl
\]
4. Haltu áfram að hræra í blöndunni þar til hún er jöfn og myndar stöðugar kolloidal agnir.
Að búa til kolloidal brennistein
1. Útbúið tvær lausnir: eina natríumþíósúlfatlausn (Na₂S₂O₃) og eina saltsýrulausn (HCl) í mismunandi ílátum.
2. Blandið natríumþíósúlfat- og HCl-lausnunum saman í hvarftanki:
\[
Na_2S_2O_3 + 2HCl → 2NaCl + SO_2 + S + H_2O
\]
3. Þessi viðbrögð framleiða brennistein (S) sem kolloid í fljótandi miðli.
Framleiðsla á kolloidal silfri (Ag)
1. Útbúið lausn af AgNO3 og afoxunarefni eins og NaBH4.
2. Blandið AgNO3 og NaBH4 lausnunum saman í hvarfflöskunni og haldið áfram að hræra:
\[
AgNO_3 + NaBH_4 → Ag (kolloid) + NaNO_3 + H_2
\]
3. Þessi blanda mun mynda gulleit eða grátt kolloidalt silfur.
Að búa til mjólkursóda fleyti
1. Útbúið fljótandi mjólk og gosdrykk.
2. Blandið mjólkinni og sódanum saman í gleríláti eða flösku í þeim hlutföllum sem óskað er eftir.
3. Hristið blönduna kröftuglega þar til slétt blöndu myndast. Myndun froðu bendir til þess að blöndu sé til staðar.
Stöðugleikaþættir kolloidalna
Stöðugleiki kolloids er mjög háður víxlverkun milli kolloidagna og dreifimiðilsins, þar af eftirfarandi þáttum:
– Rafhleðsla
Kolloid agnir hafa almennt sömu rafhleðslu, sem veldur fráhrindingu milli agnanna. Þetta hjálpar til við að koma í veg fyrir að kolloid agnirnar kekki saman (storknun).
– Kolloidal verndari
Notkun kolloidal verndarefna, sem eru efni sem geta húðað kolloidal agnir til að stöðva þær og koma í veg fyrir að þær safnist saman. Dæmi eru gelatín, PVA og önnur verndarefni.
– Brownsk hreyfing
Handahófskennd hreyfing kolloidagna sem orsakast af árekstri milli sameinda í dreifimiðlinum. Þessi hreyfing hjálpar til við að halda kolloidögnunum jafnt dreifðum.
– Jónaupptaka
Kolloidal agnir geta tekið upp jónir úr dreifimiðlinum, sem eykur stöðugleika kolloidal efnisins með því að auka yfirborðshleðslu.
Kolloid notkun
Kolloidar eru mikið notaðir í ýmsum atvinnugreinum og daglegum notkunum, þar á meðal:
- Matur og drykkur
Kolloidar eru notaðir í ýmsar matvörur og drykkjarvörur eins og ís, sósur, ávaxtasafa og mjólkurvörur.
– Apótek
Lyfjablöndur eins og krem, smyrsl og sviflausnir eru kolloidal form sem hjálpa til við skilvirkari losun og frásog lyfja.
– Snyrtivörur
Snyrtivörur eins og húðmjólk, krem og sjampó eru kolloidal dreifingar sem veita þá áferð sem óskað er eftir.
– Málningar- og blekiðnaður
Kolloidar eru notaðir við framleiðslu á málningu og bleki til að fá góða litadreifingu og stöðugleika vörunnar.
– Vatnsmeðferð
Storknunar- og flokkunarferlið í vatnsmeðferð notar kolloidregluna til að fella út litlar agnir í vatni.
Með góðri skilningi á framleiðsluferlinu og eiginleikum kolloida getum við hámarkað notkun þeirra á ýmsum sviðum. Framleiðsla kolloida krefst nákvæmra aðferða og stjórnunar til að framleiða stöðugar, hágæða kolloidafurðir.
