koloidni disperzni sistemi

1

KOLOIDNI KOLOIDNI DISPERZNI DISPERZNI

SISTEMISISTEMI

1861. god. Tomas Graham1861. god. Tomas Graham

Kristaloidi i koloidiKristaloidi i koloidi(1805(1805--1869)1869)

1908. god. Ostwald,1908. god. Ostwald,(1909 (1909 –– Nobelova nagrada za hemiju)Nobelova nagrada za hemiju)

koloidna svojstva ne zavisekoloidna svojstva ne zaviseod kristalnosti ili amorfnosti,od kristalnosti ili amorfnosti,

vevećć od od veliveli ččineine ččestice rastvorkaestice rastvorka (18(185353--11932932))

KOLOIDNI DISPERZNI SISTEMIKOLOIDNI DISPERZNI SISTEMI

2

KOLOIDNI DISPERZNI SISTEMIKOLOIDNI DISPERZNI SISTEMI

�� ZajedniZajedniččka osobina koloida je da grade ka osobina koloida je da grade ČČESTICE ODREðENE VELIESTICE ODREðENE VELIČČINEINE

�� Meñusobno se razlikuju po Meñusobno se razlikuju po

-- strukturistrukturi

-- hemijskoj prirodihemijskoj prirodi

-- sposobnosti da obrazujusposobnosti da obrazujuččestice sloestice složženijih oblikaenijih oblika

DISPERZNI SISTEMIDISPERZNI SISTEMI�� Sistem u kome su Sistem u kome su ččestice jedneestice jedne fazefaze

dispergovane udispergovane u drugoj fazidrugoj faziDisperzna fazaDisperzna faza -- disperzno sredstvodisperzno sredstvo

�� Disperzni sistem (disperzija) je Disperzni sistem (disperzija) je heterogen.heterogen.

PODELA DISPERZNIH SISTEMA PODELA DISPERZNIH SISTEMA premaprema

1.1. veliveliččini dispergovanih ini dispergovanih ččesticaestica2.2. obliku dispergovanih obliku dispergovanih ččesticaestica3.3. agregatnom stanjuagregatnom stanju4.4. solvatacijisolvataciji5.5. unutraunutraššnjoj grañi koloidnih njoj grañi koloidnih ččesticaestica

3

Podela disperznih sistema prema Podela disperznih sistema prema veliveliččini dispergovanih ini dispergovanih ččesticaestica

�� Podela prema prePodela prema preččniku niku ččestica:estica:�� visoko disperzni sistemi (pravi rastvori, visoko disperzni sistemi (pravi rastvori, << 1 nm1 nm))�� koloidni disperzni sistemi (1 koloidni disperzni sistemi (1 –– 100 nm)100 nm)�� grubo disperzni sistemi (suspenzije i emulzije grubo disperzni sistemi (suspenzije i emulzije >>100nm100nm))

�� Podela prema broju atomaPodela prema broju atoma�� visoko disperzni sistemi (visoko disperzni sistemi (<< 101033 atomaatoma))�� koloidni disperzni sistemi (koloidni disperzni sistemi (101033 << 10109 9 atomaatoma))�� grubo disperzni sistemi (grubo disperzni sistemi (> > 10109 9 atoma)atoma)

Podela disperznih sistema prema Podela disperznih sistema prema obliku dispergovanih obliku dispergovanih ččesticaestica

�� Korpuskularno disperzni sistemiKorpuskularno disperzni sistemiččestice pribliestice približžno sfernog oblikano sfernog oblika

�� Laminarno disperzni sistemiLaminarno disperzni sistemiččestice u obliku lamela i tankih listiestice u obliku lamela i tankih listiććaa

�� Fibrilarno disperzni sistemiFibrilarno disperzni sistemiččestice u obliku estice u obliku šštapitapićća i vlakanaa i vlakana

4

Podela disperznih sistema prema Podela disperznih sistema prema agregatnom stanju disperzne faze i agregatnom stanju disperzne faze i

disperznog sredstvadisperznog sredstva

ČČvrste penevrste pene


ČČvrste suspenzijevrste suspenzije

PenePene

Emulzije Emulzije SuspenzijeSuspenzije

KiKišša, maglaa, magla

PraPraššina, dimina, dim



ČČvrste solivrste soli

PenePene

Emulzoidi (koloidne soli)Emulzoidi (koloidne soli)

Suspenzoidi (koloidne soli) Suspenzoidi (koloidne soli)

AerosolAerosol

AerosolAerosol

GG

TT

ČČ

GG

TT

ČČ

TT

ČČ

ČČ

ČČ

ČČ

TT

TT

TT

GG

GG

Grubo disperzni Grubo disperzni sistemsistem

Koloidni disperzni sistemKoloidni disperzni sistemDisperzna Disperzna fazafaza

Disperzno Disperzno sredstvosredstvo

Podela koloida prema solvataciji Podela koloida prema solvataciji ==

prema afinitetu dispirgovanih prema afinitetu dispirgovanih ččestica estica prema disperznom sredstvuprema disperznom sredstvu

�� LiofobniLiofobni (mali afinitet, (mali afinitet, ččestice nisu solvatisane, estice nisu solvatisane, nestabilni, lako se grupinestabilni, lako se grupiššu i talou i taložže, nastaju e, nastaju

dispergovanjem u sredstvu u kome se ne rastvaraju)dispergovanjem u sredstvu u kome se ne rastvaraju)

�� LiofilniLiofilni (jak afinitet, (jak afinitet, ččestice su solvatisane, stabilni, estice su solvatisane, stabilni, nema grupisanja i talonema grupisanja i taložženja, nastaju spontanim enja, nastaju spontanim rastvaranjem)rastvaranjem)

•• Hidrofobni i hidrofilni (voda)Hidrofobni i hidrofilni (voda)

•• Organofobni i organofilni (organski rastvaraOrganofobni i organofilni (organski rastvaračč))

•• Lopofobni i lipofilni (masti i ulja)Lopofobni i lipofilni (masti i ulja)

5

Podela koloida prema unutraPodela koloida prema unutraššnjoj grañi njoj grañi koloidnih koloidnih ččesticaestica

�� Disperzoidi Disperzoidi Agregati malih molekula kristalne strukture meñusobno povezani Van der Waals-ovim silama

�� Micelarni koloidiMicelarni koloidi�� Makromolekulski koloidi Makromolekulski koloidi

Sastoje se od makromolekula sa 103 – 109 atoma, osnovna stuktura – monomeri koji kovalentnim vezama grade polimere. Broj monomera – stepen polimerizacije (više od 500)

Prirodnog poreklaPrirodnog porekla –– celuloza, skrob, enzimi, hormoni, antitela. celuloza, skrob, enzimi, hormoni, antitela. SintetiSintetiččkog porekla kog porekla –– polivinili, polietri, poliamidi, poliuretani, polivinili, polietri, poliamidi, poliuretani, gume, boje, lakovi, silikonigume, boje, lakovi, silikoni

�� Makromolekulski asocijatiMakromolekulski asocijatiNastaju povezivanjem viNastaju povezivanjem višše molekula preko boe molekula preko boččnih aktivnih grupa nih aktivnih grupa ––intramolekulsko povezivanje intramolekulsko povezivanje -- Van der WaalsVan der Waals--ovim i vodoniovim i vodoniččnim, nim, jonskim i kovalentnim vezama.jonskim i kovalentnim vezama.

Bubrenje, umreBubrenje, umrežžavanje avanje –– gelgel

Micelarni koloidiMicelarni koloidi

�� ČČvrste i tevrste i te ččne organskene organske supstancesupstance�� Agregati malih molekula Agregati malih molekula –– micelemicele�� PojedinaPojedinaččni molekuli u miceli vezani ni molekuli u miceli vezani Van der WaalsVan der Waals --

ovim silamaovim silama�� Naelektrisani Naelektrisani i i liofilniliofilni�� Nastaju pri Nastaju pri velikim koncentracijamavelikim koncentracijama molekulamolekula�� Dvofilna gra ñaDvofilna gra ña: jedan kraj molekula sadr: jedan kraj molekula sadržži polarnu i polarnu

grupu (+ ili grupu (+ ili --), a drugi nepolarne.), a drugi nepolarne.�� PovrPovr ššinski aktivne materijeinski aktivne materije –– PAM (sapuni, detrdPAM (sapuni, detrdžženti)enti)

7

DOBIJANJE KOLOIDNIH DISPERZIJADOBIJANJE KOLOIDNIH DISPERZIJA

�� METODE DISPERGOVANJAMETODE DISPERGOVANJA

–– intenzivno sitnjenje grubo disperznih sistemaintenzivno sitnjenje grubo disperznih sistema–– nespontan procesnespontan proces–– nastaju liofobni koloidinastaju liofobni koloidi

**1.1. MehaniMehani ččko dispergovanjeko dispergovanje (mehani(mehaniččki i koloidni ki i koloidni

mlinovi)mlinovi)2.2. Dispergovanje ultrazvuDispergovanje ultrazvu ččnim talasimanim talasima ((νν >> 20 000 Hz, 20 000 Hz,

ulja, boje, tablete, proteini, zidovi ulja, boje, tablete, proteini, zidovi ććelija, tkiva, pene, elija, tkiva, pene, aerosoli ...aerosoli ...))

3.3. Dispergovanje elektriDispergovanje elektri ččnom strujom nom strujom (jednosmerna ili (jednosmerna ili naizmeninaizmeniččna, metali za industriju: Zn, Pb, Cu)na, metali za industriju: Zn, Pb, Cu)

DOBIJANJE KOLOIDNIH DISPERZIJADOBIJANJE KOLOIDNIH DISPERZIJA

�� METODE AGREGACIJE METODE AGREGACIJE –– KONDENZACIJEKONDENZACIJE

–– agregacija atoma ili malih molekula iz pravih rastvoraagregacija atoma ili malih molekula iz pravih rastvora

–– spontan processpontan proces

–– nastaju liofobni koloidinastaju liofobni koloidi

**

1.1. Agregacija hemijskim reakcijamaAgregacija hemijskim reakcijama(redukcija, oksidacija, hidroliza, kristalizacija)(redukcija, oksidacija, hidroliza, kristalizacija)

2.2. Agregacija smanjenjem rastvorljivosti Agregacija smanjenjem rastvorljivosti (dodatkom nerastvara(dodatkom nerastvaračča ili promenom temperature)a ili promenom temperature)

8

PREPREČČIIŠŠĆĆAVANJE I IZDVAJANJE KOLOIDAAVANJE I IZDVAJANJE KOLOIDA

•• sporedni proizvodi mali molekuli i jonisporedni proizvodi mali molekuli i joni

•• pratepratećće supstance razlie supstance različčitog hemijskog sastava i itog hemijskog sastava i molekulskih masamolekulskih masa

�� DIJALIZA DIJALIZA –– ELEKTRODIJALIZAELEKTRODIJALIZA

�� GEL FILTRACIJA*GEL FILTRACIJA*

�� ULTRAFILTRACIJA*ULTRAFILTRACIJA*

DIJALIZA

�� SemipermeabilnaSemipermeabilna membranamembrana

�� Mali molekMali molekuliuli atomi i joni atomi i joni →→ DADA�� Koloidi Koloidi →→ NENE

�� Difuzija do izjednaDifuzija do izjednaččavanja avanja koncentracijakoncentracija

�� Obnavljanje Obnavljanje ččistog rastvaraistog rastvaraččaa

�� Kontinualno proticanje Kontinualno proticanje rastvararastvaraččaa

9

ELEKTRODIJALIZAELEKTRODIJALIZA

�� Ubrzava Ubrzava proces proces dijalizedijalize

�� Tri komoreTri komore

KINETIKINETIČČKE POJAVE KOD KOLOIDAKE POJAVE KOD KOLOIDA

AA Nastaju usled toplotnog kretanja Nastaju usled toplotnog kretanja molekulamolekula

�� BrownBrown--ovo kretanjeovo kretanje

�� DifuzijaDifuzija

�� SedimentacijaSedimentacija

�� Osmotski pritisakOsmotski pritisak

10

KINETIKINETIČČKE POJAVE KOD KOLOIDAKE POJAVE KOD KOLOIDA

BB Zasnovane na spoljaZasnovane na spolja ššnjim njim uticajimauticajima

�� Koagulacija Koagulacija -- talotaložženjeenje

�� ElektrokinetiElektrokinetiččke pojaveke pojave

�� Viskozni otporViskozni otpor�� ReoloReološške osobineke osobine

BrownBrown--ovo kretanjeovo kretanje

1828 1828 –– ČČestice polena estice polena suspendovane u vodi suspendovane u vodi se neprestano krese neprestano krećću.u.

Kretanje je haotiKretanje je haotiččno.no.

Meñumolekulski sudariMeñumolekulski sudari..

Brzina je veBrzina je većća a ššto suto su�� ččestice manje (manje r i estice manje (manje r i ρρ))�� temperatura vetemperatura veććaa�� viskoznost manjaviskoznost manja

17731773--18581858

Robert BrownRobert Brown

11

BrownBrown--ovo kretanje koloidaovo kretanje koloida

�� Kretanje koloida je mnogo Kretanje koloida je mnogo sporijesporije�� Sa koloidnom Sa koloidnom ččesticom se esticom se istovremeno sudariistovremeno sudari vivišše e

molekula rastvaramolekula rastvaraččaa

�� Kretanje je usmereno u Kretanje je usmereno u pravcu rezultantepravcu rezultante tih sudaratih sudara� Einstain-ova opšta jedna čina Brown-ovog kretanja

rNRT

tx

ηηηηππππ3

2

==== −−−−

tx

brzina

Perrin je izračunao Avogadrov broj N

DDIFUZIJAIFUZIJA

�� Koloidne Koloidne ččestice estice ne podlene podle žžu talou talo žženju pod enju pod dejstvom gravitacijedejstvom gravitacije

�� HomogenoHomogeno su rasporeñene u rastvoru su rasporeñene u rastvoru

�� Gradijent koncentracije Gradijent koncentracije →→ migracija migracija ččestica estica →→translatorna difuzijatranslatorna difuzija

�� Difuzija koloidnih Difuzija koloidnih ččestica je estica je spor spor procesproces

�� FickFick --ov zakonov zakon

dldc

Dsdtdm = −D Konstanta difuzije = brzina difuzije

pri jediničnim vrednostima s i dc/dl

12

SEDIMENTACIJASEDIMENTACIJA

TaloTalo žženje enje ččestica prema veliestica prema veli ččini ili ini ili gustini u pravcu gravitacijegustini u pravcu gravitacije

��Sedimentacija Sedimentacija gravitacijomgravitacijom -- NENE��Sedimentacija Sedimentacija centrifugalnom silomcentrifugalnom silom

Sedimentacija centrifugalnom silomSedimentacija centrifugalnom silom�� Teorija centrifuge (Svedberg 1923. g.)Teorija centrifuge (Svedberg 1923. g.)

�� JJednaednaččinin aa brzinebrzine talotalo žženjaenja makromolekulamakromolekula u u centrifugicentrifugi

�� JJednaedna odod najtanajta ččnijihnijih metodametoda zaza merenjemerenjemolekulskihmolekulskih masamasa makromolekulamakromolekula –– Metoda Metoda sedimentacione brzinesedimentacione brzine

13

Teorija centrifugeTeorija centrifuge

Centrifugalno ubrzanje je Centrifugalno ubrzanje je vivi šše stotina hiljadae stotina hiljadaputa veputa većće od gravitacijee od gravitacije

Centrifugalna sila Centrifugalna sila -- Sila potiska Sila potiska -- Sila trenja = 0Sila trenja = 0

JJednaednaččininaa brzinebrzine talotaložženjaenja mmakromolekulaakromolekula

rM 2ωωωωρρρρωωωω rVM 2

υυυυπηπηπηπηr6Centrifugalna sila Centrifugalna sila -- Sila potiska Sila potiska -- Sila trenja = 0Sila trenja = 0

dtdr====υυυυ

r6)V1(rM 2

πηπηπηπηρρρρ−−−−ωωωω====υυυυ

Metoda sedimentacione brzineMetoda sedimentacione brzine

VV--parcijalna specifiparcijalna specifiččnanazapremina molekula, tj.zapremina molekula, tj.ona zapremina rastvaraona zapremina rastvaraččaaistisnuta od strane rastvorkaistisnuta od strane rastvorka.

Centrifugalna silaCentrifugalna sila

Sila potiskaSila potiska

Sila trenjaSila trenja

Centrifugalna sila = Sila potiska + Sila trenjaCentrifugalna sila = Sila potiska + Sila trenja

14

OSMOTSKI PRITISAKOSMOTSKI PRITISAK

nRTV ====ΠΠΠΠ

Mm

n ====MRT

Vm====ΠΠΠΠ

mcVm ====

MRT

cm====ΠΠΠΠ

.' constVHofftVan ====ΠΠΠΠ

VaVažži za sferne i za sferne ččestice i razblaestice i razbla žžene rastvoreene rastvore

OSMOTSKI PRITISAKOSMOTSKI PRITISAK

MRT

cm====ΠΠΠΠ →→→→MRT

cm

====ΠΠΠΠ Redukovani osmotski pritisak

Razblaženi rastvori - .konstcm

====ΠΠΠΠ pri T= konst.

*Sa porastom koncentracije П zavisi od koncentracije

...++++++++====ΠΠΠΠm

m

BcMRT

c

B - drugi virijalni koeficijent - odstupanje od idealnog ponaodstupanje od idealnog ponaššanjaanja

15

OPTIOPTIČČKE POJAVE KOD KOLOIDAKE POJAVE KOD KOLOIDA

Zavise od veliZavise od veliččine, oblika i strukture ine, oblika i strukture ččestice.estice.

�� RefrakcijaRefrakcija�� OptiOptiččka aktivnostka aktivnost�� ApsorpcijaApsorpcija�� Rasipanje svetlostiRasipanje svetlosti�� Dvojno prelamanjeDvojno prelamanje�� FluorescencijaFluorescencija

Rasipanje (rasejanje) svetlostiRasipanje (rasejanje) svetlosti

�� Nastaje interakcijom svetlosnog zraka Nastaje interakcijom svetlosnog zraka (VIS) sa (VIS) sa ččesticama koloidne disperzije.esticama koloidne disperzije.

�� Odbijanje, prelamanje i difrakcija zraka.Odbijanje, prelamanje i difrakcija zraka.

�� Ali i mutnoAli i mutnoćća, opalescencija i a, opalescencija i interferencija rasute svetlosti.interferencija rasute svetlosti.

�� Podaci o veliPodaci o veliččini, obliku i strukturi.ini, obliku i strukturi.

16

�� 1845. Tyndall1845. Tyndall-- sve materije rasejavaju sve materije rasejavaju svetlost u nekoj meri, pa svetlost u nekoj meri, pa ččak i ak i ččiste iste teteččnosti i gasovinosti i gasovi

�� 1857. Faraday1857. Faraday –– svetlosni zrak je vidljiv svetlosni zrak je vidljiv iz pravca koji je normalan na pravac iz pravca koji je normalan na pravac njegovog prostiranja.njegovog prostiranja.

�� 1869. Tyndall1869. Tyndall –– Tyndallov efekatTyndallov efekat

�� 1871. Rayleigh (Rejli)1871. Rayleigh (Rejli) -- razvio teoriju razvio teoriju skretanja svetlosti od strane malih skretanja svetlosti od strane malih ččestica.estica.

Tyndallov efekatTyndallov efekatOptička posuda sa vodom i nekoliko kapi mleka (koloidni rastvor)

PropuPropušštena svetlost crvena i nepolarizovana,tena svetlost crvena i nepolarizovana,

Rasuta svetlost plava i polarizovanaRasuta svetlost plava i polarizovana

17

Nastanak rasute svetlosti u nehomogenim sredinamaNastanak rasute svetlosti u nehomogenim sredinama-- difrakcija na centrima rasejanjadifrakcija na centrima rasejanja

TTeorijeorij aa rasipanjarasipanja svetlostisvetlosti((RayleighRayleigh--jevjev zzakonakon))

••U sudaru sa molekulom,U sudaru sa molekulom, svetlost indukuje svetlost indukuje dipolni momenat.dipolni momenat.

••Dipol osciluje istom frekvencijomDipol osciluje istom frekvencijom kao i upadna kao i upadna svetlost, alisvetlost, ali normalnonormalno na pravac prostiranja na pravac prostiranja upadne svetlosti.upadne svetlosti.

••Dipol postaje sekundarni izvor i reemitujeDipol postaje sekundarni izvor i reemitujelinearno polarizovanu svetlostlinearno polarizovanu svetlost u svim pravcimau svim pravcima..

18

TTeorijeorij aa skretanja svetlostiskretanja svetlosti((RayleighRayleigh))

4−−−−==== λλλλkI rIntenzitet rasute svetlosti:Intenzitet rasute svetlosti:

Potvrda TyndallPotvrda Tyndall--ovog efekta (viovog efekta (višše se rasipaju manje e se rasipaju manje λλ))

Konstanta Konstanta kk zavisi od zavisi od IoIo,, VVččest.est. , , nnukupnoukupno, , ∆∆∆∆∆∆∆∆nn

Za odreñenu vrednost Za odreñenu vrednost λλλλJer su V Jer su V ččestica i njihov broj estica i njihov broj ~~ koncentrkoncentracijiaciji

ckk λλλλλλλλ ====−−−−4

ckI r λλλλ==== NefelometrijaNefelometrijaTurbidimetrijaTurbidimetrija

VISKOZNOST KOLOIDNIH VISKOZNOST KOLOIDNIH DISPERZIJADISPERZIJA

�� Mnogo veMnogo većća viskoznost od pravih rastvora i pri niskim a viskoznost od pravih rastvora i pri niskim koncentracijama.koncentracijama.

�� Koloidni rastvori su Koloidni rastvori su nenjutnovskinenjutnovski , jer se pri laminarnom , jer se pri laminarnom proticanju ne ponaproticanju ne ponaššaju po Newtonovom zakonu.aju po Newtonovom zakonu.

�� Na viskoznost utiNa viskoznost utičču:u:

oblik oblik ččestica estica (korpuskularni, fibrilarni, laminarni)(korpuskularni, fibrilarni, laminarni)

afinitet afinitet ččestica prema rastvaraestica prema rastvara čču u (liofilni, liofobni)(liofilni, liofobni)

koncentracijakoncentracija

dldv

sF ⋅⋅⋅⋅==== ηηηη

19

�� Viskozne osobine koloida mogu se ispitati kada Viskozne osobine koloida mogu se ispitati kada viskoznost viskoznost ne zavisi od koncentracijene zavisi od koncentracije ..

�� Relativna i specifiRelativna i specifiččna na NENE

�� RedukovanaRedukovana pravi rastvoripravi rastvori

�� UnutraUnutraššnja viskoznost nja viskoznost

zavisi od stepena polimerizacije.zavisi od stepena polimerizacije.

odreñivanje molarne odreñivanje molarne mase makromolekulamase makromolekula

a=o sferni ....... a=1,8 asimetria=o sferni ....... a=1,8 asimetriččni, spiralni *ni, spiralni *

csp

red

ηηηηηηηη ====

[[[[ ]]]]

==== →→→→ csp

c

ηηηηηηηη 0lim

[[[[ ]]]] aMK ⋅⋅⋅⋅====ηηηη

ELEKTRIELEKTRIČČNE POJAVE KOD NE POJAVE KOD KOLOIDNIH DISPERZIJAKOLOIDNIH DISPERZIJA

Koloidne Koloidne ččestice su najestice su najččeeššćće e naelektrisanenaelektrisane

1.1. Liofobne Liofobne ččesticeestice

2.2. Micelarni koloidiMicelarni koloidi

3.3. Makromolekulske supstanceMakromolekulske supstance

20

Naelektrisane liofobne Naelektrisane liofobne ččesticeestice

mogu nastati:mogu nastati:

1.1. hemijskom reakcijom i hemijskom reakcijom i adsorpcijom jona u disperznoj adsorpcijom jona u disperznoj sredinisredini

2.2. adsorpcijom jona disperznog adsorpcijom jona disperznog sredstvasredstva

3.3. hemijskom reakcijom u kojoj na hemijskom reakcijom u kojoj na povrpovrššini koloidne ini koloidne ččestice nastaju estice nastaju disocirajudisocirajućći kompleksii kompleksi

AAdsorpcijdsorpcij aa jona iz disperzne jona iz disperzne sredinesredine

21

Naelektrisani micelarni Naelektrisani micelarni koloidikoloidi

�� U svom sastavu poseduju U svom sastavu poseduju jonogene grupejonogene grupe–– kiselinske i bazne grupe koje lako kiselinske i bazne grupe koje lako disosuju u zavisnosti od disosuju u zavisnosti od

•• Prirode disperzne sredinePrirode disperzne sredine

•• pH disperzne sredinepH disperzne sredine

�� Sapuni, detrdSapuni, detrdžžentienti

Naelektrisane makromolekulske Naelektrisane makromolekulske supstancesupstance

Poseduju razliPoseduju različčite aktivne grupe koje disosuju i obrazuju ite aktivne grupe koje disosuju i obrazuju makromolekule sa velikim brojem elementarnih makromolekule sa velikim brojem elementarnih naelektrisanja naelektrisanja

PolielektrolitiPolielektrolitiU zavisnosti od vrste aktivnih grupaU zavisnosti od vrste aktivnih grupa

1.1. PolikiselinePolikiseline –– samo kiselinske grupe samo kiselinske grupe

--COOCOO-- (skrob, pektinske i poliakrilne kiseline) (skrob, pektinske i poliakrilne kiseline) --OSOOSO33–– (agar)(agar)

2.2. Polibaze Polibaze –– samo bazne grupesamo bazne grupe

NHNH33+ + (bazni proteini)(bazni proteini)

3.3. Amfoterni polielektroliti Amfoterni polielektroliti –– i kiselinske i bazne grupe, i kiselinske i bazne grupe, proteiniproteini

22

PolikiselinePolikiseline

PolibazePolibaze

23

Amfoterni polielektrolitiAmfoterni polielektroliti

♣♣ U vodenim rastvorima jonogene grupe U vodenim rastvorima jonogene grupe amfoternih elektrolita amfoternih elektrolita disosujudisosuju u razliu različčitom itom stepenu i stepenu i daju razlidaju razli ččite pH vrednostiite pH vrednosti

♣♣ Proteini Proteini –– slabe kiseline slabe kiseline –– pH 4,5 pH 4,5 –– 6 6

♣♣ Na disocijaciju Na disocijaciju momo žže da se utie da se uti ččee dodatkom dodatkom kiselina, baza, soli ili promenom pH.kiselina, baza, soli ili promenom pH.

♣♣ IzoelektriIzoelektri ččna tana taččka ka -- pH IET pH IET = pH vrednost = pH vrednost pri kojoj je ukupan broj pozitivnih i negativnih pri kojoj je ukupan broj pozitivnih i negativnih naelektrisanaelektrisannja jednakja jednak ((ukupnoukupno naelnael. =0). =0). Tada . Tada se koloidna se koloidna ččestica ne kreestica ne krećće u elektrie u električčnom nom polju.polju.

24

Struktura liofobnih koloidnih Struktura liofobnih koloidnih ččesticaestica

Liofobne Liofobne ččesticeestice

nisu solvatisanenisu solvatisane

Njihova Njihova stabilnoststabilnost potipotičče e od od sila odbijanjasila odbijanja kojekoje

sprespre ččavaju grupisanjeavaju grupisanjei taloi talo žženjeenje ..

)(3)()()(3 teččvrtečtečKNOAgBrKBrAgNO ++++→→→→++++

� AgBr je nerastvorljiv i AgBr je nerastvorljiv i kristalikristališše u nenaelektrisanee u nenaelektrisane

hidrofobne hidrofobne ččestice sa estice sa mm molekula .molekula .

�� Ovi koloidi su Ovi koloidi su nestabilni nestabilni pa se brzo pa se brzo talotaložže.e.

�� TaloTaložženje spreenje spreččava prisutni ava prisutni žželatinelatin –– stabilizator.stabilizator.

�� ŠŠto je sredina to je sredina viskoznijaviskoznija, , manja je brzinamanja je brzina rasta kristalarasta kristala

Primer:Primer:

Koloidi Koloidi srebro bromidasrebro bromida u razblau razblažženim rastvorima enim rastvorima žželatinaelatina

25


U U vivišškuku AgNOAgNO3 3 adsorbuje se Agadsorbuje se Ag+ + zbog nezasizbog nezasiććenih silaenih silaprivlaprivlaččenja na povrenja na površšini, tj. zbog ini, tj. zbog vivišška povrka površšinske energije.inske energije.

Adsorbovani AgAdsorbovani Ag++ privlaprivlačče NOe NO33-- iz rastvora:iz rastvora:

(((( ))))(((( )))) ::m AgAgBr ++++

FajansFajans--PanethPaneth--ovo praviloovo pravilo

−−−−3NO


U U vivišškuku KBrKBr adsorbuje se Bradsorbuje se Br---- zbog nezasizbog nezasiććenih silaenih silaprivlaprivlaččenja na povrenja na površšini, tj. zbog ini, tj. zbog vivišška povrka površšinske energije.inske energije.

Adsorbovani BrAdsorbovani Br---- privlaprivlačče Ke K++ iz rastvora:iz rastvora:

(((( ))))(((( )))) ++++−−−− KBrAgBr m::

Adsorpcioni sloj koloidne Adsorpcioni sloj koloidne ččestice je suprotno naelektrisanestice je suprotno naelektrisan

26

�� Postoji viPostoji višše modela koji objae modela koji objaššnjavaju strukturunjavaju strukturu

�� Jonska atmosfera sastoji se od dva slojaJonska atmosfera sastoji se od dva sloja

**

�� HelmholtzHelmholtz --ov dvostruki elektriov dvostruki električčni slojni sloj

�� GouyGouy --ChapmanChapman ––ovov difuzni slojdifuzni sloj

�� ŠŠternovaternova modifikacijamodifikacija --najprihvatljiviji modelnajprihvatljiviji model

Negativno naelekrisano Negativno naelekrisano jezgrojezgro

I I -- adsorpcioni slojadsorpcioni sloj

IIII -- difuzioni slojdifuzioni sloj

I + II = elektriI + II = električčni dvostruki slojni dvostruki sloj

II = = -- jonijoni i i protivjoniprotivjoni

Joni u adsorpcionom sloju suJoni u adsorpcionom sloju suččvrsto vezanivrsto vezani

i krecu se sa i krecu se sa ččesticom.esticom.

II = II = similarnisimilarni i i protivjoniprotivjoni

Joni u difuzionom sloju suJoni u difuzionom sloju supokretljivi pokretljivi (ulaze i izlaze iz njega)(ulaze i izlaze iz njega)

(((( ))))(((( )))) ++++−−−− KBrAgBr m::

27

ElektrokinetiElektrokineti ččki potencijalki potencijal• Sloj adsorbovanih Sloj adsorbovanih ⊖⊖⊖⊖⊖⊖⊖⊖ jeje

debljine predebljine preččnika nika solvatisanoj jona.solvatisanoj jona.

•• ŠŠternov sloj ternov sloj ččine ine adsorbovani protivjoni adsorbovani protivjoni ⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕, , imaimadebljinu debljinu δδδδδδδδ i potencijal i potencijal ψψψψψψψψδδδδδδδδ ..

•• U adsorpcionom sloju U adsorpcionom sloju ψψψψψψψψ00000000 →→→→→→→→ ψψψψψψψψδδδδδδδδ

••U difuznom sloju U difuznom sloju ψψψψψψψψδδδδδδδδ →→→→→→→→ 00

Primenjeno je elektriPrimenjeno je električčno polje, E, jednosmerne strujeno polje, E, jednosmerne struje

Pri odreñenom potencijaluPri odreñenom potencijaluBrownBrown--ovo haotiovo haotiččno kretanjeno kretanjepostaje usmereno kretanje.postaje usmereno kretanje.

ζζζζζζζζ = elektrokineti= elektrokinetiččki iliki ili

zeta potencijalzeta potencijal

potencijal pri kome sepotencijal pri kome seodvaja koloidna odvaja koloidna ččestica iestica ikrekrećće ka elektrodie ka elektrodi

ζζζζζζζζ <<<<<<<< ψψψψψψψψδδδδδδδδ

28

VeliVeliččinaina ζζζζζζζζ merilo stabilnosti merilo stabilnosti koloidnog sistemakoloidnog sistema

Kada je Kada je ζζζζζζζζ malomalo ––nema sile elektrostatinema sile elektrostatiččkogkog

odbijanjaodbijanja koja bi koja bi sprespreččilaila

grupisanje i talogrupisanje i taložženjeenje

koloidnih čestica

�� Brzina Brzina kretanja koloidnih kretanja koloidnih ččestica kroz estica kroz disperznu sredinu:disperznu sredinu:

�� U vodi U vodi ζζζζζζζζ = = ±±±±±±±±0,03 0,03 –– ±±±±±±±±0,06 V0,06 V ;;v = 2v = 2--4x104x10 --44

cmscms --11

�� Jonska pokretljivostJonska pokretljivost koloidne koloidne ććestice:estice:

πηπηπηπηζζζζ4DE

v ====

πηπηπηπηζζζζ4

DEv

u ========

29

ζζζζζζζζ -- potencijal i pHpotencijal i pH

IzoelektriIzoelektri ččno stanjeno stanje

�� Pri odreñenoj koncentraciji i naelektrisanjuPri odreñenoj koncentraciji i naelektrisanju

broj adsorbovanih jonabroj adsorbovanih jona = broju adsorbovanih = broju adsorbovanih pprotivjonarotivjona

ζζ = 0= 0Postignuto jePostignuto je izoelektriizoelektri ččno stanjeno stanje

u kome se u kome se ččestice ne kreestice ne krećću pod uticajem E,u pod uticajem E,

grupigrupiššu se i talou se i taložžee

πηπηπηπηζζζζ4

DEv

u ========

30

KOAGULACIJA KOLOIDAKOAGULACIJA KOLOIDA

�� KoagulacijaKoagulacija je proces u kome koloidne je proces u kome koloidne ććestice estice gube stabilnostgube stabilnost , , grupigrupi ššu seu se i i talotalo žžee..

�� Nastaje usled Nastaje usled promene sastava sistemapromene sastava sistema ili ili promene temperature.promene temperature.

�� ČČestice se grupiestice se grupiššu obrazujuu obrazujućći i agregate.agregate.�� Agregati koloidnih Agregati koloidnih ččestica zovu se estica zovu se flokule.flokule.

�� Proces koagulacije zove se i Proces koagulacije zove se i flokulacijaflokulacija ..

Stabilnost Stabilnost liofobnihliofobnih koloidakoloida

�� U U nenaelektrisanom stanjunenaelektrisanom stanju nemaju solvatni omotanemaju solvatni omotačč–– veoma su nestabilniveoma su nestabilni ..

�� U U naelektrisanom stanjunaelektrisanom stanju su su manje nestabilnemanje nestabilne . . (Kada su istoimenog naelektrisanja (Kada su istoimenog naelektrisanja odbijaju seodbijaju se ))

�� U prisustvu U prisustvu stabilizatorastabilizatora (npr. liofilni koloid) mogu (npr. liofilni koloid) mogu biti biti veoma postojaniveoma postojani ..

**

�� Kod nenaelektrisanih Kod nenaelektrisanih ččestica razlikuju se estica razlikuju se sedimentacioma i agregaciona nestabilnostsedimentacioma i agregaciona nestabilnost ..

31

Stabilnost Stabilnost liofilnihliofilnih koloidakoloida

�� Liofilni koloidi su Liofilni koloidi su veoma stabilniveoma stabilni jer su okrujer su okružžene ene solvatnim solvatnim omotaomota ččemem koji ih koji ih šštiti od grupisanja i talotiti od grupisanja i taložženja.enja.

�� Istoimeno naelektrisaneIstoimeno naelektrisane –– jojošš su su stabilnijestabilnije ––odbijanje.odbijanje.�� Stabilne ostaju i kada izgube naelektrisanjeStabilne ostaju i kada izgube naelektrisanje jer im ostaje jer im ostaje

solvatni sloj.solvatni sloj.

�� KoaguliKoaguli ššu tek kada izgube solvatni omotau tek kada izgube solvatni omota čč..

32

Istoimeno naelektrisaneIstoimeno naelektrisane –– jojošš su su stabilnijestabilnije ––odbijanje.odbijanje.

Koagulacija Koagulacija liofobnihliofobnih koloidakoloida

�� NajvaNajvažžnijenije! ! Dodatkom elektrolitaDodatkom elektrolita ..

Sa poveSa pove ććanjem koncentracije elektrolitaanjem koncentracije elektrolitaraste broj protivjona u adsorpcionom sloju, raste broj protivjona u adsorpcionom sloju, pa opada zeta potencijal i opada stabilnost pa opada zeta potencijal i opada stabilnost ččestica.estica.

�� U U kombinackombinaciijiji sasa drugimdrugim tehnikamatehnikama: me: meššanje anje zagrevanje, zamrzavanje, ultrazvuk, elektrizagrevanje, zamrzavanje, ultrazvuk, električčno i no i magnetno polje, jonizaciono zramagnetno polje, jonizaciono zraččenje... enje...

33

--

-----

--

-----

--

----- -

-

-----

Dodatak elektrolitaDodatak elektrolita

34

Koagulacija Koagulacija liofobnihliofobnih koloidakoloida

�� Prag koagulacijePrag koagulacije –– minimalna koncentracija minimalna koncentracija elektrolita koja dovodi do koagulacije(elektrolita koja dovodi do koagulacije(cckk).).

�� MoMoćć koagulacije = koagulacije = 1/c1/ckk

�� MoMoćć koagulacije zavisi od koagulacije zavisi od prirodeprirode , , naelektrisanjanaelektrisanja i i prepreččnikanika jona elektrolita.jona elektrolita.

�� Koloidna zaKoloidna za šštitatita –– hidrofobnom koloidu dodaje se hidrofobnom koloidu dodaje se hidrofilni koloidhidrofilni koloid ((žželatin, skrob, celuloza, pektin, elatin, skrob, celuloza, pektin, micelarni koloidi, PAM...)micelarni koloidi, PAM...)

�� Ove supstance nazivaju se Ove supstance nazivaju se zazašštitni koloidititni koloidi . Oni se . Oni se adsorbujuadsorbuju na hidrofobne na hidrofobne ččestice estice -- liofilizujuliofilizuju ih i ih i šštite tite od koagulacije.od koagulacije.

Koagulacija Koagulacija liofilnihliofilnih koloidakoloida

�� Koagulacija Koagulacija ne zavisine zavisi mnogo mnogo od naelektrisanjaod naelektrisanja ..

�� Potrebna je Potrebna je velika kolivelika koli ččina elektrolitaina elektrolita , koji uklanja ne , koji uklanja ne samo naelektrisanje samo naelektrisanje ččestica (kao kod hidrofobnih), veestica (kao kod hidrofobnih), veććuklanja i solvatni omotauklanja i solvatni omota čč..

�� Uklanjanje solvatnog omotaUklanjanje solvatnog omotačča a –– dehidratacija dehidratacija hidrofilne hidrofilne ččestice.estice.

�� Isoljavanje Isoljavanje –– talotaložženje u velikom vienje u velikom viššku elektrolita, ku elektrolita, najnajččeeššćće soli.e soli.

�� MoMoćć koagulacijekoagulacije (isoljavanje) (isoljavanje) vevećća jea je ššto je:to je:

-- vevećće naelektrisanje i e naelektrisanje i -- vevećći prei pre ččnih jonanih jona

35

Primer Primer –– prepreččiiššććavanje vodeavanje vode

36

Automatizovani flokulacioni sistem za Automatizovani flokulacioni sistem za prepreččiiššććavanje otpadnih vodaavanje otpadnih voda

ProtoProtoččni flokulacioni sistem za ni flokulacioni sistem za prepreččiiššććavanje otpadnih vodaavanje otpadnih voda

37

PeptizacijaPeptizacija�� TaloTalo žženje liofilnihenje liofilnih koloida je koloida je reverzibilan procesreverzibilan proces ––

dodatkom rastvaradodatkom rastvaračča ponovo se prevode u koloidni rastvor.a ponovo se prevode u koloidni rastvor.

�� TaloTalo žženje liofobnihenje liofobnih koloida je koloida je ireverzibilan procesireverzibilan proces --dodatkom nerastvaradodatkom nerastvaračča ne mogu se prevesti u rastvor, jer u a ne mogu se prevesti u rastvor, jer u talogu sadrtalogu sadržže jone koji su izazvali koagulaciju.e jone koji su izazvali koagulaciju.

�� Peptizacija je prevo ñenje liofobnog taloga u rastvorPeptizacija je prevo ñenje liofobnog taloga u rastvor : :

-- uklanjanjem jonauklanjanjem jona ispiranjem ili dijalizomispiranjem ili dijalizom

-- dodatkom peptizatoradodatkom peptizatora (PAM, za(PAM, zašštitni titni –– liofilni koloidi)liofilni koloidi)

GELIGELI

�� Geli su poluGeli su poluččvrsta stanja.vrsta stanja.

�� U zavisnosti od sadrU zavisnosti od sadržžaja vode, aja vode, dele se na:dele se na:

-- žžele (viele (višše od 90% tee od 90% teččne ne faze) faze) -- liogeliliogeli

-- paste (vipaste (višše od 10% e od 10% ččvrste vrste faze)faze)

-- suvi geli, membrane (mala suvi geli, membrane (mala kolikoliččina teina teččne faze)ne faze)

38

GELI mogu nastatiGELI mogu nastati

od od skoro svih koloidnihskoro svih koloidnih disperzija:disperzija:

-- makromolekulane, micelarne, makromolekulane, micelarne, ččak i ak i hidrofobnehidrofobne

-- sfernog oblika, linearni ili asimetrisfernog oblika, linearni ili asimetriččni ni

Pod uslovom da su u izvesnoj meri Pod uslovom da su u izvesnoj meri solvatisanesolvatisane

U gelu U gelu postoje dve vrste tepostoje dve vrste te ččne faze:ne faze:

1.1. Molekuli koji suMolekuli koji su ččvrsto vezani vrsto vezani za koloidnu za koloidnu ččesticuesticu -- solvatni omotasolvatni omota čč..

2.2. Molekuli koji suMolekuli koji su uklopljeni unutar prostorne uklopljeni unutar prostorne mremre žže e koju koju ččineine solvatisane koloidne solvatisane koloidne ččesticeestice --slobodni rastvaraslobodni rastvara čč..Molekule slobodnog rastvaraMolekule slobodnog rastvaraččaa ““ zarobilezarobile ”” su su ččestice koloidaestice koloida pri zgupri zgu ššnjavanju.njavanju.

�� Solvatni omotaSolvatni omotačč se se veoma teveoma te šško uklanjako uklanja�� Slobodni rastvaraSlobodni rastvaračč se se lako uklanjalako uklanja

39

ŽŽeliranje koloidnih rastvoraeliranje koloidnih rastvora�� Prelaz koloidnog rastvora u gelPrelaz koloidnog rastvora u gel ..

�� ŽŽeliranje je eliranje je nepotpuna ili deliminepotpuna ili delimi ččna koagulacija.na koagulacija.�� SmanjujeSmanjuje se se stepen solvatacijestepen solvatacije i i meñusobnog dejstvameñusobnog dejstva

koloidnih koloidnih ččestica.estica.

�� Obrazuje se Obrazuje se prostorna mreprostorna mre žžaa..

�� PostiPosti žže see se ::

-- pri odreñenoj pri odreñenoj (kriti(kritiččnoj) koncentraciji koloidnog rastvoranoj) koncentraciji koloidnog rastvora

-- promenom (najpromenom (najččeeššćće snie snižženjem) temperatureenjem) temperature

-- dodatkom elektrolita, nerastvaradodatkom elektrolita, nerastvaračča, hem. reakcijama...a, hem. reakcijama...

-- denaturacijom denaturacijom –– promena grañe promena grañe , (belance + toplota), (belance + toplota)

BubrenjeBubrenje i starenje gelai starenje gela

�� Bubrenje suvih gela Bubrenje suvih gela –– proces vezivanja vode.proces vezivanja vode.

�� Starenje gela Starenje gela –– proces otpuproces otpušštanja vode pri tanja vode pri ččemu emu dolazi do promena u strukturi prostorne mredolazi do promena u strukturi prostorne mrežže gela.e gela.

�� Spontano otpuSpontano otpušštanje tetanje teččne faze ne faze –– sinerezis.sinerezis.

�� Sinerezis se javlja sa vremenom (u sveSinerezis se javlja sa vremenom (u svežžem gelu em gelu linearni segmenti koloida su pokretljivi, a tokom linearni segmenti koloida su pokretljivi, a tokom vremena ostvaruju bovremena ostvaruju boččne veze ne veze –– smanjenje prostora i smanjenje prostora i istiskivanje slobodnog rastvaraistiskivanje slobodnog rastvaračča).a).

�� Primeri Primeri –– ““znojenjeznojenje”” sira i sira i ““starenjestarenje”” hleba.hleba.

40

GRUBO DISPERZNI SISTEMIGRUBO DISPERZNI SISTEMI

�� PrePreččnik nik ččestice > 100 nmestice > 100 nm

�� ČČestica sadrestica sadržže > 10e > 1099 atomaatoma

�� Dele se na :Dele se na :

SuspenzijeSuspenzijeEmulzijeEmulzije

SuspenzijeSuspenzije

�� Liofobne disperzijeLiofobne disperzije

�� ČČvrsto vrsto –– teteččnono

�� ZnaZnaččajna uloga u ajna uloga u

medicini i farmaciji medicini i farmaciji –– proizvodnja lekovaproizvodnja lekova

industriji industriji –– proizvodnja boja, lakova, proizvodnja boja, lakova, smola, smola, penapena......

ZaZašštita tita žživotne sredine ivotne sredine –– kikišša, magla, a, magla, prapraššina, dim...ina, dim...

42

EmulzijeEmulzije

�� Dve teDve teččne faze koje se ne mene faze koje se ne meššaju.aju.

�� Disperzna faza Disperzna faza –– kapljice prekapljice preččnika > 100 nmnika > 100 nm

�� Primer voda + uljePrimer voda + ulje

U / V U / V –– ulje u vodiulje u vodi

V / U V / U –– voda u uljuvoda u ulju

**

Osobine grubo disperznih Osobine grubo disperznih sistemasistema

1.1. Heterogeni Heterogeni –– viviššefazni sistemiefazni sistemi

2.2. PrePreččnik > 100 nm, broj atoma > 10nik > 100 nm, broj atoma > 1099

3.3. Liofobne i polidisperzne (razliLiofobne i polidisperzne (različčite veliite veliččine)ine)

4.4. Vidljive obiVidljive običčnim mikroskopomnim mikroskopom

5.5. Ne prolaze kroz obiNe prolaze kroz običčnu filtar hartijunu filtar hartiju

6.6. Ne pokazuju BrownNe pokazuju Brown--ovo kretanjeovo kretanje

7.7. Ne difunduju i ne dijalizujuNe difunduju i ne dijalizuju

8.8. Sedimentiraju pod uticajem gravitacije ili u Sedimentiraju pod uticajem gravitacije ili u obiobiččnim centrifugamanim centrifugama

koloidni disperzni sistemi

Documents