Золи сообщение по химии

Обновлено: 04.07.2024

(нем., ед. ч. Sol) (лиозоли, коллоидные растворы), высокодисперсные коллоидные системы с жидкой дисперсионной средой. Частицы дисперсной фазы 3. вместе с окружающей их сольватной оболочкой из молекул (ионов) дисперсионной среды наз. мицеллами. Они свободно и независимо друг от друга участвуют в броуновском движении и равномерно заполняют весь объем дисперсионной среды. Размер частиц лиозоля обычно лежит в пределах 10 - 7 -10 - 5 см. 3. с водной дисперсионной средой наз. гидрозолями, с орг. средой - органозолями; последние различают по хим. составу среды: бензозоли, алкозоли, этерозоли и др. В соответствии с общей классификацией дисперсных систем3.делят на лиофильные и лиофобные (см. также Лиофильность и лиофобность).Мицеллы лиофильных З. - ассоциаты (полимолекулярные агрегаты), состоящие из десятков и сотен дифильных молекул, к-рые находятся в термодинамич. равновесии с неассоциир. молекулами. В гидрозолях мицеллообразующих (мылоподобных) ПАВ простейшие мицеллы - сферич. образования, имеющие ядро из гидрофобных радикалов и внеш. слой из полярных гидрофильных групп. Если эти последние диссоциируют на ионы, мицеллы окружены двойным электрическим слоем. В органозолях с углеводородной средой ориентация молекул в мицеллах противоположная: в ядре сосредоточены гидрофильные группы молекул, снаружи - гидрофобные радикалы (подробнее см. Мицеллообразование). В лиофобных 3. (термодинамически неравновесных и потому требующих стабилизации) ультрамикроскопич. аморфные или кристаллич. агрегаты из тмолекул нерастворимого в данной среде в-ва окружены адсорбционно-сольватным слоем, включающим пмолекул вещества-стабилизатора. В гидрозолях, стабилизированных электролитами, агрегаты защищены от коагуляции двойным электрич. слоем. При этом в плотный адсорбц. слой входят ппотенциалопределяющих ионов и ( п Ч х )частично дегидратир. противоионов; диффузную часть двойного электрич. слоя образуют хгидратир. противоионов. Строение мицеллы, напр., гидрозоля AgBr, стабилизированного КВr, можно записать с помощью хим. символов:

Агрегативная устойчивость 3. не всегда обусловлена наличием специально введенного стабилизатора. Напр., в гидрозоле SiO₂ (и нек-рых др. оксидов) двойной электрич. слой м. б. образован ионогенными продуктами хим. взаимодействия пов-сти агрегата, состоящего из частиц дисперсной фазы, с водой. При коагуляции или повышении концентрации (увеличении степени объемного заполнения системы частицами дисперсной фазы) 3. превращаются в гели. При этом возможно образование периодических коллоидных структур (см. Структурообразование). Лиофильными 3. являются мицеллярные р-ры разл. типов, мн. водные р-ры биополимеров, лиофобными - органо-и гидрозоли металлов, синтетич. латексы. Расплавы, содержащие коллоидно-дисперсную фазу, наз. пирозолями. При охлаждении пирозолей в результате застекловывания или кристаллизации дисперсионной среды возникают твердые 3. К ним относятся, напр., нек-рые минералы, в т. ч. драгоценные и полудрагоценные камни, цветные стекла (напр., рубиновые стекла), эмали, металлич. сплавы, дисперсноупрочненные материалы, стареющие сплавы на основе Al, Fe, Сu и др. Лит.: см. при статьях Дисперсные системы, Коллоидная химия, Мицеллообразованиe. Л. Л. Шиц.

Золи представляют собой дисперсную среду, где в виде капель, газообразных молекул или твердых частиц мельчайших параметров растворена дисперсная фаза. При этом размер последних колеблется в пределах от 1 до 100 нанометра.

Золи, как коллоидные растворы и высокодисперсные системы:

Золи – это высокодисперсные (включающие в себя два и более компонентов) системы коллоидного характера. Они представляют собой промежуточную фракцию, расположенную между истинными смесями и взвесями (системами грубодисперсного характера).

Золи, как и любая дисперсная система – это образования из двух или большего числа фаз (тел), которые практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически. Первое из веществ (дисперсная фаза) мелко распределено во втором (дисперсионная среда).

По своей сути золи – это коллоидные системы – гетерогенные (неоднородные, но состоящие из однородных компонентов) растворы, где обнаружить четкую границу между составляющими невозможно невооруженным глазом и довольно сложно даже при использовании микроскопа.

В коллоидных системах составляющие фазы изолированы друг от друга молекулами дисперсной среды. По истечению определенного времени (для каждого вида фазы оно индивидуально) они способны увеличиваться в размерах (накапливать в себе молекулы среды) и сталкиваться друг с другом – коагулировать. Далее в действие вступает сила тяжести: крупные молекулы также набирают вес и оседают на дно – седиментируют.

В отличие от прочих дисперсных системы, соединение (смешивание) основных компонентов в золях происходит очень медленно, а также они имеют свойство рассеивать лучи света.

Классификация, виды и типы золей:

Золи имеют широкую классификацию, которая обусловлена видом и природой дисперсной среды.

В зависимости от вида дисперсной среды золи делятся на:

твердые;
аэрозоли – газообразная дисперсная среда;
лиозоли – жидкая дисперсная среда.

В зависимости от природы жидкой дисперсной среды золи могут быть:

гидрозолями – если в качестве среды выступает вода;
органозолями – средой системы является органическая жидкость;
алкозолями – дисперсная фаза растворена в спиртах;
этерозолями – основой служат эфиры и прочие.

В свою очередь лиозоли разделяются на:

мицеллярные растворы;
водные растворы полимеров;
органо- и гидрозоли металлов;
синтетические латексы.

Частицы, образующие фазу в лиозолях, не способны образовывать пространственную структуру, что дает им возможность свободно участвовать в броуновском движении.

Различаются золи и по устойчивости – способности сохранять свое исходное состояние в течение неопределенного длительного времени. При этом устойчивость может быть:

к осаждению – способность удерживать равновесное распределение среды и фазы по всему объему дисперсной системы или наоборот (сохранение разделения фазы и среды);
к агрегации – характеризуется агрегативной устойчивостью, т.е. способностью сохранять размеры частиц и их индивидуальность.

Агрегативная устойчивость склонных к быстрому смешиванию дисперсных систем достигается добавлением в них стабилизатора – вещества, которое адсорбируется на поверхности частиц фазы и не позволяет им слипаться. Как следствие, они не увеличиваются в размере и не оседают на дно. В качестве оптимальных стабилизаторов для золей выступают:

поверхностно-активные вещества (ПАВ);
высокомолекулярные соединения (ВМС);
небольшое увеличение количества выбранного реагента.

В зависимости от того, насколько интенсивно протекает взаимодействие молекул среды и фазы в образованной системе, золи разделяют на:

лиофильные — характеризуются интенсивным взаимодействием частиц фазы и окружающей их жидкости; устойчивы к термодинамичсекому воздействию и способны длительное время охранять свою структуру, если условия, при которых они созданы, не меняются;
лиофобные – взаимодействие выражено слабо, они термически неустойчивы и потому склонны к распаду; для повышения агрегативной устойчивости требуется наличие стабилизатора.

Свойства золей:

Золи – это типичные коллоидные растворы, поэтому их свойства аналогичны истинным (обычным) растворам.

Молекулярно-кинетические свойства золей:

К их молекулярно-кинетическим свойствам золей относят следующие:

броуновское движение. В отличие от прочих дисперсных систем, выражено довольно слабо. Молекулы золей постоянно движутся, что препятствует их оседанию, делает устойчивыми, но по мере увеличения размеров частиц скорость движения снижается;
диффузию (смешивание). Она (диффузия) зависит от параметров и формы частиц фазы, но во всех системах этого типа – золях протекает очень медленно;
осмос. Осмос – это диффузия, протекающая в одностороннем порядке и проводимая посредством полупроницаемой мембраны. Золи характеризуются сниженным осмотическим давлением;
седиментация(осаждение). Золи считаются кинетически устойчивыми, т.е. оседание (седиментация) крупных частиц протекает довольно медленно.

Электрические свойства золей и явления:

Электрические свойства золей возникают благодаря присутствию заряда как у молекул, составляющих как дисперсную фазу, так и у среды. Выделяют следующие свойства:

электрофорез – целенаправленное перемещение заряженных частиц фазы под действием разницы потенциалов;
электроосмос – аналогичный процесс, но с перемещением молекул дисперсной среды.

Также для золей характерны ряд электрических явлений.

Если перемещение заряженных частиц наступает при самостоятельном (не спровоцированном извне) появлении разности потенциалов, то толчком к нему служит осаждение более тяжелых и одноименно заряженных молекул. Результат такого явления называет потенциал оседания – скачок в разнице потенциалов верхнего и нижнего слоев.

Оптические свойства золей:

Оптические свойства золей базируются на соотношении длины волны светового луча с параметрами частиц, формирующих лиозоль. Выражаются в способности золей к поглощению и рассеиванию лучей света, т.к. все коллоидные растворы являются оптически активными.

Получение золей. Методы приготовления золей:

Золи получают (изготовляют) двумя методами:

1. Диспергированием. При этой методике более внушительные по размерам частицы, составляющие дисперсную фазу, измельчают до более малого состояния, необходимого для получения нужной степени дисперсности, а после растворяются в дисперсной среде. Для этого применяют такие типы воздействия:

механическое (дробление);
электрическое;
ультразвук;
пептизацию (превращение свежеприготовленного осадка в коллоидный раствор с использованием химических реагентов).

Механическое измельчение происходит с помощью энергичного и продолжительного растирания крупных частиц, а используют для этого специальные устройства (чаще всего мельницы).

Электрическое и ультразвуковое воздействие подразумевает применение специализированных устройств и обычно дорогостоящее, поэтому в крупных производственных масштабах используется редко.

При пептизации не возникает изменение степени дисперсных частиц, они просто разъединяются вследствие приобретенного ими заряда, который помогает им отталкиваться друг от друга. Сообщают им этот заряд пептизаторы – электролиты, способные адсорбироваться на поверхности частиц.

2. Конденсацией. Увеличение размеров частиц до нужных параметров при помощи некоторых химических или физических процессов. В обоих методиках в гомогенной (простой) среде образуется новая фаза, которой присуща коллоидная степень дисперсности частиц.

Физическая конденсация основана на испарении жидкости, представляющей дисперсную среду, а используются для этого такие воздействия:

снижением температуры раствора;
заменой растворителя на тот, где молекулы фазы не способны раствориться.

Химическая конденсация проводится следующими реакциями:

окислительно-восстановительными;
гидролизом;
разложением;
обменом.

Методы очистки золей (лиозолей):

Практически все лиозоли, образованные при помощи конденсации с применением химических реакций, требуют дополнительного очищения, т.к. включают в себя примеси молекул и ионов электролитов. Очищение проводится разными способами:

Прибор, применяемый для данного метода, называется диализатор. Полупроницаемыми мембранами выступают:

пергамент;
ацетилцеллюлозные и нитроцеллюлозные пленки;
коллодий;
целофан.
электродиализом. Это метод, аналогичный диализу, но с дополнительным применением электрического тока. Используют в ситуации, когда требуется увеличить скорость очистки;
ультрафильтрацией. Данный способ используется для очищения золей с ультрамелкими частицами. В его основе лежит продавливание дисперсной системы через фильтры с полимерными пленками, размер пор в которых не превышает 10 -6 -10 -5 см.;
компенсационным диализом. Данную методику используют для золей, из которых требуется извлечь лишь часть низкомолекулярных примесей. Для выполнения процесса в диализаторе растворитель заменяют на раствор низкомолекулярных составляющих, который в последствие не извлекается из раствора.

Методы разрушения золей. Порог коагуляции золя:

Разделение тонкой дисперсной системы на составляющие компоненты происходит воздействием на имеющиеся у золей молекулярно-кинетические свойства. Устойчивость золей характеризуется:

параметрами составляющих лиозоля;
свойствами, присущими удельной поверхности.

Доказано, на устойчивость золей влияет степень дисперсности: чем выше ее показатели, тем менее золь подвержен распаду на компоненты. При этом устойчивость может быть:

кинетической – где концентрация обусловленной дисперсной системы неизменна на всем своем объеме от дна до поверхности;
агрегативная – способность разрозненных растворов удерживать эту непосредственную разрозненность.

Разрушение кинетической устойчивости возможно методом седиментации – оседанием молекул фазы на дно.

Разрушение агрегационной устойчивости – коагуляцией, т.е. увеличением размеров молекул и их последующем объединением между собой (образованием агрегатов) с последующем осаждением и полным разделением фазы и среды.

Применение золей:

Коллоидные дисперсные системы стали известны человеку при изучении явлений природы. Такое погодное явление как туман – не что иное, как классическая золь, где частицы воды присутствуют в подвешенном состоянии в воздухе. Сюда же можно отнести дым или пыль – твердые частицы, распределенные в окружающей среде. Человеческий организм также содержит золи – это кровь и лимфа, содержащие основные питательные вещества (протеины, углеводы), а также соли, металлы, сульфиды и прочее.

Изучение таких систем с развитием химии позволило человечеству создавать другие коллоидные системы, которые сегодня с успехом применяют в различных отраслях промышленности. Наиболее известными каждому считаются золи, образованные в фармацевтической промышленности (лекарственные препараты) и пищевой: соки и нектары, мороженое, масла и растительно-сливочные смеси, сливки и множество других подобных продуктов.

Также широкое применение золи получили в:

резиновой;
текстильной;
кожевенной;
мыловаренной;
лакокрасочной и прочих отраслях.

Невозможно представить без коллоидных дисперсных систем строительную отрасль и сельское хозяйство. Так, изучение почвенных коллоидов позволяет корректировать почвенный состав, что отражается на показателях плодородности культур, и бороться с различными вредителями, уничтожающими урожай.

Любопытен синтез нанокомпозита неорганика-неорганика золь- гель методом

Золь ( лиозоль, коллоидный раствор, sol ) - высокодисперсная коллоидная система (раствор) с жидкой (лиозоль) или газообразной (аэрозоль) дисперсионной средой, в объеме которой распределена другая (дисперсная) фаза в виде капелек жидкости, пузырьков газа или мелких твердых частиц, размер которых лежит в пределе от 1 - 100 нм (10 −9 —10 −7 м).

занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубодисперсными системами (суспензиями, эмульсиями);
диффундируют медленнее, чем неорганические соли, обладают эффектом светорассеяния (Эффект Тиндаля).

Частицы дисперсной фазы лиозоля вместе с окружающей их сольватной оболочкой из молекул (ионов) дисперсионной среды называют мицеллами.
К лиозолям относятся мицеллярные растворы различных типов, водные растворы биополимеров, органо- и гидрозоли металлов, синтетические латексы.

Золи – свободно дисперсные коллоидные системы.
Гели – связано дисперсные коллоидные системы, взаимосвязанная твердая 3-мерная сетка с порами субмикронного размера, заполненными жидкостью (гидрогель) или газом (ксерогель).
Производство волокнистых материалов, стекол, покрытий, керамических мембран,
пленок, световодов, катализаторов и адсорбентов связано с процессом перехода золей в гели.
Золь-гель технология - технология получения пористых или монолитных химических продуктов, в тч на основе микроаморфных кремнеземов (стекол, ксерогелей, порошков, пленок или волокон).
Золь-гель технологии позволяют получать как монолитные материалы (стекла, керамика), так и высокодисперсные порошки и волокно.

Золь-гель процессы позволяют создавать высокоогнеупорные материалы при достаточно низких температурах и регулируемого химического состава, что важно для получения материалов для тепловой защиты и обеспечения высокотемпературных процессов в тепловых агрегатах.

ЗОЛИ (нем., ед. ч. Sol) (лиозоли, коллоидные растворы), высокодисперсные коллоидные системы с жидкой дисперсионной средой. Частицы дисперсной фазы золя вместе с окружающей их сольватной оболочкой из молекул (ионов) дисперсионной среды наз. мицеллами. Они свободно и независимо друг от друга участвуют в броуновском движении и равномерно заполняют весь объем дисперсионной среды. Размер частиц лиозоля обычно лежит в пределах 10 - 7 -10 - 5 см.Золи с водной дисперсионной средой наз. гидрозолями, с орг. средой - органозолями; последние различают по хим. составу среды: бензозоли, алкозоли, этерозоли и др. В соответствии с общей классификацией дисперсных систем золи делят на лиофильные и лиофобные (см. также Лиофильность и лиофобность). Мицеллы лиофильных золей - ассоциаты (полимолекулярные агрегаты), состоящие из десятков и сотен дифильных молекул, к-рые находятся в термодинамич. равновесии с неассоциир. молекулами. В гидрозолях мицеллообразующих (мылоподобных) ПАВ простейшие мицеллы - сферич. образования, имеющие ядро из гидрофобных радикалов и внеш. слой из полярных гидрофильных групп. Если эти последние диссоциируют на ионы, мицеллы окружены двойным электрическим слоем. В органозолях с углеводородной средой ориентация молекул в мицеллах противоположная: в ядре сосредоточены гидрофильные группы молекул, снаружи - гидрофобные радикалы (подробнее см. Мицеллообразование).

В лиофобных золях (термодинамически неравновесных и потому требующих стабилизации) ультрамикроскопич. аморфные или кристаллич. агрегаты из т молекул нерастворимого в данной среде в-ва окружены адсорбционно-сольватным слоем, включающим п молекул вещества-стабилизатора. В гидрозолях, стабилизированных электролитами, агрегаты защищены от коагуляции двойным электрич. слоем. При этом в плотный адсорбц. слой входят п потенциалопределяющих ионов и (п — х)частично дегидратир. противоионов; диффузную часть двойного электрич. слоя образуют х гидратир. противоионов. Строение мицеллы, напр., гидрозоля AgBr, стабилизированного КВr, можно записать с помощью хим. символов:

Читайте также: