Sistem koloid sangat penting dalam kehidupan setiap orang. Ini tidak hanya disebabkan oleh kenyataan bahwa hampir semua cairan biologis dalam organisme hidup membentuk koloid. Tetapi banyak fenomena alam (kabut, kabut asap), tanah, mineral, makanan, obat-obatan juga merupakan sistem koloid.
Satuan formasi seperti itu, yang mencerminkan komposisi dan sifat spesifiknya, dianggap sebagai makromolekul, atau misel. Struktur yang terakhir tergantung pada sejumlah faktor, tetapi selalu merupakan partikel multilayer. Teori kinetik molekuler modern menganggap larutan koloid sebagai kasus khusus dari larutan sejati, dengan partikel zat terlarut yang lebih besar.
Cara mendapatkan larutan koloid
Struktur misel yang terbentuk ketika sistem koloid muncul, sebagian bergantung pada mekanisme proses ini. Metode untuk memperoleh koloid dibagi menjadi dua kelompok yang berbeda secara mendasar.
Metode dispersi dikaitkan dengan penggilingan partikel yang agak besar. Tergantung pada mekanisme proses ini, metode berikut dibedakan.
- Pemurnian. Bisa dilakukan kering ataucara basah. Dalam kasus pertama, padatan pertama dihancurkan, dan baru kemudian cairan ditambahkan. Dalam kasus kedua, zat tersebut dicampur dengan cairan, dan hanya setelah itu berubah menjadi campuran yang homogen. Penggilingan dilakukan di pabrik khusus.
- Pembengkakan. Penggilingan dicapai karena fakta bahwa partikel pelarut menembus ke dalam fase terdispersi, yang disertai dengan ekspansi partikelnya hingga pemisahan.
- Dispersi dengan ultrasound. Bahan yang akan digiling ditempatkan dalam cairan dan disonikasi.
- Dispersi kejutan listrik. Diminta dalam produksi sol logam. Ini dilakukan dengan menempatkan elektroda yang terbuat dari logam yang dapat terdispersi ke dalam cairan, diikuti dengan menerapkan tegangan tinggi ke dalamnya. Akibatnya, busur volta terbentuk di mana logam disemprotkan dan kemudian mengembun menjadi larutan.
Metode ini cocok untuk partikel koloid liofilik dan liofobik. Struktur misel dilakukan bersamaan dengan penghancuran struktur asli padatan.
Metode kondensasi
Kelompok metode kedua berdasarkan pembesaran partikel disebut kondensasi. Proses ini dapat didasarkan pada fenomena fisik atau kimia. Metode kondensasi fisik meliputi berikut ini.
- Penggantian pelarut. Itu datang ke transfer suatu zat dari satu pelarut, di mana ia larut dengan sangat baik, ke yang lain, di mana kelarutannya jauh lebih rendah. Akibatnya, partikel kecilakan bergabung menjadi agregat yang lebih besar dan larutan koloid akan muncul.
- Kondensasi uap. Contohnya adalah kabut, yang partikelnya dapat mengendap di permukaan yang dingin dan berangsur-angsur tumbuh lebih besar.
Metode kondensasi kimia mencakup beberapa reaksi kimia yang disertai dengan pengendapan struktur kompleks:
- Pertukaran ion: NaCl + AgNO3=AgCl↓ + NaNO3.
- Proses redoks: 2H2S + O2=2S↓ + 2H2O.
- Hidrolisis: Al2S3 + 6H2O=2Al(OH) 3↓ + 3H2S.
Kondisi untuk kondensasi kimia
Struktur misel yang terbentuk selama reaksi kimia ini tergantung pada kelebihan atau kekurangan zat yang terlibat di dalamnya. Juga, untuk munculnya larutan koloid, perlu untuk mengamati sejumlah kondisi yang mencegah pengendapan senyawa yang sedikit larut:
- kandungan zat dalam larutan campuran harus rendah;
- kecepatan pencampurannya harus rendah;
- salah satu solusi harus diambil secara berlebihan.
Struktur misel
Bagian utama misel adalah intinya. Ini dibentuk oleh sejumlah besar atom, ion, dan molekul dari senyawa yang tidak larut. Biasanya inti dicirikan oleh struktur kristal. Permukaan nukleus memiliki cadangan energi bebas, yang memungkinkan untuk secara selektif menyerap ion dari lingkungan. Proses inimematuhi aturan Peskov, yang mengatakan: pada permukaan padatan, ion-ion tersebut sebagian besar teradsorpsi yang mampu menyelesaikan kisi kristalnya sendiri. Hal ini dimungkinkan jika ion-ion ini terkait atau serupa dalam sifat dan bentuk (ukuran).
Selama adsorpsi, lapisan ion bermuatan positif atau negatif, yang disebut ion penentu potensial, terbentuk pada inti misel. Karena gaya elektrostatik, agregat bermuatan yang dihasilkan menarik ion lawan (ion dengan muatan berlawanan) dari larutan. Dengan demikian, partikel koloid memiliki struktur berlapis-lapis. Misel memperoleh lapisan dielektrik yang dibangun dari dua jenis ion yang bermuatan berlawanan.
Hydrosol BaSO4
Sebagai contoh, akan lebih mudah untuk mempertimbangkan struktur misel barium sulfat dalam larutan koloid yang dibuat dalam kelebihan barium klorida. Proses ini sesuai dengan persamaan reaksi:
BaCl2(p) + Na2SO4(p)=BaSO 4(t) + 2NaCl(p).
Sedikit larut dalam air, barium sulfat membentuk agregat mikrokristalin yang dibangun dari jumlah molekul BaSO ke-m4. Permukaan agregat ini mengadsorpsi ion Ba2+ dalam jumlah ke-n. 2(n - x) Ion Cl- terhubung ke lapisan ion penentu potensial. Dan sisa counterion (2x) terletak di lapisan difus. Artinya, butiran misel ini akan bermuatan positif.
Jika natrium sulfat dikonsumsi berlebihan, makaion penentu potensial adalah ion SO42-, dan ion lawannya adalah Na+. Dalam hal ini, muatan granul akan negatif.
Contoh ini dengan jelas menunjukkan bahwa tanda muatan granul misel secara langsung bergantung pada kondisi pembuatannya.
Merekam misel
Contoh sebelumnya menunjukkan bahwa struktur kimia misel dan formula yang mencerminkannya ditentukan oleh zat yang diambil secara berlebihan. Mari kita perhatikan cara penulisan nama bagian individu dari partikel koloid menggunakan contoh hidrosol tembaga sulfida. Untuk menyiapkannya, larutan natrium sulfida dituangkan perlahan ke dalam larutan tembaga klorida dalam jumlah berlebih:
CuCl2 + Na2S=CuS↓ + 2NaCl.
Struktur misel CuS yang diperoleh lebih dari CuCl2 ditulis sebagai berikut:
{[mCuS]·nCu2+·xCl-}+(2n-x)·(2n-x)Cl-.
Bagian struktur partikel koloid
Dalam tanda kurung siku, tuliskan rumus senyawa yang sedikit larut, yang merupakan dasar dari seluruh partikel. Hal ini biasa disebut agregat. Biasanya jumlah molekul penyusun agregat ditulis dengan huruf latin m.
Ion penentu potensial terkandung secara berlebihan dalam larutan. Mereka terletak di permukaan agregat, dan dalam rumus mereka ditulis segera setelah tanda kurung siku. Jumlah ion ini dilambangkan dengan simbol n. Nama ion-ion ini menunjukkan bahwa muatannya menentukan muatan butiran misel.
Sebuah butiran dibentuk oleh inti dan bagiancounterion pada lapisan adsorpsi. Nilai muatan granul sama dengan jumlah muatan dari ion penghitung potensial dan teradsorpsi: +(2n – x). Bagian yang tersisa dari ion penghitung berada di lapisan difus dan mengkompensasi muatan granula.
Jika Na2S diambil secara berlebihan, maka untuk misel koloid yang terbentuk skema strukturnya akan terlihat seperti:
{[m(CuS)]∙nS2–∙xNa+}–(2n – x) (2n – x)Na+.
Micelles surfaktan
Jika konsentrasi zat aktif permukaan (surfaktan) dalam air terlalu tinggi, agregat molekul (atau ion) mereka mungkin mulai terbentuk. Partikel yang diperbesar ini berbentuk bola dan disebut misel Gartley-Rebinder. Perlu dicatat bahwa tidak semua surfaktan memiliki kemampuan ini, tetapi hanya surfaktan yang rasio bagian hidrofobik dan hidrofiliknya optimal. Rasio ini disebut keseimbangan hidrofilik-lipofilik. Kemampuan gugus polarnya untuk melindungi inti hidrokarbon dari air juga memainkan peran penting.
Agregat molekul surfaktan terbentuk menurut hukum tertentu:
- tidak seperti zat bermolekul rendah, yang agregatnya dapat mencakup jumlah molekul yang berbeda m, keberadaan misel surfaktan dimungkinkan dengan jumlah molekul yang ditentukan secara ketat;
- jika untuk zat anorganik awal miselisasi ditentukan oleh batas kelarutan, maka untuk surfaktan organik ditentukan oleh pencapaian konsentrasi kritis miselisasi;
- pertama, jumlah misel dalam larutan bertambah, lalu ukurannya bertambah.
Pengaruh konsentrasi pada bentuk misel
Struktur misel surfaktan dipengaruhi oleh konsentrasinya dalam larutan. Setelah mencapai beberapa nilainya, partikel koloid mulai berinteraksi satu sama lain. Hal ini menyebabkan bentuknya berubah sebagai berikut:
- bola berubah menjadi ellipsoid lalu menjadi silinder;
- konsentrasi tinggi silinder mengarah pada pembentukan fase heksagonal;
- dalam beberapa kasus, fase pipih dan kristal padat (partikel sabun) muncul.
Jenis misel
Tiga jenis sistem koloid dibedakan menurut kekhasan organisasi struktur internal: suspensoid, koloid misel, koloid molekuler.
Suspenoid dapat berupa koloid ireversibel, serta koloid liofob. Struktur ini khas untuk larutan logam, serta senyawanya (berbagai oksida dan garam). Struktur fase terdispersi yang dibentuk oleh suspensoid tidak berbeda dengan struktur zat padat. Ini memiliki kisi kristal molekul atau ionik. Perbedaan dari suspensi adalah dispersi yang lebih tinggi. Ireversibilitas dimanifestasikan dalam kemampuan larutannya setelah penguapan untuk membentuk endapan kering, yang tidak dapat diubah menjadi sol dengan pelarutan sederhana. Disebut liofobik karena interaksi yang lemah antara fase terdispersi dan medium pendispersi.
Koloid misel adalah larutan yang partikel koloidnya terbentukketika menempel molekul difilik yang mengandung gugus atom polar dan radikal non-polar. Contohnya adalah sabun dan surfaktan. Molekul dalam misel tersebut ditahan oleh gaya dispersi. Bentuk koloid ini tidak hanya bulat, tetapi juga pipih.
Koloid molekuler cukup stabil tanpa zat penstabil. Unit struktural mereka adalah makromolekul individu. Bentuk partikel koloid dapat bervariasi tergantung pada sifat molekul dan interaksi intramolekul. Jadi molekul linier dapat membentuk batang atau kumparan.
