Micelle: struktur, skema, penerangan dan formula kimia

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-17 05:36

Sistem koloid amat penting dalam kehidupan mana-mana orang. Ini bukan sahaja disebabkan oleh fakta bahawa hampir semua cecair biologi dalam organisma hidup membentuk koloid. Tetapi banyak fenomena semula jadi (kabus, asap), tanah, mineral, makanan, ubat-ubatan juga merupakan sistem koloid.

Unit pembentukan sedemikian, yang mencerminkan komposisi dan sifat khususnya, dianggap sebagai makromolekul, atau misel. Struktur yang terakhir bergantung pada beberapa faktor, tetapi ia sentiasa zarah berbilang lapisan. Teori kinetik molekul moden menganggap penyelesaian koloid sebagai kes khas penyelesaian benar, dengan zarah zat terlarut yang lebih besar.

Kaedah untuk mendapatkan penyelesaian koloid

Struktur misel yang terbentuk apabila sistem koloid muncul, sebahagiannya bergantung pada mekanisme proses ini. Kaedah untuk mendapatkan koloid dibahagikan kepada dua kumpulan yang berbeza secara asasnya.

Kaedah penyebaran dikaitkan dengan pengisaran zarah yang agak besar. Bergantung pada mekanisme proses ini, kaedah berikut dibezakan.

1. Pemurnian. Boleh dilakukan kering ataucara basah. Dalam kes pertama, pepejal dihancurkan terlebih dahulu, dan hanya kemudian cecair ditambah. Dalam kes kedua, bahan bercampur dengan cecair, dan hanya selepas itu ia berubah menjadi campuran homogen. Pengisaran dijalankan di kilang khas.
2. Bengkak. Pengisaran dicapai kerana fakta bahawa zarah pelarut menembusi ke dalam fasa tersebar, yang disertai dengan pengembangan zarahnya sehingga pemisahan.
3. Penyebaran melalui ultrasound. Bahan yang akan dikisar diletakkan dalam cecair dan disonikasi.
4. Penyerakan kejutan elektrik. Diminta dalam pengeluaran sol logam. Ia dijalankan dengan meletakkan elektrod yang diperbuat daripada logam yang boleh tersebar ke dalam cecair, diikuti dengan menggunakan voltan tinggi kepada mereka. Akibatnya, lengkok voltan terbentuk di mana logam itu disembur dan kemudian terpeluwap menjadi larutan.

Kaedah ini sesuai untuk kedua-dua zarah koloid liofilik dan liofobik. Struktur misel dijalankan serentak dengan pemusnahan struktur asal pepejal.

Kaedah pemeluwapan

Kumpulan kedua kaedah berdasarkan pembesaran zarah dipanggil pemeluwapan. Proses ini boleh berdasarkan fenomena fizikal atau kimia. Kaedah pemeluwapan fizikal termasuk yang berikut.

1. Penggantian pelarut. Ia datang kepada pemindahan bahan dari satu pelarut, di mana ia larut dengan baik, ke yang lain, di mana keterlarutan jauh lebih rendah. Akibatnya, zarah-zarah kecilakan bergabung menjadi agregat yang lebih besar dan larutan koloid akan muncul.
2. Peluwapan wap. Contohnya ialah kabus, yang zarahnya dapat mendap di permukaan sejuk dan beransur-ansur membesar.

Kaedah pemeluwapan kimia termasuk beberapa tindak balas kimia yang disertai dengan pemendakan struktur kompleks:

1. Pertukaran ion: NaCl + AgNO₃=AgCl↓ + NaNO₃.
2. Proses redoks: 2H₂S + O₂=2S↓ + 2H_2O.
3. Hidrolisis: Al₂S₃ + 6H₂O=2Al(OH) ₃↓ + 3J₂S.

Syarat untuk pemeluwapan kimia

Struktur misel yang terbentuk semasa tindak balas kimia ini bergantung kepada lebihan atau kekurangan bahan yang terlibat di dalamnya. Juga, untuk kemunculan larutan koloid, adalah perlu untuk mematuhi beberapa keadaan yang menghalang pemendakan sebatian yang mudah larut:

• kandungan bahan dalam larutan campuran hendaklah rendah;
• kelajuan bancuhan mereka hendaklah rendah;
• salah satu daripada penyelesaian harus diambil secara berlebihan.

Struktur misel

Bahagian utama misel ialah inti. Ia dibentuk oleh sebilangan besar atom, ion dan molekul sebatian tidak larut. Biasanya teras dicirikan oleh struktur kristal. Permukaan nukleus mempunyai rizab tenaga bebas, yang memungkinkan untuk secara selektif menyerap ion dari persekitaran. Proses inimematuhi peraturan Peskov, yang mengatakan: pada permukaan pepejal, ion-ion tersebut kebanyakannya terserap yang mampu melengkapkan kekisi kristalnya sendiri. Ini boleh dilakukan jika ion ini berkaitan atau serupa dalam sifat dan bentuk (saiz).

Semasa penjerapan, lapisan ion bercas positif atau negatif, dipanggil ion penentu potensi, terbentuk pada teras misel. Disebabkan oleh daya elektrostatik, agregat bercas yang terhasil menarik pembilang (ion dengan cas yang bertentangan) daripada larutan. Oleh itu, zarah koloid mempunyai struktur berbilang lapisan. Misel memperoleh lapisan dielektrik yang dibina daripada dua jenis ion bercas bertentangan.

Hidrosol BaSO4

Sebagai contoh, adalah mudah untuk mempertimbangkan struktur misel barium sulfat dalam larutan koloid yang disediakan dalam lebihan barium klorida. Proses ini sepadan dengan persamaan tindak balas:

BaCl_2(p) + Na₂SO_4(p)=BaSO _4(t) + 2NaCl_(p).

Sedikit larut dalam air, barium sulfat membentuk agregat mikrohablur terbina daripada nombor ke-m molekul BaSO₄. Permukaan agregat ini menyerap jumlah ke-n Ba²⁺ ion. 2(n - x) Ion Cl^- disambungkan kepada lapisan ion penentu potensi. Dan pembilang yang selebihnya (2x) terletak dalam lapisan meresap. Iaitu, butiran misel ini akan dicas positif.

Jika natrium sulfat diambil secara berlebihan, makaion penentu potensi ialah SO₄^2-, dan pembilangnya ialah Na⁺. Dalam kes ini, cas butiran akan menjadi negatif.

Contoh ini jelas menunjukkan bahawa tanda cas granul misel secara langsung bergantung pada syarat penyediaannya.

Merakam misel

Contoh sebelum ini menunjukkan bahawa struktur kimia misel dan formula yang mencerminkannya ditentukan oleh bahan yang diambil secara berlebihan. Mari kita pertimbangkan cara menulis nama bahagian individu zarah koloid menggunakan contoh hidrosol kuprum sulfida. Untuk menyediakannya, larutan natrium sulfida perlahan-lahan dituangkan ke dalam jumlah larutan kuprum klorida yang berlebihan:

CuCl₂ + Na₂S=CuS↓ + 2NaCl.

Struktur misel CuS yang diperoleh melebihi CuCl₂ ditulis seperti berikut:

{[mCuS]·nCu²⁺·xCl^-}^{+(2n-x)·(2n-x)Cl}-.

Bahagian struktur zarah koloid

Dalam kurungan segi empat sama tulis formula sebatian yang mudah larut, yang merupakan asas bagi keseluruhan zarah. Ia biasanya dipanggil agregat. Biasanya, bilangan molekul yang membentuk agregat ditulis dengan huruf Latin m.

Ion penentu berpotensi terkandung dalam larutan yang berlebihan. Ia terletak di permukaan agregat, dan dalam formula ia ditulis sejurus selepas kurungan persegi. Bilangan ion ini dilambangkan dengan simbol n. Nama ion ini menunjukkan bahawa casnya menentukan cas granul misel.

Sebiji granul dibentuk oleh inti dan bahagianpembilang dalam lapisan penjerapan. Nilai cas butiran adalah sama dengan jumlah cas bagi pembilang penentu potensi dan terjerap: +(2n – x). Baki bahagian pembilang berada dalam lapisan meresap dan mengimbangi caj butiran.

Jika Na₂S diambil secara berlebihan, maka untuk misel koloid yang terbentuk skema struktur akan kelihatan seperti:

{[m(CuS)]∙nS^2–∙xNa⁺}^{–(2n – x)} ∙(2n – x)Na⁺.

Misel surfaktan

Sekiranya kepekatan bahan aktif permukaan (surfaktan) dalam air terlalu tinggi, agregat molekul (atau ion)nya mungkin mula terbentuk. Zarah yang diperbesarkan ini mempunyai bentuk sfera dan dipanggil misel Gartley-Rebinder. Perlu diingatkan bahawa tidak semua surfaktan mempunyai keupayaan ini, tetapi hanya mereka yang nisbah bahagian hidrofobik dan hidrofilik adalah optimum. Nisbah ini dipanggil keseimbangan hidrofilik-lipofilik. Keupayaan kumpulan kutub mereka untuk melindungi teras hidrokarbon daripada air juga memainkan peranan penting.

Agregat molekul surfaktan terbentuk mengikut undang-undang tertentu:

• tidak seperti bahan bermolekul rendah, agregatnya mungkin termasuk bilangan molekul yang berbeza m, kewujudan misel surfaktan adalah mungkin dengan bilangan molekul yang ditetapkan dengan ketat;
• jika untuk bahan bukan organik permulaan miselisasi ditentukan oleh had keterlarutan, maka untuk surfaktan organik ia ditentukan oleh pencapaian kepekatan kritikal penyeselan;
• pertama, bilangan misel dalam larutan bertambah, dan kemudian saiznya bertambah.

Kesan kepekatan pada bentuk misel

Struktur misel surfaktan dipengaruhi oleh kepekatannya dalam larutan. Apabila mencapai beberapa nilainya, zarah koloid mula berinteraksi antara satu sama lain. Ini menyebabkan bentuknya berubah seperti berikut:

• sfera bertukar menjadi elipsoid dan kemudian menjadi silinder;
• kepekatan silinder yang tinggi membawa kepada pembentukan fasa heksagon;
• dalam beberapa kes, fasa lamelar dan kristal pepejal (zarah sabun) muncul.

Jenis misel

Tiga jenis sistem koloid dibezakan mengikut keanehan organisasi struktur dalaman: suspensoid, koloid misel, koloid molekul.

Suspensoid boleh menjadi koloid tak boleh balik, begitu juga koloid liofobik. Struktur ini adalah tipikal untuk larutan logam, serta sebatian mereka (pelbagai oksida dan garam). Struktur fasa tersebar yang dibentuk oleh suspensoid tidak berbeza daripada struktur bahan padat. Ia mempunyai kekisi kristal molekul atau ionik. Perbezaan daripada ampaian ialah penyebaran yang lebih tinggi. Ketakterbalikan ditunjukkan dalam keupayaan penyelesaiannya selepas penyejatan untuk membentuk mendakan kering, yang tidak boleh ditukar menjadi sol dengan pembubaran mudah. Ia dipanggil lyophobic kerana interaksi yang lemah antara fasa tersebar dan medium penyebaran.

Koloid misel ialah larutan yang zarah koloidnya terbentukapabila melekat molekul difilik yang mengandungi kumpulan polar atom dan radikal bukan kutub. Contohnya sabun dan surfaktan. Molekul dalam misel tersebut dipegang oleh daya serakan. Bentuk koloid ini bukan sahaja sfera, tetapi juga lamellar.

Koloid molekul agak stabil tanpa penstabil. Unit struktur mereka adalah makromolekul individu. Bentuk zarah koloid boleh berbeza-beza bergantung pada sifat molekul dan interaksi intramolekul. Jadi molekul linear boleh membentuk rod atau gegelung.