KOLOIDI I MAKROMOLEKULI

KOLOIDI I MAKROMOLEKULI

Sistemi u kojima je jedna ili više supstancija u većoj ili manjoj meri usitnjena i ravnomerno raspoređena u okružujućoj sredini, su disperzni sistemi. Disperzni sistemi su heterogeni jer između čestica disperzne faze i disperzionog sredstva postoji granična površina sa određenom slobodnom površinskom energijom.

Zavisno od veličine čestica disperzni sistemi se dele na: mikroheterogene ili grubo disperzne sisteme-suspenzije i emulzije- >107 m (100 nm) ultramikroheterogene ili koloidne sisteme - 109 i 107 m (1100 nm) i molekulsko ili jonsko disperzne sisteme ili prave rastvore

rastvori koloidi suspenzije

< 1 nm > 100 nm

-pojedini atomi-mali molekuli-atomski joni-poliatomski joni

-agregati atoma, molekula ili jona-makromolekuli (proteini)

-grupe čestica,-zrnca minerala kao npr. pesak

Poređenje rastvora, koloida i suspenzija


< 1 nm > 100 nm

Još poređenja…

transparentni sa Tyndallovim efektom

poluprovidno(maglovito)

molekulsko kretanje Brownian-sko kretanje

kreću se pod dejstvom gravitacijekoagulacija

transparentni(bistri)


< 1 nm > 100 nm

-elektroliti (soli), gasovi, glukoza rastvoreni u vodi

-plazma: proteini albumini globulini fibrinogen

-ćelije crvena krvna zrnca bela krvna zrnca pločice

Korišćenje krvi kao primera…

Stanje disperznogsredstva

Stanje disperznesredine

Naziv disperzije

Primeri

Gas Tečnost Pena Pena na pivu, sneg od belanca,pena za gašenje

Gas Čvrsto Čvrsta pena Šećerna pena, sunđer

Tečnost Gas Aerosol Magla, oblaci

Tečnost Tečnost Emulzija Mleko, majonez

Tečnost Čvrsto Čvrsta emulzija

Buter, sir

Čvrsto Gas Dim Smog, prašina u vazduhu

Čvrsto Tečnost Sol Boja, deterdženti

Čvrsto Čvrsto Čvrst sol Legure, opal, rubin

Disperzni sistemi

Koloidi-uzrok specifičnog ponašanja

Pojave na granici faza, odnosno na graničnoj površini između disperzne faze i disperznog sredstva određuju osobine i ponašanje koloidnih sistema.

Naime, zbog velikog stepena disperznosti odnosno velikog odnosa površine čestice prema njenoj zapremini, postoji znatno nezasićeno polje sila i velika slobodna površinska energija usled čega dolazi do znatne adsorpcije na površini koloidnih čestica.

Optičke osobine– Tyndall-ov efekat

Svetlost može biti apsorbovana, rasejana, polarizovana ili reflektovana disperzovanom fazom koloida

Osobine koloida

zrak svetlosti

rastvor

zrak svetlosti

koloid

R a z re z

] eli ja sa rastvorom

R a se ja n a sv e tlo s t

Iz v o rsv e tlo s ti

ćelija sa rastvorom

Osobine koloida

Brown-ovo kretanje– Koloidne čestice posmatrane pod

ultramikroskopom pokazuju neprekidno kretanje u disperznoj sredini. Ovo kretanje koje je prvi zapazio Braun, posledica je neprekidnog sudaranja koloidnih čestica sa molekulima disperzne sredine koji se nalaze u stalnom haotičnom kretanju

Osobine koloida

Posledice Braunovog kretanja– Stabilnost koloida je posledica suprotnog

gravitacionog dejstva i Braunovog kretanja

– Koloidni rastvori difunduju iz oblasti više koncentracije u oblast niže koncentracije

– Koloidni rastvori pokazuju koligativne osobine

Difuzija koloida

Fickov zakon važi

rN

RTxD

A 62

2

sp

A

v

NrM

3

4 3

Dijaliza i ceđenje

R VV

E E

M M

Voda

Voda

+ -

VodaVoda

Voda

Koloidne čestice i makromolekuli ne prolaze kroz životinjske membrane, pergament ili celofan usled čega se mogu odvojiti od čestica molekulskih dimenzija. Ovaj postupak se naziva dijaliza

Elektroforeza i elektroosmoza

Kretanje naelektrisanih koloidnih čestica, odnosno disperzne faze u odnosu na nepokretnu disperznu sredinu, pod dejstvom električnog polja, naziva se elektroforeza.

- +

Elektrolit

Sol

4

Eu

Elektroforeza i elektroosmoza Ako je električno polje primenjeno u prisustvu porozne pregrade ili

membrane tada će se tečnost (obično voda) kretati kroz pore pregrade. Ako je membrana negativno naelektrisana rastvarač se kreće prema katodi. Ova pojava kretanja disperzne sredine u odnosu na disperznu fazu je elektroosmoza. Zapremina tečnosti, V, koja se kreće u jedinici vremena srazmerna je elektrokinetičkom potencijalu, , ispitivane disperzne sredine:

Porozna pregrada

Elektrode

+ -

I

V

Liofilni i liofobni koloidiLiofobni Liofilni

sličan površinski napon kaodisperzna sredinaslična viskoznostvide se u ultramikroskopuu električnom polju se kreću u određenom smeruzagrevanjem prelaze u gelove

manji površinski naponveća viskoznostne vide se u ultramikroskopukreću se ili u oba smera ili se ne kreću u električnom poljumanja težnja ka taloženju

Rana faza rasta kristala

NaI + AgNO AgI + Na + NOvišak 3

+3-

I-

Ag+ I-

Ag+

I-

Ag+

Ag+

I-

Ag+

I-

NO3-

NO3-

NO3-

Na+Na+

Na+

Na+I-

I-

Na+

Na+

Na+

NO3-

NO3-

I-

Na+

Rast kristala


+3-

I-

I-

Ag

Ag

+

+

Ag+

I-

I-

Ag+

I-

I-

Ag

Ag

+

+

Ag+

I-

I-

Ag+

NO3-

NO3-

NO3-

Na+Na+

Na+

Na+Na+

Na+

Na+NO3

-

NO3-

Na+

NO3- NO3

-

NO3-

Na+

Na+

Na+

Na+

I-

I-

I-

I-

I-

I-

I-

Širenje kristalne rešetke

NaI + AgNO AgI + Na + NOexcess 3

+3-

I-

I-

I-

I-

Ag

Ag

+

+

Ag+

I-

I-

Ag+

I-

I-

I-

I-

Ag

Ag

+

+

Ag+

I-

I-

Ag+

I-

I-

I-

I-

Rast kristalne rešetke


+3-

NO3-

NO3-

NO3-

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+NO3

-

NO3-

Na+

NO3-

NO3-

NO3-

Na+

Na+

Na+

Na+

I-

I-

I-

I-

Ag

Ag

+

+

Ag+

I-

I-

Ag+

I-

I-

I-

I-

Ag

Ag

+

+

Ag+

I-

I-

Ag+

I-

I-

I-

I-

I-

I-

I-

Rast kristala


+3-

NO3-

NO3-

NO3-

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+NO3

-

NO3-

Na+

NO3-

NO3-

NO3-

Na+

Na+

Na+

Na+

I-

I-

I-

I-

Ag

Ag

+

+

Ag+

I-

I-

Ag+

I-

I-

I-

I-

Ag

Ag

+

+

Ag+

I-

I-

Ag+

I-

I-

I-

I-

I-

I-

I- negativno

naelektrisana koloidna

čestica

I

-

I-

I-

I-

I-

I-

I-

Površina čestice

Rastojanje od površine čestice

površina je negativno naelektrisana

katjoni u rastvoru su suprotni joni (counterions)

anjoni u rastvoru su slični joni (similions)

I

-

I-

I-

I-

I-

I-

I-

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+Na+Na+ NO

-3

NO-

3NO

-3

NO-

3

NO-

3

Na+

Površina

Masa rastvora:Elektro neutralna -

jednake koncentracije similions i counterions

Na+Na+

I-

I-

Rastojanje od površine

I

-

I-

I-

I-

I-

I-

I-

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+Na+Na+ NO

-3

NO-

3NO

-3

NO-

3

NO-

3

Na+

Površina čestice

Na+Na+

I-

I-

Difuzna oblast sa viškom koncentracije suprotnog jona

Dvojni sloj


Masa rastvora:Elektro neutralna -

jednake koncentracije similions i counterions

I

-

I-

I-

I-

I-

I-

I-

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+Na+Na+ NO

-3

NO-

3NO

-3

NO-

3

NO-

3

Na+

adsorpcioni sloj

Difuzni sloj

Na+Na+

I-

I-


Površina čestice

Struktura liofobnih česticaAgNO3(aq) + KI(aq) AgI(s) + KNO3(aq)

++

++ +

+

+ ++

+

+

+

Jez gro(A g I)m (A g I)m

Gra

nula

Mic

ela

D ifu zn is lo j

A d so rp c io n is lo j

n A g +

(n -x ) N O 3

-

x N O 3

-

n I -

(n -x ) K +

x K +

a) b )

Micele su elektroneutralne koloidne čestice koje se sastoje iz neutralnog dela i dvojnog električnog sloja koji sačinjavaju joni suprotnog naelektrisanja (jonogeni deo). Naelektrisani deo micele je granula.

višak AgNO3višak KI

Razlika u naelektrisanju micele i granule čini elektrokinetički ili zeta () potencijal. Pri nestajanju difuznog sloja dimenzije micele i granule su identične, -potencijal je jednak nuli i postiže se izoelektrično stanje

m A g I

n I (n-x )K- +

x K +

P o k re tn i d ifu zn i s lo j

Koloidne čestice termodinamički nestabilne, a kinetički stabilne. Da bi do flokulacije ipak došlo potrebno je kod liofobnih čestica smanjiti vrednost -potencijala do kritične vrednosti (kr 0,03 V) razaranjem dvojnog električnog sloja. Ovo se postiže dodavanjem jona suprotnog naelektrisanja od koloidnih čestica

Električno odbijanje

++++

++

++++++

---

- -

--

--

- -

- -

--

-

-

-+

+

+

++

+++

++

++

++++++

---

- -

--

--

- -

- -

--

-

-

-+

+

+

++

+Električno odbijanje

Koagulacija

++++

++

++++++

---

- -

--

--

- -

- -

--

-

-

-+

+

+

++

+++

++

++

++++++

---

-

--

-

- -

- -

---

-+

+

+

Privlačne sile nadvladavaju odbojne sile.

Liofilni koloidiStabilnost liofilnih koloida potiče dominantno od prisustva solvatnog omotača koji se vezuje za česticu preko njenih liofilnih grupa, a u manjoj meri i od prisustva dvojnog električnog sloja. Da bi do koagulacije liofilnog koloida došlo, potrebno je stoga prvo ukloniti solvatni omotač. U ovu svrhu se mogu koristiti organska jedinjenja kao alkohol ili aceton koji vezuju molekule vode iz hidratnog omotača i mogu dovesti do koagulacije sola ako dehidratisane čestice ne poseduju dvojni električni sloj. U suprotnom, dehidratisane čestice dobijaju hidrofobne osobine i ostaju u rastvoru zahvaljujući naelektrisanju. Dodatak malih količina elektrolita sada dovodi do flokulacije. Stabilnost liofilnih solova se može narušiti i dodatkom većih količina elektrolita koje dovode do taloženja koloidnih čestica.

Braunovsko kretanje i određivanje

Avogadrove konstante-1

h + d h P + d Ph P

h = 0A

P 0

Fg= PA Fd=gdm+(P+dP)A

PA=(P+dP)A+gdm

dP=-(g/A)dm

PV=P(Adh)=(dm/M)RT dP/P=-(Mg/RT)dh

h

dhRT

Mg

P

P

00

lnkE

Mgh

RT

Mgh

P

P

2

3ln 0


Avogadrove konstante-2 Peren je pretpostavio da ova jednačina pokazuje i raspodelu mikroskopskih čestica dispergovanih u tečnosti ako se uzme u obzir sila potiska na čestice:

'

1ln 0

RT

mghN

N

N A

N

N

ghr

RTN A

03

ln)'(4

3

eksperimentalno



pp mmmm

'1

1.

2. staklasta čvrsta masa= rastvor KBr

gustina čestica

1.

2.

grur )'(3

46 3

sedimentaciona ravnoteža radijus čestica


Avogadrove konstante-4 Odnosa brojčanih gustina čestica na dva različita nivoa iz200 očitavanja broja granula u ograničenom vidnom polju mikroskopa u dve žižine ravni mikroskopa.

Ovakvim načinom određena je vrednost Avogadrovog broja koja je iznosila između 6,5 i 7,2 1023 čestica.



Dx 22

Ajnštajnove relacije:

D

kTf

rf 6

Dr

RT

Dr

kTN A 66

23 xr

RTN A

Stoks-Ajnštajnova jednačina x2=1/2 l2

l

x

y

x

Avogadrova konstanta

Peren: 5,5 NA 8,01023 mol-1

NA= 6,02213671023 mol-1

iz merenja talasne dužine X-zraka

Documents

KOLOIDI I MAKROMOLEKULI