SISTEME DISPERSE - SOLUTII CRISTALINE, SOLUTII COLOIDALE
Sistemele disperse reprezinta amestecuri de 2 sau mai multe substante, caracterizate prin omogenitate sau microheterogenitate, in care cel putin una din componente se gaseste dispersata la nivel mol ecular si care joaca rol de dispersant. O a doua componenta numita substanta dispersata se poate gasi in sistem dispersata la maximum posibil (deci la nivel molecular, atomic sau ionic) sau poate avea particule aglomerate pina la anumite nivele, incit in unele cazuri acestea pot fi observate cu ochiul liber sau la un microscop optic obisnuit.
Dupa dimensiunile particulelor dispersate, sistemele disperse se clasifica in:
a. Solutii
adevarate sau cristaloide, in care particulele componentei dispersabile se
gasesc dispersate la maximum posibil, respectiv la nivelul particulelor chimice
(molecule, atomi, ioni), incit apare o singura faza, lichida si omogena.
Dimensiunile particulelor dispersate sunt de ordinul 10-7-10-
b. Dispersii grosiere sau suspensii
in care particulele dispersate sunt suficient de mari pentru a fi observate cu
ochiul liber sau la microscop; acestea nu trec prin hirtia de filtru obisnuita.
Diametrul unei astfel de particule este mai mare de 10-
c. Sistemele coloidale se situeaza intre solutiile cristaloide si suspensii
Particulele dispersate intr-un
sistem coloidal nu se observa la microscop, dar sunt observabile la
ultramicroscop si la microscopul electronic; trec prin hirtia de filtru
obisnuita dar nu trec prin ultrafiltre. Diametrul unei particule coloide este
de ordinul 2·10-5 - 2·10-
SOLUTII CRISTALINE
Solutiile sunt amestecuri omogene formate din 2 sau mai multe substante care se gasesc dispersate la nivelul particulelor chimice. Aceste particule nu sint observabile cu ajutorul microscoapelor, trec usor prin hirtiile de filtru, deci nu se pot separa prin filtrare sau centrifugare. In alcatuirea unei solutii exista o componenta care dizolva, numita dizolvant, solvent sau mediu de dispersie, care se gaseste in exces fata de componenta care se dizolva, numita corp solubil, solut, solvat, substanta dizolvata sau dispersata. Dupa starea lor de agregare, solutiile adevarate se clasifica in:
solutii gazoase (amestecuri de gaze care indiferent de structura lor chimica se pot amesteca in orice proportie);
solutii lichide ( pot fi solutii de gaz in lichid, lichid in lichid si de solid in lichid) si
solutii solide ( se intilnesc mai frecvent in cazul aliajelor).
Procesul prin care substantele solubile trec in solutii se numeste solvatare si se realizeaza prin stabilirea unor interactiuni intre moleculele de solvent si particulele solubile (forte van der Waals, interactiuni ion-dipol, dipol-dipol, punti de hidrogen).
SOLUTII COLOIDALE
Solutiile coloidale reprezinta sisteme disperse, aparent omogene, care in realitate sunt sisteme microheterogene, in care particulele dispersate se caracterizeaza prin dimensiuni superioare particulelor chimice obisnuite. La un sistem coloidal se distinge un mediu de dispersie numit in acest caz dispergent, corespunzator solventului in cazul unei solutii adevarate, si faza dispersa, care corespunde substantei solvite dintr-o solutie obisnuita. Dispersiile coloide se mai numesc si soli, iar faza dispersa, izolata intr-un sol, se numeste gel.
Clasificarea sistemelor coloidale se realizeaza dupa mai multe criterii:
a. dupa forma particulei coloide se disting coloizi cu particule sferice si cu particule alungite
b. dupa natura particulei coloide se disting coloizi micelari si coloizi macromoleculari
Coloizii micelari (coloizi de asociatie) se formeaza prin unirea unui numar mai mare de molecule obisnuite, atomi sau ioni, unire realizata prin forte van der Waals, forte electrostatice sau prin punti de hidrogen. Ansamblul acestor asociatii poarta numele de miceli si apar in mediul in care substanta respectiva nu este solubila. Unii hidroxizi ca Al(OH)3, Fe(OH)3, Cr(OH)3, detergenti, sapunuri de sodiu si potasiu, formeaza coloizi micelari in mediu apos.
Coloizii macromoleculari sunt solutii moleculare adevarate, in care faza dispersa este formata din substante macromoleculare. Dimensiunile macromoleculelor sunt comparabile cu ale particulelor coloidale, proprietatile lor sunt asemanatoare cu cele ale solutiilor coloidale. Solutii coloidale macromoleculare formeaza cauciucul dizolvat in benzen sau alti compusi macromoleculari ca polietilena, polistirenul, policlorura de vinil, etc. Se cunosc substante macromoleculare care formeaza solutii coloide in apa (amidonul, proteinele solubile-albus de ou, gelatina, etc.).
c. dupa interactiunea dintre moleculele dispergentului si cele ale fazei dispersate se disting coloizi liofili si liofobi, iar cind dispergentul este apa, coloizii pot fi hidrofili si hidrofobi.
In cazul coloizilor liofili, intre moleculele dispergentului si faza dispersa apar interactiuni prin forte van der Waals sau de natura electrostatica (ex. coloizi macromoleculari si de asociatie – amidon in apa, sapun in apa, gelatina in apa, unii hidroxizi metalici in apa, etc.). In cazul coloizilor liofobi nu apare nici o interactiune intre particula coloida si moleculele de dispergent, adica particula coloida nu se solvateaza, ca in cazul coloizilor liofili(ex.suspensii de substante insolubile in apa-AgI, S, aur, grafit coloidal, etc.).
d. dupa fluiditatea lor, sistemele coloidale pot fi liber disperse sau continuu disperse.
Sistemele liber disperse manifesta o mobilitate ridicata a particulelor coloide si o fluiditate notabila a solutiei (ex. hidrosolurile, organosolurile- solul de AgI in apa, etc.). Sistemele coloide continuu disperse contin particule dispersate unite intre ele instructuri tridimensionale care manifesta anumita rezistenta la alunecare si deci sistemul are o fluiditate mai redusa (ex. solutii de gelatina, de cleiuri, de albumine, etc.).
e. dupa starea de agregare a componentelor, sistemele coloide se clasifica in soluri (suspensii), emulsii, spume si aerosoli.
Solurile sunt sisteme coloide la care dispergentul este lichid iar dispersatul solid (ex. aur coloidal, proteine in apa, suspensii de pigemnti sau coloranti organici in apa, etc).
Emulsiile sunt sisteme coloide la care atat dispergentul cat si dispersatul sunt lichide partial miscibile sau nemiscibile. Ex. grasimi lichide in apa, laptele, smintina, maioneza, etc. In industrie, se intilnesc frecvent emulsii in sectorul alimentar, la prepararea a unor lacuri si vopsele, in procesele de flotatie pentru imbogatirea minereurilor,etc.
Substantele care au proprietatea de a favoriza emulsionarea, stabilizind emulsiile, se numesc emulgatori (substante emulsionante): ex. sapunuri, detergenti sintetici, proteine, guma arabica, unii derivati sulfonici, caolin, unele saruri anorganice, etc.
Se cunosc 2 tipuri de emulsii: tipul ulei in apa (U-A) (numite si emulsii directe) si tipul apa in ulei (A-U) (numite si emulsii indirecte).
Tipul unei emulsii depinde de natura emulgatorului si in f. mica masura de proportia fazelor componente: faza lichida care interactioneaza mai bine cu emulgatorul devine dispergent. Astfel folosind sapunul de sodiu sau detergenti sintetici ca emulgatori se obtin emulsii de tip U-A, deoarece acestia interactioneaza mai bine cu apa decit cu uleiul. Emulsiile de tip A-U se obtin folosind un emulgator a carui molecula interactioneaza mai puternic cu uleiul, de ex. sapunul de calciu sau magneziu.
Emulsiile stabile pot fi “sparte”, avind loc un proces de dezemulsionare. Acesta se poate face: chimic (tratarea cu acid a unei emulsii stabilizate cu sapun), prin centrifugare (separarea untului din lapte), pe cale electrica (spargerea emulsiilor petrol- apa folosind un cimp electric de inalta tensiune).
Spumele sunt sisteme coloidale in care dispergentul este lichid iar dispersatul este gaz. Deoarece bulele de gaz dispersat au volum relativ are, prin sederea indelungata spumele isi micsoreaza volumul datorita pierderii unei parti din aerul inglobat. Ex. aer-solutie de sapun, aer-solutii apoase de proteine, obtinute prin agitare. Exista si spume solide ca de ex. polistiren expandat, bureti, piatra ponce, etc. In cazul acestora bulele de aer pot avea dimensiuni mult superioare celor ale particulelor coloidale; totusi termenul de spume poate fi acceptat pentru aceste sisteme solid-gaz.
Aerosolii (aerosuspensiile) sunt sisteme coloide alcatuite dintr-un dispergent gazos (de ex. aer) si faza dispersata solida. Ex. fum, prafuri f. fine, etc. In cazul fazei dispersate lichide sistemul poarta numele de aeroemulsie. Ex. ceata, nori, etc.
