Протилежного знаку утворюють другий електричний шар.Адсорбція іонів залежить від їх заряду, розмірів та здатності до сольватації (гідратації). Чим вища валентність іона, тим більшій мірі він адсорбується. Адсорбція іонів однакової валентності буде тим більша, чим більше його радіус (звідси, більша поляризація і менша гідратація). Адсорбційна здатність зростає в ряду іонів, утворених елементами І групи періодичної системи: Двовалентні катіони стоять в аналогічному ряду: Ме2+ < Са2+ <Sr2+ <Ва2+ Адсорбційна здатність одновалентних аніонів збільшується в ряду: Такі ряди називаються ліотропніши, або рядами Гофмейстера. Важливу роль для колоїдної хімії, зокрема для встановлення будови міцели гідрофобного золю (про що я потім розповім), відіграли дослідження адсорбції іонів на поверхні кристалу, до складу якого входять іони тієї ж природи. В такому разі адсорбцію розглядають як добудову кристалічної решітки адсорбованим іоном. Панет та Фаянс сформулювали правило, згідно з яким кристали добудовуються лише тими іонами або атомами, які входять до їх складу. Наприклад, на поверхні кристалів АgСІ, внесених у розчин АgNОз, будуть адсорбуватися іони срібла. Добудовувати кристалічну решітку здатні не тільки ті іони, що входять до складу решітки, але й ізоморфні з ними, а також атомні групи, близькі до атомних груп, які містяться на поверхні. Якщо в контакт з адсорбентом, на поверхні якого вже адсорбовані іони електроліту, привести інший електроліт, то, як правило, відбувається обмін іонами між поверхнею адсорбенту і розчином (або іонообмінна адсорбція). До обміну здатні також іони, які утворюються із самого адсорбенту в результаті дисоціації його молекул. Такі тверді речовини, здатні до іонного обміну, називають іонообмінниками або іонітами. Іоніти мають структуру у формі каркасу (матриці), «зшитого» ковалентними зв'язками. Матриця має позитивний або негативний заряд, який компенсують протилежно заряджені рухомі іони — протиіони (рис - Модель матриці катіоніту.). Вони й можуть замінятися на інші іони з зарядом того ж знаку. Каркас грає роль полііону і зумовлює нерозчинність іоніту в розчинниках. Систему зафіксовані іони — рухомі протиіони прийнято називати обмінним комплексом. 11.тверді речовини, здатні до іонного обміну, називають іонообмінниками або іонітами. Іоніти мають структуру у формі каркасу (матриці), «зшитого» ковалентними зв'язками. Матриця має позитивний або негативний заряд, який компенсують протилежно заряджені рухомі іони — протиіони (рис - Модель матриці катіоніту.). Вони й можуть замінятися на інші іони з зарядом того ж знаку. Каркас грає роль полііону і зумовлює нерозчинність іоніту в розчинниках. Систему зафіксовані іони — рухомі протиіони прийнято називати обмінним комплексом. Іоніти класифікують за різними ознаками: а) за походженням — на природні та синтетичні; б) за складом — на неорганічні та органічні; в) за знаком заряду обмінюваних іонів — на катіоніти, аніоніти та амфоліти. Останні в залежності від умов здатні до обміну як катіонів, так і аніонів.ежності від умов здатні до обміну як катіонів, так і аніонів. До основних властивостей іонітів, що визначають їх якість як сорбентів, належать ємність, кислотно-основні властивості, селективність, набухання, хімічна стійкість та механічна міцність. Розглянемо деякі кількісні закономірності обміну іонів. Іоніт поглинає визначену кількість іонів і в цей же час виділяє в розчин еквівалентну кількість інших іонів того ж знаку, витиснутих з поверхні. В системі через деякий час встановлюється рівновага між концентраціями іонів у іоніті і в розчині, яку називають іонообмінною рівновагою Іоніти використовуються в біології і фармакології для розділення і очищення вітамінів. Іоніти почали застосовувати в сільському господарстві при вивченні агрономічних властивостей грунтів. У медицині за допомогою іонітів отримують кров, що не згущується, їх застосовують при лікуванні хворих, страждаючих підвищеною кислотністю шлунку
12Залежність швидкостей адсорбції і десорбції від властивостей речовини, яка поглинається, може бути використана для розділення компонентів суміші. колонку, заповнену твердим сорбентом (АІ2О3, СаСОз, МgO і т. д.), фільтрують розчин різних за кольором речовин, які розділяються. Найменш адсорбовний компонент суміші зміщується по колонці з найбільшою швидкістю, тому в шарі безкольорового сорбенту з'являється ряд забарвлених зон. Перша з них містить найменш сорбовний компонент майже в чистому вигляді, далі йде зона, в якій міститься суміш цього компонента з більш адсорбовною речовиною, потім зона майже чистої другої речовини і т. д. Цю операцію М. С. Цвєт назвав зняттям хроматограми, а сам розподіл компонентів в шарі сорбенту — хроматограмою. Для повного розділення забарвлених зон колонку промивають чистим розчинником (проявлення хроматограми). Найменш адсорбовний компонент десорбується з максимальною швидкістю, і забарвлена ним зона зміщується по колонці на найбільшу відстань. Такий метод розділення суміші М. С. Цвєт назвав хроматографічним. Він оснований на різниці в швидкостях молекулярної адсорбції і десорбції компонентів суміші. Далі з'ясували, що для розділення сумішей можна використовувати відмінність і інших властивостей їх складових частин: швидкості іонного обміну, розчинності, температури випаровування і т. д. В зв'язку з цим зараз хроматографією називають будь-який фізико- хімічний спосіб розділення суміші при її русі вздовж деякої нерухомої фази. Хроматографічний аналіз звичайно розділяють на: 1) адсорбційну хроматографію, яка використовує різницю швидкостей молекулярної адсорбції і десорбції; 2) іонообмінну, в якій використовується різниця в швидкостях іонного обміну; 3) осадову, основану на різниці в розчинності сполук, утворених компонентами суміші звведеним в колонку осаджувачем; 4) розподільну, в якій розділення суміші відбувається в результаті різної розчинності компонентів суміші в різних рідинах; 5) термохроматографію, що використовує різницю в адсорбційній здатності складових частин суміші при різних температурах. Метод тонкошарової хроматографіїбув розроблений у 1938 році М. А. Ізмайловим і М. С. Шрайбер у Харківському науково-дослідному хіміко-фармацевтичному інституті (зараз ДНЦЛЗ). Його широко використовують для розділення, аналізу і ідентифікації лікарських речовин. Хроматографічний метод розділення сумішей широко застосовують в якісному і кількісному аналізі, для розділення близьких за властивостями речовин, очистки хімічних реагентів, ідентифікації хімічних препаратів, визначення питомої поверхні пористих тіл і т. д. Хроматографію використовують в різних виробництвах для управління технологічними процесами, а також в дослідницькій роботі для визначення величини і теплоти адсорбції, ізотерм розподілу, коефіцієнтів активності та ін. 13.Дисперсними є системи, в яких одна речовина в подрібненому стані рівномірно розпо-ділена серед частинок іншої речовини. Розрізняють дисперсну фазу (диспергована речовина, або частинки) та дисперсне середовище (тобто розчинник). Головною особливістю дисперс-них систем є наявність поверхні розподілу фаз, тобто гетерогенність. За розміром частинок дисперсні системи ділять на три типи: 1. Грубо–дисперсні системи (суспензії, емульсії, порошки, грубі зависі) – розмір частинок більше 1 мкм (10–6 м), а питома поверхня менше 1м2 2. Системи середньої дисперсності 1 – 0,1 мкм (10–6 – 10–7 м); Іноді їх об`єднують з грубо–дисперсними системами. 3. Колоїдно–дисперсні системи (або золі) мають розмір частинок 100 – 1 нм (10–7 – 10–9 м), а питома поверхню більше 10 м2 Далі йдуть істинні (молекулярні та іонні) розчини, які мають розмір частинок менше 10–9 м. В таких розчинах вже немає поверхні поділу фаз і вони не належать до дисперсних систем.За агрегатним станом дисперсної фази та дисперсного середовища гетерогенні системи по- діляють на тверді, рідкі, газоподібні. Ліофільні системи – в яких дисперсні частинки сильно взаємодіють з розчинником. У випадку коли розчинником є вода, їх можна називати гідрофільними системами. Наприклад – розчини білків або полісахаридів у воді; Ліофобні системи – в яких дисперсні частинки слабко взаємодіють з розчинником. У випадку коли розчинником є вода ці системи можна називати гідрофобними, оскільки поверхня частинок слабко змочується водою. Приклади – колоїдні розчини благородних металів. Розрізняють 2 групи методів отримання колоїдних розчинів: Дисперсійний метод полягає в подрібнення речовини до маленьких частинок. Подрібнення можна вести: 1) механічним способом (кульові млини, гомогенізатори, ультразвукові дезінтегратори); 2) фізико-хімічним способом – метод пептизації, коли осад речовини переводиться в колоїдний стан додаванням поверхнево–активних сполук - мила, білків. Конденсаційний метод спрямований на збільшенні розмірів частинок завдяки агрегації молекул або іонів. Для цього використовується: 1) випаровування розчинника, внаслідок чо- го йде конденсація твердої фаза; 2) заміна розчинника, наприклад, коли спиртовий розчин холестерину вилити у воду; 3) використання реакцій, в яких осади формуються з маленьких частинок. Так, отримання колоїдного розчина йодиду срібла йде за реакцією заміщення: KJ + AgNO3 → AgJ ↓ + KNO3 Методи очистки колоїдних розчинів. Очистка колоїдних розчинів необхідна для усунення надлишку іонів, сторонніх домішок, присутність яких зменшує їх стабільність. Діаліз - полягає в вилученні низькомолекулярних домішок шляхом дифузії крізь на- впівпроникну мембрану. Для цього колоїдний розчин вводять в мішечок з такої мембрани (наприклад з целофану) і занурюють у дистильовану воду. Молекули або іони з розміром меншим, ніж пори мембрани, будуть переходити з розчину у воду. Для прискорення діалізу можна створити електричне поле (електродіаліз), що прискорює перехід іонів. Принципи діалізу використовують в апараті “штучна нирка”, де потік крові пропуска- ють крізь штучні навпівпроникні мембрани. З одного боку мембрани циркулює компенса- ційна рідина, наприклад – фізіологічний розчин, а з іншого боку - кров пацієнта. В результаті в компенсаційну рідину переходять надлишкові кількості метаболітів і токсинів, які
|
