2. Kolloidsüsteemide valmistamise meetodid.

Kolloidse süsteemi valmistamise peamised tingimused:

1. Disperse faasi mittelahustuvus või väike lahustuvus dispersioonikeskkonnas.

2. Kolloidosakesi stabiliseerivate ainete olemasolu dispersioonikeskkonnas. Need pidurdavad näiteks kolloidosakeste kasvu liiga suureks. Meetodid kolloidsüsteemide valmistamiseks määrab ära kolloidsüsteemide vahepealne asend molekulaardispersete ja jämedispersete süsteemide vahel. Kasutatakse nii kondenseerimiskui ka dispergeerimis(peenestus)meetodeid.

A Kondenseerimismeetodid. Selle eesmärgiks on väiksemate osakeste (aatomite,

molekulide, ioonide) liitmine suuremateks agregaatideks. Kondenseerumine toimub

isevooluliselt, kuna kondenseerumisel toimub pinna vähenemine ja sellega koos vabaenergia

vähenemine. Kondensatsiooniprotsessi põhiprobleemiks on kasvu õigeaegne pidurdamine, et

ei tekiks jämedispersne ebapüsiv süsteem. Kondenseerimismeetodis eraldatakse kaks

staadiumit:

1) kristallisatsioonikeskmete teke väikeste kristallikestena

Kui aine lahustuvus antud dispersioonikeskkonnas on L ja meie lahus on piisavalt

üleküllastunud kontsentratsiooniga C, siis on kristallisatsioonikeskme tekkekiirus

V1 =dt/dn=k (C-L)/L

2) keskmete kasv sõltuvana kristalli pinnale sadenevate molekulide (aatomite,

ioonide) arvust m, nende difusioonikonstandist D ja difusioonitee pikkusest l :

v2 =dm/dt=Ds/l(C-L)

Ühtlase dispersiooniastme saavutamiseks peab keskmete tekkekiirus olema palju suurem kui

kasvukiirus (v1 >> v2).

Kasutatavamad kondenseerimismeetodid:

1. Lahusti vahetamine ehk füüsikaline kondenseerimine.

See põhineb asjaolul, et ühes lahustis on aine lahustuv, teises lahustis aga mitte.

Lahusti vahetamisel sadeneb aine liig välja ning moodustab kolloidosakesed.

Näiteks annab NaCl lahustatuna vees tõelise lahuse, lahustatuna benseenis aga

kolloidlahuse.

2. Aurude kondenseerimine .

3. Keemiline reaktsioon. ( a: vahetusreaktsioon, b: hüdrolüüsireaktsioon, c: redoksreaktsioon).

B Peenestusmeetodid. Selle eesmärgiks on suuremate osakeste pihustamine väiksemateks

1. Kuulveski

2. Kolloidveski

3. Pihustamine elektrikaares

4. Vedelate või tahkete ainete peenestamine ultraheliga

5. Keemiline dispergeerimine (peptisatsioon)

Fe(OH)3 + HCl FeOCl + 2H2O.

3. Kolloidsüsteemide puhastamine.

A Dialüüs

B Elektrodialüüs

C Ultrafiltreerimine

D Tsentrifuugimine

4. Dispergeeritud süsteemide optilised omadused

Valguse hajumine: Valgus läbib (värvusetut) molekulaardispergeeritud süsteemi muutusteta.

Jämedispergeeritud süsteemi hägususe põhjustab selles toimuv valguse hajumine ja

peegeldumine. Inimsilma poolt vastuvõetava valguse lainepikkusest (380 – 760 nm) on aga

kolloidsüsteemide osakeste mõõtmed üks-kaks suurusjärku väiksemad.

Kolloidsüsteemidele on omased valguse difraktsiooniline hajumine ja neeldumine. Valgus

hajub difraktsiooniliselt tingimusel, et valguskiire teel asuv osake on mõõtmetelt väikesem

valguse poollaine pikkusest ning osakese murdumisnäitaja erineb optilise keskkonna

(dispersioonikeskkonna) omast. Sellisel juhul on osakeste poolt hajutatud valgusele

iseloomulik tema levimine kõikides suundades. See avaldub visuaalselt helendusena, mida

nimetatakse opalestsentsiks. J.Tyndall leidis 1868.a. opalestseeruva koonuse tekke

koonduva kiirtekimbu läbiminekul kolloidlahusega anumast (Tyndalli efekt).

J.W.Rayleigh esitas 1871.a. kolloidosakeste poolt valguse hajutamise Tyndalli efekti kohta

teooria, milline kehtib sfääriliste, elektrit mittejuhtivate, mõõtmetega alla 0,1 valguse

lainepikkust (l) kolloidosakeste juhul.

I=24π³ ( n²-n₀²/n²+2n₀²) I₀

N - osakeste arv ruumalaühikus

V - osakese ruumala

λ - langeva valguse lainepikkus

n, n0 - dispergeeritud faasi ja dispersioonikeskkonna murdumisnäitajad

I0 - langeva valguse intensiivsus

I - hajunud valguse intensiivsus.

1) Kui n = n0 , siis süsteemis valgus ei haju. Näiteks on emulsioonid tavaliselt

tugevasti hägused, kuid glütseriini ja tetrakloorsüsiniku emulsioon on läbipaistev

kuna nende murdumisnäitajad on võrdsed.

2) Hajunud valguse intensiivsus kerakujulistel osakestel on valemi järgi võrdeline

nende raadiuse kuuenda astmega (tingimusel l > 2r): I ~ r6. Seetõttu

dispergeerimisastme kasvamine põhjustab hajunud valguse intensiivsuse I tunduva

kahanemise.

3) Hajunud valgus on seda intensiivsem, mida suurem on dispergeeritud faasi osakeste

kontsentratsioon (I ~ N).

I ~1/^Valemis on hajunud valguse intensiivsus pöördvõrdeline ⁴ – ga,siis

polükromaatse valguse (valge valguse) korral on hajunud kiirgus alati

lühilainelisem kui süsteemist läbiminev valgus. Näiteks on (pilvitu) taeva ja mere

värvus sinine, kuna päikeselt tuleva valguskiirguse lühilaineline (sinine) komponent

hajub paremini. Loojuva päikese taevalaotus on aga kollakas-oranz, kuna

päikesevalguse sinine komponent neeldub Maa atmosfäris paremini kui kollanepunane

päikesekiirguse komponent.