Micela: struktura, shema, opis i hemijska formula

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 05:19

Koloidni sistemi su izuzetno važni u životu svake osobe. To nije samo zbog činjenice da gotovo sve biološke tekućine u živom organizmu formiraju koloide. Ali mnoge prirodne pojave (magla, smog), tlo, minerali, hrana, lijekovi su također koloidni sistemi.

Jedinica takvih formacija, koja odražava njihov sastav i specifična svojstva, smatra se makromolekulom ili micelom. Struktura potonjeg zavisi od brojnih faktora, ali je uvek višeslojna čestica. Moderna molekularna kinetička teorija razmatra koloidne otopine kao poseban slučaj pravih otopina, s većim česticama otopljene tvari.

Metode za dobijanje koloidnih rastvora

Struktura micele koja nastaje pojavom koloidnog sistema dijelom zavisi od mehanizma ovog procesa. Metode za dobijanje koloida podijeljene su u dvije fundamentalno različite grupe.

Metode disperzije su povezane sa mlevenjem prilično velikih čestica. U zavisnosti od mehanizma ovog procesa, razlikuju se sledeće metode.

1. Rafiniranje. Može se raditi na suho ilimokar način. U prvom slučaju, čvrsta supstanca se prvo drobi, a tek onda se dodaje tečnost. U drugom slučaju, tvar se miješa s tekućinom, a tek nakon toga se pretvara u homogenu smjesu. Mljevenje se vrši u specijalnim mlinovima.
2. Otok. Mljevenje se postiže činjenicom da čestice rastvarača prodiru u disperznu fazu, što je praćeno širenjem njenih čestica do odvajanja.
3. Disperzija ultrazvukom. Materijal koji se melje stavlja se u tečnost i obrađuje ultrazvukom.
4. Disperzija električnog udara. Potreban u proizvodnji metalnih solova. Izvodi se postavljanjem elektroda napravljenih od disperzibilnog metala u tekućinu, nakon čega se na njih primjenjuje visoki napon. Kao rezultat, formira se naponski luk u kojem se metal raspršuje i zatim kondenzira u otopinu.

Ove metode su pogodne i za liofilne i za liofobne koloidne čestice. Micelna struktura se izvodi istovremeno sa uništavanjem originalne strukture čvrste materije.

Metode kondenzacije

Druga grupa metoda zasnovanih na uvećanju čestica naziva se kondenzacija. Ovaj proces može biti zasnovan na fizičkim ili hemijskim pojavama. Metode fizičke kondenzacije uključuju sljedeće.

1. Zamjena rastvarača. Svodi se na prelazak neke supstance iz jednog rastvarača, u kojem se veoma dobro rastvara, u drugi, u kome je rastvorljivost znatno manja. Kao rezultat, male česticespojit će se u veće agregate i pojavit će se koloidna otopina.
2. Kondenzacija pare. Primjer su magle, čije se čestice mogu taložiti na hladnim površinama i postepeno rasti.

Metode hemijske kondenzacije uključuju neke hemijske reakcije praćene taloženjem složene strukture:

1. Jonska izmjena: NaCl + AgNO₃=AgCl↓ + NaNO₃.
2. Redoks procesi: 2H₂S + O₂=2S↓ + 2H_2O.
3. Hidroliza: Al₂S₃ + 6H₂O=2Al(OH) ₃↓ + 3H₂S.

Uslovi za hemijsku kondenzaciju

Struktura micela nastalih tokom ovih hemijskih reakcija zavisi od viška ili manjka supstanci koje su uključene u njih. Takođe, za pojavu koloidnih rastvora potrebno je poštovati niz uslova koji sprečavaju taloženje teško rastvorljivog jedinjenja:

• sadržaj supstanci u miješanim otopinama trebao bi biti nizak;
• njihova brzina miješanja bi trebala biti niska;
• jedno od rješenja treba uzeti u višku.

Micelna struktura

Glavni dio micele je jezgro. Formira ga veliki broj atoma, jona i molekula netopivog spoja. Obično jezgro karakterizira kristalna struktura. Površina jezgra ima rezervu slobodne energije, što omogućava selektivnu adsorpciju jona iz okoline. Ovaj procespoštuje pravilo Peskova, koje kaže: na površini čvrste materije, oni joni su pretežno adsorbovani koji su sposobni da kompletiraju sopstvenu kristalnu rešetku. To je moguće ako su ovi joni srodni ili slični po prirodi i obliku (veličini).

Tokom adsorpcije, na jezgru micele se formira sloj pozitivno ili negativno nabijenih jona, koji se nazivaju joni koji određuju potencijal. Zbog elektrostatičkih sila, rezultirajući nabijeni agregat privlači protujone (jone sa suprotnim nabojem) iz otopine. Dakle, koloidna čestica ima višeslojnu strukturu. Micela dobija dielektrični sloj izgrađen od dva tipa suprotno naelektrisanih jona.

Hydrosol BaSO4

Kao primjer, prikladno je razmotriti strukturu micele barijum sulfata u koloidnom rastvoru pripremljenom u višku barijum hlorida. Ovaj proces odgovara jednadžbi reakcije:

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

Lagano rastvorljiv u vodi, barijum sulfat formira mikrokristalni agregat izgrađen od m-tog broja BaSO molekula₄. Površina ovog agregata adsorbuje n-tu količinu Ba²⁺ jona. 2(n - x) Cl^- joni su povezani sa slojem jona koji određuju potencijal. A ostatak protujona (2x) nalazi se u difuznom sloju. Odnosno, granula ove micele će biti pozitivno naelektrisana.

Ako se natrijum sulfat uzima u višku, ondajoni koji određuju potencijal će biti SO₄^2- joni, a protivjoni će biti Na⁺. U ovom slučaju, naboj granule će biti negativan.

Ovaj primjer jasno pokazuje da predznak naboja granule micele direktno zavisi od uslova za njenu pripremu.

Snimanje micela

Prethodni primjer je pokazao da je hemijska struktura micela i formula koja je odražava određena supstancom koja se uzima u višku. Razmotrimo načine pisanja naziva pojedinih dijelova koloidne čestice na primjeru hidrosola bakar sulfida. Za njegovu pripremu, rastvor natrijum sulfida se polako sipa u višak rastvora bakar hlorida:

CuCl₂ + Na₂S=CuS↓ + 2NaCl.

Struktura CuS micele dobijene preko CuCl₂ piše se na sljedeći način:

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

Strukturni dijelovi koloidne čestice

U uglastim zagradama napišite formulu teško rastvorljivog jedinjenja, koje je osnova cele čestice. Obično se naziva agregatom. Obično se broj molekula koji čine agregat piše latiničnim slovom m.

Ioni koji određuju potencijal su sadržani u višku u otopini. Nalaze se na površini agregata, a u formuli se pišu odmah iza uglastih zagrada. Broj ovih jona je označen simbolom n. Naziv ovih jona ukazuje da njihov naboj određuje naboj granula micele.

Granulu čine jezgro i dioprotivjona u adsorpcionom sloju. Vrijednost naboja granula jednaka je zbiru naboja potencijalno-determinirajućih i adsorbiranih protujona: +(2n – x). Preostali dio protujona je u difuznom sloju i kompenzuje naboj granule.

Ako se Na₂S uzme u višku, tada bi za formiranu koloidnu micelu struktura strukture izgledala ovako:

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

Micele surfaktanata

U slučaju da je koncentracija površinski aktivnih supstanci (tenzida) u vodi previsoka, agregati njihovih molekula (ili jona) mogu početi da se formiraju. Ove uvećane čestice imaju oblik kugle i zovu se Gartley-Rebinder micele. Treba napomenuti da tu sposobnost nemaju svi surfaktanti, već samo oni kod kojih je omjer hidrofobnih i hidrofilnih dijelova optimalan. Ovaj omjer se naziva hidrofilno-lipofilna ravnoteža. Sposobnost njihovih polarnih grupa da zaštite ugljikovodično jezgro od vode također igra značajnu ulogu.

Agregati molekula surfaktanta formiraju se prema određenim zakonima:

• za razliku od niskomolekularnih supstanci, čiji agregati mogu uključivati različit broj molekula m, postojanje micela surfaktanta moguće je sa strogo određenim brojem molekula;
• ako je za anorganske supstance početak micelizacije određen granicom rastvorljivosti, onda je za organske surfaktante određen postizanjem kritičnih koncentracija micelizacije;
• prvo se povećava broj micela u otopini, a zatim se povećava njihova veličina.

Uticaj koncentracije na oblik micela

Na strukturu micela surfaktanta utiče njihova koncentracija u rastvoru. Kada dosegnu neke od svojih vrijednosti, koloidne čestice počinju međusobno komunicirati. Ovo uzrokuje promjenu njihovog oblika na sljedeći način:

• sfera se pretvara u elipsoid, a zatim u cilindar;
• visoka koncentracija cilindara dovodi do formiranja heksagonalne faze;
• u nekim slučajevima se pojavljuju lamelarna faza i čvrsti kristal (čestice sapuna).

Vrste micela

Razlikuju se tri tipa koloidnih sistema prema posebnostima organizacije unutrašnje strukture: suspenzoidi, micelarni koloidi, molekularni koloidi.

Suspenzoidi mogu biti ireverzibilni koloidi, kao i liofobni koloidi. Ova struktura je tipična za otopine metala, kao i za njihove spojeve (razni oksidi i soli). Struktura dispergirane faze koju formiraju suspenzije ne razlikuje se od strukture kompaktne tvari. Ima molekularnu ili ionsku kristalnu rešetku. Razlika od suspenzija je veća disperzija. Nepovratnost se očituje u sposobnosti njihovih otopina nakon isparavanja da formiraju suhi talog, koji se jednostavnim otapanjem ne može pretvoriti u sol. Nazivaju se liofobnim zbog slabe interakcije između dispergirane faze i disperzijskog medija.

Micelarni koloidi su rastvori čije koloidne čestice nastajukada lijepe difilne molekule koje sadrže polarne grupe atoma i nepolarne radikale. Primjeri su sapuni i surfaktanti. Molekule u takvim micelama drže disperzijske sile. Oblik ovih koloida može biti ne samo sferičan, već i lamelarni.

Molekularni koloidi su prilično stabilni bez stabilizatora. Njihove strukturne jedinice su pojedinačni makromolekuli. Oblik koloidne čestice može varirati ovisno o svojstvima molekula i intramolekularnim interakcijama. Dakle, linearni molekul može formirati štap ili zavojnicu.