Micelle: struktur, skjema, beskrivelse og kjemisk formel

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 05:37

Kolloidsystemer er ekstremt viktige i livet til enhver person. Dette skyldes ikke bare det faktum at nesten alle biologiske væsker i en levende organisme danner kolloider. Men mange naturfenomener (tåke, smog), jord, mineraler, mat, medisiner er også kolloidale systemer.

Enheten til slike formasjoner, som gjenspeiler deres sammensetning og spesifikke egenskaper, anses å være et makromolekyl eller micelle. Strukturen til sistnevnte avhenger av en rekke faktorer, men det er alltid en flerlagspartikkel. Moderne molekylær kinetisk teori anser kolloidale løsninger som et spesi altilfelle av sanne løsninger, med større partikler av det oppløste stoffet.

Metoder for å oppnå kolloidale løsninger

Strukturen til en micelle som dannes når et kolloid alt system dukker opp, avhenger delvis av mekanismen til denne prosessen. Metoder for å oppnå kolloider er delt inn i to fundament alt forskjellige grupper.

Spredningsmetoder er assosiert med maling av ganske store partikler. Avhengig av mekanismen for denne prosessen, skilles følgende metoder ut.

1. Foredling. Kan gjøres tørr ellervåt måte. I det første tilfellet blir det faste stoffet først knust, og først da tilsettes væsken. I det andre tilfellet blandes stoffet med en væske, og først etter det blir det omgjort til en homogen blanding. Maling utføres i spesielle møller.
2. Hovelse. Maling oppnås på grunn av det faktum at løsningsmiddelpartiklene trenger inn i den dispergerte fasen, som er ledsaget av ekspansjon av partiklene frem til separasjon.
3. Spredning ved ultralyd. Materialet som skal males legges i en væske og sonikeres.
4. Elektrisk sjokkspredning. Etterspurt i produksjon av metallsoler. Det utføres ved å plassere elektroder laget av et dispergerbart metall i en væske, etterfulgt av å påføre høyspenning på dem. Som et resultat dannes det en voltaisk lysbue der metallet sprayes og deretter kondenserer til en løsning.

Disse metodene er egnet for både lyofile og lyofobe kolloidale partikler. Micellestrukturen utføres samtidig med ødeleggelsen av den opprinnelige strukturen til faststoffet.

Kondenseringsmetoder

Den andre gruppen av metoder basert på partikkelforstørrelse kalles kondensering. Denne prosessen kan være basert på fysiske eller kjemiske fenomener. Fysiske kondenseringsmetoder inkluderer følgende.

1. Bytting av løsemiddel. Det kommer ned til overføring av et stoff fra ett løsningsmiddel, der det løser seg veldig godt, til et annet, hvor løseligheten er mye lavere. Som et resultat, små partiklervil kombineres til større aggregater og en kolloidal løsning vises.
2. Dampkondens. Et eksempel er tåke, hvis partikler er i stand til å legge seg på kalde overflater og gradvis vokse seg større.

Kjemiske kondenseringsmetoder inkluderer noen kjemiske reaksjoner ledsaget av utfelling av en kompleks struktur:

1. Ionebytte: NaCl + AgNO₃=AgCl↓ + NaNO₃.
2. Redox-prosesser: 2H₂S + O₂=2S↓ + 2H_2O.
3. Hydrolyse: Al₂S₃ + 6H₂O=2Al(OH) ₃↓ + 3H₂S.

Betingelser for kjemisk kondens

Strukturen til miceller som dannes under disse kjemiske reaksjonene avhenger av overskuddet eller mangelen på stoffene som er involvert i dem. For utseendet til kolloidale løsninger er det også nødvendig å observere en rekke forhold som forhindrer utfelling av en tungtløselig forbindelse:

• innholdet av stoffer i blandede løsninger bør være lavt;
• miksehastigheten deres skal være lav;
• en av løsningene bør tas i overkant.

Micellestruktur

Hoveddelen av en micelle er kjernen. Det er dannet av et stort antall atomer, ioner og molekyler av en uløselig forbindelse. Vanligvis er kjernen preget av en krystallinsk struktur. Overflaten av kjernen har en reserve av fri energi, som gjør det mulig å selektivt adsorbere ioner fra miljøet. Denne prosessenadlyder Peskov-regelen, som sier: på overflaten av et fast stoff blir de ionene hovedsakelig adsorbert som er i stand til å fullføre sitt eget krystallgitter. Dette er mulig hvis disse ionene er beslektede eller lignende i natur og form (størrelse).

Under adsorpsjon dannes et lag med positivt eller negativt ladede ioner, k alt potensialbestemmende ioner, på micellekjernen. På grunn av elektrostatiske krefter tiltrekker det resulterende ladede aggregatet motioner (ioner med motsatt ladning) fra løsningen. En kolloidal partikkel har således en flerlagsstruktur. Micellen får et dielektrisk lag bygget av to typer motsatt ladede ioner.

Hydrosol BaSO4

Som et eksempel er det praktisk å vurdere strukturen til en bariumsulfatmicelle i en kolloidal løsning fremstilt i et overskudd av bariumklorid. Denne prosessen tilsvarer reaksjonsligningen:

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

Bariumsulfat er lett løselig i vann og danner et mikrokrystallinsk aggregat bygget av det m-te antall BaSO-molekyler₄. Overflaten til dette aggregatet adsorberer den n-te mengden Ba²⁺ ioner. 2(n - x) Cl^- ioner er koblet til laget av potensialbestemmende ioner. Og resten av motionene (2x) er plassert i det diffuse laget. Det vil si at granulatet til denne micellen vil være positivt ladet.

Hvis natriumsulfat tas i overkant, dade potensialbestemmende ionene vil være SO₄^2- ioner, og motionene vil være Na⁺. I dette tilfellet vil ladningen til granulen være negativ.

Dette eksemplet viser tydelig at tegnet på ladningen til et micellegranulat direkte avhenger av betingelsene for fremstillingen.

opptaksmiceller

Det forrige eksempelet viste at den kjemiske strukturen til miceller og formelen som reflekterer den, bestemmes av stoffet som tas i overkant. La oss vurdere måter å skrive navnene på individuelle deler av en kolloidal partikkel ved å bruke eksemplet med kobbersulfidhydrosol. For å tilberede den helles natriumsulfidløsning sakte i en overflødig mengde kobberkloridløsning:

CuCl₂ + Na₂S=CuS↓ + 2NaCl.

Strukturen til en CuS-micelle oppnådd i overkant av CuCl₂ er skrevet som følger:

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

Strukturelle deler av en kolloidal partikkel

I firkantede parenteser skriver du formelen til en tungtløselig forbindelse, som er grunnlaget for hele partikkelen. Det kalles vanligvis et aggregat. Vanligvis skrives antall molekyler som utgjør aggregatet med den latinske bokstaven m.

Potensialbestemmende ioner finnes i overskudd i løsningen. De er plassert på overflaten av aggregatet, og i formelen er de skrevet umiddelbart etter hakeparenteser. Antallet av disse ionene er angitt med symbolet n. Navnet på disse ionene indikerer at ladningen deres bestemmer ladningen til micellegranulatet.

Et granulat er dannet av en kjerne og en delmotioner i adsorpsjonslaget. Verdien av granulatladningen er lik summen av ladningene til de potensialbestemmende og adsorberte motionene: +(2n – x). Den resterende delen av motionene er i det diffuse laget og kompenserer for ladningen av granulen.

Hvis Na₂S ble tatt i overkant, ville strukturskjemaet for den dannede kolloidale micellen se slik ut:

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

Miceller av overflateaktive stoffer

I tilfelle konsentrasjonen av overflateaktive stoffer (overflateaktive stoffer) i vann er for høy, kan aggregater av deres molekyler (eller ioner) begynne å dannes. Disse forstørrede partiklene har form som en kule og kalles Gartley-Rebinder-miceller. Det skal bemerkes at ikke alle overflateaktive stoffer har denne evnen, men bare de der forholdet mellom hydrofobe og hydrofile deler er optim alt. Dette forholdet kalles den hydrofile-lipofile balansen. Evnen til deres polare grupper til å beskytte hydrokarbonkjernen mot vann spiller også en betydelig rolle.

Aggregater av overflateaktive molekyler dannes i henhold til visse lover:

• i motsetning til lavmolekylære stoffer, hvis aggregater kan inneholde et annet antall molekyler m, er eksistensen av overflateaktive miceller mulig med et strengt definert antall molekyler;
• hvis for uorganiske stoffer er starten på micellisering bestemt av løselighetsgrensen, så for organiske overflateaktive stoffer bestemmes den av oppnåelse av kritiske konsentrasjoner av micellisering;
• først øker antallet miceller i løsningen, og deretter øker størrelsen.

Effekt av konsentrasjon på micelleform

Strukturen til overflateaktive miceller påvirkes av konsentrasjonen i løsningen. Ved å nå noen av verdiene begynner kolloidale partikler å samhandle med hverandre. Dette fører til at formen deres endres som følger:

• sfære blir til en ellipsoide og deretter til en sylinder;
• høy konsentrasjon av sylindere fører til dannelse av en sekskantet fase;
• i noen tilfeller vises en lamellfase og en fast krystall (såpepartikler).

Typer miceller

Tre typer kolloidale systemer skilles ut i henhold til særegenhetene ved organiseringen av den indre strukturen: suspensoider, micellære kolloider, molekylære kolloider.

Suspensoider kan være irreversible kolloider, så vel som lyofobe kolloider. Denne strukturen er typisk for løsninger av metaller, så vel som deres forbindelser (ulike oksider og s alter). Strukturen til den dispergerte fasen dannet av suspensoider skiller seg ikke fra strukturen til et kompakt stoff. Den har et molekylært eller ionisk krystallgitter. Forskjellen fra suspensjoner er en høyere spredning. Irreversibilitet manifesteres i evnen til løsningene deres etter fordampning til å danne et tørt bunnfall, som ikke kan omdannes til en sol ved enkel oppløsning. De kalles lyofobe på grunn av den svake interaksjonen mellom den dispergerte fasen og dispersjonsmediet.

Micellære kolloider er løsninger hvis kolloide partikler dannesnår du fester difile molekyler som inneholder polare grupper av atomer og ikke-polare radikaler. Eksempler er såper og overflateaktive stoffer. Molekyler i slike miceller holdes av dispersjonskrefter. Formen på disse kolloidene kan ikke bare være sfærisk, men også lamellær.

Molekylære kolloider er ganske stabile uten stabilisatorer. Deres strukturelle enheter er individuelle makromolekyler. Formen til en kolloidpartikkel kan variere avhengig av egenskapene til molekylet og intramolekylære interaksjoner. Så et lineært molekyl kan danne en stav eller en spole.