KOLOIDI I MAKROMOLEKULI

1. KOLOIDI I MAKROMOLEKULI • Sistemi u kojima je jedna ili više supstancija u većoj ili manjoj meri usitnjena i ravnomerno raspoređena u okružujućoj sredini, su disperzni sistemi. • Disperzni sistemi su heterogeni jer između čestica disperzne faze i disperzionog sredstva postoji granična površina sa određenom slobodnom površinskom energijom. • Zavisno od veličine čestica disperzni sistemi se dele na: • mikroheterogene ili grubo disperzne sisteme-suspenzije i emulzije- >107 m (100 nm) • ultramikroheterogene ili koloidne sisteme- 109 i 107 m (1100 nm)i • molekulsko ili jonsko disperzne sisteme ili praverastvore

2. < 1 nm > 100 nm rastvori koloidi suspenzije Poređenje rastvora,koloida i suspenzija -pojedini atomi -mali molekuli -atomski joni -poliatomski joni -agregati atoma, molekulailijona -makromolekuli (proteini) -grupe čestica, -zrnca minerala kao npr. pesak

3. < 1 nm > 100 nm rastvori koloidi suspenzije Još poređenja… transparentni (bistri) transparentni sa Tyndallovim efektom poluprovidno (maglovito) Brownian-sko kretanje molekulsko kretanje kreću se pod dejstvom gravitacije koagulacija

4. < 1 nm > 100 nm rastvori koloidi suspenzije Korišćenje krvi kao primera… -elektroliti (soli), gasovi, glukoza rastvoreni u vodi -plazma: proteini albumini globulini fibrinogen -ćelije crvena krvna zrnca bela krvna zrnca pločice

5. Stanje disperznog sredstva Stanje disperzne sredine Naziv disperzije Primeri Gas Tečnost Pena Pena na pivu, sneg od belanca,pena za gašenje Gas Čvrsto Čvrsta pena Šećerna pena, sunđer Tečnost Gas Aerosol Magla, oblaci Tečnost Tečnost Emulzija Mleko, majonez Tečnost Čvrsto Čvrsta emulzija Buter, sir Čvrsto Gas Dim Smog, prašina u vazduhu Čvrsto Tečnost Sol Boja, deterdženti Čvrsto Čvrsto Čvrst sol Legure, opal, rubin Disperzni sistemi

6. Koloidi-uzrok specifičnog ponašanja Pojave na granici faza, odnosno na graničnoj površini između disperzne faze i disperznog sredstva određuju osobine i ponašanje koloidnih sistema. Naime, zbog velikog stepena disperznosti odnosno velikog odnosa površine čestice prema njenoj zapremini, postoji znatno nezasićeno polje sila i velika slobodna površinska energija usled čega dolazi do znatne adsorpcije na površini koloidnih čestica.

7. Osobine koloida • Optičke osobine • Tyndall-ov efekat • Svetlost može biti apsorbovana, rasejana, polarizovana ili reflektovana disperzovanom fazom koloida ćelija sa rastvorom zrak svetlosti zrak svetlosti rastvor koloid

8. Osobine koloida • Brown-ovo kretanje • Koloidne čestice posmatrane pod ultramikroskopom pokazuju neprekidno kretanje u disperznoj sredini. Ovo kretanje koje je prvi zapazio Braun, posledica je neprekidnog sudaranja koloidnih čestica sa molekulima disperzne sredine koji se nalaze u stalnom haotičnom kretanju

9. Osobine koloida • Posledice Braunovog kretanja • Stabilnost koloida je posledica suprotnog gravitacionog dejstva i Braunovog kretanja • Koloidni rastvori difunduju iz oblasti više koncentracije u oblast niže koncentracije • Koloidni rastvori pokazuju koligativne osobine

10. Difuzija koloida Fickov zakon važi

11. Dijaliza i ceđenje Koloidne čestice i makromolekuli ne prolaze kroz životinjske membrane, pergament ili celofan usled čega se mogu odvojiti od čestica molekulskih dimenzija. Ovaj postupak se naziva dijaliza

12. Elektroforeza i elektroosmoza • Kretanje naelektrisanih koloidnih čestica, odnosno disperzne faze u odnosu na nepokretnu disperznu sredinu, pod dejstvom električnog polja, naziva se elektroforeza.

13. Elektroforeza i elektroosmoza • Ako je električno polje primenjeno u prisustvu porozne pregrade ili membrane tada će se tečnost (obično voda) kretati kroz pore pregrade. Ako je membrana negativno naelektrisana rastvarač se kreće prema katodi. Ova pojava kretanja disperzne sredine u odnosu na disperznu fazu je elektroosmoza. Zapremina tečnosti, V, koja se kreće u jedinici vremena srazmerna je elektrokinetičkom potencijalu, , ispitivane disperzne sredine:

14. Liofilni i liofobni koloidi

15. - - I + I Ag + Na + + Na + Na Ag - - NO3 I - - + + NO3 Na I Na - NO3 - - - NO3 + I I Na - + NO3 + + Na Ag Na + - NaI + AgNO AgI + Na + NO Rana faza rasta kristala 3 3 višak - + I Ag - + I Ag

16. + - Na - NO3 NO3 - + + I + Na Na Na + - Na - I - I - NO3 - NO3 NO3 - + + I Na Na + Na + Na - - I - NO3 - - + + NO3 - I + I Na Na Na NO3 + - NaI + AgNO AgI + Na + NO 3 3 višak Rast kristala - - + + I I Ag Ag - - + + I I Ag Ag - - + + I I Ag Ag - - + + I I Ag Ag

17. - - I I - I - I - I - I + - NaI + AgNO AgI + Na + NO Širenje kristalne rešetke 3 3 excess - - + + I I Ag Ag - - + + I I Ag Ag - - + + I I Ag Ag - - + + I I Ag Ag - - I I

18. + - Na - NO3 - + I Na + - - NO3 + Na I I - Na I + - - Na I NO3 - NO3 - + - I Na NO3 - I + - - Na NO3 I + - Na I - + - NO3 Na + + NO3 + Na Na Na + - NaI + AgNO AgI + Na + NO Rast kristalne rešetke 3 3 višak - - + + I I Ag Ag - - + + I I Ag Ag - - + + I I Ag Ag - - + + I I Ag Ag - - I I

19. + - Na - NO3 - + I Na + NO3 - - + Na I I - Na I + - - Na I NO3 - NO3 - + - I Na NO3 - I + - - Na NO3 I + - Na I - + - NO3 Na + + NO3 + Na Na Na + - NaI + AgNO AgI + Na + NO 3 3 Rast kristala višak negativno naelektrisana koloidna čestica - - + + I I Ag Ag - - + + I I Ag Ag - - + + I I Ag Ag - - + + I I Ag Ag - - I I

20. - - I - I - I - I - I - I Površina čestice površina je negativno naelektrisana • katjoni u rastvoru su suprotni joni (counterions) • anjoni u rastvoru su slični joni (similions) I Rastojanje od površine čestice

21. - - - + NO 3 Na NO 3 - + Na I + Na - + + Na Na I - - NO + 3 I Na + Na - + + I Na Na - NO 3 - - I NO + 3 + Na Na + - Na + + I Na Na Površina I Masa rastvora: Elektro neutralna - jednake koncentracije similions i counterions - I - I Rastojanje od površine

22. - - - + NO 3 Na NO 3 - + Na I + Na - + + Na Na I - - NO + 3 I Na + Na - + + I Na Na - NO 3 - - I NO + 3 + Na Na + - Na + + I Na Na Površina čestice Difuzna oblast sa viškom koncentracije suprotnog jona I Masa rastvora: Elektro neutralna - jednake koncentracije similions i counterions - I - I Dvojni sloj Rastojanje od površine čestice

23. - - - + NO 3 Na NO 3 - + Na I - + Na - + I + Na Na I - - - NO + 3 I I Na + Na - + + I Na Na - NO 3 - - I NO + 3 + Na Na + - Na + + I Na Na Površina čestice adsorpcioni sloj I Difuzni sloj Rastojanje od površine čestice

24. Struktura liofobnih čestica AgNO3(aq) + KI(aq)  AgI(s) + KNO3(aq) višak KI višak AgNO3 Micele su elektroneutralne koloidne čestice koje se sastoje iz neutralnog dela i dvojnog električnog sloja koji sačinjavaju joni suprotnog naelektrisanja (jonogeni deo).Naelektrisani deo micele je granula.

25. Razlika u naelektrisanju micele i granule čini elektrokinetički ili zeta ()  potencijal. Pri nestajanju difuznog sloja dimenzije micele i granule su identične, -potencijal je jednak nuli i postiže se izoelektrično stanje Koloidne čestice termodinamički nestabilne, a kinetički stabilne. Da bi do flokulacije ipak došlo potrebno je kod liofobnih čestica smanjiti vrednost -potencijala do kritične vrednosti (kr  0,03 V) razaranjem dvojnog električnog sloja. Ovo se postiže dodavanjem jona suprotnog naelektrisanja od koloidnih čestica

26. - - - - - - - - + + + + - - - - - - + + + + - - + + + + + + + + + + - - + + + + - - + + + + - - - - - - + + + + + + + + - - - - + + - - - - - - Električno odbijanje Električno odbijanje

27. - - - - + + - - - + + + - + + + + + + + - + + + - + + + - - - + + + + + - - + - - - Koagulacija - - - - + - - - + - + + + - + - + + - - + - - - Privlačne sile nadvladavaju odbojne sile.

28. Liofilni koloidi Stabilnost liofilnih koloida potiče dominantno od prisustva solvatnog omotača koji se vezuje za česticu preko njenih liofilnih grupa, a u manjoj meri i od prisustva dvojnog električnog sloja. Da bi do koagulacije liofilnog koloida došlo, potrebno je stoga prvo ukloniti solvatni omotač. U ovu svrhu se mogu koristiti organska jedinjenja kao alkohol ili aceton koji vezuju molekule vode iz hidratnog omotača i mogu dovesti do koagulacije sola ako dehidratisane čestice ne poseduju dvojni električni sloj. U suprotnom, dehidratisane čestice dobijaju hidrofobne osobine i ostaju u rastvoru zahvaljujući naelektrisanju. Dodatak malih količina elektrolita sada dovodi do flokulacije. Stabilnost liofilnih solova se može narušiti i dodatkom većih količina elektrolita koje dovode do taloženja koloidnih čestica.

29. Braunovsko kretanje i određivanje Avogadrove konstante-1 Fg= PAFd=gdm+(P+dP)A PA=(P+dP)A+gdm dP=-(g/A)dm PV=P(Adh)=(dm/M)RTdP/P=-(Mg/RT)dh

30. Braunovsko kretanje i određivanje Avogadrove konstante-2 Peren je pretpostavio da ova jednačina pokazuje i raspodelu mikroskopskih čestica dispergovanih u tečnosti ako se uzme u obzir sila potiska na čestice: eksperimentalno

31. Braunovsko kretanje i određivanje Avogadrove konstante-3 1. gustina čestica 2. staklasta čvrsta masa=rastvor KBr 1. 2. sedimentaciona ravnoteža radijus čestica

32. Braunovsko kretanje i određivanje Avogadrove konstante-4 Odnosa brojčanih gustina čestica na dva različita nivoa iz 200 očitavanja broja granula u ograničenom vidnom polju mikroskopa u dve žižine ravni mikroskopa. Ovakvim načinom određena je vrednost Avogadrovog broja koja je iznosila između 6,5 i 7,2 1023 čestica.

33. Braunovsko kretanje i određivanje Avogadrove konstante-5 Ajnštajnove relacije: Stoks-Ajnštajnova jednačina  x2=1/2 l2

34. Avogadrova konstanta Peren: 5,5 NA 8,01023 mol-1 NA= 6,02213671023 mol-1 iz merenja talasne dužine X-zraka