koloidni sistemi

Rastvori- Imaju male čestice, jone i molekule-Transparentni su- Ne razdvajaju se na sastavne komponente, stabilni su-Komponente se ne mogu razdvojiti filtracijom- Ne rasejavaju svetlost.

Koloidi- Imaju čestice odredjenih veličina 1-1000 nm.

- Komponente se ne razdvajaju filtriranjem, a

- Mogu se razdvojiti filtriranjem kroz semipermeabilne membrane

- Rasejavaju svetlost, Tyndall-ov efekat

Suspenzije•Velike čestice•Razdvajaju se filtracijom•Talože se

Kod pravih rastvora, “osnovne” čestice su molekuli, joni.

Šta su “osnovne” čestice kod koloida?

Koloidi nisu hemijska kategorijaKoloidi mogu biti hemijski jako različiti

(koloidno srebro, protein)

Zajednička je veličina čestica

Koloidni sistemi su smeše, to jest dvo- ili višefazni sistemi,sastavljeni od disperznog sredstva i jedne ili višedispergovanih faza.

Dispergovana faza se sastoji od velikog broja čestica(dijametra od 10-6 – 10-9 m) koje su rasporedjene u masidisperznog sredstva.

Čestice disperzne faze su homogeno rasporedjene udisperznoj sredini.

Koloidni sistemi su vrlo važan deo života, kako za biljketako i za životinje. Ćelije, krv, mleko i najveći brojtelesnih tečnosti su koloidi.

Zbog toga što su fluidi u živim sistemima sastavljeniod koloida, živi organizmi najlakše prihvataju hranu ililekove kao koloidne sisteme.

Klasifikacija kolidnih sistema vrši se prema:

- veličini disperznih čestica,- agregatnom stanju sastavnih faza,- obliku čestica,- afinitetu prema rastvaraču,- gradji čestica

Prema agregatnom stanju faza:Agregatno stanjedisperznog sredstva

Agregatno stanjedispergovana faze

Naziv koloidnog sistema Primer

čvrsto gasovito čvrsta pena stiropor

čvrsto tečno čvrsta emulzija, gel šećerna pena buter, sir

čvrsto čvrsto čvrsta suspenzija, čvrsti sol

obojena stakla, rude, rubin, smaragd, safir

tečno gasovito pene pena na pivu, kafi...

tečno tečno Emulzije mleko, majonez, margarin

tečno čvrsto suspenzije, sol boja, sumporno mleko, koloidni rastvori Au, Ag

gasovito tečno kiša, magla, aerosol magla, smog

gasovito čvrsto prašina, dim, aerosol smog, prašina, …

- obliku čestica.

Kada su čestice dispergovane faze sfernog oblika, radi se o globularnimkoloidima, kada su dvodimenzionalne ili linearne radi se o končastim,vlaknastim, fibrilarnim koloidima. Ako su sve čestice iste veličine radi se omonodisperznim koloidima, dok su kod polidisperznih koloida česticerazličitih veličina.

- afinitetu prema rastvaraču (disperznoj sredini).

Liofobni sistemi su oni koji ne pokazuju afinitet za interakciju samolekulima disperznog sredstva (metali i oksidi i hidroksidi metala) dokliofilni koloidni sistemi pokazuju ovaj afinitet.

Zavisno od tpga šta je disperzno sredstvo, razlikuju se hidrofobni ihidrofilni sistemi (rastvarač je voda) ili lipofobni i lipofilni sistemi(rastvarač je neka mast).

- gradji koloidne čestice.

Makromolekularni koloidi nastaju od ogromnog broja kovalentno vezanihatoma: sintetički polimeri, biomolekuli (belančevine, polisahadi,nukleinske kiseline), membrane, tkiva i vlakna živih organizama.

Micelarni koloidi nastaju specifičnim medjumolekulskim interakcijamamanjih molekula/jona.

•Aerosolovi

•Solovi i gelovi

•Emulzije

•Pene

Česti tipovi koloida

Aerosolovi : tečnost ili čvrsto u gasuAerosolovi se formiraju kada koloidne čestice uformi čvrstih čestica ili malih kapljica bivajudispergovane u gasu.

primeri: boje u spreju, prašina u vazduhu, vodena para u vazduhu, magla,

čestice u vazduhu, dim.

Liquid particle

Gas

Liquid particle

Gas

čvrsto u tečnoj fazi

Solovi nastaju kada koloidne čestice koje su čvrste bivaju dispergovane u tečnom medijumu.

Primeri: boje, krv ...

Tečno u čvrstom - Gel

•Čvrste koloidne čestice se uredjuju u trodimenzionalne strukture, dajući tečnom sistemu oblik i čvrstinu, primeri su gelovi, pekmezi, sir, cement..

Emulzije: tečno u tečnom

Emulzije nastaju kada koloidne čestice u formi tečnosti bivaju dispergovane u tečnom medijumu.

primeri: mleko, majonez,

neki lekovi

U koloidnom stanju dobijamo smešusupstanci koje se normalno ne mešaju(npr Ulje-voda)

Pene: gas u tečnoj ili čvrstoj fazi

Pene nastaju kada se koloidnečestice u obliku gasa disperguju utečnom ili čvrstom medijumu.

primeri: stiropor, mehurići,krema za brijanje, hrana pivo,hleb...

OSOBINE KOLOIDA

• Optičke osobine -Tyndalov efekat• Braunovo kretanje• Dijaliza• Električne osobine -elektroforeza

Ako se koloidni rastvor obasjasvetlošću svetlost će se rasipatiodbijajući se od koloidnih čestica, paće čestice koloida biti vidljive podmikroskopom.

Tindalov efekat

Pravi rastvor

Koloidni rastvor

I N rP4

4

• Braunovsko kretanje :– Potpuno slučajno

kretanje koloidne čestice u rastvaraču

– Izazvano sudarima koloidnih čestica sa molekulima rastvarača.

Braunovsko kretanje

Koloidni sistemi se ne talože jer je gravitaciona sila nadvladana Braunovskim kretanjem

Dijaliza

Proces dijalize je proces u kome je moguće razdvojiti disperznu fazu od disperzne sredine.

Kroz polupropustljivu membranu prolaze molekuli rastvarača ali ne i koloidne čestice. Zapravo, koloidne čestice prolaze kroz polupropustljivu membranu vrlo sporo; tako da kroz membranu prodje smao poneka koloidna čestica.

Neorganski koloidi

Nastanak micele

NaI + AgNO3 AgI + Na+ + NO-3

višak

I -

Ag+ I -Ag+

I-

Ag+

Ag+

I -Ag+

I -

NO3-

NO3-

NO3-

Na+Na+

Na+

Na+I-

I-

Na+

Na+

Na+

NO3-

NO3-

I-

Na+

Rast kristala

NaI + AgNO AgI + Na + NOexcess

3+

3-

I -

I -Ag

Ag

+

+

Ag+

I -

I -Ag+

I -

I -Ag

Ag

+

+

Ag+

I -

I -Ag+

NO3-

NO3-

NO3-

Na+Na+

Na+

Na+Na+

Na+

Na+NO3

-

NO3-

Na+

NO3- NO3

-

NO3-

Na+

Na+

Na+

Na+

I -

I-

I-

I-

I-

I-

I-

Adsorpcioni sloj, kontra joni (vezani i slobodni) kao i difuzioni sloj biće formirani zavisno od toga šta je u višku, NaI ili AgNO3

Konačno, nastaje jezgro micele

NaI + AgNO AgI + Na + NOexcess

3+

3-

NO3-

NO3-

NO3-

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+NO3

-

NO3-

Na+

NO3- NO3

-

NO3-

Na+

Na+

Na+

Na+

I-

I -

I -

I -

Ag

Ag

+

+

Ag+

I -

I -Ag+

I-

I -

I -

I -

Ag

Ag

+

+

Ag+

I -

I -Ag+

I -

I -

I -

I -

I-

I-

I- Jezgro je

negativno orijentisano ka rastvoru!

I-

I -

I -

I -

I -

I -

I -

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+Na+Na+ NO -

3

NO -3

NO -3

NO -3

NO -3

Na+

Površina jezgra micele

Diffuse Double Layer

Bulk SolutionEqual concentration

of similions and counterions

Stern-ov sloj Gouy-Chapman LayerAdsorpcioni sloj

Granica micele

Granica granule

I-

I -

I -

I -

I -

I -

I -

Površina jezgra micele

Rastojanje od jezgra micele

o

=0

- Zeta potencijal

Granica micele

Granica granule

Micela - teorija dvostrukog električnog sloja

++++

++

+++++ +

Koloidna čestica - jezgroPovršinsko naelektrisanje

Vodeni disperzioni medijum, u kome postoje jednake količine pozitivnih i negativnih jona, pa je električki neutralan

Region difuzionog sloja koji poseduje višak kontra jona (counterions)

- --- -

--

--

- -

- -

--

-

-

-+

++

++

+

Zbog medjusobnog odbijanja istoimeno površinskinaelektrisanih micela koloid je “stabilan”

++++

++

+++++ +

- --- -

--

--

- -

- -

--

-

-

-+

++

++

+++

++

++

+++++ +

- --- -

--

--

- -

- -

--

-

-

-+

++

++

+

odbijanje

Koagulacija

++++

++

+++++ +

- --- -

--

--

- -

- -

--

-

-

-+

++

++

+++

++

++

+++++ +

- ---

-- -

- -

- -

---

-+

+

+

Kad privlačne sile nadjačaju odbojne (npr eliminišemo površinsko naelektrisanje), dolazi do slepljivanja čestica.

Elektroforeza

++++++

++++++

- --- -

---

-- -

- -

--

-

-

-+

++

+ +

+

+++++++++

---------

Šta se dogadja kada se micela nadje u električnom polju?

Nastanak micela u čijem su sastavu organski molekuli

Amfifatični ili Amfifilni molekul sadrži i hidrofobne i hidrofilne grupe.Hidrofobna grupa može da bude dugački ugljenični niz, tipa:CH3(CH2)n, n 4.Hidrofilna grupa može da bude iz jedne od sledećih kategorija:

- Anjonski. Primeri su:masne kiseline: RCO2-sulfati: RSO4-sulfonati: SO3-fosfati

- Katjonski. Primeri su: amini (NH3+)

Masna kiselina je karboksilna (organska) kiselina, često sa dugačkimalifatičnim lancem, zasićenim ili nezasićenim.

Fosfolidipi

Fosfolidipi

Makromolekularni koloidi nastaju od ogromnogbroja kovalentno vezanih atoma: sintetičkipolimeri, biomolekuli (proteini, polisahadi,nukleinske kiseline)

Proteini površinske polarne grupe koje mogu biti naelektrisane (zavisno od pH)

Kada se dve čestice istoimenog naelektrisanja nadju blizu jednadrugoj one će se odbijati. Odbojne elektrostatičke sile izmedjunaelektrisanih koloidnih čestica stabilišu sistem. Stabilizacijakoloidnih sistema potiče od jona koji se nalaze na površini micele.

ELEKTROSTATIČKA STABILNOSTMEHANIZMI STABILNOSTI KOLOIDA

++

++

++

++

++

++

---

- -

-

-

-

-

- -

- -

-

-

-

-

-

+

+

+

++

+

++

++

++

++

++

+

+

---

- -

-

-

-

-

- -

- -

-

-

-

-

-

+

+

+

++

+odbijanje

U koloidnim sistemima se definiše ZETA POTENCIJAL, veličina koja odredjuje stabilnost koloidnog sistema.

STERNA STABILNOST

Strena stabilnost postoji u onim slučajevima kad su dugolančanimolekuli adsorbovani na površini koloidnih čestica, štoonemogućava koagulaciju čestica.

Elektron-mikroskopski snimak homogenizovanog mleka

Kazeinske micele se adsorbuju na globulama masti

U konačnoj strukturi kazeinske micele, podmicele bogate kapa kazeinom zauzimaju površinske pozicije, jer svojim hidrofilnim “vlasima” od makropeptida sprečavaju agregaciju micela sternim odbijanjem. U unutrašnjosti micele su podmicele sa manjim sadržajem kapa kazeina

• Pitanje je kako će nastati kolodni sistem u kome je disperzna faza nepolarna supstanca kao što su masti u ulja u polarnoj disperznoj sredini kao što je voda, ili obrnuto.

• Nastanak emulzija omogućen je dodavanjem EMULGATORA,supstanci čiji molekuli pokazuju amfifilne osobine.

Emulzije

Natrijum starat ima dugi hidrofobni rep (CH3(CH2)16) i malu hidrofilnu glavu (-CO2

-Na+).

hidrofobno

hidrofilno

• Ako se vodi dodaju molekuli kaošto je natrijum stearat;

• Hidrofobni rep će se adsorbovatiza kapljicu ulja, ostavljajućihidrofilnu glavu na površini.Hidrofilni deo je okrenut premamolekulima vode u rastvoru, paće sada

• Hidrofilna površina interagovatisa molekulima vode u rastvoru ina taj način će se formiratistabilna čestica ulja u vodi.

Ulje

Emulgator je supstanca koja omogućava stvaranje emulzije.

Voda

Emulzija je termodinamički nestabolni dvofazni sistem koji sesastoji od najmanje dve nemešljive tečnosti (od kojih je jednadispergovana u formi malih čestica ktoz drugu) i emulgatora.

Dispergovana tečnost naziva se još i unutrašnja ili diskontinualnafaza, dok je disperzni medijum poznat kao spoljašnja ilikontinualna faza.

Kada ulja, parafini i/ili voskovi čine disperznu fazu, a voda jekontinualna faza (odnosno, disperzno sredstvo), sistem jeemulzija tipa ulje-u-vodi emulzija (o/w). Ulje-u-vodi emulzijanastaje obično kada je vodena faza zastupljena 45% od ukupnetežine, i tada se primenjuje hidrofilni emulgator.

Suprotno prethodnom slučaju, kada su voda ili vodeni rastvordispergovani u uljastom medijumu, sistem se naziva emulzija tipavoda-u-ulju (w/o). W/O emulzije uobičajeno imaju 45 težinskih% vode, i liofilni emulgator se primenjuje da omogući nastanak istabilizaciju sistema.

Dakle, emulzije su sistemi tečno/tečno sastavljene od dvenemešljive tečnosti, koje grade čestice = 10-100 mikrona.

Primeri: buter (w/o), margarin (w/o), majonez (o/w),prelivi za salatu (o/w), mleko (o/w), sirevi(o/w)...

voda

Emulzije su termodinamički nestabilni sistemi

ulje

ulje voda

Voda

Voda ulje

ulje

Poznati emulgator je holesterol,čiji molekul ima jednu polarnu OHgrupu vezanu za rigidni deomolekula sastavljen od prstenovai jedan kratki lanac.

Holesterol stabiliše w/o emulzije

Lecitin iz jaja je emulgator za • Majonez• kolače i hleb• čokoloadu

Alternativno se koristi lecitin dobijen iz soje

FosfatidilholinTip fosfolidida iz lecitina