Mīts
Visiem dzidrajiem šķidrumiem jābūt šķīdumiem.
Realitāte
Dažu koloīdu daļiņas ir tik mazas, ka tās ir redzamas ar neapbruņotu aci. To, ka tas ir šķīdums, var apstiprināt tikai pārbaudot Tindala efektu ar lāzeru.
ķīmijamaisījumizinātnes pamatimolekulārā bioloģija
Šķīdums pret koloīdu
Lai gan abi izskatās kā maisījumi, šķīdumi un koloīdi būtiski atšķiras pēc daļiņu izmēra un mijiedarbības ar gaismu. Šķīdumi ir pilnīgi caurspīdīgi, vienmērīgi maisījumi molekulārā līmenī, savukārt koloīdi satur lielākus molekulu kopumus, kas paliek suspendēti, bieži radot smalku duļķainu izskatu vai izkliedējot lāzera starus Tindala efekta dēļ.
Iezīmes
- Šķīdumi vienmēr ir caurspīdīgi, savukārt koloīdi var būt duļķaini vai necaurspīdīgi.
- Koloīdi izkliedē gaismas starus (Tindala efekts), bet šķīdumi ļauj gaismai tīri iziet cauri.
- Šķīduma daļiņas ir atsevišķas molekulas; koloīdās daļiņas ir lielāki molekulu salipumi.
- Abi tiek uzskatīti par “stabiliem” maisījumiem, kas nenosēžas kā smiltis ūdenī.
Kas ir Risinājums?
Homogēns maisījums, kurā izšķīdusi viela pilnībā izšķīst šķīdinātājā, veidojot vienu, dzidru fāzi.
- Daļiņu izmēri parasti ir mazāki par 1 nanometru.
- Maisījums ir pilnīgi stabils un laika gaitā nekad nenosēdīsies.
- Gaisma iet cauri bez jebkādas izkliedes vai redzama stara.
- Izšķīdušās vielas nevar noņemt ar pamata filtrēšanu vai pat centrifugēšanu.
- Komponenti pastāv kā atsevišķi atomi, joni vai mazas molekulas.
Kas ir Koloīds?
Maisījums, kas satur vidēja izmēra daļiņas, kas paliek suspendētas, nevis pilnībā izšķīst.
- Daļiņu izmērs svārstās no 1 līdz 1000 nanometriem.
- Tie izrāda Tindala efektu, padarot gaismas starus redzamus.
- Koloīdi sastāv no dispersas fāzes un nepārtrauktas vides.
- Daļiņas nenosēžas tikai gravitācijas ietekmē.
- Daudzi izplatīti pārtikas produkti, piemēram, piens un majonēze, patiesībā ir koloīdi.
Salīdzinājuma tabula
| Funkcija | Risinājums | Koloīds |
|---|---|---|
| Daļiņu izmērs | Mazāk nekā 1 nm | no 1 nm līdz 1000 nm |
| Daļiņu redzamība | Neredzams pat mikroskopā | Redzams ar ultramikroskopu |
| Gaismas mijiedarbība | Caurspīdīgs (bez izkliedes) | Caurspīdīgs/necaurspīdīgs (izkliedē gaismu) |
| Stabilitāte | Ļoti stabils | Parasti stabils |
| Atdalīšanas metode | Destilācija vai iztvaikošana | Ultrafiltrācija vai centrifugēšana |
| Homogenitāte | Homogēns | Heterogēns (mikroskopiskā līmenī) |
Detalizēts salīdzinājums
Daļiņu mērogs
Robeža starp šiem diviem ir stingri fizikāls izmērs. Šķīdumā izšķīdinātā viela sadalās atsevišķos jonos vai molekulās, padarot to par patiesu vienfāzes sistēmu. Koloīdi ietver lielākus molekulu agregātus, kas ir pietiekami lieli, lai atšķirtos no šķīdinātāja, bet pietiekami mazi, lai Brauna kustība neļautu tiem nogrimt.
Optiskās īpašības un skaidrība
Ja spīdināsiet lukturīti caur sālsūdeni, šķidruma iekšpusē neredzēsiet staru kūli, jo daļiņas ir pārāk mazas, lai traucētu gaismas viļņus. Turpretī koloīds, piemēram, atšķaidīts piens vai miglains gaiss, uztvers gaismu un spīdēs. Šī parādība, kas pazīstama kā Tindala efekts, ir vienkāršākais veids, kā tos atšķirt laboratorijā vai virtuvē.
Stabilitāte un atdalīšana
Abi maisījumi ir iespaidīgi glabāšanas stabili, salīdzinot ar suspensijām, kas ātri nosēžas. Tomēr šķīdumi ir saistīti tik fundamentālā līmenī, ka to atdalīšanai nepieciešamas fāžu izmaiņas, piemēram, vārīšana. Koloīdus dažreiz var sadalīt vai "koagulēt", pievienojot elektrolītus vai izmantojot ātrgaitas centrifūgas, lai piespiestu daļiņas kopā.
Ikdienas vide
Šķīdumi ir visuresoši ķīmijā un hidratācijā, piemēram, gaisā, ko elpojam, vai slimnīcās izmantotajos intravenozajos šķidrumos. Koloīdi dominē bioloģiskajā un kulinārijas pasaulē. Jūsu asinis, tinte jūsu pildspalvā un pat putukrējums uz deserta ir sarežģītas koloīdu sistēmas, kurās pastāv dažādi matērijas stāvokļi.
Priekšrocības un trūkumi
Risinājums
Iepriekšējumi
- + Perfekti viendabīga konsistence
- + Paredzama ķīmiskā uzvedība
- + Nekad neaizsprosto filtrus
- + Maksimālā saskares virsmas platība
Ievietots
- − Grūti atdalīt
- − Ierobežota daļiņu ietilpība
- − Nav gaismas izkliedes lietderības
- − Nepieciešama īpaša šķīdība
Koloīds
Iepriekšējumi
- + Unikālas tekstūras īpašības
- + Efektīva gaismas izkliede
- + Var pārvadāt nešķīstošas vielas
- + Daudzpusīgs rūpniecisks pielietojums
Ievietots
- − Var tikt "sabojāts" vai salauzts
- − Mikroskopiski heterogēns
- − Grūtāk raksturot
- − Sarežģītas stabilizācijas vajadzības
Biežas maldības
Mīts
Koloīdi galu galā nosēdīsies, ja tos pietiekami ilgi atstās mierā.
Realitāte
Atšķirībā no suspensijām, īstos koloīdus stabilizē Brauna kustība un elektrostatiskie spēki. Tie paliek sajaukti bezgalīgi ilgi, ja vien ķīmiskas vai fiziskas izmaiņas nepiespiež tos salipt.
Mīts
Piens ir vienkāršs šķidrs šķīdums.
Realitāte
Piens patiesībā ir sarežģīts koloīds, ko sauc par emulsiju. Tas sastāv no sīkām tauku globulām un olbaltumvielu kopām, kas suspendētas ūdenī.
Mīts
Šķīdums var būt tikai cieta viela, kas izšķīdināta šķidrumā.
Realitāte
Šķīdumi var pastāvēt jebkurā vielas agregācijas stāvoklī. Tērauds ir ciets-cietā šķīdumā, un atmosfēra ir gāzes-gāzes šķīdums.
Bieži uzdotie jautājumi
Kā es varu mājās atšķirt šķīdumu no koloīda?
Vienkāršākā metode ir "lāzera tests". Piepildiet caurspīdīgu glāzi ar šķidrumu un spīdiniet caur to lāzera rādītāju tumšā telpā. Ja šķidruma iekšpusē varat redzēt stara ceļu, tas ir koloīds. Ja stars ir neredzams, līdz tas sasniedz otru pusi, jūs meklējat risinājumu.
Vai migla ir šķīdums vai koloīds?
Migla ir koloīds, konkrētāk, aerosols. Tā sastāv no šķidriem ūdens pilieniem, kas izkliedēti gāzē (gaisā). Tā kā pilieni ir pietiekami lieli, lai izkliedētu gaismu, migla apgrūtina redzamību un rada spīduma efektu ap automašīnu lukturiem.
Kāpēc piens neizskatās pēc koloīda, ja tas nav caurspīdīgs?
Piens patiesībā ir lielisks koloīda piemērs. Tā balto, necaurspīdīgo izskatu rada lielākās tauku un olbaltumvielu daļiņas, kas izkliedē visus gaismas viļņu garumus. Tā kā šīs daļiņas atrodas 1–1000 nm diapazonā, tās nenosēžas apakšā, kas lieliski atbilst definīcijai.
Vai koloīdu var pārvērst šķīdumā?
Parasti nē, jo koloīdā esošās vielas ķīmiski nešķīst vidē. Tomēr koloīdu var "sadalīt", pievienojot sāļus vai mainot pH, kas izraisa daļiņu salipšanu kopā un nogulšņu veidošanos, efektīvi iznīcinot maisījumu.
Kas ir Brauna kustība un kāpēc tā ir svarīga šajā gadījumā?
Brauna kustība ir nejauša, saraustīta daļiņu kustība, kas rodas pastāvīgu sadursmju rezultātā ar apkārtējās vides molekulām. Koloīdos šī kustība ir pietiekami spēcīga, lai pārvarētu gravitāciju, tāpēc daļiņas nekad nenogrimst trauka apakšā.
Vai visi sakausējumi ir šķīdumi?
Visizplatītākie sakausējumi, piemēram, misiņš vai 14 karātu zelts, tiek uzskatīti par cietiem šķīdumiem, jo dažādu metālu atomi ir vienmērīgi sajaukti atomu līmenī. Ja metāli nesajauktos vienmērīgi un neveidotu atšķirīgus mikroskopiskus graudus, tie būtu tuvāki cietam koloīdam vai maisījumam.
Vai asinis ir šķīdums vai koloīds?
Asinis patiesībā ir maisījums. Plazma satur izšķīdušus sāļus un cukurus, padarot to par šķīdumu. Tomēr lielu olbaltumvielu un asins šūnu klātbūtne liek kopējam šķidrumam uzvesties kā koloīdam un suspensijai.
Kas notiek, ja es filtrēju koloīdu?
Ja izmantojat standarta virtuves vai laboratorijas filtrpapīru, koloīds izies cauri gluži kā šķīdums. Daļiņas ir pārāk mazas, lai tās notvertu parastā papīra poras. Lai faktiski notvertu izkliedētās daļiņas, jums būs nepieciešams specializēts “ultrafiltrs” ar mikroskopiskām porām.
Kāpēc debesis ir zilas šo maisījumu kontekstā?
Lai gan debesis ir gāzes šķīdums, tām piemīt Releja izkliede, kas ir līdzīga Tindala efektam. Tomēr, ja gaisā ir daudz koloīdu daļiņu, piemēram, putekļu vai dūmu, izkliede kļūst daudz izteiktāka, bieži mainot saulrietu krāsu.
Kāda ir emulgatora loma koloīdā?
Emulgators ir viela, kas palīdz stabilizēt koloīdu, novēršot disperģēto daļiņu salipšanu kopā. Piemēram, majonēzē olu dzeltenums darbojas kā emulgators, lai novērstu eļļas un etiķa atdalīšanos slāņos.
Spriedums
Izvēlieties šķīdumu, ja ķīmiskām reakcijām vai hidratācijai nepieciešams pilnīgi viendabīgs, caurspīdīgs maisījums. Izvēlieties koloīdu, ja nepieciešamas specifiskas tekstūras, gaismu izkliedējošas īpašības vai sarežģīta barības vielu piegāde, kā tas novērojams daudzos pārtikas produktos un bioloģiskajos šķidrumos.
Saistītie salīdzinājumi
Alifātiskie un aromātiskie savienojumi
Šajā visaptverošajā ceļvedī ir pētītas fundamentālās atšķirības starp alifātiskajiem un aromātiskajiem ogļūdeņražiem, divām galvenajām organiskās ķīmijas nozarēm. Mēs aplūkojam to strukturālos pamatus, ķīmisko reaktivitāti un dažādos rūpnieciskos pielietojumus, sniedzot skaidru sistēmu šo atšķirīgo molekulāro klašu identificēšanai un izmantošanai zinātniskā un komerciālā kontekstā.
Alkāni pret alkēniem
Šis salīdzinājums skaidro atšķirības starp alkāniem un alkēniem organiskajā ķīmijā, aplūkojot to struktūru, formulas, reaģētspēju, tipiskās reakcijas, fizikālās īpašības un biežākos pielietojumus, lai parādītu, kā oglekļa-oglekļa dubultsaite ietekmē to ķīmisko uzvedību.
Aminoskābe pret olbaltumvielām
Lai gan aminoskābes un olbaltumvielas ir principiāli saistītas, tās pārstāv dažādus bioloģiskās uzbūves posmus. Aminoskābes kalpo kā atsevišķi molekulārie pamatelementi, savukārt olbaltumvielas ir sarežģītas, funkcionālas struktūras, kas veidojas, kad šīs vienības savienojas noteiktās secībās, lai darbinātu gandrīz visus procesus dzīvā organismā.
Atomu skaitlis pret masas skaitli
Izpratne par atšķirību starp atomskaitli un masas skaitli ir pirmais solis periodiskās tabulas apgūšanā. Lai gan atomskaitlis darbojas kā unikāls pirkstu nospiedums, kas nosaka elementa identitāti, masas skaitlis atspoguļo kodola kopējo svaru, ļaujot atšķirt viena elementa dažādus izotopus.
Destilācija pret filtrēšanu
Maisījumu atdalīšana ir ķīmiskās pārstrādes stūrakmens, taču izvēle starp destilāciju un filtrēšanu ir pilnībā atkarīga no tā, ko mēģināt izolēt. Lai gan filtrēšana fiziski bloķē cietvielu izkļūšanu cauri barjerai, destilācija izmanto siltuma un fāžu izmaiņu spēku, lai atdalītu šķidrumus, pamatojoties uz to unikālajām viršanas temperatūrām.