cap 4-coloizi an iii

Upload: afuza-gabriel

Post on 07-Aug-2018

220 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • 8/20/2019 Cap 4-Coloizi an III

    1/14

     

    CAP 4

    Coloizi şi stabilitate coloidală 

    4.1. PROPRIETĂŢI GENERALE

    Definiţia „clasică” a sistemelor coloidale – dispersia unor mici particule solide

    într-un mediu lichid (ceea ce se înţelege curent prin soluri) este destul de restrictivă.

    O definiţie riguroasă a termenului „coloid” este greu de formulat. Ea poate deveni

    nesatisf ăcătoare şi poate conduce la excluderea unor sisteme cu comportare coloidală 

    dacă se exagerează de pildă importanţa unui factor arbitrar cum este mărimea particulelor

    care alcătuiesc sistemul. O definiţie adecvată  mai mult sau mai puţin trebuie să  ia în

    considerare două aspecte ale sistemului:

    - structura (cum sunt puşi împreună componenţii sistemului, sau cum sunt amestecaţi)

    - dimensiunea particulelor (care este mărimea unităţilor dispersate în sistem)

    În general, un sistem coloidal este alcătuit dintr-o substanţă (faza dispersă: solid

    lichid sau gaz) divizată  fin şi distribuită  uniform într-o a doua substanţă  (mediul de

    dispersie sau faza continuă care poate fi solidă, lichidă sau gazoasă).

    Se pot considera, în general, patru clase de coloizi: coloizi comuni (simpli), asociaţii

    coloidale, coloizi liofilici şi coloizi reticulari.

    Exemple de coloizi comuni:

      laptele (lichid gras dispersat ca picături fine într-o fază apoasă),

      fumul (particule de solid dispersate în aer),

      ceaţa (picături mici de lichid dispersate în aer),

  • 8/20/2019 Cap 4-Coloizi an III

    2/14

    Coloizi  şi stabilitate coloidal ă  117 

      vopsele (mici picături de solid dispersate în lichid),

      geluri (molecule de polimer care atunci când se dizolvă în solvent, confer ă soluţiei

    rezultate o structur ă semisolidă),

      oase (mici particule de fosfat de calciu dispersate într-o matrice solidă  de

    colagen).

    În funcţie de natura fazei disperse şi a fazei continue se pot face clasificări ale

    coloizilor: aerosoli  (fumul – solid dispersat în aer), emulsii  (maioneza – lichid (ulei

    vegetal) dispersat în alt lichid (apa)), soluri  (cerneluri, vopsele – particule solide

    dispersate în lichid).

    O a doua clasă de coloizi care prezintă importanţă în cadrul chimiei suprafeţelor

    sunt aşa numitele „asociaţii coloidale”. Acestea sunt constituite din agregate sau

    „unităţi” (unituri) de molecule (uneori sute sau mii) aflate într-o asociere dinamică,

    conducând astfel la un sistem care poate fi considerat simultan o solu ţie molecular ă şi un

    adevărat sistem coloidal. Formarea asociaţiilor coloidale presupune existenţa anumitor

    substanţe şi depinde de factori cum sunt concentraţia, temperatura, compoziţia

    solventului, structura chimică. Ca exemple se pot da unele sisteme biologice incluzând

    formarea membranelor celulare, anumite procese digestive, fenomene de transport în

    sânge.

    O a treia categorie de coloizi sunt „coloizii liofilici” care sunt soluţii în caremoleculele de solut (polimeri) sunt mult mai mari decât cele de solvent. Această 

    categorie de coloizi asigur ă  interferenţa ştiinţei coloizilor cu altă  arie major ă  a ştiinţei,

    ştiinţa polimerilor.

    O a patra categorie de coloizi este cea a coloizilor reticulari (network colloids).

    Aceste sisteme sunt greu de definit cu precizie deoarece sunt constituite din două  reţele

    care se interpenetrează astfel încât e greu de specificat care este faza dispersă şi care este

    faza continuă. Exemple clasice sunt sticla poroasă (aer – sticlă) şi sticla opacă (dispersie

    solid – solid), precum şi multe geluri.

    Câteva exemple de coloizi simpli în care se poate distinge clar faza dispersă  şi

    faza continuă sunt prezentate în tabelul 4.1. În practică multe sisteme coloidale sunt mult

    mai complexe ele conţinând coloizi de diverse tipuri (sol, emulsie, asociaţie coloidală,

  • 8/20/2019 Cap 4-Coloizi an III

    3/14

    118 Chimie coloidal ă 

    specii macromoleculare) plus faza continuă. Studiul acestor „multicoloizi” este dificil,

    dificultatea crescînd cu numărul de componenţi prezent în sistem.

    Tabel 4.1. Exemple de coloizi comuni (simpli)

    Sistem Tip Fază dispersă  Fază continuă 

    Cea ţă  Aerosol lichid Lichid Gaz Fum Aerosol solid Solid GazSpumă de ras Spumă  Gaz SolidSpumă bătut ă 

    (styrofoam)

    Spumă solidă  Gaz Solid

     Lapte Emulsie Lichid (gr ăsime) Lichid (apă)Unt Emulsie Lichid (apă) Solid (gr ăsime)Vopsea Dispersie Solid Lichid

     Jeleu Gel Macromolecule Lichid Detergen ţ i lichizi Soluţie micelar ă  Micele de molecule

    de detergentLichid

    Privitor la mărimea particulelor coloidale trebuiesc f ăcute câteva precizări.

    Experienţa de mai mulţi ani a ar ătat că proprietăţi coloidale clasice au sistemele în care

     particulele fazei disperse au dimensiuni cuprinse în domeniul 1 -1000 nm. Aceste limite

    sunt însă  departe de a fi rigide. Practic sunt multe sisteme ale căror particule au

    dimensiuni în afara acestui domeniu (emulsii, spume, aerosoli) care trebuiesc incluse în

    categoria coloizilor deoarece caracteristicile lor nu permit o altă  opţiune realistă. De

    asemenea există  sisteme (fibre, cleiuri, filme) ale căror particule pot avea sau nu

    dimensiunile în domeniu amintit şi ale căror proprietăţi sunt în vecinătatea comportării

    coloidale şi care trebuiesc considerate coloizi.

    4.2. MECANISMUL FORMĂRII COLOIZILOR

    Ca mărime, particulele coloidale au dimensiuni intermediare între dimensiunile

    moleculelor şi cele ale fazelor macroscopice condensate. Obţinerea unui sistem coloidal

    stabil şi cu particule de dimensiuni corespunzătoare se poate face în două moduri:

  • 8/20/2019 Cap 4-Coloizi an III

    4/14

    Coloizi  şi stabilitate coloidal ă  119 

    -   prin dezagregarea  (dispersia) pieselor de dimensiuni mari la mărimea

    corespunzătoare

    -   pornind cu o dispersie molecular ă  şi construind particulele de dimensiunea

    necesar ă prin agregare (condensare)

    Există  şi situaţii speciale (asociaţiile coloidale, coloizii liofilici) care trebuiesc tratate

    separat.

    4.3. STABILITATE COLOIDALĂ 

    4.3.1. R ădăcinile comportării coloidale

    Într-o soluţie sau într-o fază „normală” a unui sistem, atomii şi moleculele de la

    suprafaţă au proprietăţi distincte faţă de atomii şi moleculele din interior. De asemenea

    numărul atomilor şi moleculelor de la suprafaţă  este mult mai mic decât al acelora din

    interiorul fazei astfel încât efectele de suprafaţă sunt „acoperite” de efectele de ansamblu.

    Dacă  însă  faza respectivă  este divizată  în particule din ce în ce mai fine proprietăţile

    (efectele) de suprafaţă  devin semnificative estompând caracteristicile generale ale

    sistemului. Datorită energiilor înalte deţinute de moleculele de suprafaţă sau a marii lor

    reactivităţi, efectele de suprafaţă  devin observabile atunci când particulele în care estedivizat sistemul se apropie de „dimensiunile coloidale”.  Deoarece limita inferioar ă  a

    domeniului coloidal este destul de largă, acest moment este greu de precizat înainte ca

     proprietăţile sistemului să se evidenţieze.

    În ceea ce priveşte coloizii, trebuie clarificată noţiunea de stabilitate şi când se pot

    folosi termenii de sistem stabil sau instabil. Conceptele de bază ale termodinamicii ne

    arată că orice sistem tinde în mod spontan către starea de echilibru în care energia

    sa liberă  are valoare minimă. Termodinamica nu spune nimic despre cât de repede

     poate să  decurgă  o astfel de transformare, acesta fiind domeniul cineticii chimice, de

    asemenea nu precizează dacă pe parcurs, sistemul se poate opri din drumul său trecând

    într-o configuraţie metastabilă.

    Pentru o reacţie chimică se ştie că există o anumită barier ă energetică (enegia de

    activare) pe care sistemul trebuie să o depăşească pentru ca procesul să aibă  loc. Dacă 

  • 8/20/2019 Cap 4-Coloizi an III

    5/14

    120 Chimie coloidal ă 

    elemente ale sistemului fizico-chimic au suficientă  energie (cinetică, electronică, de

    vibraţie, etc.) pentru a depăşi bariera, atunci reacţia va avea loc. Dacă  nu se întâmplă 

    acest lucru, sistemul poate r ămâne într-o stare metastabilă.

    În ceea ce priveşte coloizii, consideraţiile de energie interfacială  impun ca

    „poziţia” celei mai joase energii pentru un sistem dat va fi aceea în care există un minim

    în suprafaţa de contact între faze. Coloizii sunt de multe ori instabili, sistemul coloidal

    revenind rapid la o stare în care fazele sunt complet separate . Există totuşi bariere de

    diverse tipuri între stările stabile şi metastabile astfel încât un sistem coloidal poate fi

    f ăcut să  existe şi să  persiste suficient de mult timp, astfel încât să  poată  îndeplini o

    anumită  funcţie necesar ă  (ex. o parte a sistemelor biologice). Pentru scopuri practice,

    termenul metastabil poate fi ambiguu. În ceea ce priveşte sistemele coloidale, un coloid

    este considerat „stabil” dacă r ămâne în starea energetică metastabilă un timp suficient delung. El va fi considerat instabil dacă sistemul începe să-şi piardă proprietăţile coloidale

    (gradul de dispersie sau dimensiunea particulelor) înainte ca un timp, necesar considerat,

    să  treacă. De fapt, desemnarea unui coloid ca stabil sau instabil este foarte relativă  şi

    trebuie f ăcută  în contextul unei aplicaţii concrete. Mulţi cercetători consider ă  că  în

    realitate toate sistemele coloidale sunt de fapt metastabile.

    Coloizii trebuiesc consideraţi sisteme metastabile în care for ţele de suprafaţă fac

    ca starea de dispersie fină  să  reprezinte o situaţie de „stare cu înaltă  energie”. De fapt

    există sisteme coloidale care au putut fi păstrate ca atare chiar şi 100 de ani ceea ce ne

    spune că barierele energetice în aceste cazuri fac ca tranziţia între starea metastabilă şi

    cea stabilă să fie foarte dificilă, chiar imposibilă. Există şi situaţia opusă când schimbări

    intervenite în sistem permit o trecere spontană  şi rapidă  din starea metastabilă  în cea

    stabilă.

    4.3.3. Sursa stabilităţii coloidale

    For ţele de atracţie între 2 molecule cresc (adică energia devine mai mare în

    valoare negativă) continuu atunci când distanţa între particule scade. Grafic situaţia se

     prezintă ca în figura de mai jos, curba 1.

  • 8/20/2019 Cap 4-Coloizi an III

    6/14

    Coloizi  şi stabilitate coloidal ă  121 

       E  n  e  r  g   i  a   d  e   i  n   t  e  r  a  c            ţ   i  e

    Distanţa de separare, H

    Figura 4.1. Curba tipică a energiei de interacţie pentru două unituri (curba 3) care estesuma potenţialului de atracţie (curba 1) şi a potenţialului de respingere (curba 2).

    La apropierea moleculelor, la un moment dat, norii electronici ai moleculelor

    încep să interacţioneze şi se suprapun par ţial. Dacă legătura covalentă nu este posibilă, se

     produce o respingere (termenul Born de respingere) şi ca urmare o creştere a entalpiei

    libere a sistemului, care devine practic egală cu infinit (curba 2 din figur ă).

    Când se iau în considerare atât atracţia cât şi respingerea, curba de interacţie arată 

    ca în figura de mai sus, curba 3. Pentru sistemele coloidale este decisivă  înălţimea

    maximului de pe curbă.  Nivelul maximului energiei din figura prezentat ă  anterior

    reprezint ă  o mă sur ă  a stabilit ăţ ii sistemului. Discuţia pentru două  particule care

    interacţionează  poate fi extinsă  pentru sisteme cu număr mare de particule, cum sunt

    sistemele coloidale (introducînd desigur multe simplificări).

    Pentru coloizii liofobi există practic două mecanisme de stabilizare:

    1.  interacţiile electrostatice din stratul dublu electric,

    2.  stabilizare sterică sau entropică.

  • 8/20/2019 Cap 4-Coloizi an III

    7/14

    122 Chimie coloidal ă 

    4.3.3.1. Suprafeţe încărcate electric şi stratul dublu electric (SDE)

    La contactul dintre două  faze se produce un salt de potenţial electric datorită 

    faptului că  una din faze cedează  ioni celeilalte, r ămânând încărcată  cu sarcini de semn

    opus. Suprafaţa încărcată  va atrage din motive de neutralitate electrică, ioni de semn

    contrar (contraioni) din mediul de dispersie, formând un strat dublu electric.

    Să  consider ăm situaţia a două  particule izolate, similar încărcate (sau suprafeţe

     plate pentru acest material) cu straturile lor dublu electrice. În contextul stabilităţii

    cinetice se poate spune că  un sistem este stabil atât timp cât particulele individuale îşi

    menţin stabilitatea, adică atâta timp cât floculaţia şi/sau coagularea nu apar. Ca să apar ă 

    fenomenul de agregare, trebuie ca două particule să se ciocnească cu o for ţă suficient demare astfel încât ciocnirea să  fie efectivă. Există  două  criterii care trebuiesc luate în

    discuţie relativ la stabilitatea coloidală: numărul sau frecvenţa ciocnirilor şi eficacitatea

    acestor ciocniri. După cum se vede în figura 4.2, când două particule încărcate se apropie,

    cei doi nori electronici sau cele două straturi dublu electrice încep să interacţioneze.

    Deoarece straturile dublu electrice sunt de acelaşi semn, interacţia este de natur ă 

    repulsivă, conducând la o creştere a potenţialului electric între particule. Simplist, stratul

    dublu electric poate fi considerat drept un resort localizat între cele două particule.

    Când particulele se apropie, resortul se comprimă şi dezvoltă o for ţă de respingere care

    tinde să depărteze particulele. Mărimea for ţei de respingere va depinde de constanta de

    for ţă a resortului adică de mărimea (grosimea) stratului dublu electric. Cu cât mai mare

    este constanta cu atât mai mare este rezistenţa la apropierea particulelor şi cu atât mai

    dificil este să se producă o ciocnire efectivă care să ducă la floculaţie. Interac ţ iunea între

     staraturile dublu electrice reprezint ă o barier ă de energie în curba total ă de interac ţ iune.

    Când două particule se apropie, se produc cel puţin două tipuri de interacţiuni: cea

    de respingere despre care s-a vorbit şi una de atracţie de tip van der Waals, care face ca

    mulţi coloizi să  fie instabili. Energia totală  de interacţie a sistemului va fi suma celor

    două energii:

  • 8/20/2019 Cap 4-Coloizi an III

    8/14

    Coloizi  şi stabilitate coloidal ă  123 

    total atr repG G G   (4.12)

       P  o   t  e  n            ţ   i  a   l  e

       l  e  c   t  r   i  c

    Distanţa deseparare

    Distanţa de echilibru;For ţa = 0

    Distanţa mică;for ţă de

    respingere

    Distanţa mare; for ţă deatracţie

    Figura 4.2. Interacţiunile dintre două particule coloidale cu straturi dublu elctrice.Vizualizare ca două blocuri conectate de un resort. La distanţă mare de separare, resortul

    este întins dezvoltând o for ţă care trage blocurile unul spre altul (interacţiuni van derWaals atractive). La distanţă mică de separare, resortul este comprimat dezvoltând o for ţă 

    de respingere care îndepărtează blocurile (repulsie electrostatică). La distanţă intermediar ă for ţele sunt în echilibru.

    4.3.3.2. Stabilizarea sterică 

    Mecanismul de stabilizare al coloizilor discutat mai sus se refer ă numai la acele

    sisteme în care particulele dispersate deţin o suprafaţă  încărcată  electric, astfel încât

    interacţiunea între straturile dublu electrice crează  bariera necesar ă  de energie pentru

  • 8/20/2019 Cap 4-Coloizi an III

    9/14

    124 Chimie coloidal ă 

    stabilitatea cinetică. Există şi un alt mecanism de stabilizare cunoscut de multă vreme dar

    înţeles şi studiat în ultimii ani. Acest mecanism necesită prezenţa unui coloid liofilic, care

    adsoarbe pe suprafaţa particulei şi determină ceea se numeşte stabilitate sterică. „India

    ink” (cerneala), particule de carbon dispersate într-o soluţie apoasă a unei r ăşini naturale

    (natural gum) este un exemplu cunoscut de coloid stabilizat în acest mod. Există şi alte

    exemple de coloizi care pot fi obţinuţi cu ajutorul unei „acţiuni protective” dezvoltată de

    un coloid liofilic.

    Este acceptat că „agenţii de protecţie sterici” nu este nevoie să deţină o încărcare

    electrică. Ei trebuie în principal să  îndeplinească  două  condiţii:  să  de ţ ină  o natur ă 

    chimică  dual ă  pentru a îndeplini caracteristicile de solubilitate  şi să  aibă  o masă 

    molecular ă  relativ mare. Se poate spune, în general, că un stabilizator steric trebuie să 

    aibă o fracţiune din moleculele sale care să manifeste solubilitate scăzută  în mediul dedispersie şi/sau o înaltă tendinţă de adsorbţie la suprafaţa particulelor. Rezultatul trebuie

    să fie formarea unui strat adsorbant relativ gros care poate impune o barier ă particulelor

    din apropiere, crescând astfel stabilitatea coloidului. Stabilizatorii sterici cei mai des

    folosiţi sunt substanţe macromoleculare.

     Mecanismul stabiliz ării sterice

    Aşa cum se vede în figura 4.3, atunci când două particule care au un strat adsorbit

    de polimer liofilic se apropie una de alta, aceste straturi încep să  se interpenetreze. Se

     produc două  efecte: unul osmotic datorat creşterii concentraţiei locale a speciilor

    adsorbite între cele două  particule şi un efect de restricţie de volum sau efect entropic

    datorită faptului că speciile care interacţionează încep să piardă anumite grade de libertate

    datorită aglomeraţiei.

    În ambele cazuri, entropia sistemului local descreşte, fapt nefavorabil, în timp ce

    efectul osmotic poate şi el să  fie însoţit de un efect entalpic nefavorabil datorat

    desolvatării a celor mai multe „agregate coloidale” din zona respectivă. Pentru a recâştiga

    entropia pierdută, particulele trebuie să se mişte separat permiţându-şi mai multă libertate

    a mişcării, în timp ce solventul se mişcă pentru a „resolvata” agregatele. Rezultatul este o

  • 8/20/2019 Cap 4-Coloizi an III

    10/14

    Coloizi  şi stabilitate coloidal ă  125 

     barier ă de energie care întârzie apropierea particulelor şi dezvoltă un mecanism efectiv de

    stabilizare (un nou resort, referitor la figura 4.3).

    Figura 4.3. Fenomene interacţionale de respingere care apar la apropierea a două suprafeţe cu polimer adsorbit

    Procesul este schematic ilustrat în figura 4.3. Pe două  suprafeţe care posedă 

     polimer adsorbit se produc două fenomene care dau naştere unei for ţe de respingere întrecele două suprafeţe: a) la apropiere, dar înainte de interpenetraţia straturilor, concentraţia

    locală  a lanţurilor de polimer dintre particule creşte peste valoarea „normală” de

    echilibru, dând naştere unui efect de presiune osmotică: moleculele de solvent se mişcă în

    zona dintre suprafeţe şi se împing reciproc; b) la distanţe mai mici când straturile s-au

    întrepătruns, lanţurile de polimer încep să piardă grade de libertate (scădere de entropie)

    şi astfel apare un al doilea termen de respingere.

    Într-un sistem stabilizat steric (f ăr ă încărcări electrice), energia de interacţie va fi

    suma for ţelor van der Waals de atracţie şi a for ţelor de respingere de natur ă sterică:

    total steric atr  G G G   (4.17)

  • 8/20/2019 Cap 4-Coloizi an III

    11/14

    126 Chimie coloidal ă 

    După cum s-a mai spus, agenţii de protecţie polimerici sau stabilizatorii sterici trebuie să 

    fie puternic ancoraţi de suprafaţa particulelor în cel puţin un punct sau în mai multe

     puncte. Dacă există un singur punct de ancorare, rezultatul va fi un sistem cu o oscilaţie

    liber ă de tip „coadă” în soluţia în care se dezvoltă acţiunea protectivă (figura 4.4a). Dacă 

    există două sau mai multe puncte de ancorare, rezultatul va fi formarea a diverse bucle

    (meandre) şi posibil a câtorva „cozi” (figura 4.4b). Pentru o anumită  lungime a lanţului

     polimeric, se poate vedea intuitiv că  într-un sistem de „cozi”, distanţa cu care stratul

     protectiv se extinde în interiorul soluţiei va fi mai mare în comparaţie cu un sistem de

     bucle. De aici se poate trage concluzia că un singur punct de ancorare ofer ă o protecţie

    mai bună. Pe de altă parte, în cazul buclelor, odată penetraţia începută, vor fi de două ori

    mai multe agregate (unituri) afectate de efectul restricţiei de volum, conducând la un

    efect entropic mai puternic. De aceea, nu se poate spune de fapt că o configuraţie este mai bună decât alta. În sistemele practice se întâlnesc ambele configuraţii.

    Bucle

    Figura 4.4. Modul de adsorbţie al unui polimer la suprafaţa particulelor

     Efectul masei moleculare a polimerului

    În general, pentru clasa coloizilor liofilici, un material cu masă molecular ă înaltă 

    este de aşteptat să  producă  o protecţie mai bună  împotriva floculării. Motivul este că 

    lanţurile mai lungi implică  bucle şi cozi mai lungi şi deci formarea unui strat protectiv

  • 8/20/2019 Cap 4-Coloizi an III

    12/14

    Coloizi  şi stabilitate coloidal ă  127 

    mai gros în jurul particulei. Ca şi în cazul altor sisteme fizice există însă anumite limite

    care nu trebuiesc depăşite, mase moleculare prea mari putând favoriza flocularea.

    Dacă un polimer cu masă molecular ă foarte înaltă şi care dezvoltă mai mult decât

    un singur punct de ancorare la suprafaţa particulei este adăugat într-o dispersie coloidală,

    există posibilitatea ca diferite puncte de ancorare să  „agaţe” două particule diferite mai

    degrabă decât să se ataşeze la aceeaşi particulă. Acesta este îndeosebi cazul când există 

    un mare exces de particule faţă  de concentraţia polimerului. Ataşarea aceluiaşi lanţ  de

     polimer la două  particule le ţine pe acestea unite şi le apropie producând flocularea

    (figura 4.5).

    Dacă  producerea floculării aduce aspecte negative în stabilizarea sterică  a

    coloizilor, ea poate totuşi să  prezinte şi aspecte pozitive. De exemplu, adăugarea unor

    cantităţi mici de polimer acrilamidic la apă  conduce la flocularea unor particule dematerial care ar fi greu de înlăturat printr-un alt procedeu. Aplicaţii similare sunt de

    exemplu în tratamentul apei de spălare a cărbunelui sau în flocularea sterilului de fosfat

    de calciu din minereul de uraniu. 

    Figura 4.5. a) Sisteme stabilizate steric în care o moleculă de polimer este asociată cu o

    singur ă particulă; b) Sistem cu concentraţie mică de polimer (sau cu polimer cu masă molecular ă foarte mare); o moleculă de polimer „leagă” două sau mai multe particulefavorizând flocularea.

    Flocularea prin descongestionare

    Dacă într-o soluţie coloidală se adaugă un polimer care nu este adsorbit sau este

    slab adsorbit pe suprafaţa particulelor coloidale, atunci apare un fenomen de floculare

  • 8/20/2019 Cap 4-Coloizi an III

    13/14

    128 Chimie coloidal ă 

     prin descongestionare.

    În această situaţie când două particule se apropie, lanţurile de polimer care sunt

    slab adsorbite sau care pur şi simplu „plutesc” între particule, sunt îndepărtate din aria de

    apropiere dintre particule, păr ăsind suprafeţele respective. Prin aceasta poate să apar ă o

    for ţă atractivă  suplimentar ă  ca rezultat a îndepărtării polimerului din zona de apropiere

    (figura 4.6).

    Figura 4.6. Flocularea prin descongestionare

    Când polimerul este evacuat for ţat din zona de apropiere dintre particule, balanţa

    osmotică se dezechilibrează; aceasta înseamnă că între particule concentraţia soluţiei estemai mică decât în masa de soluţie. Osmoza for ţează practic solventul să „curgă” printre

     particule către masa de soluţie. Efectul net asupra particulelor este că ele sunt apropiate şi

    mai mult (efect de sugere în termodinamică) rezultând o pierdere a stabilităţii şi

     producând flocularea. Figura prezentată  este schematică  şi simplistă, ea servind totuşi

     pentru ilustrarea conceptului prezentat. O discuţie mai amplă  se poate face în cadrul

    teoriei adsorbţiei polimerilor.

    4.5. CURBA TOTALĂ DE INTERACŢIUNE

    Cele două mecanisme discutate anterior – electrostatic şi steric – reprezintă 

    extremele unui domeniu de tehnici experimentale care ne permit să  preparăm

  • 8/20/2019 Cap 4-Coloizi an III

    14/14

    Coloizi  şi stabilitate coloidal ă  129 

    sisteme coloidale cinetic stabile. Cele două  mecanisme nu se exclud reciproc. Mulţi

    coloizi de importanţă tehnologică necesită o combinare a ambelor efecte.

    Curba energiei potenţiale totale conţine următorii termeni:

    total elec steric misc atr  G G G G G   (4.33)

    Proteinele, de exemplu, sunt coloizi de protecţie excelenţi. Ele au structur ă polimerică şi

    tind să se adsoarbă pe diferite suprafeţe, producând o stabilizare sterică puternică, şi de

    asemenea pot fi încărcate electric (funcţie de pH) producând de asemenea o stabilitate

    electrostatică  bună. Această  natur ă  duală  poate avea anumite avantaje practice. De

    exemplu, dacă un coloid (de pildă iodura de argint) este preparat în prezenţa gelatinei la

    un pH deasupra punctului izoelectric (adică  o încărcare negativă  netă  este prezentă  pe

    suprafaţa moleculei de proteină), va rezulta o dispersie foarte stabilă. Dacă pH-ul este fie

    mai ridicat, fie mai scăzut (depinzând de tipul de gelatină utilizată), la punctul izoelectric

    (încărcare netă  zero), lanţurile de gelatină  tind să  colapseze pe suprafaţa particulelor,

    reducând gradul stabilizării sterice împreună  cu cea pierdută de neutralizarea sarcinilor

     polimerului. Sistemul are tendinţa să floculeze, permiţând separarea unui complex iodur ă 

    de argint – gelatină de cea mai mare parte a apei. Dacă pH-ul este readus la valoarea sa

    iniţială, polimerul adsorbit se va umfla şi se produce redispersarea coloidului iniţial.Prezenţa gelatinei previne ca particulele iniţiale să  facă contact, astfel încât să nu poată 

    apărea adevărata floculare sau coagulare. Procese similare cu acesta, utilizâd polimeri

    naturali sau sintetici şi-au găsit aplicabilitatea în domenii ca: fotografia,

    microâncapsularea, etc. Cunoşterea modului în care un coloid poate fi stabilizat crează un

    instrument foarte important pentru obţinerea multor sisteme de utilitate practică.