छितरी हुई प्रणाली प्राप्त करने के तरीके। छितरी हुई प्रणालियों की शुद्धि के तरीके छितरी हुई प्रणालियों को प्राप्त करने और उनकी शुद्धि के तरीके
एक छितरी हुई प्रणाली एक ऐसी प्रणाली है जिसमें एक या एक से अधिक पदार्थों के छोटे कण समान रूप से दूसरे पदार्थ के कणों के बीच वितरित होते हैं। छितरे हुए चरण को पदार्थ के छोटे कण कहा जाता है जो सिस्टम में वितरित होता है। परिक्षेपण माध्यम वह पदार्थ है जिसमें परिक्षिप्त प्रावस्था वितरित होती है। 3 विषम छितरी हुई प्रणाली: छितरे हुए चरण के कणों का आकार 1·10-9 मीटर से अधिक होता है और फैलाव माध्यम से एक अलग चरण का निर्माण करता है। सजातीय छितरी हुई प्रणाली: छितरी हुई अवस्था और फैलाव माध्यम (वास्तविक समाधान) के बीच कोई इंटरफ़ेस नहीं है। अणुओं, आयनों का आकार 1 10-9 मीटर से छोटा होता है।
फैलाव की डिग्री के साथ। डिस्पर्सिव सिस्टम की कमी के लिए। 4 फैलाव की डिग्री (D) कण आकार का पारस्परिक है (d) D = 1/d कण आकार जितना छोटा होगा, सिस्टम का फैलाव उतना ही अधिक होगा फैलाव की डिग्री के अनुसार वर्गीकरण मोटे (d \u003d m) (मोटे सस्पेंशन, इमल्शन, पाउडर)। मध्यम फैलाव (डी = एम) (पतले निलंबन, धुआं, झरझरा शरीर)। अत्यधिक फैलाव (डी = एम) (कोलाइडल सिस्टम)।
फैलाव प्रणाली प्राप्त करना फैलाव के तरीके। तरीकों का यह समूह यांत्रिक तरीकों को जोड़ता है जिसके द्वारा ठोस पदार्थों को कुचला, कुचला या विभाजित किया जाता है। प्रकृति में होने वाली प्रयोगशाला, औद्योगिक और फैलाव प्रक्रियाओं के लिए विशिष्ट। प्रयोगशाला और औद्योगिक परिस्थितियों में, इन प्रक्रियाओं को क्रशर, मिलस्टोन और विभिन्न डिजाइनों की मिलों में किया जाता है। सबसे आम गेंद मिलें हैं, जिसमें 2-3 से 50-70 माइक्रोन के कण आकार वाले सिस्टम प्राप्त किए जाते हैं। विभिन्न डिजाइनों के कोलाइड मिलों में, महीन फैलाव प्राप्त किया जाता है; ऐसी मिलों के संचालन का सिद्धांत केन्द्रापसारक बल की कार्रवाई के तहत निलंबन या पायस में ब्रेकिंग बलों के विकास पर आधारित है। निलंबित बड़े कण इस मामले में एक महत्वपूर्ण फाड़ बल का अनुभव करते हैं और इस प्रकार फैल जाते हैं। अल्ट्रासोनिक फैलाव द्वारा उच्च फैलाव प्राप्त किया जा सकता है। यह प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया गया है कि फैलाव सीधे अल्ट्रासोनिक कंपन की आवृत्ति पर निर्भर है। अल्ट्रासोनिक विधि द्वारा प्राप्त इमल्शन को छितरे हुए चरण के कण आकार की एकरूपता से अलग किया जाता है। 5
फैलाव के तरीके। ब्रेडिग विधि पानी में रखे जाने वाले फैलाने योग्य धातु इलेक्ट्रोड के बीच एक वोल्टिक चाप के गठन पर आधारित है। विधि का सार चाप में इलेक्ट्रोड की धातु के छिड़काव के साथ-साथ उच्च तापमान पर बने धातु वाष्प के संघनन में निहित है। स्वेडबर्ग विधि, जो एक उच्च-वोल्टेज ऑसिलेटरी डिस्चार्ज का उपयोग करती है जो इलेक्ट्रोड के बीच एक चिंगारी का कारण बनती है। इस पद्धति का उपयोग न केवल हाइड्रोसोल, बल्कि विभिन्न धातुओं के ऑर्गोसोल भी प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है। कुचलने और पीसने के दौरान, सामग्री मुख्य रूप से शक्ति दोष (मैक्रो- और माइक्रोक्रैक) के स्थानों में नष्ट हो जाती है। इसलिए, जैसे-जैसे कणों को कुचला जाता है, कणों की ताकत बढ़ती जाती है, जिसका उपयोग आमतौर पर मजबूत सामग्री बनाने के लिए किया जाता है। साथ ही, सामग्री की ताकत में वृद्धि के रूप में उन्हें कुचल दिया जाता है जिससे आगे फैलाव के लिए बड़ी ऊर्जा खपत होती है। रिहबिंदर प्रभाव का उपयोग करके सामग्रियों के विनाश को सुगम बनाया जा सकता है - ठोस पदार्थों की ताकत में एक सोखने की कमी। यह प्रभाव सतही ऊर्जा को सर्फेक्टेंट की मदद से कम करना है, जो ठोस (ठोस धातुओं के विनाश के लिए तरल धातु) के विरूपण और विनाश की सुविधा प्रदान करता है। फैलाव विधियों का उपयोग आमतौर पर बहुत अधिक फैलाव प्राप्त करने में विफल रहता है। -10 7 सेमी के क्रम के कण आकार वाले सिस्टम संक्षेपण विधियों द्वारा प्राप्त किए जाते हैं। 6 फैलाव प्रणाली का उत्पादन
संघनन विधियाँ (भौतिक) संघनन विधियाँ एक सजातीय माध्यम में अणुओं, आयनों या परमाणुओं के संयोजन से एक नए चरण के उद्भव की प्रक्रियाओं पर आधारित होती हैं। इन विधियों को भौतिक और रासायनिक में विभाजित किया जा सकता है। भौतिक संघनन - वाष्प से संघनन और विलायक का प्रतिस्थापन। (कोहरा बनना)। विलायक को बदलने की विधि (माध्यम की संरचना को बदलना) प्रणाली के मापदंडों में इस तरह के बदलाव पर आधारित है, जिसमें फैलाव माध्यम में घटक की रासायनिक क्षमता संतुलन से अधिक हो जाती है और संक्रमण की प्रवृत्ति होती है संतुलन राज्य के लिए एक नए चरण के गठन की ओर जाता है। इस विधि से सल्फर, फास्फोरस, आर्सेनिक और कई कार्बनिक पदार्थों के सॉल इन पदार्थों के अल्कोहल या एसीटोन के घोल को पानी में डालने से प्राप्त होते हैं। 7 डिस्पर्सिव सिस्टम प्राप्त करना
संघनन विधियाँ (रासायनिक) रासायनिक संघनन: पदार्थ जो परिक्षिप्त अवस्था बनाता है वह रासायनिक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप प्रकट होता है। इस प्रकार, एक नए चरण के गठन के साथ आगे बढ़ने वाली कोई भी रासायनिक प्रतिक्रिया कोलाइडयन प्रणाली प्राप्त करने का एक स्रोत हो सकती है। 1. रिकवरी (सोने के हाइड्रोक्लोरिक एसिड को कम करके सोने के सोल की तैयारी): 2HAuCl 2 + 3H 2 O 2 \u003d 2Au + 8HCl + 3O 2 2. ऑक्सीकरण (हाइड्रोथर्मल पानी में सल्फर सोल का निर्माण, ऑक्सीकरण एजेंटों (सल्फर डाइऑक्साइड या) के साथ ऑक्सीजन)): 2 एच 2 एस + ओ 2 \u003d 2 एस + 2 एच 2 ओ 3। हाइड्रोलिसिस 4। विनिमय प्रतिक्रियाएं (आर्सेनिक सल्फाइड सोल प्राप्त करना): 2 एच 3 एसओ 3 + 3 एच 2 एस \u003d 2 एस 3 + 6 एच 2 ओ तो कि घोल में पदार्थ की सांद्रता घुलनशीलता से अधिक हो जाती है, अर्थात समाधान अतिसंतृप्त होना चाहिए। 8 फैलाव प्रणाली का उत्पादन
कोलाइड विलयनों की सफाई के तरीके। उच्च आणविक भार यौगिकों (HMCs) के सॉल और समाधान में अवांछनीय अशुद्धियों के रूप में कम आणविक भार वाले यौगिक होते हैं। इन्हें निम्नलिखित विधियों द्वारा दूर किया जाता है। डायलिसिस ऐतिहासिक रूप से शुद्धिकरण का पहला तरीका है। एक अर्ध-पारगम्य झिल्ली के माध्यम से कोलाइडल समाधानों की शुद्धि, जिसे विलायक द्वारा धोया जाता है। इलेक्ट्रोडायलिसिस एक विद्युत क्षेत्र में इलेक्ट्रोलाइट अशुद्धियों से सॉल की सफाई की प्रक्रिया है जो आयनों की गति को तेज करता है। अल्ट्राफिल्ट्रेशन अल्ट्राफिल्टर के माध्यम से कम आणविक भार अशुद्धियों के साथ एक फैलाव माध्यम को मजबूर करके एक सफाई विधि है। माइक्रोफिल्ट्रेशन 0.1 से 10 माइक्रोन के आकार के माइक्रोपार्टिकल्स के फिल्टर के माध्यम से पृथक्करण है। संयुक्त सफाई के तरीके। व्यक्तिगत शुद्धिकरण विधियों के अलावा - अल्ट्राफिल्ट्रेशन और इलेक्ट्रोडायलिसिस - उनका संयोजन ज्ञात है: इलेक्ट्रो-अल्ट्राफिल्ट्रेशन, प्रोटीन को शुद्ध करने और अलग करने के लिए उपयोग किया जाता है। शुद्ध करना संभव है और साथ ही इलेक्ट्रो-डिकैन्टेशन नामक एक विधि का उपयोग करके आईयूडी सोल या समाधान की एकाग्रता में वृद्धि करना संभव है। इलेक्ट्रोडिकेंटेशन तब होता है जब इलेक्ट्रोडायलाइज़र बिना सरगर्मी के संचालित होता है। 9
चूँकि निम्न-आणविक अशुद्धियाँ (विदेशी इलेक्ट्रोलाइट्स) कोलाइडल सिस्टम को नष्ट करने में सक्षम हैं, कई मामलों में परिणामी सॉल को शुद्ध करना पड़ता है। प्राकृतिक उत्पत्ति (लेटेक्स, कच्चे तेल, टीके, सेरा, आदि) की बिखरी हुई प्रणालियों को भी शुद्ध किया जाता है। अशुद्धियों को दूर करने के लिए उपयोग करें: डायलिसिस, इलेक्ट्रोडायलिसिस, अल्ट्राफिल्ट्रेशन।
डायलिसिस- अर्ध-पारगम्य विभाजन (झिल्ली) का उपयोग करके शुद्ध विलायक के साथ तलवों से कम आणविक भार वाले पदार्थों का निष्कर्षण, जिसके माध्यम से कोलाइडल कण नहीं गुजरते हैं। तेजी से सफाई प्रक्रिया प्रदान करने के लिए अब अपोहक के कई बेहतर डिजाइन प्रस्तावित किए गए हैं। डायलिसिस की गहनता निम्न द्वारा प्राप्त की जाती है: झिल्लियों की सतह को बढ़ाकर; शुद्ध किए जाने वाले द्रव की परत को कम करना; बाहरी द्रव का लगातार या निरंतर परिवर्तन; तापमान में वृद्धि।
इलेक्ट्रोडायलिसिस- बाह्य विद्युत क्षेत्र के अनुप्रयोग द्वारा त्वरित डायलिसिस। इलेक्ट्रोडायलिसिस 40 V/cm के क्रम के एक लागू संभावित अंतर की कार्रवाई के तहत झिल्ली के माध्यम से आयनों के प्रवासन के कारण होता है।
अल्ट्राफिल्ट्रेशन- दबाव में इलेक्ट्रोडायलिसिस। अनिवार्य रूप से, अल्ट्राफिल्ट्रेशन सॉल को शुद्ध करने की एक विधि नहीं है, बल्कि उन्हें केंद्रित करने की एक विधि है।
अपोहक और अल्ट्राफिल्ट्रेशन के संयोजन का एक दिलचस्प उदाहरण "कृत्रिम गुर्दा" उपकरण है, जिसे तीव्र गुर्दे की विफलता में गुर्दे के कार्य को अस्थायी रूप से बदलने के लिए डिज़ाइन किया गया है। डिवाइस शल्य चिकित्सा से रोगी के परिसंचरण तंत्र से जुड़ा हुआ है। एक स्पंदित पंप ("कृत्रिम हृदय") द्वारा बनाए गए दबाव में रक्त दो झिल्लियों के बीच एक संकीर्ण अंतराल में बहता है, जिसे बाहर से खारा से धोया जाता है। झिल्लियों के बड़े कार्य क्षेत्र (~ 15000 सेमी 2) के कारण, "स्लैग" रक्त से अपेक्षाकृत जल्दी (3-4 घंटे) - चयापचय और ऊतक टूटने के उत्पाद (यूरिया, क्रिएटिन, पोटेशियम आयन, आदि) से हटा दिए जाते हैं। .).
अल्ट्राफिल्टर के लिए एक निश्चित सरंध्रता वाली झिल्लियों का उपयोग करके, एक निश्चित सीमा तक कोलाइडल कणों को उनके आकार के अनुसार अलग करना संभव है और साथ ही साथ उनके आकार को लगभग निर्धारित करना भी संभव है। इस पद्धति का उपयोग कई वायरस और बैक्टीरियोफेज के कण आकार को निर्धारित करने के लिए किया गया था।
यांत्रिक अशुद्धियों से अपशिष्ट जल को शुद्ध करने के लिए अल्ट्राफिल्ट्रेशन का उपयोग किया जाता है। इस विधि का उपयोग कोलाइडल प्रणाली के कणों से तरल अणुओं को अलग करने के लिए किया जाता है।
अपशिष्ट जल के फैलाव के आधार पर, कुछ प्रकार के फिल्टर विभाजन का उपयोग किया जाता है। वाटरवर्क्स में बड़ी मात्रा में प्राकृतिक पानी के माइक्रोफिल्ट्रेशन के लिए, मुख्य रूप से प्लैंकटन और सूक्ष्मजीवों से सफाई करते समय, धातु की जाली का उपयोग किया जाता है, सबमिक्रॉन कणों और मैक्रोमोलेक्यूल्स से सफाई के मामले में, विभिन्न छिद्र आकार वाले बहुलक झिल्ली का उपयोग किया जाता है।
आत्म-नियंत्रण के लिए प्रश्न और कार्य
1. विषय "कोलाइड रसायन विज्ञान" किसका अध्ययन करता है?
2. कोलॉइडी विलयनों और वास्तविक विलयनों में क्या अंतर है?
3. परिक्षिप्त प्रणालियों का प्रत्येक प्रकार का वर्गीकरण किन विशेषताओं पर आधारित है?
4. छितरी हुई प्रणालियाँ प्राप्त करने की विधियाँ क्या हैं? प्रत्येक विधि का सार क्या है?
5. कोलॉइडी तंत्रों की सफाई किस प्रकार की जा सकती है? आपको ऐसा करने की आवश्यकता क्यों है?
अध्याय 2
ऊष्मप्रवैगिकी
सतही घटनाएं
फैलाव प्रणालियों में, पदार्थ बनाने वाले अधिकांश अणु या परमाणु इंटरफ़ेस पर स्थित होते हैं। ये सतह के अणु अपनी ऊर्जा अवस्था में चरण के अंदर के अणुओं से भिन्न होते हैं, जिससे अतिरिक्त सतह ऊर्जा का आभास होता है। अतिरिक्त सतह ऊर्जा सतह तनाव और इंटरफेसियल क्षेत्र के उत्पाद के बराबर है:
कोई भी थर्मोडायनामिक प्रणाली अपनी सतह ऊर्जा को कम करने की प्रवृत्ति रखती है। अतिरिक्त सतह ऊर्जा को कम किया जा सकता है:
· सतही तनाव में कमी: सोखना, आसंजन, गीलापन, एक दोहरी विद्युत परत का निर्माण;
· सतह क्षेत्र में कमी: बूंदों का गोलाकार आकार (सतह चौरसाई), कणों का जुड़ाव (जमावट, एकत्रीकरण, सहसंयोजन)।
विवाद प्राप्त करने के लिए दो सामान्य दृष्टिकोण हैं। सिस्टम - फैलाव और संक्षेपण। फैलाव विधि मैक्रोस्कोपिक कणों के नैनोसाइज (1-100 एनएम) के पीसने पर आधारित है।
उच्च ऊर्जा खपत के कारण मैकेनिकल पीस का व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है। प्रयोगशाला अभ्यास में, अल्ट्रासोनिक पीस का उपयोग किया जाता है। पीसने के दौरान, दो प्रक्रियाएं प्रतिस्पर्धा करती हैं: परिणामी कणों का फैलाव और एकत्रीकरण। इन प्रक्रियाओं की दरों का अनुपात पीसने की अवधि, तापमान, तरल चरण की प्रकृति, स्टेबलाइजर्स की उपस्थिति (अक्सर सर्फेक्टेंट) पर निर्भर करता है। इष्टतम स्थितियों का चयन करके, आवश्यक आकार के कण प्राप्त करना संभव है, हालांकि, कण आकार वितरण काफी विस्तृत है।
सबसे दिलचस्प तरल चरण में ठोस पदार्थों का सहज फैलाव है। स्तरित संरचना वाले पदार्थों के लिए एक समान प्रक्रिया देखी जा सकती है। ऐसी संरचनाओं में, परत के अंदर परमाणुओं के बीच एक मजबूत बातचीत होती है और परतों के बीच एक कमजोर vdv अंतःक्रिया होती है। उदाहरण के लिए, मोलिब्डेनम और टंगस्टन सल्फाइड, जिनकी एक स्तरित संरचना होती है, नैनोमीटर-आकार के बाइलेयर कणों को बनाने के लिए एसीटोनिट्राइल में अनायास फैल जाते हैं। इस मामले में, तरल चरण परतों के बीच प्रवेश करता है, इंटरलेयर दूरी बढ़ाता है, और परतों के बीच बातचीत कमजोर होती है। थर्मल कंपन की कार्रवाई के तहत, ठोस चरण की सतह से नैनोकणों की टुकड़ी होती है।
संघनन के तरीकेभौतिक और रासायनिक में विभाजित। नैनोकणों का निर्माण संक्रमण राज्यों की एक श्रृंखला के माध्यम से होता है, जो मध्यवर्ती पहनावा के गठन के दौरान होता है, जिससे एक नए चरण के नाभिक की उपस्थिति, इसकी सहज वृद्धि और एक भौतिक चरण इंटरफ़ेस की उपस्थिति होती है। भ्रूण निर्माण की उच्च दर और इसके विकास की कम दर सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण है।
धात्विक अल्ट्राफाइन कणों को प्राप्त करने के लिए भौतिक विधियों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। ये विधियाँ अनिवार्य रूप से फैलाव-संक्षेपण हैं। पहले चरण में, धातु को वाष्पीकरण द्वारा परमाणुओं में फैलाया जाता है। फिर, वाष्पों के अधिसंतृप्ति के कारण संघनन होता है।
आणविक बीम विधिलगभग 10 एनएम की मोटाई के साथ कोटिंग्स प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाता है। एक डायाफ्राम कक्ष में प्रारंभिक सामग्री को वैक्यूम के तहत उच्च तापमान पर गरम किया जाता है। वाष्पित कण, डायाफ्राम से गुजरते हुए, एक आणविक किरण बनाते हैं। स्रोत सामग्री के ऊपर तापमान और वाष्प के दबाव को बदलकर बीम की तीव्रता और सब्सट्रेट पर कण संघनन की दर को बदला जा सकता है।
एरोसोल विधिकम तापमान पर एक अक्रिय गैस के विरल वातावरण में धातु का वाष्पीकरण होता है, इसके बाद वाष्प का संघनन होता है। इस पद्धति का उपयोग Au, Fe, Co, Ni, Ag, Al नैनोकणों को प्राप्त करने के लिए किया गया था; उनके ऑक्साइड, नाइट्राइड, सल्फाइड।
क्रायोकेमिकल संश्लेषणएक अक्रिय मैट्रिक्स में कम तापमान पर धातु के परमाणुओं (या धातु के यौगिकों) के संघनन के आधार पर।
रासायनिक संघनन. फैराडे द्वारा 1857 में एक कण आकार के साथ सोने (लाल) का एक कोलाइडयन समाधान प्राप्त किया गया था। यह सोल ब्रिटिश संग्रहालय में प्रदर्शित है। इसकी स्थिरता को ठोस चरण-समाधान के इंटरफ़ेस पर एक DEL के गठन और असम्बद्ध दबाव के इलेक्ट्रोस्टैटिक घटक की घटना से समझाया गया है।
अक्सर, रासायनिक प्रतिक्रियाओं के दौरान समाधान में नैनोकणों का संश्लेषण किया जाता है। धातु कणों को प्राप्त करने के लिए कमी प्रतिक्रियाओं का उपयोग किया जाता है। एक कम करने वाले एजेंट के रूप में, एल्यूमीनियम और बोरोहाइड्राइड्स, हाइपोफॉस्फाइट्स आदि का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, 7 एनएम के कण आकार के साथ एक सोने का सोल सोडियम बोरोहाइड्राइड के साथ सोने के क्लोराइड को कम करके प्राप्त किया जाता है।
नमक या धातु आक्साइड के नैनोकण विनिमय या हाइड्रोलिसिस प्रतिक्रियाओं में प्राप्त होते हैं।
स्टेबलाइजर्स के रूप में प्राकृतिक और सिंथेटिक सर्फेक्टेंट का उपयोग किया जाता है।
मिश्रित रचना नैनोकणों को संश्लेषित किया गया। उदाहरण के लिए, Cd/ZnS, ZnS/CdSe, TiO2 /SiO2। ऐसे नैनोकण एक प्रकार (खोल) के अणुओं के दूसरे प्रकार (कोर) के पूर्व-संश्लेषित नैनोकण पर जमा होने से प्राप्त होते हैं।
सभी विधियों का मुख्य नुकसान नैनोकणों का विस्तृत आकार वितरण है। नैनोकणों के आकार को नियंत्रित करने के तरीकों में से एक रिवर्स माइक्रोइमल्शन में नैनोकणों की तैयारी से जुड़ा है। रिवर्स माइक्रोएमल्शन में, डिस चरण पानी है, फैलाव माध्यम तेल है। तैयारी की स्थितियों और स्टेबलाइजर की प्रकृति के आधार पर पानी (या अन्य ध्रुवीय तरल) की छोटी बूंद का आकार व्यापक रूप से भिन्न हो सकता है। पानी की एक बूंद एक रिएक्टर की भूमिका निभाती है जिसमें एक नया चरण बनता है। परिणामी कण का आकार बूंद के आकार से सीमित होता है, इस कण का आकार बूंद के आकार को दोहराता है।
सोल-जेल विधिनिम्नलिखित चरण शामिल हैं: 1. प्रारंभिक समाधान की तैयारी, आमतौर पर धातु अल्कोक्साइड्स एम (ओआर) एन युक्त होती है, जहां एम सिलिकॉन, टाइटेनियम, जिंक, एल्यूमीनियम, टिन, सेरियम इत्यादि होता है, आर क्षार या एरिल होता है; 2. पोलीमराइजेशन प्रतिक्रियाओं के कारण जेल का निर्माण; 3. सुखाना; 4. उष्मा उपचार। कार्बनिक सॉल्वैंट्स में हाइड्रोलिसिस
एम(ओआर) 4 +4एच 2 ओएम(ओएच) 4 +4आरओएच।
फिर पोलीमराइजेशन और जेल का निर्माण होता है।
एमएम (ओएच) एन (एमओ) 2 + 2 एमएच 2 ओ।
पेप्टाइजेशन विधि।अवक्षेप को धोते समय पेप्टाइजेशन के बीच भेद, इलेक्ट्रोलाइट के साथ अवक्षेप का पेप्टाइजेशन; पृष्ठसक्रियकारकों के साथ पेप्टीकरण; रासायनिक पेप्टीकरण।
अवक्षेप की धुलाई के दौरान पेप्टाइजेशन अवक्षेप से इलेक्ट्रोलाइट को हटाने के लिए कम हो जाता है, जिससे जमावट हो जाती है। इस मामले में, DEL की मोटाई बढ़ जाती है, और आयन-इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण की ताकतें इंटरमॉलिक्युलर आकर्षण की ताकतों पर हावी हो जाती हैं।
इलेक्ट्रोलाइट के साथ अवक्षेपण पेप्टाइजेशन कणों पर सोखने के लिए इलेक्ट्रोलाइट आयनों में से एक की क्षमता से जुड़ा हुआ है, जो कणों पर डीईएस के गठन में योगदान देता है।
पृष्ठसक्रियकारकों के साथ पेप्टीकरण। सर्फेक्टेंट मैक्रोमोलेक्यूल्स कणों पर सोख लिए जाते हैं या उन्हें एक चार्ज (आयनिक सर्फेक्टेंट) देते हैं या एक सोखना-सॉल्वेशन बैरियर बनाते हैं जो कणों को तलछट में एक साथ चिपकाने से रोकता है।
रासायनिक पेप्टाइजेशन तब होता है जब सिस्टम में जोड़ा गया पदार्थ तलछट पदार्थ के साथ संपर्क करता है। इस मामले में, एक इलेक्ट्रोलाइट बनता है, जो कणों की सतह पर एक DEL बनाता है।
छितरी हुई प्रणालियाँ प्राप्त करने की दो विधियाँ - फैलाव और संघनन
फैलाव और संघनन - मुक्त-छितरी हुई प्रणालियाँ प्राप्त करने की विधियाँ: पाउडर, निलंबन, सोल, इमल्शन, आदि। फैलाव के तहत संघनन द्वारा किसी पदार्थ के कुचलने और पीसने को समझें - अणुओं, परमाणुओं या आयनों के समुच्चय में संघटन के परिणामस्वरूप एक सजातीय से एक विषम छितरी हुई प्रणाली का निर्माण।
विभिन्न पदार्थों और सामग्रियों के विश्व उत्पादन में, फैलाव और संघनन की प्रक्रिया प्रमुख स्थानों में से एक है। अरबों टन कच्चा माल और उत्पाद मुक्त-छितरी हुई अवस्था में प्राप्त होते हैं। यह उनके परिवहन और खुराक की सुविधा सुनिश्चित करता है, और मिश्रण की तैयारी में सजातीय सामग्री प्राप्त करना भी संभव बनाता है।
उदाहरणों में कुचलने और पीसने वाले अयस्क, कोयला, सीमेंट उत्पादन शामिल हैं। तरल ईंधन के दहन के दौरान फैलाव होता है।
वाष्पीकरण कोहरे के निर्माण के दौरान, क्रिस्टलीकरण के दौरान होता है।
यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि फैलाव और संक्षेपण के दौरान, छितरी हुई प्रणालियों का निर्माण एक नई सतह के प्रकट होने के साथ होता है, अर्थात, पदार्थों और सामग्रियों के विशिष्ट सतह क्षेत्र में वृद्धि, कभी-कभी हजारों या अधिक बार। इसलिए, छितरी हुई प्रणालियों को प्राप्त करने के लिए, कुछ अपवादों के साथ, ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
कुचलने और पीसने के दौरान, सामग्री मुख्य रूप से शक्ति दोष (मैक्रो- और माइक्रोक्रैक) के स्थानों में नष्ट हो जाती है। इसलिए, जैसे-जैसे पीसने की प्रक्रिया बढ़ती है, कणों की ताकत बढ़ती जाती है, जिससे उनके आगे फैलाव के लिए ऊर्जा की खपत में वृद्धि होती है।
सामग्री के विनाश का उपयोग करके सुविधा प्रदान की जा सकती है रिबाइंडर प्रभाव – सोखना ठोस पदार्थों की विकृति को कम करता है। यह प्रभाव सतही ऊर्जा को सर्फेक्टेंट की मदद से कम करना है, जिससे ठोस के विरूपण और विनाश की सुविधा होती है। ऐसे सर्फेक्टेंट के रूप में, यहाँ कहा जाता है कठोरता कम करने वाले,उपयोग किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, ठोस धातुओं या विशिष्ट सर्फेक्टेंट को नष्ट करने के लिए तरल धातु।
कठोरता रिड्यूसर की छोटी मात्रा की विशेषता होती है जो रिबाइंडर प्रभाव और कार्रवाई की विशिष्टता का कारण बनती है। योजक जो सामग्री को गीला करते हैं, माध्यम को दोषों के स्थानों में घुसने में मदद करते हैं और केशिका बलों की मदद से ठोस के विनाश की सुविधा भी देते हैं। सर्फेक्टेंट न केवल सामग्री के विनाश में योगदान करते हैं, बल्कि बिखरी हुई अवस्था को भी स्थिर करते हैं, कणों को एक साथ चिपकाने से रोकते हैं।
फैलाव की अधिकतम डिग्री वाले सिस्टम केवल संघनन विधियों का उपयोग करके प्राप्त किए जा सकते हैं।
कोलॉइडी विलयन भी प्राप्त किए जा सकते हैं रासायनिक संघनन विधि, रासायनिक प्रतिक्रियाओं के संचालन के आधार पर, अघुलनशील या खराब घुलनशील पदार्थों के निर्माण के साथ। इस प्रयोजन के लिए, विभिन्न प्रकार की प्रतिक्रियाओं का उपयोग किया जाता है - अपघटन, हाइड्रोलिसिस, रेडॉक्स आदि।
फैलाव प्रणालियों की शुद्धि।
उच्च आणविक भार यौगिकों (HMCs) के सॉल और समाधान में अवांछनीय अशुद्धियों के रूप में कम आणविक भार वाले यौगिक होते हैं। इन्हें निम्नलिखित विधियों द्वारा दूर किया जाता है।
डायलिसिस। डायलिसिस ऐतिहासिक रूप से शुद्धिकरण का पहला तरीका था। यह टी. ग्राहम (1861) द्वारा प्रस्तावित किया गया था। सबसे सरल अपोहक की योजना को अंजीर में दिखाया गया है। 3 (परिशिष्ट देखें)। शुद्ध किया जाने वाला सोल, या आईयूडी घोल, एक बर्तन में डाला जाता है, जिसके नीचे एक झिल्ली होती है जो कोलाइडल कणों या मैक्रोमोलेक्युलस को बनाए रखती है और विलायक के अणुओं और कम आणविक भार अशुद्धियों को पास करती है। झिल्ली के संपर्क में आने वाला बाहरी माध्यम विलायक होता है। कम-आणविक अशुद्धियाँ, जिनमें से राख या मैक्रोमोलेक्युलर घोल में सांद्रता अधिक होती है, झिल्ली के माध्यम से बाहरी वातावरण (डायलिसिस) में गुजरती हैं। चित्र में, कम आणविक अशुद्धियों के प्रवाह की दिशा को तीरों द्वारा दिखाया गया है। शुद्धिकरण तब तक जारी रहता है जब तक राख और डायलीसेट में अशुद्धियों की सांद्रता परिमाण में करीब नहीं हो जाती (अधिक सटीक रूप से, जब तक कि राख और डायलीसेट में रासायनिक क्षमता बराबर नहीं हो जाती)। यदि आप विलायक को अद्यतन करते हैं, तो आप लगभग पूरी तरह से अशुद्धियों से छुटकारा पा सकते हैं। डायलिसिस का यह उपयोग तब उपयुक्त होता है जब शुद्धिकरण का उद्देश्य झिल्ली से गुजरने वाले सभी कम आणविक भार वाले पदार्थों को हटाना हो। हालाँकि, कुछ मामलों में, कार्य अधिक कठिन हो सकता है - सिस्टम में कम आणविक यौगिकों के केवल एक निश्चित भाग से छुटकारा पाना आवश्यक है। फिर, बाहरी वातावरण के रूप में, उन पदार्थों के समाधान का उपयोग किया जाता है जिन्हें सिस्टम में संग्रहित किया जाना चाहिए। यह वह कार्य है जो कम आणविक स्लैग और विषाक्त पदार्थों (लवण, यूरिया, आदि) से रक्त की सफाई करते समय निर्धारित किया जाता है।
अल्ट्राफिल्ट्रेशन। अल्ट्राफिल्ट्रेशन अल्ट्राफिल्टर के माध्यम से कम आणविक भार अशुद्धियों के साथ एक फैलाव माध्यम को मजबूर करके एक सफाई विधि है। अल्ट्राफिल्टर उसी प्रकार की झिल्लियां हैं जिनका उपयोग डायलिसिस के लिए किया जाता है।
सबसे सरल अल्ट्राफिल्ट्रेशन प्लांट को अंजीर में दिखाया गया है। 4 (परिशिष्ट देखें)। शुद्ध सोल या आईयूडी घोल को अल्ट्राफिल्टर से बैग में डाला जाता है। सोल वायुमंडलीय दबाव की तुलना में अधिक दबाव के अधीन है। इसे या तो एक बाहरी स्रोत (संपीड़ित वायु टैंक, कंप्रेसर, आदि) या तरल के एक बड़े स्तंभ द्वारा बनाया जा सकता है। सोल में शुद्ध विलायक मिलाकर परिक्षेपण माध्यम का नवीनीकरण किया जाता है। सफाई की गति पर्याप्त रूप से उच्च होने के लिए, अद्यतन जितनी जल्दी हो सके किया जाता है। यह महत्वपूर्ण ओवरप्रेशर लागू करके प्राप्त किया जाता है। झिल्ली को इस तरह के भार का सामना करने के लिए, इसे यांत्रिक समर्थन पर लागू किया जाता है। छेद, कांच और सिरेमिक फिल्टर के साथ ग्रिड और प्लेटें इस तरह के समर्थन के रूप में काम करती हैं।
माइक्रोफिल्ट्रेशन . माइक्रोफिल्ट्रेशन 0.1 से 10 माइक्रोन के आकार के माइक्रोपार्टिकल्स के फिल्टर के माध्यम से पृथक्करण है। माइक्रोफ़िल्ट्रेट का प्रदर्शन झिल्ली की सरंध्रता और मोटाई से निर्धारित होता है। सरंध्रता का आकलन करने के लिए, यानी, कुल फिल्टर क्षेत्र में छिद्र क्षेत्र का अनुपात, विभिन्न प्रकार के तरीकों का उपयोग किया जाता है: छिद्रण तरल पदार्थ और गैसें, झिल्ली की विद्युत चालकता को मापना, छितरे हुए चरण के अंशांकित कणों वाले पंचिंग सिस्टम आदि।
माइक्रोप्रोसेस फिल्टर अकार्बनिक पदार्थों और पॉलिमर से बने होते हैं। सिंटरिंग पाउडर से, झिल्ली को चीनी मिट्टी के बरतन, धातुओं और मिश्र धातुओं से प्राप्त किया जा सकता है। माइक्रोफिल्ट्रेशन के लिए पॉलीमर मेम्ब्रेन अक्सर सेल्युलोज और इसके डेरिवेटिव से बने होते हैं।
इलेक्ट्रोडायलिसिस। बाहरी रूप से लगाए गए संभावित अंतर को लागू करके इलेक्ट्रोलाइट्स को हटाने में तेजी लाई जा सकती है। इस शुद्धिकरण विधि को इलेक्ट्रोडायलिसिस कहा जाता है। डोरे (1910) के सफल कार्य के परिणामस्वरूप जैविक वस्तुओं (प्रोटीन, रक्त सीरम, आदि के समाधान) के साथ विभिन्न प्रणालियों के शुद्धिकरण के लिए इसका उपयोग शुरू हुआ। सबसे सरल इलेक्ट्रोडायलाइज़र का उपकरण अंजीर में दिखाया गया है। 5 (अनुलग्नक देखें)। साफ की जाने वाली वस्तु (सोल, आईयूडी सॉल्यूशन) को मध्य कक्ष 1 में रखा जाता है, और माध्यम को दो पार्श्व कक्षों में डाला जाता है। कैथोड 3 और एनोड 5 कक्षों में, आयन एक लागू विद्युत वोल्टेज की क्रिया के तहत झिल्लियों में छिद्रों से गुजरते हैं।
इलेक्ट्रोडायलिसिस शुद्ध करने के लिए सबसे उपयुक्त है जब उच्च विद्युत वोल्टेज लागू किया जा सकता है। ज्यादातर मामलों में, शुद्धिकरण के प्रारंभिक चरण में, सिस्टम में बहुत अधिक घुलित लवण होते हैं, और उनकी विद्युत चालकता अधिक होती है। इसलिए, उच्च वोल्टेज पर, महत्वपूर्ण मात्रा में गर्मी जारी की जा सकती है, और प्रोटीन या अन्य जैविक घटकों वाले सिस्टम में अपरिवर्तनीय परिवर्तन हो सकते हैं। इसलिए, प्री-डायलिसिस का उपयोग करते हुए, अंतिम सफाई विधि के रूप में इलेक्ट्रोडायलिसिस का उपयोग करना तर्कसंगत है।
संयुक्त सफाई के तरीके।व्यक्तिगत शुद्धिकरण विधियों के अलावा - अल्ट्राफिल्ट्रेशन और इलेक्ट्रोडायलिसिस - उनका संयोजन ज्ञात है: इलेक्ट्रोअल्ट्राफिल्ट्रेशन, प्रोटीन को शुद्ध और अलग करने के लिए उपयोग किया जाता है।
इसे शुद्ध करना संभव है और साथ ही आईयूडी सोल या समाधान की एकाग्रता को एक विधि का उपयोग करके बढ़ाया जाता है इलेक्ट्रोडोडेन्टेशन।विधि वी. पाउली द्वारा प्रस्तावित की गई थी। इलेक्ट्रोडिकेंटेशन तब होता है जब इलेक्ट्रोडायलाइज़र बिना सरगर्मी के संचालित होता है। सोल कणों या मैक्रोमोलेक्यूल्स का अपना चार्ज होता है और, एक विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत, इलेक्ट्रोड में से किसी एक की दिशा में चलते हैं। चूंकि वे झिल्ली से नहीं गुजर सकते हैं, इसलिए किसी एक झिल्ली पर उनकी एकाग्रता बढ़ जाती है। एक नियम के रूप में, कणों का घनत्व माध्यम के घनत्व से भिन्न होता है। इसलिए, सोल एकाग्रता के स्थल पर, सिस्टम का घनत्व औसत मान से भिन्न होता है (आमतौर पर, बढ़ती एकाग्रता के साथ घनत्व बढ़ता है)। संकेंद्रित सोल इलेक्ट्रोडायलाइज़र के तल में प्रवाहित होता है, और संचलन कक्ष में होता है, जो तब तक जारी रहता है जब तक कि कण लगभग पूरी तरह से हटा नहीं दिए जाते।
कोलाइडल समाधान और, विशेष रूप से, लियोफोबिक कोलाइड्स के समाधान, शुद्ध और स्थिर, उनके थर्मोडायनामिक अस्थिरता के बावजूद, अनिश्चित काल तक मौजूद रह सकते हैं। फैराडे द्वारा तैयार किए गए लाल सोने के सोल समाधानों में अभी तक कोई स्पष्ट बदलाव नहीं आया है। ये आंकड़े बताते हैं कि कोलाइडल सिस्टम मेटास्टेबल संतुलन में हो सकते हैं।
निस्पंदन, डायलिसिस, इलेक्ट्रोडायलिसिस और अल्ट्राफिल्ट्रेशन का उपयोग अशुद्धियों से छितरी हुई प्रणालियों को शुद्ध करने के लिए किया जाता है।
फ़िल्टरिंग (अव्य। छानना-फेल्ट) एक झरझरा फिल्म के माध्यम से कुचल मिश्रण को पारित करने पर आधारित एक पृथक्करण विधि है। इस मामले में, डीएफ के छोटे कण पारंपरिक फिल्टर के छिद्रों से गुजरते हैं, जबकि बड़े कण बरकरार रहते हैं। इस प्रकार, फैलाव से बड़े कणों को हटाने के लिए निस्पंदन का भी उपयोग किया जाता है।
डायलिसिस (जीआर। डायलिसिस- पृथक्करण) झिल्लियों का उपयोग करके छितरी हुई प्रणालियों और आईयूडी के समाधानों से कम आणविक भार वाले यौगिकों को हटाने की एक विधि है। अपोहक में, अपोहक किए जाने वाले द्रव मिश्रण को एक उपयुक्त झिल्ली द्वारा शुद्ध विलायक से अलग किया जाता है (चित्र 2.6)। डीपी कण और मैक्रोमोलेक्युलस झिल्ली द्वारा बनाए रखा जाता है, जबकि छोटे अणु और छोटे आकार के आयन झिल्ली के माध्यम से विलायक में फैल जाते हैं और ...
इसके पर्याप्त रूप से लगातार प्रतिस्थापन को डायलजेबल मिश्रण से लगभग पूरी तरह से हटाया जा सकता है।
कम आणविक भार वाले पदार्थों के संबंध में झिल्लियों की अलग करने की क्षमता इस तथ्य पर आधारित है कि छोटे अणु और आयन झिल्ली में प्रवेश करने वाले छिद्रों (केशिकाओं) से स्वतंत्र रूप से गुजरते हैं या झिल्ली पदार्थ में घुल जाते हैं।
डायलिसिस के लिए झिल्ली के रूप में विभिन्न फिल्मों, प्राकृतिक और कृत्रिम दोनों का उपयोग किया जाता है। प्राकृतिक झिल्लियां: गोजातीय या पोर्सिन मूत्राशय, मछली का तैरने वाला मूत्राशय। कृत्रिम: नाइट्रोसेल्युलोज, सेल्यूलोज एसीटेट, सिलोफ़न, जिलेटिन और अन्य पॉलिमर से बनी फिल्में।
अपोहक की एक विस्तृत विविधता है - डायलिसिस के लिए उपकरण। सभी अपोहक सामान्य सिद्धांत के अनुसार बनाए जाते हैं। डायलिसिस किया जाने वाला मिश्रण (आंतरिक तरल पदार्थ) एक बर्तन में होता है जिसमें इसे पानी या अन्य विलायक (बाहरी द्रव) से एक झिल्ली द्वारा अलग किया जाता है (चित्र 2.6)। डायलिसिस की दर मेम्ब्रेन की सतह, इसकी सरंध्रता और छिद्र के आकार में वृद्धि के साथ बढ़ती है, तापमान में वृद्धि के साथ, डायलिसिस द्रव के मिश्रण की तीव्रता, बाहरी द्रव के परिवर्तन की दर, और मेम्ब्रेन में वृद्धि के साथ घट जाती है मोटाई।
कम आणविक भार इलेक्ट्रोलाइट्स के डायलिसिस की दर बढ़ाने के लिए इलेक्ट्रोडायलिसिस का उपयोग किया जाता है। इस प्रयोजन के लिए, अपोहक में 20-250 V / सेमी और उससे अधिक की संभावित गिरावट के साथ एक स्थिर विद्युत क्षेत्र बनाया जाता है (चित्र 2.7)। एक विद्युत क्षेत्र में डायलिसिस करने से छितरी हुई प्रणालियों के शुद्धिकरण में कई दसियों गुना तेजी आती है।
अल्ट्राफिल्ट्रेशन (lat. अत्यंत- से अधिक, छाना- लगा) का उपयोग माइक्रोपार्टिकल्स (सोल, आईयूडी समाधान, बैक्टीरिया, वायरस के निलंबन) वाले सिस्टम को साफ करने के लिए किया जाता है। विधि मिश्रण को छिद्रों के साथ फिल्टर के माध्यम से अलग करने के लिए मजबूर करने पर आधारित है जो केवल अणुओं और कम आणविक भार पदार्थों के आयनों को पास करते हैं। अल्ट्राफिल्ट्रेशन को दबाव डायलिसिस के रूप में माना जा सकता है। यह व्यापक रूप से पानी, प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड, एंजाइम, विटामिन आदि को शुद्ध करने के लिए उपयोग किया जाता है।
