Μέθοδοι συμπύκνωσης
Η μετάβαση των υδρατμών σε υγρό είναι γνωστή ως συμπύκνωση. Η συμπύκνωση μπορεί να συμβεί με δύο τρόπους:ο αέρας ψύχεται μέχρι το σημείο δρόσου του ή κορεσμένος με υδρατμούς σε σημείο που δεν μπορεί πλέον να διατηρήσει την κατάστασή του. Η συμπύκνωση είναι μια αντίδραση κατά την οποία δύο μόρια συνδυάζονται και χάνονται σταγονίδια νερού λόγω της απόκρισης. Συνεπάγεται επίσης την απομάκρυνση της θερμότητας από έναν μηχανισμό που μετατρέπει τον ατμό σε υγρό. Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι συμπύκνωσης για την παρασκευή κολλοειδών, όπως η αλλαγή του διαλύτη, η αλλαγή της φυσικής κατάστασης, η χρήση υπερβολικής ψύξης και η χρήση χημικών διαδικασιών.
Έννοια της συμπύκνωσης
Η μετατροπή της κατάστασης της ύλης από αέριο σε υγρό ονομάζεται συμπύκνωση. Είναι το αντίθετο της εξάτμισης. Με άλλα λόγια, καθώς οι ζεστοί υδρατμοί στον αέρα ήρθαν σε επαφή με την επιφάνεια του κρύου καθρέφτη, ψύχθηκε. Αυτό οδήγησε τους υδρατμούς να συμπυκνωθούν ή να μετατραπούν από αέριο σε υγρό.
Διαφορετικές τεχνικές δημιουργούν λυόφιλα και λυοφοβικά κολλοειδή διαλύματα (ή sol). Με τη συσσωμάτωση μορίων ή ιόντων, οι διαδικασίες συμπύκνωσης παράγουν κολλοειδή σωματίδια. Εάν τα σωματίδια αναπτύσσονται πιο εκτεταμένα πέρα από το εύρος του κολλοειδούς μεγέθους, σχηματίζουν σταγόνες ή ιζήματα και δεν υπάρχει κολλοειδές σύστημα. Όταν τα μόρια του νερού συσσωματώνονται και περιλαμβάνουν σωματίδια μεγέθους κολλοειδούς, σχηματίζονται σύννεφα. Εάν αυτά τα σωματίδια νερού μετατραπούν σε αρκετά μεγάλα υγρά σταγονίδια νερού ή σε στερεούς κρυστάλλους νερού, πέφτουν ως βροχή, χιονόνερο ή χιόνι από τον ουρανό. Οι χημικές διεργασίες χρησιμοποιούνται σε διάφορες διαδικασίες συμπύκνωσης.
Μέθοδοι συμπύκνωσης (μέθοδοι συγκέντρωσης)
Τα μικρότερα σωματίδια της φάσης διασποράς συνδυάζονται σε διαδικασίες συμπύκνωσης για να δημιουργήσουν μεγαλύτερα κολλοειδή σωματίδια. Αυτές οι τεχνικές χρησιμοποιούνται για την κατασκευή στερεών/υγρής διασποράς ή εναιωρημάτων. Υπάρχουν τρεις διαδικασίες συμπύκνωσης:ανταλλαγή διαλυτών, αλλαγή φυσικής κατάστασης, υπερβολική ψύξη και χημικές προσεγγίσεις. Ακολουθούν οι λεπτομέρειες για κάθε μέθοδο:
-
Με ανταλλαγή διαλύτη
Λόγω της περιορισμένης διαλυτότητάς του στο νερό, ένα διάλυμα θείου ή φωσφόρου σε αλκοόλη χύνεται σε νερό για να παραχθεί ένα κολλοειδές διάλυμα θείου ή φωσφόρου. Τα πραγματικά διαλύματα υλικών χύνονται σε άλλο διαλύτη στον οποίο η διαλυμένη ουσία είναι αδιάλυτη, αλλά ο διαλύτης είναι εντελώς αναμίξιμος. Η αλλαγή του διαλύτη παράγει ένα κολλοειδές διάλυμα της διαλυμένης ουσίας.
-
Με αλλαγή φυσικής κατάστασης
Ορισμένα στοιχεία, όπως ο υδράργυρος και το θείο, μπορούν να μετατραπούν σε κολλοειδή διαλύματα παρακάμπτοντας τους ατμούς τους μέσω κρύου νερού που περιέχει σταθεροποιητή.
-
Με πολλή ψύξη
Ένα κολλοειδές διάλυμα πάγου μπορεί να δημιουργηθεί με την κατάψυξη ενός υδατικού διαλύματος σε έναν οργανικό διαλύτη όπως ο αιθέρας ή το χλωροφόρμιο. Όταν τα μόρια του νερού δεν μπορούν πλέον να συγκρατηθούν στο διάλυμα, αναμειγνύονται για να σχηματίσουν σωματίδια κολλοειδούς μεγέθους.
-
Χημικές μέθοδοι
Ορισμένες χημικές διεργασίες μπορούν να συσσωματώσουν μικροσκοπικά σωματίδια ατομικού ή ιοντικού μεγέθους σε μεγαλύτερα κολλοειδή σωματίδια. Μερικές από τις χημικές μεθόδους αναφέρονται παρακάτω:
(i) Διπλή αποσύνθεση:Ένα σταθερό ρεύμα αερίου υδρόθειου διέρχεται μέσω ψυχρού διαλύματος οξειδίου του αρσενικού για να σχηματίσει ένα κολλοειδές θειούχου αρσενικού σε μια διαδικασία διπλής αποσύνθεσης. Αυτό επαναλαμβάνεται έως ότου το κίτρινο χρώμα του διαλύματος φθάσει στη μέγιστη έντασή του.
As2O3 + 3 H2S → As2S3(κίτρινο) + 3 H2O
Ένα ρεύμα υδρογόνου χρησιμοποιείται για την εξάλειψη τυχόν περίσσειας υδρόθειου
(ii) Οξείδωση:Η διέλευση οξυγόνου μέσω ενός υδροχλωρικού διαλύματος παράγει ένα κολλοειδές διάλυμα χλωρίου.
4HCL + O2 →2H2O + 2 Cl2
(iii) Αναγωγή:Με την επεξεργασία ενός αραιού διαλύματος νιτρικού αργύρου ή χλωριούχου χρυσού με οργανικούς αναγωγικούς παράγοντες όπως ταννικό οξύ ή φορμαλδεΰδη, μπορούν να παρασκευαστούν διαλύματα αργύρου και χρυσού.
AgNO3 + ταννικό οξύ → Ag Sol
AuNO3 + ταννικό οξύ →Au Sol
(iv) Υδρόλυση:Η υδρόλυση των αλάτων Fe, Cr, Al και άλλων υδροξειδίων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρασκευή κολλοειδών διαλυμάτων. Βράζοντας ένα αραιό διάλυμα χλωριούχου σιδήρου προκύπτει ένα κολλοειδές διάλυμα υδροξειδίου του σιδήρου.
FeCl3 + 3H2O →Fe(OH)3 (κόκκινο sol) + 3HCl
Εφαρμογές συμπύκνωσης
Η συμπύκνωση είναι ένα θεμελιώδες μέρος της απόσταξης που χρησιμοποιείται στην εργαστηριακή και βιομηχανική χημεία.
Σε έναν θάλαμο νέφους, η συμπύκνωση είναι ένα κρίσιμο βήμα για τη δημιουργία ιχνών σωματιδίων. Σε αυτήν την περίπτωση, τα ιόντα που δημιουργούνται από ένα σωματίδιο κρούσης λειτουργούν ως κέντρα πυρήνων, προκαλώντας τη συμπύκνωση του ατμού και αφήνοντας ορατά ίχνη «νέφους».
Η συμπύκνωση χρησιμοποιείται σε εμπορικές εφαρμογές όπως η παραγωγή ενέργειας, η αφαλάτωση νερού, η θερμική διαχείριση, η ψύξη και ο κλιματισμός.
Συμπέρασμα
Οι διαδικασίες συμπύκνωσης περιλαμβάνουν πυρήνωση και ανάπτυξη και συνεπάγονται τη «συσσώρευση» μοριακών μονάδων. Αυτές οι τεχνικές χρησιμοποιούνται για την κατασκευή στερεών/υγρής διασποράς ή εναιωρημάτων. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφορες χημικές προσεγγίσεις για τη δημιουργία υδρόφιλων ή λυοφοβικών κολλοειδών διαλυμάτων. Οι δύο πιο συνηθισμένοι τρόποι για την κατασκευή ενός κολλοειδούς είναι η μείωση των μεγαλύτερων σωματιδίων σε κολλοειδές μέγεθος και η συμπύκνωση μικρότερων σωματιδίων (όπως τα μόρια) σε κολλοειδή σωματίδια. Οι χημικές διεργασίες, όπως η μετατόπιση, η υδρόλυση ή η οξείδωση και αναγωγή, χρησιμοποιούνται συνήθως για τη συμπύκνωση μικρότερων σωματιδίων σε ένα κολλοειδές.
