Micel·la: estructura, esquema, descripció i fórmula química

2024 Autora: Angel Austin | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 05:19

Els sistemes col·loides són extremadament importants a la vida de qualsevol persona. Això es deu no només al fet que gairebé tots els fluids biològics d'un organisme viu formen col·loides. Però molts fenòmens naturals (boira, smog), sòls, minerals, aliments, medicaments també són sistemes col·loïdals.

La unitat d'aquestes formacions, que reflecteix la seva composició i propietats específiques, es considera una macromolècula o micel·la. L'estructura d'aquest últim depèn de diversos factors, però sempre és una partícula multicapa. La teoria cinètica molecular moderna considera les solucions col·loïdals com un cas especial de solucions reals, amb partícules més grans del solut.

Mètodes per obtenir solucions col·loïdals

L'estructura d'una micel·la formada quan apareix un sistema col·loïdal, depèn en part del mecanisme d'aquest procés. Els mètodes per obtenir col·loides es divideixen en dos grups fonamentalment diferents.

Els mètodes de dispersió estan associats amb la mòlta de partícules bastant grans. Segons el mecanisme d'aquest procés, es distingeixen els mètodes següents.

1. Refinament. Es pot fer en sec omanera humida. En el primer cas, primer es tritura el sòlid i només després s'afegeix el líquid. En el segon cas, la substància es barreja amb un líquid i només després es converteix en una mescla homogènia. La mòlta es realitza en molins especials.
2. Inflor. La mòlta s'aconsegueix pel fet que les partícules de dissolvent penetren en la fase dispersa, que s'acompanya de l'expansió de les seves partícules fins a la separació.
3. Dispersió per ultrasons. El material que s'ha de triturar es col·loca en un líquid i es sotca.
4. Dispersió de descàrregues elèctriques. Exigit en la producció de sols metàl·lics. Es realitza col·locant elèctrodes fets d'un metall dispersable en un líquid, seguit d'aplicar-los una alta tensió. Com a resultat, es forma un arc voltaic en el qual el metall es ruixa i després es condensa en una solució.

Aquests mètodes són adequats tant per a partícules col·loïdals liòfiles com liòfobes. L'estructura de la micel·la es realitza simultàniament amb la destrucció de l'estructura original del sòlid.

Mètodes de condensació

El segon grup de mètodes basats en l'ampliació de partícules s'anomena condensació. Aquest procés es pot basar en fenòmens físics o químics. Els mètodes de condensació física inclouen els següents.

1. Substitució del dissolvent. Es redueix a la transferència d'una substància d'un dissolvent, en el qual es dissol molt bé, a un altre, en el qual la solubilitat és molt menor. Com a resultat, petites partículeses combinarà en agregats més grans i apareixerà una solució col·loïdal.
2. Condensació de vapor. Un exemple són les boires, les partícules de les quals són capaços d'assentar-se en superfícies fredes i creixen gradualment.

Els mètodes de condensació química inclouen algunes reaccions químiques acompanyades de la precipitació d'una estructura complexa:

1. Intercanvi iònic: NaCl + AgNO₃=AgCl↓ + NaNO₃.
2. Processos redox: 2H₂S + O₂=2S↓ + 2H_2O.
3. Hidròlisi: Al₂S₃ + 6H₂O=2Al(OH) ₃↓ + 3H₂S.

Condicions per a la condensació química

L'estructura de les micel·les que es formen durant aquestes reaccions químiques depèn de l'excés o la deficiència de les substàncies que hi intervenen. Així mateix, per a l'aparició de solucions col·loïdals, cal observar una sèrie de condicions que impedeixen la precipitació d'un compost poc soluble:

• el contingut de substàncies en solucions mixtes hauria de ser baix;
• la seva velocitat de mescla hauria de ser baixa;
• una de les solucions s'hauria de prendre en excés.

Estructura micel·lular

La part principal d'una micel·la és el nucli. Està format per un gran nombre d'àtoms, ions i molècules d'un compost insoluble. Normalment el nucli es caracteritza per una estructura cristal·lina. La superfície del nucli té una reserva d'energia lliure, que permet adsorbir selectivament ions del medi. Aquest procésobeeix la regla de Peskov, que diu: a la superfície d'un sòlid, s'adsorbeixen predominantment aquells ions capaços de completar la seva pròpia xarxa cristal·lina. Això és possible si aquests ions estan relacionats o semblants en naturalesa i forma (mida).

Durant l'adsorció, es forma una capa d'ions carregats positivament o negativament, anomenats ions determinants del potencial, al nucli de la micel·la. A causa de les forces electrostàtiques, l'agregat carregat resultant atrau contraions (ions amb càrrega oposada) de la solució. Així, una partícula col·loïdal té una estructura multicapa. La micel·la adquireix una capa dielèctrica construïda a partir de dos tipus d'ions de càrrega oposada.

Hidrosol BaSO4

Com a exemple, és convenient considerar l'estructura d'una micel·la de sulfat de bari en una solució col·loïdal preparada en un excés de clorur de bari. Aquest procés correspon a l'equació de la reacció:

BaCl_2(p) + Na₂SO_4(p)=BaSO _4(t) + 2NaCl_(p).

Lleugerament soluble en aigua, el sulfat de bari forma un agregat microcristal·lí format a partir del nombre m-è de molècules de BaSO₄. La superfície d'aquest agregat adsorbeix la n-èsima quantitat d'ions Ba²⁺. 2(n - x) Els ions Cl^- estan connectats a la capa d'ions que determinen el potencial. I la resta de contraions (2x) es troben a la capa difusa. És a dir, el grànul d'aquesta micel·la es carregarà positivament.

Si es pren sulfat de sodi en excés, aleshoresels ions que determinen el potencial seran SO₄^2- ions, i els contraions seran Na⁺. En aquest cas, la càrrega del grànul serà negativa.

Aquest exemple demostra clarament que el signe de la càrrega d'un grànul de micel·la depèn directament de les condicions per a la seva preparació.

Enregistrament de micel·les

L'exemple anterior mostrava que l'estructura química de les micel·les i la fórmula que la reflecteix està determinada per la substància que es pren en excés. Considerem maneres d'escriure els noms de les parts individuals d'una partícula col·loïdal utilitzant l'exemple de l'hidrosol de sulfur de coure. Per preparar-lo, s'aboca lentament una solució de sulfur de sodi en una quantitat excessiva de solució de clorur de coure:

CuCl₂ + Na₂S=CuS↓ + 2NaCl.

L'estructura d'una micel·la CuS obtinguda en excés de CuCl₂ s'escriu de la següent manera:

{[mCuS]·nCu²⁺·xCl^-}^{+(2n-x)·(2n-x)Cl}-.

Parts estructurals d'una partícula col·loïdal

Escriu entre claudàtors la fórmula d'un compost poc soluble, que és la base de tota la partícula. Se sol anomenar agregat. Normalment, el nombre de molècules que formen l'agregat s'escriu amb la lletra llatina m.

Els ions determinants del potencial estan continguts en excés en la solució. Es troben a la superfície de l'agregat i a la fórmula s'escriuen immediatament després dels claudàtors. El nombre d'aquests ions s'indica amb el símbol n. El nom d'aquests ions indica que la seva càrrega determina la càrrega del grànul de la micel·la.

Un grànul està format per un nucli i una peçacontraions a la capa d'adsorció. El valor de la càrrega del grànul és igual a la suma de les càrregues dels contraions determinants del potencial i adsorbits: +(2n – x). La part restant dels contraions es troba a la capa difusa i compensa la càrrega del grànul.

Si es pres Na₂S en excés, aleshores per a la micel·la col·loïdal formada l'esquema d'estructura seria:

{[m(CuS)]∙nS^2–∙xNa⁺}^{–(2n – x)} ∙(2n – x)Na⁺.

Micel·les de tensioactius

En el cas que la concentració de substàncies tensioactives (surfactants) a l'aigua sigui massa alta, es poden començar a formar agregats de les seves molècules (o ions). Aquestes partícules augmentades tenen la forma d'una esfera i s'anomenen micel·les de Gartley-Rebinder. Cal tenir en compte que no tots els tensioactius tenen aquesta capacitat, sinó només aquells en què la proporció de parts hidròfobes i hidròfiles és òptima. Aquesta relació s'anomena equilibri hidròfil-lipòfil. La capacitat dels seus grups polars per protegir el nucli d'hidrocarburs de l'aigua també té un paper important.

Els agregats de molècules de tensioactiu es formen segons determinades lleis:

• a diferència de les substàncies de baix peso molecular, els agregats de les quals poden incloure un nombre diferent de molècules m, l'existència de micel·les tensioactius és possible amb un nombre estrictament definit de molècules;
• si per a les substàncies inorgàniques l'inici de la micel·lització està determinat pel límit de solubilitat, aleshores per als tensioactius orgànics està determinat per l'assoliment de concentracions crítiques de micel·lització;
• primer, augmenta el nombre de micel·les a la solució i després augmenta la seva mida.

Efecte de la concentració en la forma de la micel·la

L'estructura de les micel·les tensioactius es veu afectada per la seva concentració en solució. En assolir alguns dels seus valors, les partícules col·loïdals comencen a interactuar entre elles. Això fa que la seva forma canviï de la següent manera:

• esfera es converteix en un el·lipsoide i després en un cilindre;
• l' alta concentració de cilindres condueix a la formació d'una fase hexagonal;
• en alguns casos, apareix una fase lamel·lar i un cristall sòlid (partícules de sabó).

Tipus de micel·les

Es distingeixen tres tipus de sistemes col·loïdals segons les peculiaritats de l'organització de l'estructura interna: suspensoides, col·loides micel·lars, col·loides moleculars.

Els suspensoides poden ser col·loides irreversibles, així com col·loides liòfobs. Aquesta estructura és típica de solucions de metalls, així com dels seus compostos (diversos òxids i sals). L'estructura de la fase dispersa formada per suspensoides no difereix de l'estructura d'una substància compacta. Té una xarxa cristal·lina molecular o iònica. La diferència amb les suspensions és una major dispersió. La irreversibilitat es manifesta en la capacitat de les seves solucions després de l'evaporació per formar un precipitat sec, que no es pot convertir en sol per simple dissolució. S'anomenen liòfobs per la dèbil interacció entre la fase dispersa i el medi de dispersió.

Els col·loides micel·lars són solucions les partícules col·loïdals de les quals es formenen enganxar molècules difíliques que contenen grups polars d'àtoms i radicals no polars. Alguns exemples són els sabons i els tensioactius. Les molècules d'aquestes micel·les estan subjectes per forces de dispersió. La forma d'aquests col·loides no només pot ser esfèrica, sinó també lamel·lar.

Els col·loides moleculars són bastant estables sense estabilitzadors. Les seves unitats estructurals són macromolècules individuals. La forma d'una partícula col·loide pot variar segons les propietats de la molècula i les interaccions intramoleculars. Així, una molècula lineal pot formar una vareta o una bobina.