Суспензија (хемија)

Колоидна суспензија брашна у води изгледа светло плаво зато што се плаво светло боље рефлектује на честицама брашна него црвено светло. Ово је познато као Тиндалов ефекат.

У хемији, суспензија је хетерогени флуид који садржи чврсте честице које су довољно велике да се могу исталожити.^[1]^[2] Обично морају бити веће од 1 микрометра. Чврста материја је распршена у флуиду механичким утицајем. За разлику од колоида, суспензија ће се с временом седиментирати.^[3] Пример суспензија би био песак у води. Честице чврсте материје су видљиве микроскопом. Колоиди и суспензије се разликују од раствора у којима растворена материја не постоји као чврста материја, а растварач и растворак су хомогено помешани.^[4]

Суспензија течних честица или финих чврстих честица у ваздуху се назива аеросол. У атмосфери се они састоје од финих честица прашине и чађи, морске соли, биогених и вулканских сулфата, нитрата и капљица воде.

Суспензије се класификују на основу дисперзионе фазе и дисперзионе средине где је оно прво уобичајено чврста материја, а друго може бити чврста, течна или гасовита материја.

У модерним хемијским индустријским постројењима, високо-технолошке мешалице се користе за стварање многих нових суспензија.

Суспензије су, с термодимачког гледишта, нестабилне, али ипак могу бити кинетички стаблине дуго времена. Њихово време седиментације мора бити прецизно измерено да би се могао осигурати најбољи квалитет производа. "Стабилност суспензије се очитује у њезиној способности да одолева променама властитих својстава током времена." - D.Ј. МцЦлементс.^[5]

Дестабилизацијски феномени суспензије

Дестабилизације суспензије се могу поделити у два главна процеса:

Феномен миграције - где различитост густина базе и распршене материје доводи до раздвајања због утицаја гравитације. Седиментација се догађа ако је распршена материја гушћа од базе.
Феномен повећања величине честица - када се распршене честице спајају и добијају на запремини. Типови овог феномена су: повратни и неповратни (агрегација).^[6]^[7]

Хомоагрегација наспрам хетероагрегације

Када се агрегација догоди у суспензији састављеној од сличних монодисперзних колоидних честица, процес се назива хомоагрегација (или хомокоагулација). Када дође до агрегације у суспензији која се састоји од различитих колоидних честица, мисли се на хетероагрегацију (или хетерокоагулацију). Најједноставнији процес хетероагрегације настаје када се мешају две врсте монодисперзних колоидних честица. У раним фазама могу се формирати три типа дублета^[8]

А + А → А₂

Б + Б → Б₂

А + Б → АБ

Док прва два процеса одговарају хомоагрегацији у чистим суспензијама које садрже честице А или Б, последња реакција представља стварни процес хетероагрегације. Сваку од ових реакција карактеришу одговарајући коефицијенти агрегације к_АА, к_ББ, и к_АБ. На пример, када честице А и Б носе позитивно и негативно наелектрисање, респективно, стопе хомоагрегације могу бити споре, док је брзина хетероагрегације брза. За разлику од хомоагрегације, брзина хетероагрегације се убрзава са смањењем концентрације соли. Кластери формирани у каснијим фазама оваквих процеса хетероагрегације су још разгранатији од оних добијених током ДЛЦА (д ≈ 1.4).^[9]

Важан посебан случај процеса хетероагрегације је таложење честица на подлогу.^[6] Ране фазе процеса одговарају везивању појединачних честица за супстрат, које могу бити налик на друге, много веће честица. Касније фазе могу одражавати блокирање супстрата кроз одбојне интеракције између честица, док привлачне интеракције могу довести до вишеслојног раста, што се такође се назива и сазревањем. Ове појаве су релевантне за онечишћење мембране или филтера.

Техника за праћење физичких стабилности

Многоструко распршење светлости спрегнуто с вертикалним скенирањем је најраширенија техника за праћење стања суспензије, зато што препознаје и квантификује феномен дестабилизације.^[10]^[11]^[12]^[13] Користи се на концентрираним суспензијама без разређивања. Када светло пролази кроз суспензију, честице чврсте материје одбијају светлост. Интезитет одбијене светлости је пропорционалан количини и волумену чврсте материје у суспензији. Дакле, локалне промене у концентрацији (седиментација) и глобалне промене у концентрацији (флокулација^[14]^[15] и агрегација) се могу пратити и детектовати.

Методе брзања за предвиђање трајности суспензије

Кинетички процес дестабилизације може бити доста дуг (чак и до неколико месеци или година за неке суспензије) и често су потребни катализатори за убрзавање растављања суспензије да би се постигло краће потребно вриеме за дизајн новог производа. Термалне методе су најкориштеније и функционирају тако што повећају температуру за убрзавање дестабилизације суспензије (испод критичне температуре потребне за хемијску деградацију). Температура утиче не само на густину суспензије него и на површински напон у случају нејонских површина, или уопштено говорећи, на интеракције сила унутар система. Чување суспензије на високим температурама симулише увете из стварног живота (нпр. туба креме за сунчање лети), али и убрзава процес дестабилизације до 200 пута.

Механичко убрзање укључује вибрације, деловање центрифугалне силе и мућкање. Подвргавају суспензију различитим силама, које притискују честице, и тако помажу у процесу раздвајања. Неке се суспензије никада не би биле раздвојиле при нормалној гравитацији, стога се користи вештачка гравитација. Штавише, подела различитих честица се врши користићи центрифугалну силу и вибрације.

Свакодневни примери

Блато или блатњава вода,
Брашно отопљено у води, као на слици на врху,
Боја,
Прах креде у води,
Честице прашине у ваздуху,
Алге у води,
Магла,
Тесто за колаче.

Референце

^ Албертс Б.; et al. (2002). Молецулар Биологy оф тхе Целл, 4тх Ед. Гарланд Сциенце. ИСБН 0-8153-4072-9.
^ Бајровић К; Јеврић-Чаушевић А.; Хаџиселимовић Р. (2005). Увод у генетичко инжењерство и биотехнологију. Институт за генетичко инжењерство и биотехнологију (ИНГЕБ) Сарајево. ИСБН 9958-9344-1-8.
^ Цхемистрy: Маттер анд Итс Цхангес, 4тх Ед. бy Брадy, Сенесе. ISBN 978-0-471-21517-2.
^ The Columbia Electronic Encyclopedia, 6th ed.
^ McClements, David Julian (16. 12. 2004). Food Emulsions: Principles, Practices, and Techniques, Second Edition. Taylor & Francis. стр. 419—424. ISBN 978-0-8493-2023-1.
^ ^а ^б M. Elimelech, J. Gregory, X. Jia, R. Williams, Particle Deposition and Aggregation: Measurement, Modelling and Simulation, Butterworth-Heinemann, 1998.
^ Tezak, B.; Matijevic, E.; Schuiz, K. F. (1955). „Coagulation of Hydrophobic Sols in Statu Nascendi. III. The Influence of the Ionic Size and Valency of the Counterion”. The Journal of Physical Chemistry. 59 (8): 769—773. ISSN 0022-3654. doi:10.1021/j150530a018.
^ James, Robert O.; Homola, Andrew; Healy, Thomas W. (1977). „Heterocoagulation of amphoteric latex colloids”. Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions 1: Physical Chemistry in Condensed Phases. 73: 1436. ISSN 0300-9599. doi:10.1039/f19777301436.
^ Kim, Anthony Y; Hauch, Kip D; Berg, John C; Martin, James E; Anderson, Robert A (2003). „Linear chains and chain-like fractals from electrostatic heteroaggregation”. Journal of Colloid and Interface Science. 260 (1): 149—159. Bibcode:2003JCIS..260..149K. ISSN 0021-9797. PMID 12742045. doi:10.1016/S0021-9797(03)00033-X.
^ I. Roland, G. Piel, L. Delattre, B. Evrard International Journal of Pharmaceutics 263 (2003) 85-94
^ C. Lemarchand, P. Couvreur, M. Besnard, D. Costantini, R. Gref, Pharmaceutical Research, 20-8 (2003) 1284-1292
^ O. Mengual, G. Meunier, I. Cayre, K. Puech, P. Snabre, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 152 (1999) 111–123
^ P. Bru, L. Brunel, H. Buron, I. Cayré, X. Ducarre, A. Fraux, O. Mengual, G. Meunier, A. de Sainte Marie and P. Snabre Particle sizing and characterization Ed T. Provder and J. Texter (2004)
^ Slomkowski, Stanislaw; Alemán, José V.; Gilbert, Robert G.; Hess, Michael; Horie, Kazuyuki; Jones, Richard G.; Kubisa, Przemyslaw; Meisel, Ingrid; Mormann, Werner; Penczek, Stanisław; Stepto, Robert F. T. (2011). „Terminology of polymers and polymerization processes in dispersed systems (IUPAC Recommendations 2011)”. Pure and Applied Chemistry. 83 (12): 2229—2259. S2CID 96812603. doi:10.1351/PAC-REC-10-06-03.
^ Richard G. Jones; Edward S. Wilks; W. Val Metanomski; Jaroslav Kahovec; Michael Hess; Robert Stepto; Tatsuki Kitayama, ур. (2009). Compendium of Polymer Terminology and Nomenclature (IUPAC Recommendations 2008) "The Purple Book" (2nd изд.). RSC Publishing. ISBN 978-0-85404-491-7.

Literatura

Philip Sherman; British Society of Rheology (1963). Rheology of emulsions: proceedings of a symposium held by the British Society of Rheology ... Harrogate, October 1962. Macmillan.
Nalwa, H.S., ур. (2000). Handbook of Nanostructured Materials and Nanotechnology. 5. New York, NY, USA: Academic Press. стр. 501—575.
IUPAC (1997). „Emulsion”. Compendium of Chemical Terminology (The "Gold Book"). Oxford: Blackwell Scientific Publications. ISBN 978-0-9678550-9-7. doi:10.1351/goldbook.E02065. Архивирано из оригинала 10. 3. 2012. г.
Aulton, Michael E., ур. (2007). Aulton's Pharmaceutics: The Design and Manufacture of Medicines (3rd изд.). Churchill Livingstone. стр. 92—97, 384, 390—405, 566—69, 573—74, 589—96, 609—10, 611. ISBN 978-0-443-10108-3.
Troy, David A.; Remington, Joseph P.; Beringer, Paul (2006). Remington: The Science and Practice of Pharmacy (21st изд.). Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins. стр. 325–336, 886–87. ISBN 978-0-7817-4673-1.
Friedman, Raymond (1998). Principles of Fire Protection Chemistry and Physics. Jones & Bartlett Learning. ISBN 978-0-87765-440-7.
Philip Sherman; British Society of Rheology (1963). Rheology of emulsions: proceedings of a symposium held by the British Society of Rheology ... Harrogate, October 1962. Macmillan. ISBN 9780080102900.
Handbook of Nanostructured Materials and Nanotechnology; Nalwa, H.S., Ed.; Academic Press: New York, NY, USA, 2000; Volume 5, pp. 501–575
IUPAC (1997). „Emulsion”. Compendium of Chemical Terminology (The "Gold Book"). Oxford: Blackwell Scientific Publications. ISBN 978-0-9678550-9-7. doi:10.1351/goldbook.E02065. Архивирано из оригинала 2012-03-10. г.
Joseph Price Remington (1990). Alfonso R. Gennaro, ур. Remington's Pharmaceutical Sciences. Mack Publishing Company (Original from Northwestern University) (Digitized 2010). ISBN 9780912734040.
McClements, David Julian (16. 12. 2004). Food Emulsions: Principles, Practices, and Techniques, Second Edition. Taylor & Francis. ISBN 978-0-8493-2023-1.
Silvestre, M.P.C.; Decker, E.A.; McClements, D.J. (1999). „Influence of copper on the stability of whey protein stabilized emulsions”. Food Hydrocolloids. 13 (5): 419. doi:10.1016/S0268-005X(99)00027-2.
Dickinson, Eric (1993). Nishinari, Katsuyoshi; Doi, Etsushiro, ур. Food Hydrocolloids. Food Hydrocolloids: Structures, Properties, and Functions (на језику: енглески). Springer US. стр. 387—398. ISBN 9781461524861. doi:10.1007/978-1-4615-2486-1_61.
Aulton, Michael E., ур. (2007). Aulton's Pharmaceutics: The Design and Manufacture of Medicines (3rd изд.). Churchill Livingstone. ISBN 978-0-443-10108-3.
Troy, David A.; Remington, Joseph P.; Beringer, Paul (2006). Remington: The Science and Practice of Pharmacy (21st изд.). Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins. ISBN 978-0-7817-4673-1.
Friedman, Raymond (1998). Principles of Fire Protection Chemistry and Physics. Jones & Bartlett Learning. ISBN 978-0-87765-440-7.
Gregory, John (2009). „Monitoring particle aggregation processes”. Advances in Colloid and Interface Science. 147-148: 109—123. ISSN 0001-8686. PMID 18930173. doi:10.1016/j.cis.2008.09.003.
Holthoff, Helmut; Schmitt, Artur; Fernández-Barbero, Antonio; Borkovec, Michal; Cabrerı́zo-Vı́lchez, Miguel ángel; Schurtenberger, Peter; Hidalgo-álvarez, Roque (1997). „Measurement of Absolute Coagulation Rate Constants for Colloidal Particles: Comparison of Single and Multiparticle Light Scattering Techniques”. Journal of Colloid and Interface Science. 192 (2): 463—470. Bibcode:1997JCIS..192..463H. ISSN 0021-9797. PMID 9367570. doi:10.1006/jcis.1997.5022.
John Gregory (2006), Particles in water: properties and processes, Taylor & Francis, ISBN 1-58716-085-4
Јохн C. Цриттенден, Р. Рходес Трусселл, Давид W. Ханд, Керрy Ј. Хоwе, Георге Тцхобаноглоус (2012), МWХ'с wатер треатмент: принциплес анд десигн, тхирд едитион, Јохн Wилеy & Сонс, ISBN 978-0-470-40539-0
Гооцх, Јан W., ур. (2007-01-01). „Дефлоццулатион”. Енцyцлопедиц Дицтионарy оф Полyмерс. Спрингер Неw Yорк. ИСБН 978-0-387-31021-3. дои:10.1007/978-0-387-30160-0_3313.
Јин, Y-L.; Спеерс, Р.А.. (1999). „Флоццулатион ин Саццхаромyцес церевисиае”. Фоод Рес. Инт. 31 (6–7): 421—440. дои:10.1016/С0963-9969(99)00021-6.
Ривас, Јавиер; Празерес, Ана Р.; Царвалхо, Фатима; Белтрáн, Фернандо (2010-07-14). „Треатмент оф Цхеесе Wхеy Wастеwатер: Цомбинед Цоагулатион−Флоццулатион анд Аеробиц Биодеградатион”. Јоурнал оф Агрицултурал анд Фоод Цхемистрy. 58 (13): 7871—7877. ИССН 0021-8561. ПМИД 20557068. дои:10.1021/јф100602ј. хдл:20.500.12207/540 .

Спољашње везе

Chemical Mixtures

[<-1] Албертс Б.; et al. (2002). Молецулар Биологy оф тхе Целл, 4тх Ед. Гарланд Сциенце. ИСБН 0-8153-4072-9.

[Bajrović-2] Бајровић К; Јеврић-Чаушевић А.; Хаџиселимовић Р. (2005). Увод у генетичко инжењерство и биотехнологију. Институт за генетичко инжењерство и биотехнологију (ИНГЕБ) Сарајево. ИСБН 9958-9344-1-8.

[3] Цхемистрy: Маттер анд Итс Цхангес, 4тх Ед. бy Брадy, Сенесе. ISBN 978-0-471-21517-2.

[4] The Columbia Electronic Encyclopedia, 6th ed.

[5] McClements, David Julian (16. 12. 2004). Food Emulsions: Principles, Practices, and Techniques, Second Edition. Taylor & Francis. стр. 419—424. ISBN 978-0-8493-2023-1.

[gregory-6] а ^б M. Elimelech, J. Gregory, X. Jia, R. Williams, Particle Deposition and Aggregation: Measurement, Modelling and Simulation, Butterworth-Heinemann, 1998.

[7] Tezak, B.; Matijevic, E.; Schuiz, K. F. (1955). „Coagulation of Hydrophobic Sols in Statu Nascendi. III. The Influence of the Ionic Size and Valency of the Counterion”. The Journal of Physical Chemistry. 59 (8): 769—773. ISSN 0022-3654. doi:10.1021/j150530a018.

[8] James, Robert O.; Homola, Andrew; Healy, Thomas W. (1977). „Heterocoagulation of amphoteric latex colloids”. Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions 1: Physical Chemistry in Condensed Phases. 73: 1436. ISSN 0300-9599. doi:10.1039/f19777301436.

[9] Kim, Anthony Y; Hauch, Kip D; Berg, John C; Martin, James E; Anderson, Robert A (2003). „Linear chains and chain-like fractals from electrostatic heteroaggregation”. Journal of Colloid and Interface Science. 260 (1): 149—159. Bibcode:2003JCIS..260..149K. ISSN 0021-9797. PMID 12742045. doi:10.1016/S0021-9797(03)00033-X.

[10] I. Roland, G. Piel, L. Delattre, B. Evrard International Journal of Pharmaceutics 263 (2003) 85-94

[11] C. Lemarchand, P. Couvreur, M. Besnard, D. Costantini, R. Gref, Pharmaceutical Research, 20-8 (2003) 1284-1292

[12] O. Mengual, G. Meunier, I. Cayre, K. Puech, P. Snabre, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 152 (1999) 111–123

[13] P. Bru, L. Brunel, H. Buron, I. Cayré, X. Ducarre, A. Fraux, O. Mengual, G. Meunier, A. de Sainte Marie and P. Snabre Particle sizing and characterization Ed T. Provder and J. Texter (2004)

[goldbook.iupac.org-14] Slomkowski, Stanislaw; Alemán, José V.; Gilbert, Robert G.; Hess, Michael; Horie, Kazuyuki; Jones, Richard G.; Kubisa, Przemyslaw; Meisel, Ingrid; Mormann, Werner; Penczek, Stanisław; Stepto, Robert F. T. (2011). „Terminology of polymers and polymerization processes in dispersed systems (IUPAC Recommendations 2011)”. Pure and Applied Chemistry. 83 (12): 2229—2259. S2CID 96812603. doi:10.1351/PAC-REC-10-06-03.

[15] Richard G. Jones; Edward S. Wilks; W. Val Metanomski; Jaroslav Kahovec; Michael Hess; Robert Stepto; Tatsuki Kitayama, ур. (2009). Compendium of Polymer Terminology and Nomenclature (IUPAC Recommendations 2008) "The Purple Book" (2nd изд.). RSC Publishing. ISBN 978-0-85404-491-7.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]