آشنایی با خصوصیات کلی کلوئیدها
مقدمه
بسیاری از کانی ها، بعضی آلاینده های آلی، مواد پروتئینی، بعضی جلبک ها و بعضی از باکتری ها در آب به صورت کلوئید هستند. ذرات مزبور ممکن است از اجتماع اتم ها، مولکول ها یا مخلوطی از موادی باشند که به مراتب بزرگتر از خود اتم ها یا مولکول ها بوده، اما کوچکی آن ها تا حدی است که خصوصیات کاملا متفاوتی نسبت به ذرات درشت پراکنده در محلول نشان می دهند. قطر این ذرات عموما از 001/0 تا 1 میکرون متغیر است. بزرگی سطح ویژه، انرژی بین وجهی زیاد، چگالی بار سطحی بالا و دیگر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی، خواص و رفتار این ذرات را شدیدا تحت تاثیر قرار می دهد. در هنگام فرآیند تصفیه آب به وسیله پکیج تصفیه فاضلاب با توجه به این که این مواد در آب ته نشین نمی شوند، می توان از فرآیند انعقاد برای این کار کمک گرفت. در این محتوا درباره خصوصیات کلی کلوئیدها و موارد استفاده از آن ها توضیح می دهیم.
مواد کلوئیدی چیست
از آن جایی که ذرات کلوئیدی بسیار کوچک هستند، مساحت سطح ذرات نسبت به وزنشان فوق العاده زیاد است. به طور مثال وقتی که ذره مکعبی شکل به ابعاد 1 سانتیمتر را تا حد ذرات کلوئیدی ( مثلا تا حد 01/0 میکرون ) شکسته و کوچک کنیم، مساحت سطح ذرات از 6 سانتیمتر مربع به 600 متر مربع خواهد رسید. به واسطه داشتن سطحی تا به این حد بزرگ، پدیده های مربوط به سطح، کنترل رفتاری سوسپانسیونه ای کلوئیدی تا حدی کوچکند که نیروی ثقل و عمل ته نشینی مهم تلقی نمی شود.
کلوئیدها دارای خواص ویژه ای همچون خواص الکتریکی، حرکت براونی، اثر تاندال، جذب، تاثیر روی نقاط ذوب و جوش و دیالیز هستند که به دلیل اهمیت خصوصیات کلی کلوئیدها (خواص الکتریکی و جذب کلوئیدها)، در زیر به شرح این دو می پردازیم.
منظور از پایداری ذرات کلوئیدی
کلیه ی ذرات کلوئیدی دارای بار الکتریکی هستند. بار ذرات تا حد زیادی متاثر از طبیعت ماده کلوئیدی بوده و ممکن است مثبت یا منفی باشد. اکثر حوضه های علمی معتقدند که بار روی ذرات کلوئیدی به علت جذب سطحی توجیهی یون ها از مایع محیط انتشار می باشد. به علت نیروی رانش مربوط به بارهای الکتریکی، ذرات کلوئیدی دارای بار همنام، نمی توانند به یکدیگر جذب شده و تشکیل ذرات بزرگتر را بدهند. از بین بردن پایداری کلوئیدها بستگی به شناسائی و آگاهی از خواص آن ها دارد.
وقتی ذرات کلوئیدی در یک میدان الکتریکی قرار گیرند، به طرف قطب های غیرهمنام جذب می گردند. این پدیده به نام الکتروفورزیس نامیده می شود و استفاده زیادی در تعیین نوع بار ذرات کلوئیدی و سایر خواص آن ها دارد.
جذب کلوئیدها به چه صورت انجام می شود؟
کلوئیدها دارای سطح بسیار زیادی هستند و به همین خاطر قدرت جذبشان بسیار زیاد است. عمل جذب به طور انتخابی صورت می گیرد، به این معنی که بعضی از یون ها جذب و بقیه دفع می گردند. این عمل انتخاب، موجب باردار شدن ذرات گردیده و اساسی برای پایداری بسیاری از کلوئیدهای پراکنده می باشد.
کلوئید پراکنده در مایعات
جامدات، مایعات و گازها می توانند به صورت کلوئیدی در مایعات موجود باشند. به علت اهمیتی که جداسازی مواد جامد از فاز مایع، در صنعت تصفیه خانه فاضلاب دارا می باشد، در زیر به شرح آن پرداخته می شود.
مواد جامد کلوئیدی موجود در مایعات، در یک تقسیم بندی کلی به دو گروه عمده تقسیم می شوند که عبارتند از:
الف) کلوئیدهای آبدوست
یعنی همان هایی که همبستگی محکمی با آب دارند و تحت عنوان هیدروفیلیک نیز نامیده می شوند.
ب) کلوئیدهای آبگریز
که همبستگی کمی با آب دارند و تحت عنوان کلوئیدهای هیدروفوبیک شناخته می شوند.
انواع روش تخریب حالت کلوئیدی
جهار روش اصلی برای تخریب کلوئیدها وجود دارد که عبارتند از:
الف) جوشاندن
جوشاندن یک سوسپانسیون کلوئید غالبا منجر به انعقاد ذرات کلوئید خواهد شد. این عمل معمولا به کاهش انرژی سطحی نسبت داده نمی شود، بلکه بیشتر برای تغییر در درجه هیدراتاسیون ذرات یا افزایش انرژی سینتیک است که امکان می دهد تا ذرات بر انرژی بازدارنده که موجب جدا نگه داشتنشان از یکدیگر می شود، فائق آیند. شیمیدان ها غالبا به منظور ایجاد انعقاد در کلوئیدها مواد را می جوشانند، اما به طور کلی جوشاندن اقتصادی نبوده و لذا در کارهای عملی مهندسی مورد پذیرش نخواهد بود.
ب) یخ زدن
یخ زدن روش دیگری برای ایجاد انعقاد در کلوئیدها می باشد. در خلال عمل یخ زدن، کریستال های نسبتا خالص از آب جدا می شوند، از این رو مواد کلوئیدی و کریستالی مجبورند بیشتر و بیشتر به حالت متراکم درآیند.
اثر این دو افزودنی باعث انعقاد خواهد شد. در خلال این که کلوئیدها متراکم تر می شوند، فرصت برای نزدیکی و تماس آن ها افزایش می یابد. در همین حال، تغلیظ الکترولیت ها افزایش می یابد و در نتیجه کاهشی در ضخامت لایه انتشار پدید می آید که ماحصل کار، انعقاد کلوئید خواهد بود.
یخ زدن را می توان به منظور حالت کلوئیدی در لجن، جهت آماده سازی آن به منظور آبگیری بکار برد.
ج) افزودن الکترولیت ها
روش عادی و مرسوم برای تخریب حالت کلوئیدی، افزودن الکترولیت ها است. یکی از کارهایی که الکترولیت ها انجام می دهند، تراکم لایه مضاعف باردار است. غلظت مناسبی از الکترولیت های یک ظرفیتی نظیر کلرید سدیم به ترتیب فوق موجب انعقاد خواهد شد.
قابل ذکر است که نمک یون های دو ظرفیتی با بار مخالف برای انعقاد ذره کلوئیدی دارای قدرت بیشتری می باشد. نمک یون های سه ظرفیتی با بار متضاد حتی مؤثرتر می باشند.
شولز برای اولین بار به معنی دار بودن ارتباط بین یون باردار و قدرت ایجاد رسوب پی برد که بعدها به وسیله هاردی نیز تایید شد. یافته های آن ها معمولا به نام قانون شولز-هاردی نامیده می شود و بر طبق آن ایجاد رسوب از یک کلوئید، متأثر از افزایش یون الکترولیتی است که دارای بار با علامت مخالف نسبت به ذره کلوئید می باشد و اثر چنین یونی با تعداد بارهای یونی (ظرفیت یونیک) افزایش قابل ملاحظه ای می یابد.
د) تشکیل رسوب به وسیله افزودن کلوئید با بار مخالف
تشکیل کامل رسوب زمانی خواهد بود که کلوئیدها با بار مخالف با هم مخلوط شوند. اگر این دو به مقادیر معادل اکی والان به هم افزوده گردند، انعقاد صورت گرفته و کامل خواهد بود. این روش در مهندسی محیط کاربردی معمولا صورت نمی گیرد. یکی به علت حجم زیاد آب که کلوئید ثانویه در آن تشکیل می گردد و یکی هم بخاطر زمان نسبتا طولانی است که برای تشکیل مولکول از کلوئیدهای پراکنده مورد نیاز است.
اهمیت کلوئیدها در زندگی انسان ها
کلوئیدها نقش بسیار مهمی در انتقال مواد آینده و مواد مغذی در زندگی انسان دارند. خصوصیات کلی کلوئیدها باعث شده است تا آن ها به عنوان مخلوط های پایدار شناخته شده باشند. کلوئیدها یا مواد معدنی، عناصر مهمی هستند که برای سلامت و عملکرد بهینه بدن انسان ضروری هستند. این مواد معدنی به عنوان مواد مغذی مهم در رشد، توسعه و عملکرد سالم بدن انسان نقش دارند و برای حفظ سلامتی در طول عمر بسیار حیاتی هستند.
در زیر به برخی از اهمیت های کلوئیدها در زندگی انسان اشاره خواهیم کرد:
- حفظ سلامت استخوان و دندان ها: کلسیم و فسفر دو کلوئید مهم هستند که برای ساختار استخوان و دندان ها ضروری هستند. کمبود این کلوئیدها می تواند منجر به تضعیف استخوان یا مشکلات دندانی شود.
- انتقال پیام های عصبی: کلوئیدها مانند پتاسیم و مگنزیم در انتقال پیام های عصبی و انقباض عضلات نقش دارند. بدون این عناصر، عملکرد سیستم عصبی و عضلانی بدن تحت تاثیر قرار می گیرد.
- حفظ تعادل آب و الکترولیت ها: کلوئیدهای معدنی مختلف نقش مهمی در حفظ تعادل آب و الکترولیت های بدن دارند. سدیم و پتاسیم به عنوان یکی از این کلوئیدها، در حفظ تعادل فشار خون و عملکرد صحیح قلب نیز تاثیر دارند.
- انتقال اکسیژن: آهن به عنوان یک کلوئید معدنی مهم در ساخت هموگلوبین (پروتئین حمل کننده اکسیژن) نقش دارد. کمبود آهن می‌تواند به فقر آهن منجر شود که باعث احساس خستگی و ضعف می شود.
- سلامت پوست: کلوئیدهای معدنی مانند روی، نقش مهمی در حفظ سلامت پوست ایفا می کنند و می توانند در مقابله با مشکلات پوستی مانند التهاب و لکه های پوستی موثر باشند.
حذف کلوئیدها در حین فرآیند تصفیه آب توسط پکیج تصفیه فاضلاب
هنگام تصفیه آب، کلوئیدها مانند مواد آلی و معدنی مذاب در آب حضور دارند. این مواد می توانند شامل یون های معدنی مانند سدیم، کلرید، نیترات و سایر مواد آلی مختلف باشند. حذف کلوئیدها در فرآیند تصفیه آب یکی از مراحل حیاتی است که به حفظ کیفیت و ایمنی آب تصفیه شده کمک می‌کند.
حضور کلوئیدها در آب ممکن است به عنوان مواد مخرب شناخته شوند. مثلا برخی کلوئیدها، می توانند با مواد دیگر در آب واکنش داشته و ترکیبات زیان آوری ایجاد کنند که ممکن است بر سلامت انسان ها تاثیر منفی بگذارند. کلوئیدها می تواند بر روی سلامت دستگاه گوارش تاثیر داشته باشد.، مثلا برخی یون ها ممکن است باعث تحریک مخاط دستگاه گوارش شوند و مشکلات معده و روده ایجاد کنند. برخی کلوئیدها می توانند با مواد شیمیایی دیگر در آب واکنش داشته و موادی مضر تولید کنند. حذف کلوئیدها از آب، به کاهش این اثرات زیان آور کمک می کند. با استفاده از فیلترهای مختلف مانند فیلترهای کربن فعال یا فیلترهای ممبرانی، کلوئیدها از آب جدا می شوند.
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.