اقرأ في هذا المقال
- ما هي الحالة الغروانية؟
- ما هي الأنظمة الغروانية؟
- ما هي الحالة الغروانية حسب نظام IUPAC
- تحضير المحاليل الغروانية
- تطبيقات الغرويات
ما هي الحالة الغروانية؟
الحالة الغروانية أو الغروية هي مرحلة جسيمية، يتراوح حجم الجسيمات فيها من 1 نانومتر إلى 103 نانومتر، مشتتة في طور مستمر وسط التشتت. تملي الواجهة الكبيرة للغاية بين المرحلتين أنه في اعتبارات الطاقة السطحية وحدها، تكون الحالة الغروية غير مستقرة من الناحية الديناميكية الحرارية.
ينشأ الاستقرار الواضح للأنظمة الغروانية من ظاهرتين إضافيتين رئيسيتين؛ وجود شحنة كهربائية في الواجهة وشكل من أشكال التفاعل الهيكلي بين وسط التشتت ومرحلة التشتت. تعتمد الأهمية النسبية للتوليفتين بشدة على تركيبة معينة من مرحلة التشتت ووسط التشتت قيد الدراسة. ترتبط ارتباطًا وثيقًا باستقرار الأنظمة الغروانية بمجموعة من الخصائص الفيزيائية مثل اللزوجة.
ما هي الأنظمة الغروانية؟
الغرويات (المعروفة أيضًا باسم المحاليل الغروية أو الأنظمة الغروانية) هي مخاليط يتم فيها تعليق جزيئات غير قابلة للذوبان مشتتة مجهريًا لمادة واحدة في مادة أخرى. يمكن أن يتراوح حجم الجسيمات المعلقة في الغروانية من 1 إلى 1000 نانومتر (10-9 أمتار). لتصنيف خليط على أنّه غرواني، يجب ألّا تترسب جزيئاته المعلقة (بالطريقة التي تستقر بها جسيمات المعلقات في قاع الحاوية إذا تركت دون إزعاج). من المعروف أنّ المحاليل الغروية تعرض تأثير تيندال، وهي ظاهرة تنتشر فيها حزم الضوء الساقط على الغرويات بسبب التفاعلات بين الضوء والجسيمات الغروية.
ما هي الحالة الغروانية حسب نظام IUPAC
يمكن كتابة تعريف (IUPAC) للحالة الغروية على النحو التالي: “الحالة الغروية هي حالة التقسيم الفرعي التي تتشتت فيها الجزيئات أو الجسيمات متعددة الجزيئات التي لها بُعد واحد على الأقل في نطاق 1 نانومتر و1 ميكرومتر، في بعض الوسط”. تحتوي الغرويات عادةً على مواد مشتتة بالتساوي في مادة أخرى. في مثل هذه المخاليط، يشار إلى المادة المشتتة على أنّها المرحلة المشتتة، بينما تسمى المادة التي يتم من خلالها تشتت المرحلة المستمرة.
تحضير المحاليل الغروانية
تُعرف الغرويات المستقرة أيضًا باسم (solsilic sols) ،في هذه القوى القوية للتفاعل توجد بين الطور المشتت ووسط التشتت. يتم تحضيرها بالطرق المناسبة التالية:
- طريقة التكثيف: في هذه الطريقة، يتم تكثيف الجسيمات الصغيرة الذائبة لتشكيل جسيم طور مشتت.
- الطرق الكيميائية: وهي عبارة عن عدة طرق أهمّها:
1- عن طريق الأكسدة: يمكن الحصول على الكبريت الغرواني عن طريق تمرير غاز الأكسجين عبر محلول من كبريتيدات الهيدروجين. في هذه الطريقة يمكن أيضًا استخدام أي عامل مؤكسد مثل HNO3.
2- عن طريق التحلل المزدوج: يتم الحصول على محلول من كبريتيد الزرنيخ بهذه الطريقة. في هذه العملية يتم تمرير كبريتيد الهيدروجين من خلال محلول بارد من أكسيد الزرنيخ في الماء.
3- بالتخفيض: يتم الحصول على عدد من المعادن مثل الذهب والفضة والبلاتين في حالة غروانية عن طريق تفاعل المحلول المائي لهذه الأملاح مع عوامل الاختزال المناسبة مثل الفورمالديهايد والفينيل هيدرازين وبيروكسيد الهيدروجين.
4- عن طريق التحلل المائي: يتم تحلل العديد من المحاليل الملحية بسرعة عن طريق غليان محلول مخفف من أملاحها. على سبيل المثال: يتم الحصول على هيدروكسيد الحديديك ومحلول هيدروكسيد الألومنيوم بواسطة محاليل الغليان للكلوريد المقابل.
5- بالتحلل المزدوج: يتم الحصول على محلول من كبريتيد الزرنيخ بهذه الطريقة. في هذه العملية يتم تمرير كبريتيد الهيدروجين من خلال محلول بارد من أكسيد الزرنيخ في الماء.
6- عن طريق التبريد المفرط: يتم الحصول على محلول غرواني من الجليد في هذه العملية. يؤخذ الثلج في مذيب عضوي مثل الكلوروفورم الأثير. يتم الحصول على (Sol of ice) عن طريق تجميد محلول ماء في المذيب. لم تعد جزيئات الماء في المحلول تتحد بشكل منفصل لتكوين جزيئات ذات حجم غرواني.
7- عن طريق تبادل المذيب: في هذه العملية، يمكن تحضير محلول غرواني لبعض المواد مثل الكبريت والفوسفور القابلة للذوبان في الكحول، ولكنّها غير قابلة للذوبان في الماء عن طريق صب المحلول الكحولي في الماء. للحصول على محلول كحولي كافٍ من الكبريت عند سكبه في الماء، يعطي محلول حليبي غرواني من الكبريت.
8- بتغيير الحالة المادية: يتم تحضير سولز من مادة مثل الزئبق والكبريت عن طريق تمرير البخار عبر الماء البارد الذي يحتوي على عامل استقرار مناسب مثل ملح الأمونيوم أو السترات.
- طرق التشتت: في هذه الطرق، يتم تقسيم الجسيمات الكبيرة من مادة (معلق) إلى جزيئات أصغر. يتم استخدام الطرق التالية:
1- التشتت الميكانيكي: في هذه الطريقة، يتم تأريض المادة أولاً إلى جزيئات خشنة، ثمّ يتم خلطها مع وسط التشتت للحصول على تعليق، ثمّ يتم طحن المعلق في مطحنة غروانية. مطحنة الغروية يتكون من صبغين معدنيين يكادان يتلامسان ويدوران في الاتجاه المعاكس بسرعة عالية جدًا تبلغ 7000 دورة في الدقيقة. يتم ضبط المسافة بين صبغات المطحنة، بحيث يتم تعديل التعليق الخشن إلى قوة قص كبيرة، مما يؤدي إلى ظهور جزيئات ذات حجم غرواني. يتم الحصول على محلول الغروية من الحبر الأسود، ودهانات الورنيش والأصباغ بهذه الطريقة.
2- طريقة (Bredig’s Arc) أو ما يعرف بالتشتت الكهربائي: تُستخدم هذه الطريقة لتحضير صخور المريخ من البلاتين أو الفضة والنحاس أو الذهب. يتم تصنيع المعدن الذي سيتم تحضير محلول غرواني له على هيئة قطبين مغمورين في وسط تشتت مثل الماء وما إلى ذلك. طريقة قوس بريديج يتم الاحتفاظ بوسط التشتت باردًا بواسطة الجليد. يتم وضع قوس كهربائي بين الأقطاب الكهربائية. الحرارة الهائلة الناتجة عن وإعطاء المذاب الغرواني. تستخدم الإلكتروليتات لهذه العملية من أجل الاستقرار والتبريد.
3- عملية (peptization): تُعرف عملية تحويل الراسب المحضر حديثًا إلى محلول غرواني باسم (peptization). في هذه الطريقة، يتم إضافة المنحل بالكهرباء بكميات صغيرة، وهو ما يعرف بعامل الببتلة أو عامل الببتلة. سبب الببتلة هو امتزاز أيونات الإلكتروليت بواسطة جزيئات المادة المترسبة. عامل هضم مهم هو سكر الجيلاتين والكهارل. على سبيل المثال: يمكن تحويل هيدروكسيد الحديديك المحضر حديثًا إلى الحالة الغروية عن طريق رجّه بالماء الذي يحتوي على Fe3 + أو OH-.
تطبيقات الغرويات
الغرويات مفيدة على نطاق واسع في الصناعات والتطبيقات الطبية والمنزلية، كمواد غذائية: شراب، حلوى، شوربة تنتمي إلى نوع غرواني من النظام، الطب: الفضة الغروية المعروفة باسم (Argyrols)، تعمل كمطهر لعدوى العين، في تنقية الهواء بواسطة مرسب كوتريل: تتضمن هذه العملية تخثر جسيم المحلول.
يتم تمرير الغبار أو الدخان من خلال مدخل غرفة مكهربة بها لوحة كهربائية مركزية، يتم تزويدها بشحنة معاكسة من انبعاج جسيم دخان عندما يمر الغبار، كما يتم تخثر الجسيمات ويتم تمرير الهواء النقي عبر منفذ آخر وأيضاً تستخدم الغرويات في دباغة الجلود، حيث تكون جلود الحيوانات ناعمة جدًا، فعند غمرها في محلول التانين الذي له شحنة معاكسة لجلد الحيوانات، تتخثر الجزيئات ويصبح الجلد صلبًا، وهذا ما يعرف بدباغة الجلد.
