Suspensija (ķīmija) — definīcija, piemēri un atšķirības (emulsija, aerosols)

Kas ir suspensija ķīmijā — skaidra definīcija, piemēri (smiltis, milti) un atšķirības no emulijas un aerosola. Ātri un saprotami.

Ķīmijā suspensija ir divu vai vairāku komponentu maisījums, kurā ļoti mazi, bet redzami vai mikroskopiski cietas vielas gabaliņi ir sajaukti šķidrumā, taču tajā nešķīst. Cieto daļiņu izmēri parasti ir lielāki nekā kolloīdos, un, ja daļiņas paliek nekustīgas, tās laika gaitā atdalās no šķidruma — nokrīt uz leju (sedimentācija) vai reizēm paceļas uz augšu (kavorācija), atkarībā no blīvuma atšķirības. Piemēri: smiltis ūdenī, milti ūdenī, māls ūdenī.

Galvenās īpašības

• Nesajauktība: cietās daļiņas šķīdā nešķīst.
• Partikulu izmērs: parasti >1 µm (lielākas nekā kolloīdos), tādēļ tās laika gaitā sedimentē.
• Redzamība: suspensijas bieži ir mākonīgas vai duļķainas.
• Stabilitāte: var būt īslaicīgas (ātri sadalās) vai ilgtspējīgas (daļiņas paliek suspendētas ilgu laiku), atkarībā no daļiņu izmēra, blīvuma atšķirības, šķidruma viskozitātes un virsmas aktīvo vielu klātbūtnes.

Atšķirības no emulsijas, aerosola un kolloīda

• Emulsija: ja viens šķidrums ir izklīdināts citā šķidrumā, rezultāts ir emulsija. Piemērs: piens (ūdens bāzes šķidrums ar tauku pilieniņiem). Emulsijas daļiņu forma ir šķidra-šķidra.
• Aerosols: ja šķidrums vai cietās daļiņas ir izklīdinātas gāzē, tas ir aerosols. Piemērs: migla (ūdens pilieni gaisā). Aerosoliem izvēlētā vide ir gāze.
• Kolloīds: daļiņu izmērs ir ievērojami mazāks (parasti nanometru līdz mikrometru skalā); kolloīdi var šķīst vizuāli mākonīgi, bet tie neizkrīt tik ātri. Kolloīdos redzams Tindala efekts (gaismas stari redzami, krītot caur šķīdumu).

Stabilitāti ietekmējošie faktori

• Daļiņu izmērs: mazākas daļiņas sedimentē lēnāk.
• Blīvuma atšķirība: lielāka atšķirība starp daļiņu un šķidruma blīvumu paātrina sedimentāciju.
• Šķidruma viskozitāte: augstāka viskozitāte samazina daļiņu kustību un palēnina sedimentiāciju.
• Virsmaktīvās vielas un stabilizatori: piedevas (emulgatori, polimēri) var stabilizēt suspensiju, samazinot daļiņu aglomerēšanos.
• Elektriskie lādiņi: daļiņu virsmas lādiņi var izraisīt atgrūšanos un novērst blīvēšanos (elektrostatiskā stabilizācija).

Settlinga (sedimentācijas) likums — Stoksa likums

Sedimentācijas ātrumu maziem sfērisku daļiņām var aptuveni aprakstīt ar Stoksa likumu, ja plūsma ir laminarā:

v = (2/9) * (r^2 * (ρ_p - ρ_f) * g) / η

kur v ir nosēšanās ātrums, r — daļiņas rādiuss, ρ_p — daļiņas blīvums, ρ_f — šķidruma blīvums, g — gravitācijas paātrinājums, η — šķidruma viskozitāte. Šī formula der nelieliem, sfēriskiem un lēni nosēdošiem objektiem; praksē daļiņu forma, mijiedarbība un turbulences ietekme padara rezultātus sarežģītākus.

Kā stabilizēt vai pārveidot suspensiju

• Palielināt šķidruma viskozitāti (piem., pievienojot polisaharīdus vai polimērus).
• Samazina daļiņu izmēru — smalkāka malšana vai homogenizācija lēnina sedimentāciju.
• Pievienot surfaktantus vai dispersantus, kas veicina daļiņu atšķaidīšanos un novērš agregāciju.
• Kontrolēt pH un jonisko spēku, lai izveidotu lādiņa stabilitāti uz daļiņu virsmām.

Sadalīšana un attīrīšana

• Filtrācija: piemērota lielām cietvielām vai blīvām suspensijām.
• Centrifugēšana: paātrina atdalīšanos, izmanto medicīnā un ķīmiskajās laboratorijās.
• Decantācija: vienkāršs veids, kad nogulumi tiek atdalīti ar uzmanīgu šķidruma nolaišanu.
• Koagulācija / flokulācija: ķīmiskas piedevas, kas saliek mazās daļiņas lielākās frakcijās, kuras vieglāk atdalīt.

Piemēri un pielietojumi

• Ikdienas: duļķains ūdens, krapiņa, miltu mīklas, daži pārtikas produkti.
• Rūpniecība: krāsas un lakas (pigmentu suspensijas), cementa maisījumi, mineralizētas suspensijas.
• Medicīna un farmācija: šķidras zāles ar nesajauktām aktīvām vielām (suspensijas), kuru lieto pirms devas sajaukšanas.
• Vides zinātne: augsnes un nogulumu paraugi, notekūdeņu attīrīšana.

Drošība un uzglabāšana

• Sasisto suspensiju jāglabā noslēgtās, marķētās mērcēs un jāizvairās no piesārņošanas. Daudzi farmaceitiski izstrādājumi prasa regulāru kratīšanu pirms izmantošanas.
• Aerosolu gadījumā jābūt uzmanīgiem ar ieelpošanu, bet suspensijas šķidrā fāze parasti nav gaisa pārnešama, izņemot izsmidzināšanas situācijas.

Suspendētas sistēmas ir plaši sastopamas un nozīmīgas gan ikdienā, gan rūpniecībā; to īpašības un uzvedība ir atkarīga no daļiņu izmēra, ķīmiskās sastāva un ārējiem apstākļiem. Lai kontrolētu suspensiju īpašības, izmanto dažādas fizikālas un ķīmiskas metodes.

Meklēt pēc burta