المحاليل الغرويه
المحاليل الغروية Colloids :- هي جسيمات معلقة في الحالة الغروية تتكون من جسيمات كبيرة و لكن ليس إلى الحد الذي يجعلها تترسب في
المحلول و جسيمات المحاليل الغروية يتراوح حجمها بين 0,1 ، 0,001 ميكرون و هي نوعان
• النوع الأول يتكون من جزئيات بروتينية متجمعة و موزعة في وسط مائي .
• النوع الثاني يتكون من محلول مستحلب مؤلف من جزئيات دهينة صغيرة في وسط مائي .
و هنالك عدة وظائف بيولوجية للمحاليل الغروية في الخلايا فالأغشية المختلفة المحيطة بالخلايا و بالعضيات داخل الست وبلازم تعتبر غرويات شبه جامدة
هلامية .
المحاليل الغروية أنظمة ذات طورين ، أحدهما منتشر فى الآخر !
الصول والجيل:-
عندما يظهر الغروى المظهر المائع لمحلول ، فإنه يعرف بالصول .
والغرويات التى يكون تركيبها الدائم فى الحالة الجامدة تعرف بالجل .
طرق تحضير المحاليل الغروية ( 1 )
أولاً:- طرق الانتشار
1- الطرق الميكانيكية :- حيث تطحن المادة فى آلات خاصة تعرف بالمطاحن الغروية ( صناعة البويات )
2- الطرق الكهربية :- تتم فى خلية تحليل كهربى ، حيث تكون مادة الكاثود من نفس نوع الفلز المراد انتشاره .
3- الببتنة :- ( التجزيئ ) وهى عملية يمكن بواسطتها تحويل المادة من حالة غير غروية إلى حالة غروية ، وذلك بتأثير مذيب أو أى مادة مضافة تعرف
بالعامل المجزئ .
4- الموجات فوق السمعية :- وتعمل على تفتيت المادة إلى دقائق فى حجم النطاق الغروى
طرق تحضير المحاليل الغروية ( 2 )
ثانياً :- طرق التكثيف :
1- طرية القوس الكهربى :- حيث يمرر تيار عالى التردد بين قطبين فلزيين فى مذيب مناسب ( ماء الذهب ).
2- تكوين الغروى عن طريق التفاعلات الكيميائية
ان كلمة ماده غروانيه او شبه غروانيه(colloids)هي مشتقه من الكلمتين اليونانيتين (kolla ) وتعني غروانيه او صمغيه و (Oeid) وتعني شبه. بناء
على ذلك فان الماده الغروانيه تكون على شكل دقائق صغيره جدا مبعثره في السائل.وغالبا ما تكون هذه الدقائق الصغيره صلبه، واحيانا تكون قطيرات
صغيره سائله او فقاعات غازيه. وتتميز المواد الغروانيه بكون نسبة مساحة السطح الى الحجم مرتفعه جدا. يتراوح قطر الدقائق او الحبييات الغروانيه بين (5)
الى (100) نانومتر. ويتكون المحلول الغروي عادة من طورين,حيث توجد مسافه بين كل حبيبه واخرى في الوسط الغروي , ويسمى الوسط الذي يفصل
بين الحبيبات او الدقائق الغروانيه بواسطة التبعثر(dispersion Meium ) .
من الممكن تصنيف المحاليل الغروانيه(سول) الناتجه عن انحلال ماده صلب في سائل في مجموعتين:
1/ المحاليل الغروانية التي تخشى المذيب ( الصادة للماء : lyophobiec sols)
تستعمل هذه التسمية للتحلاليل الغروانية اذا كان الوسط المذيب هو الماء ،
وكان اول من استعمل هذه التسمية هو العالم الفرنسي جان بيران في حالة محاليل الذهب او كبيرت الزرنيخ في الماء ، حيث تبين ان هذه المركبات
لديها الفة صغيرة جدا بالنسبة للماء .
ويستعمل حاليا اصطلاح الرابطة الصادة للماء (hydrophobie bond) وذلك في حالة المحاليل الغروانية عندما تكون المادة المتبعثرة غير قطبية
،
بحيث يؤدي وجودها مع بعضها الى تقليل الرابطة الهيدروجينية بين جزيئات الماء .
من المعروف بان المحاليل الغروانية الصادة للماء تكون غير مستقرة ، ففي حال تبخرها ، فانه من العسير اعادة انحلالها في محلول غرواني . كذلك ، فعندما
تضاف مادة كهربائية (ناقلة للتيار الكهربائي) الى محلول غرواني صاد للماء ، فان ذلك يؤدي الى التخثر والترسيب .
2/ المحاليل الغروانية المحبة للمذيب (lyophibic sols)
وتتميز هذه المحاليل بوجود الفة كبيرة بين المادة المتبعثرة والوسط المذيب ، وبالتالي فان هذه المحاليل تكون مستقرة وتشبه الى حد كبير المحاليل
الحقيقية .
الخصائص العامة :
ان معظم الغروانيات تكون ذات ابعاد ثلاثة ، كذلك توجد غروانيات ذات بعدين او بعد واحد ، من الميزات الرئيسية للمحاليل الغروانية كون الشبه بين
مساحة سطح الحبيبات الى حجمها مرتفعا . وفي هذا المجال يعرف عامل التبعثر على ان النسبة بين سطح الذرات الى عددها في الجزيء الغرواني . ان
عامل التبعثر للجزيئات الغروانية ذات الابعاد المختلفة يتراوح بين 0.15 الى 0.003 .
وتمتد خصائص الغروانيات بصورة رئيسية على الوسط المذيب ونوعه وتركيبه . وبالتالي فانه يتم تصنفيها ضمن مجموعات مختلفة ، وللحصول على معلومات
اساسية عن المحاليل الغروانية يتطلب قاعدة علمية واسعة تشمل ميادين مختلفة . لقد ادى ذلك الى قيام دراسات نظرية وعملية عديدة مثل الدراسات
الكهربائية وتبعثر الضوء ودراسة الطيف وتفاعلات فاندرفالس والخصائص الكهربائية للطبقات الثنائية والمجهر الالكتروني ونظرية امتزاز الغازات والمسبر
الفوتوني وغيرها من اجهزة التحليل الطيفية .
ومن الخصائص الفيزيائية المهمة للغروانيات قدرتها على الانتشار والحركة البروانية (Brownian motion) والاسترشاد الكهربائي والتناضح
(osmosis) والانسياب ، هذا الا جانب الخصائص الميكانيكية والضوئية والكهربائية . من جهة اخرى ، فان قابلية الغروانيات للتفاعلات الكيميائية
والامتزاز تلعب دورا مهما وفي بعض الاحيان يكون حاسما في تحديد خصائصها من الناحية الصناعية وغيرها .
تشكل الغروانيات :
تتشكل الغروانيات اما بطريقة التنمية او التجمع او التكسير . ان طريقة التنمية تحتاج الى الجزئيات الاساسية للمادة الغروانية هي تكثيف البخار للحصول على
قطرات سائلة من المادة ثم تتصلب بدورها . من المؤكد بان نمو الغروانيات يتم التحكم به عن طريق وجود المادة الاساسية في الاتجاه المناسب للالتحام
والارتباط مع نواة التجمع ومتطلبات طاقة الربط مع سطح نواة التجمع .
وتتميز عملية تشكل الغروانيات عبر طريقة التكسير والتي تستعمل كثيرا في انه من الصعب التوفيق بين التجارب والملاحظات العلمية ضمن صيغة موحدة
لتفتيت الغروانيات ، وذلك بسبب العوامل الكثيرة التي تتداخل في عملية التكسير او التفتيت . لذلك تبقى هذه العملية من الناحية الصناعية كفن وليس علما
ينهج اسلوبا واضحا .
حجم الجزيء الغروي
ان ابسط الطرق المساعدة على تحديد حجم الجزيء الغروي وابعاده هي المجهر الالكتروني المسحي (scanning) والنافذ
(transmission).
ان قوة فصل الجهاز (resolution) ليست كافية لتحديد ابعاد الجزيء الغروي . لذلك تستمعل طرق اخرى غير مباشرة لتحديد ابعاد الجزيء الغروي
نذكر منها طرق الترسيب والنبذ والناقلية الكهربائية والتبعثر الضوئي وانعراج الاشعة السينية وامتزاز الغاز والمادة المذابة . عند اختيار أي من هذه الطرق
يجب توخي الحذر بناء على الفرضيات المستخدمة في هذه الطرق لتحديد ابعاد الجزيء . على سبيل المثال فاننا نجد ان اجهزة قياس الناقلية تعتمد على
الشكل الكروي للجزيئات الغروانية ، بينما طريقة تبعثر الضوء تكون صالحة في حالة كون شكل الجزيء الغروي معروفا .
يتم تحديد خواص النافذية (permeability) والمسامية (porosity) للمواد الغروانية باستخدام طرق امتزاز الغازات او المواد المذابة والتي
تؤدي الى معرفة مساحة سطح الجزيء الغروي . اما درجة التبلور او التعدد البلوري فيتم معرفتها باستخدام طريقة انعراج الاشعة السينية (x-ray
diffraction).
الخصائص الكيميائية :
تتم دراسة الخصائص الغروانية باستخدام أي من الاجهزة المستخدمة عادة في تحديد الخصائص الكيميائية للمركبات مثل جهاز التحليل الكتلوي ومطياف
رامان والاشعة تحت الحمراء والتي تعطي معلومات عن طبيعة الروابط الكيميائية وانعراج الاشعة السينية واجهزة التحليل الفوتوالكتروني وغيرها من الاجهزة
الطيفية التي تستخدم لدراسة السطوح وتركيبها .
ان المعلومات التي يمكن الحصول عليها من هذه الاجهزة تتميز بطبيعة كيفية تركيب المادة الغروانية وطبيعة الروابط الكيميائية وكذلك كمية المادة
الموجودة .
الاخطار الناتجة عن بعض المركبات الغروانية :
انه من الممكن تحديد الاخطار التي قد تنجم عن المواد الغروانية ضمن فئتين رئيسيتين :
1/ نظرا لكبر مساحة سطح المواد الغروانية ، فاذا كانت قابلة للتأكسد ووجدت في وسط مؤكسد فانها تتفاعل بسرعة كبيرة قريبة للانفجار او قد تنفجر .
2/ بما ان حجم الجزيئات الغروانية صغير نسبيا ، فانه يتم استنشاقها وتدخل الى الجسم وتتركز احيانا في الرئتين ، خاصة اذا كان قطرها بحدود 6-10 م
(1 um) . مما يؤدي الى وجود امراض الحساسية المختلفة في حالة استنشاق غبار البيت والسجاد . في بعض الحالات يكون الخطر قاتلا عند استنشاق
الالياف الزجاجية (اسبستوس) وغبار الفحم الحجري وغيرها .
الحالة الغروية
بين المحاليل الحقيقية والمعلقات والمستحلبات
لايمكن رؤيتها بالعين المجردة غير أنه يمكن مشاهدة بعض خواصها الضوئية بالعين المجردة وبواسطة Ultramicroscope
المحاليل الغروية Colloids :- هي جسيمات معلقة في الحالة الغروية تتكون من جسيمات كبيرة و لكن ليس إلى الحد الذي يجعلها تترسب في
المحلول و جسيمات المحاليل الغروية يتراوح حجمها بين 0,1 ، 0,001 ميكرون و هي نوعان
• النوع الأول يتكون من جزئيات بروتينية متجمعة و موزعة في وسط مائي .
• النوع الثاني يتكون من محلول مستحلب مؤلف من جزئيات دهينة صغيرة في وسط مائي .
و هنالك عدة وظائف بيولوجية للمحاليل الغروية في الخلايا فالأغشية المختلفة المحيطة بالخلايا و بالعضيات داخل الست وبلازم تعتبر غرويات شبه جامدة
هلامية .
المحاليل الغروية أنظمة ذات طورين ، أحدهما منتشر فى الآخر !
الصول والجيل:-
عندما يظهر الغروى المظهر المائع لمحلول ، فإنه يعرف بالصول .
والغرويات التى يكون تركيبها الدائم فى الحالة الجامدة تعرف بالجل .
طرق تحضير المحاليل الغروية ( 1 )
أولاً:- طرق الانتشار
1- الطرق الميكانيكية :- حيث تطحن المادة فى آلات خاصة تعرف بالمطاحن الغروية ( صناعة البويات )
2- الطرق الكهربية :- تتم فى خلية تحليل كهربى ، حيث تكون مادة الكاثود من نفس نوع الفلز المراد انتشاره .
3- الببتنة :- ( التجزيئ ) وهى عملية يمكن بواسطتها تحويل المادة من حالة غير غروية إلى حالة غروية ، وذلك بتأثير مذيب أو أى مادة مضافة تعرف
بالعامل المجزئ .
4- الموجات فوق السمعية :- وتعمل على تفتيت المادة إلى دقائق فى حجم النطاق الغروى
طرق تحضير المحاليل الغروية ( 2 )
ثانياً :- طرق التكثيف :
1- طرية القوس الكهربى :- حيث يمرر تيار عالى التردد بين قطبين فلزيين فى مذيب مناسب ( ماء الذهب ).
2- تكوين الغروى عن طريق التفاعلات الكيميائية
ان كلمة ماده غروانيه او شبه غروانيه(colloids)هي مشتقه من الكلمتين اليونانيتين (kolla ) وتعني غروانيه او صمغيه و (Oeid) وتعني شبه. بناء
على ذلك فان الماده الغروانيه تكون على شكل دقائق صغيره جدا مبعثره في السائل.وغالبا ما تكون هذه الدقائق الصغيره صلبه، واحيانا تكون قطيرات
صغيره سائله او فقاعات غازيه. وتتميز المواد الغروانيه بكون نسبة مساحة السطح الى الحجم مرتفعه جدا. يتراوح قطر الدقائق او الحبييات الغروانيه بين (5)
الى (100) نانومتر. ويتكون المحلول الغروي عادة من طورين,حيث توجد مسافه بين كل حبيبه واخرى في الوسط الغروي , ويسمى الوسط الذي يفصل
بين الحبيبات او الدقائق الغروانيه بواسطة التبعثر(dispersion Meium ) .
من الممكن تصنيف المحاليل الغروانيه(سول) الناتجه عن انحلال ماده صلب في سائل في مجموعتين:
1/ المحاليل الغروانية التي تخشى المذيب ( الصادة للماء : lyophobiec sols)
تستعمل هذه التسمية للتحلاليل الغروانية اذا كان الوسط المذيب هو الماء ،
وكان اول من استعمل هذه التسمية هو العالم الفرنسي جان بيران في حالة محاليل الذهب او كبيرت الزرنيخ في الماء ، حيث تبين ان هذه المركبات
لديها الفة صغيرة جدا بالنسبة للماء .
ويستعمل حاليا اصطلاح الرابطة الصادة للماء (hydrophobie bond) وذلك في حالة المحاليل الغروانية عندما تكون المادة المتبعثرة غير قطبية
،
بحيث يؤدي وجودها مع بعضها الى تقليل الرابطة الهيدروجينية بين جزيئات الماء .
من المعروف بان المحاليل الغروانية الصادة للماء تكون غير مستقرة ، ففي حال تبخرها ، فانه من العسير اعادة انحلالها في محلول غرواني . كذلك ، فعندما
تضاف مادة كهربائية (ناقلة للتيار الكهربائي) الى محلول غرواني صاد للماء ، فان ذلك يؤدي الى التخثر والترسيب .
2/ المحاليل الغروانية المحبة للمذيب (lyophibic sols)
وتتميز هذه المحاليل بوجود الفة كبيرة بين المادة المتبعثرة والوسط المذيب ، وبالتالي فان هذه المحاليل تكون مستقرة وتشبه الى حد كبير المحاليل
الحقيقية .
الخصائص العامة :
ان معظم الغروانيات تكون ذات ابعاد ثلاثة ، كذلك توجد غروانيات ذات بعدين او بعد واحد ، من الميزات الرئيسية للمحاليل الغروانية كون الشبه بين
مساحة سطح الحبيبات الى حجمها مرتفعا . وفي هذا المجال يعرف عامل التبعثر على ان النسبة بين سطح الذرات الى عددها في الجزيء الغرواني . ان
عامل التبعثر للجزيئات الغروانية ذات الابعاد المختلفة يتراوح بين 0.15 الى 0.003 .
وتمتد خصائص الغروانيات بصورة رئيسية على الوسط المذيب ونوعه وتركيبه . وبالتالي فانه يتم تصنفيها ضمن مجموعات مختلفة ، وللحصول على معلومات
اساسية عن المحاليل الغروانية يتطلب قاعدة علمية واسعة تشمل ميادين مختلفة . لقد ادى ذلك الى قيام دراسات نظرية وعملية عديدة مثل الدراسات
الكهربائية وتبعثر الضوء ودراسة الطيف وتفاعلات فاندرفالس والخصائص الكهربائية للطبقات الثنائية والمجهر الالكتروني ونظرية امتزاز الغازات والمسبر
الفوتوني وغيرها من اجهزة التحليل الطيفية .
ومن الخصائص الفيزيائية المهمة للغروانيات قدرتها على الانتشار والحركة البروانية (Brownian motion) والاسترشاد الكهربائي والتناضح
(osmosis) والانسياب ، هذا الا جانب الخصائص الميكانيكية والضوئية والكهربائية . من جهة اخرى ، فان قابلية الغروانيات للتفاعلات الكيميائية
والامتزاز تلعب دورا مهما وفي بعض الاحيان يكون حاسما في تحديد خصائصها من الناحية الصناعية وغيرها .
تشكل الغروانيات :
تتشكل الغروانيات اما بطريقة التنمية او التجمع او التكسير . ان طريقة التنمية تحتاج الى الجزئيات الاساسية للمادة الغروانية هي تكثيف البخار للحصول على
قطرات سائلة من المادة ثم تتصلب بدورها . من المؤكد بان نمو الغروانيات يتم التحكم به عن طريق وجود المادة الاساسية في الاتجاه المناسب للالتحام
والارتباط مع نواة التجمع ومتطلبات طاقة الربط مع سطح نواة التجمع .
وتتميز عملية تشكل الغروانيات عبر طريقة التكسير والتي تستعمل كثيرا في انه من الصعب التوفيق بين التجارب والملاحظات العلمية ضمن صيغة موحدة
لتفتيت الغروانيات ، وذلك بسبب العوامل الكثيرة التي تتداخل في عملية التكسير او التفتيت . لذلك تبقى هذه العملية من الناحية الصناعية كفن وليس علما
ينهج اسلوبا واضحا .
حجم الجزيء الغروي
ان ابسط الطرق المساعدة على تحديد حجم الجزيء الغروي وابعاده هي المجهر الالكتروني المسحي (scanning) والنافذ
(transmission).
ان قوة فصل الجهاز (resolution) ليست كافية لتحديد ابعاد الجزيء الغروي . لذلك تستمعل طرق اخرى غير مباشرة لتحديد ابعاد الجزيء الغروي
نذكر منها طرق الترسيب والنبذ والناقلية الكهربائية والتبعثر الضوئي وانعراج الاشعة السينية وامتزاز الغاز والمادة المذابة . عند اختيار أي من هذه الطرق
يجب توخي الحذر بناء على الفرضيات المستخدمة في هذه الطرق لتحديد ابعاد الجزيء . على سبيل المثال فاننا نجد ان اجهزة قياس الناقلية تعتمد على
الشكل الكروي للجزيئات الغروانية ، بينما طريقة تبعثر الضوء تكون صالحة في حالة كون شكل الجزيء الغروي معروفا .
يتم تحديد خواص النافذية (permeability) والمسامية (porosity) للمواد الغروانية باستخدام طرق امتزاز الغازات او المواد المذابة والتي
تؤدي الى معرفة مساحة سطح الجزيء الغروي . اما درجة التبلور او التعدد البلوري فيتم معرفتها باستخدام طريقة انعراج الاشعة السينية (x-ray
diffraction).
الخصائص الكيميائية :
تتم دراسة الخصائص الغروانية باستخدام أي من الاجهزة المستخدمة عادة في تحديد الخصائص الكيميائية للمركبات مثل جهاز التحليل الكتلوي ومطياف
رامان والاشعة تحت الحمراء والتي تعطي معلومات عن طبيعة الروابط الكيميائية وانعراج الاشعة السينية واجهزة التحليل الفوتوالكتروني وغيرها من الاجهزة
الطيفية التي تستخدم لدراسة السطوح وتركيبها .
ان المعلومات التي يمكن الحصول عليها من هذه الاجهزة تتميز بطبيعة كيفية تركيب المادة الغروانية وطبيعة الروابط الكيميائية وكذلك كمية المادة
الموجودة .
الاخطار الناتجة عن بعض المركبات الغروانية :
انه من الممكن تحديد الاخطار التي قد تنجم عن المواد الغروانية ضمن فئتين رئيسيتين :
1/ نظرا لكبر مساحة سطح المواد الغروانية ، فاذا كانت قابلة للتأكسد ووجدت في وسط مؤكسد فانها تتفاعل بسرعة كبيرة قريبة للانفجار او قد تنفجر .
2/ بما ان حجم الجزيئات الغروانية صغير نسبيا ، فانه يتم استنشاقها وتدخل الى الجسم وتتركز احيانا في الرئتين ، خاصة اذا كان قطرها بحدود 6-10 م
(1 um) . مما يؤدي الى وجود امراض الحساسية المختلفة في حالة استنشاق غبار البيت والسجاد . في بعض الحالات يكون الخطر قاتلا عند استنشاق
الالياف الزجاجية (اسبستوس) وغبار الفحم الحجري وغيرها .
الحالة الغروية
بين المحاليل الحقيقية والمعلقات والمستحلبات
لايمكن رؤيتها بالعين المجردة غير أنه يمكن مشاهدة بعض خواصها الضوئية بالعين المجردة وبواسطة Ultramicroscope
