A folyadékok diffúziójának
alkalmazása az elemzésre
Részletek
Philosophical Transactions, 151: 183–224, (1861)
in: Henry Marshall Leicester and Herbert S. Klickstein, A Source
Book in Chemistry 1400-1900 (Harvard University Press, Cambridge, Massachusetts,
1963)
Bár a kolloidok kémiai szempontból rendszerint közömbösek, fizikai tulajdonságaik révén kompenzáló hatással bírnak. Míg a kristályszerkezet merevsége kizárja a külsõ hatásokat, a zselatinszerû kolloid a puhasága miatt a fluiditásból is részesül, s így a kolloid ugyanúgy a folyadékdiffúzió közege lehet, mint a víz. Ez az áthatolhatóság szilárdsággá alakul át a magas hõmérsékleten is fennmaradó kolloidok esetében. Ezzel magyarázható a kolloidok sokféle külsõ hatással szembeni érzékenysége. A kolloidok másik, igen jellegzetes tulajdonsága a változékonyság. A kolloidok mindig metasztázisban vannak. E tekintetben a kolloid a túltelített sóoldathoz vagy ahhoz a vízhez hasonlítható, amely fagyáspontja alatti hõmérsékleten még folyadékként jelenik meg. A folyékony kolloidoknak feltehetõen mindig van alvadt módosulatuk; már a legkisebb behatásra is átmennek az elsõbõl a második állapotba. A kristályvíz-tartalmú kovasavból például könnyen elõállítható tiszta oldat, de nem tartható el. Zárt csõben napokig vagy hetekig folyékony marad, de végül biztosan zseltinszerûvé és oldhatatlanná válik. A kolloid változása ennél a pontnál, a jelek szerint, meg sem szûnik. A kovasav ásványi formái, amelyek a vízbõl rakódtak le, mint például a kova, a geológiai öregedés folyamán az üvegszerû vagy kolloid állapotból gyakran kristályos állapotba mentek át (H. Rose). A kolloid dinamikus, a kristály statikus anyagi állapot. A kolloidnak ENERGIÁJA van. A kolloid valószínûleg annak az erõnek a elsõdleges forrása, amely az életjelenségekben megnyilvánul. A kémiai-szerves változások jellegzetes elhúzódása szintén összefüggésbe hozható a kolloid változások fokozatos módjával (mert ezekhez mindig idõ szükséges). ...
A kolloid anyagok egyik tulajdonsága igen nagy segítséget nyújt a diffúziós szétválasztáshoz. A keményítõbõl, az állati nyálkából, a pektinbõl és más szilárd, kristályvíz-tartalmú kolloidokból képzett zselék lényegében oldhatatlanok hideg vízben, és nagy tömegükön ugyanúgy áthatolnak a legdiffuzívabb anyagok, mint a vízen. De ezek a zselék igencsak akadályozzák a kevésbé diffuzív anyagok áthaladását. E tekintetben hasonlítanak az állati membránokhoz. Már a vékony zseléréteg is szétválasztja az anyagokat. Nézzük meg illusztrációként a következõ egyszerû kísérletet.
Egy nagyon vékony, enyvezett, nem porózus, francia gyártmányú levélpapírt elõször gondosan megnedvesítettünk, és víz felszínére helyeztük. A vizet tartalmazó kis kád átmérõje kisebb volt a papír szélességénél. A papír közepe lesüllyedt, s olyan tálcát vagy mélyedést alkotott, amely megtartott egy kis folyadékot. A papírra töltött folyadék nádcukor és gumiarábikum oldata volt, amely mindkét anyagból 5 százalékot tartalmazott. A tiszta vizet és az oldatot tehát csak a nedves, egyvezett papírlap választotta el egymástól. Huszonnégy óra múltán a fölsõ folyadéknak észrevehetõen megnõtt a térfogata az ozmózisnyomás hatására. Az alul lévõ vízbe átkerült az összes cukor háromnegyede, mégpedig olyan tiszta állapotban, hogy kikristályosodott, amikor a folyadékot vízfürdõn bepároltuk. A kádban levõ víz alig zavarosodott meg az ólomecettõl, ami azt mutatja, hogy a gumi legfeljebb nyomokban juthatott át. A leírásban szereplõ papírt keményítõvel enyvezték. A nedves papír zselatinos keményítõrétege nem akadályozta a krisztalloid cukor áthaladását, de feltartóztatta a kolloid gumit. A jelenség magyarázatát azonnal kifejtem.
Az enyvezett papír nem viselkedhet szûrõként. Mechanikailag áthatolhatatlan, és nem engedi a kevert folyadék egészének áthaladását. Csak molekulák léphetnek át a válaszfalon, anyagtömegek nem. A molekulákat a diffúziós erõ mozgatja. De a zselatinszerû keményítõhöz tartozó víz nem lehet közvetlenül sem a cukor, sem a gumi diffúziós közege, mert valódi – bár gyenge – kémiai kötésben van. A kristályvíz-tartalmú vegyület szilárd és oldhatatlan. A cukor azonban, s a többi krisztalloid, molekulánként leválaszthatja a vizet bármely hidratált kolloidról, például a keményítõrõl. A cukor tehát hozzájut a diffúzióhoz szükséges folyékony közeghez, és áthalad a zselatinszerû válaszfalon. A guminak mint kolloidnak azonban nagyon kicsi a vízzel szembeni affinitása, s képtelen a vizet leválasztani a zselatinos keményítõrõl, tehát nem tudja kinyitni az ajtót önnön diffúziója elõtt.
Az itt vázolt szétválasztás némiképp analóg ahhoz, amit a szén-dioxid és a hidrogén gázkeverékével töltött szappanbuborékban figyelhetünk meg. Egyik gáz sem képes áthaladni a vízrétegen. De szén-dioxid, amely oldható a vízben, lecsapódik és feloldódik a vízrétegben, elindulhat kifelé, s elérheti a légkört, míg a vízben oldhatatlan vagy csaknem oldhatatlan hidrogén a hólyagban marad.
Engedtessék meg nekem, hogy a zselatinszerû válaszfalon lejátszódó diffúziós szétválasztásra a dialízis kifejezést használjam. A legalkalmasabb dialízis-válaszfalnak a kereskedelemben kapható pergamenpapír tûnik, amelyet elõször Gaine úr állított elõ, s jelenleg De la Rue urak gyártják sikerrel. Ezt a papírt nem enyvezik, hanem rövid idõre kénsavba vagy cink-kloridba merítik, ahogy T. Taylor úr javasolta. ...
Hadd hívjam fel ismét a figyelmet arra az éles különbségre, amelyet a kolloidok és a krisztalloidok belsõ molekuláris szervezõdésében feltételeztünk a dolgozatban. Mindkét osztályban minden fizikai és kémiai tulajdonság jellegzetesen módosul. Ezek az osztályok különbözõ anyagi világokként jelennek meg, és módot adnak a kémiai tudomány megfelelõ rendszerezésére. Ezek között az anyagfajták között olyan különbség van, mint az ásvány és a szervezett tömeg anyaga között.
A kolloid jelleg nem törlõdik el a cseppfolyósítás hatására, ezért nem csupán a szilárd anyag fizikai állapotának módosulása. Egyes kolloidok, például a zselatin és a gumiarábikum, oldódnak a vízben, mások, például a tragantgumi, nem. Egyes kolloidok, például a zselatin és a tragantgumi, szilárd vegyületet képeznek a vízzel, mások, például a tannin, nem. Ebbõl a szempontból a kolloidok olyan sokféle tulajdonságot mutatnak, mint a krisztalloidok. A két osztály között, a különbségek ellenére, bizonyos párhuzam van.
A só vagy a krisztalloid oldódásának jelenségei
a kolloid oldatban is valószínûleg megjelennek, de
csökkent mértékban. A folyamat lelassul; úgy
tûnik, az idõ minden kolloid változásban fontos
tényezó. Az oldódást kísérõ,
szokásos hõmérséklet-változás
alig észlelhetõ. A tömény oldat mindig észlelhetõen
gumiszerû vagy viszkózus. A kolloidot, bár oldószere
gyakran jól oldja, rendkívül gyenge erõ tartja
oldatban. Ezért ha a kolloidok oldatához más osztályba
tartozó anyagot adnak, a kolloidok rendszerint kicsapódnak.
A folyékony kolloidokat a krisztalloidoktól elsõsorban
az különbzöteti meg, hogy vízben lassan diffundálnak
és a kolloid válaszfalon nem hatolnak át. A kolloidok
kémiai reakciói gyengék, de a kolloid anyagok nagyon
érzékenyek a folyékony reagensek többségére,
amint mondottuk.
Vissza | http://www.kfki.hu/chemonet/
http://www.ch.bme.hu/chemonet/ |