İyonlar, Atomlar ve Yüklü Parçacıklar

İyonlar, Atomlar ve Yüklü Parçacıklar

Kolloidal gümüşün bakteriyel bir ajan olarak çok etkili olduğu gösterilmiştir. Bu yazıda kolloidal gümüşün doğası ve nasıl üretildiği ele alınacaktır. Tartışma, özellikle gümüşün, özellikle gümüş iyonlarının ve gümüş parçacıklarının kolloidlerinde bulunan gümüş formlarına ve her biri ile ilişkili elektriksel yüklere odaklanacaktır. Bilimsel olmayan birçok yazar, iyonları ve yüklü parçacıkları karıştırır ve kolloidal gümüşü tanımlarken terimleri birbirinin yerine kullanır. Diğerleri kolloidal parçacıklara, tek bir gümüş atomu gibi gelirler. Sahte olan pozitif yüklü olan gümüş parçacıkları hakkında çok şey yazılmıştır. O halde, kolloidal gümüş hakkında öğrenmeye çalışan insanların kafaları karışır ve okuduklarının çoğu bilimsel olarak kusurlu olduğunda konuyla ilgili bilimi kavramakla çok uğraşırlar.

Kolloidal süspansiyonların anlaşılmasında yer alan gerçek bilim, temel prensiplerin anlaşılmasını gerektirdiğinden, atomlar, iyonlar ve yüklü parçacıklar arasındaki farklılıkların açık bir şekilde anlaşılması önemlidir.

Kolloidal gümüş nedir ve bu neden önemlidir?

Bir koloidin birçok formu olabilirken, kolloidal gümüş bir sıvı içinde asılı katı parçacıklardan oluşan bir koloit türüdür. Katı, çok küçük metalik gümüş parçacıklarıdır ve sıvı sudır. Bu bağlamda çok küçük parçacıklar çapı nanometre cinsinden ölçülen tanecikleri ifade eder. Gümüş bir kolloid daha sonra süspansiyonda gümüş parçacıklara sahip olmalıdır. Kolloidal gümüş ayrıca iyon adı verilen gümüşün başka bir formunu da içerir. Çözeltiler, kolloidler ve süspansiyonlar arasındaki fark, parçacıkların büyüklüğü ile tanımlanır:

Çözeltiler (1nm’ den daha küçük)

Kolloidler (1nm ile 1000nm arası)

Süspansiyonlar (1000nm ‘den daha büyük)

Gümüşün çeşitli formları

Kolloidal gümüş genellikle elektrik akımı, gümüş elektrot ve deiyonize (DI) sudan oluşan bir seri devreden geçirildiğinde elektroliz ile üretilir. Akım, alternatif akım (AC) veya doğru akım (DC) olabilir. Akım akışı, Ag⁰ (metal) ve Ag⁺ (iyonları) elektrodundan DI suya geçmesine neden olur. AC süreçleri, iyonik konsantrasyonun sınırlandırılmasında DC’den daha verimli olma eğilimindedir. Suyun H⁺ ve OH^– iyonize olduğu ve H⁺, hidronyum iyonu, H₃O⁺ biçimindeki katoda göç ettiği, hidrojen gazına indirgenen H₂, serbest bırakıldığı kabul edilir. Ag metali Ag⁺ olarak çözündüğünde, katoddan alınan elektronlar anotta değiştirilir.

Bu nedenle, kolloidal gümüş, iki farklı şekilde, metalik gümüş parçacıkları ve iyonları olan gümüşten oluşur. Gümüş konsantrasyonu olarak bildirilen toplam gümüş miktarı (milyonda parça), parçacıklarda bulunan gümüşün toplamı ve gümüş iyonlarında bulunan gümüş toplamıdır. Toplam gümüş içeriğinin doğru ölçümü, atomik absorpsiyon veya gümüş atomlarının atomik emisyonu ile ölçümü gerektirir. Doğru sonuçlar için tipik olarak bir Atomik Absorpsiyon Spektrofotometre (AAS) kullanılır. Gümüş iyonlarının atomik absorpsiyon yoluyla konsantrasyonunu ölçmek için parçacıkların önce sadece iyonları bırakarak santrifüjleme ile çıkarılması gerekir. Alternatif olarak, sadece çözelti içindeki gümüş iyonlarına cevap veren bir İyon Seçici Elektrot (ISE) seçilebilir. ISE ölçümleri AAS’den daha az doğrudur ve genellikle yaklaşık %2 oranında doğrudur. Gümüş parçacıkların konsantrasyonu, iyonik konsantrasyonu toplam gümüş konsantrasyonundan çıkararak belirlenir.

Tipik olarak, gümüş iyonları toplam gümüşün yüzde 75 ila 99’unu oluştururken toplam gümüşün sadece yüzde 1 ila 25’i partiküllerdir. Sadece iyonik gümüş içeren ve parçacık içermeyen bir çözelti, bir kolloid değildir, çünkü süspansiyonda katı gümüş parçacıkları yoktur. Öte yandan, gümüşün yüzde 100’ü parçacıklarsa ve iyonlar mevcut değilse, çözelti saf bir koloit olacaktır. Gümüş kolloidin kalitesinin bir ölçüsü gümüş parçacıklarının yüzdesidir. İdeal olarak, tüm gümüş içeriği gümüş iyonları içermeyen parçacıklar şeklinde olacaktır. Yazarlar, bir kolloidal gümüş ürününün içeriğinin daha doğru bir şekilde temsil edilmesinin, sadece gümüş parçacıklarının gümüş konsantrasyonunu etiket üzerinde göstereceklerine inanıyorlar. Bir alternatif, toplam gümüşün yüzde kaçının parçacıklarda bulunduğunu ve yüzde kaçının iyonik olduğunu bildirmek olabilir.

Gümüş atomları

Tek bir gümüş atomu, metalik gümüşün atomik boyutlu bir parçası olarak düşünülebilir. Var olan gümüş maddesinin en küçük boyutu. Tek bir gümüş atomunun çapı 0.288 nm’dir. Teorik olarak, tek bir atomdan oluşan metalik bir gümüş parçacığına sahip olmak mümkün olmakla birlikte, uygulamada parçacıklar çok daha büyüktür ve birçok atomdan oluşur. Sadece referans olarak, çapı 1 nanometre olan bir parçacık 31 gümüş atomundan oluşacaktır ve 5 nm çapındaki bir parçacık yaklaşık 3900 atom olacaktır ve 20 nm çapındaki bir parçacık yaklaşık 250.000 gümüş atomu içerecektir. Kolloidal gümüşte tipik olarak gözlenen parçacık büyüklüğü 5 ila 200 nanometre arasında ölçülmüştür. Bu ölçümler, 1 nm’ye kadar ölçebilen bir Foton Korelasyon Spektrometresi (PCS) kullanılarak gerçekleştirilir. Laboratuvarımızda bu tür ölçümler için Malvern Zetasizer 3000HS kullanılmıştır.

Gümüş iyonları

Gümüş bir iyon, dış yörüngesinden bir elektronu eksik olan tek bir gümüş atomudur. Bir gümüş iyonu çapı 0.230 nm’dir, bu da bir elektrondan daha az olan bir atomdan biraz daha küçüktür. Ag elektron konfigürasyonuna [Kr]4d₁₀5s₁ sahiptir. Ag-e ne zaman? Ag⁺, kaybedilen 5s₁ elektronudur. Kayıp elektron iyonun pozitif yüklü olmasına neden olur ve bazı fiziksel özellikleri de çok dramatik yollarla değiştirir. Metalik gümüş suda çözünür değildir, ancak iyonik gümüş sonlu ölçülebilir bir çözünürlüğe sahiptir. Tipik olarak gümüş, nitrik asit gibi bir asit içinde gümüş nitratı oluşturmak üzere çözülür. Gümüş çözüldüğünde, artık metalik gümüş değildir. En güçlü mikroskop altında bile görülemez ve ışığı yansıtmaz. Ag⁺ iyonları ile doyurulmuş bile çözelti bir Tyndall etkisi vardır, ama kolloidal Ag hatta 0.1 ppm kadar küçük konsantrasyonlarda yapar. çözünürlük çarpımı sabiti, AgOh için K_sp nötr çözelti içerisinde, tek bir çökeltme almadan litre başına 9.2 x 10²² Ag iyona sahip olabilir, yani, 1.52 x 10^-8.

Özet olarak, bir gümüş iyon pozitiftir çünkü bir elektronu yoktur. Bir elektronun negatif bir yükü vardır. Bir elektronu uzaklaştırın ve oluşan iyon pozitif bir yükü varsayar. İyonlara yüklenen yük iyonik yüktür ve elektronların kazancına veya kaybına bağlıdır. Bu, bir yükü olabilen bir parçacıkla aynı değildir. Parçacık yükü, yüklü türlerin adsorpsiyonundan kaynaklanmaktadır. Aslında, kolloidal gümüş içinde bulunan gümüş parçacıkları negatif yüklüdür, iyonlar gibi pozitif değildir.

Yüklü parçacıklar

Gümüş iyonları içeren kolloidal gümüş çözeltilerinin zeta potansiyeli, iyonik içeriğe bağlı olarak tipik olarak -35 ila -45 milivolt (mV) aralığında olacaktır. Gümüş iyonları içermeyen gümüş kolloidlerin zeta potansiyelinin, -50 mV gibi daha yüksek bir negatif potansiyeli olacaktır. İyonik içerik ne kadar yüksek olursa, gümüş iyonlarının pozitif yükü, zeta potansiyelinin partiküller üzerindeki negatif yükün bir kısmını iptal edeceğinden daha az negatiftir.

Gümüş iyonları içeren kolloidal gümüş çözeltilerinin zeta potansiyeli, iyonik içeriğe bağlı olarak tipik olarak -35 ila -45 milivolt (mV) aralığında olacaktır. Gümüş iyonları içermeyen gümüş kolloidlerin zeta potansiyelinin, -50 mV gibi daha yüksek bir negatif potansiyeli olacaktır. İyonik içerik ne kadar yüksek olursa, gümüş iyonlarının pozitif yükü, zeta potansiyelinin partiküller üzerindeki negatif yükün bir kısmını iptal edeceğinden daha az negatiftir.

Parçacıklar negatif yüklüdür

Kolloidal gümüş durumunda, mevcut gümüş iyonları pozitif olarak yüklenmiştir, peki gümüş partiküller negatif yükü nasıl kazanır? Kolloidal gümüşü yapan elektroliz sırasında gümüş iyonları oluşur. Gümüş iyonlarının oluşturulması, çözeltinin net yükünü pozitif hale getirme eğiliminde olacaktır. Bununla birlikte, çözümler her zaman sıfıra çok yakın bir net yüke sahiptir, çünkü Coulomb kuvveti son derece güçlüdür ve küçük bir şarj dengesizliği bile arasındaki her şeyi iyonize etmek ve iptal etmek için yeterli voltaj oluşturur. İyonlaşma, su molekülünü, negatif olarak yüklenen hidrojen H⁺ ve hidroksil iyonları OH^– ‘ye parçalar. Hidroksil iyonlarının negatif yükü, gümüş iyonlarının pozitif yükünü önler ve net yükü sıfır olan bir çözeltiyi korur. Böylece, negatif hidroksil iyonları, pozitif gümüş iyonlarının ve gümüş parçacıklarının yaratıldığı aynı zamanda yaratılır. Hidroksil iyonları, gümüş parçacıklarının atomlarına bağlanan ve böylece parçacıklara negatif yüklerini veren metalik olmayan iyonlardır.

Oksijen 6 değerlik ve 2 hidrojen her biri bir tane olmak üzere, toplamda 8 elektrona sahiptir

Bu nedenle, H₂O’nun Lewis yapısı

Bu, AX₄E₂ yapısı (4 elektron bulutu, 2 paylaşılmayan çift) olarak bilinir.

107° lik bağ açısına sahiptir.

 

107° lik bir bağ açısı ile gerçek paylaşılma açısı, 2 paylaşılmayan çiftin itilmesinden dolayı 105° dir.

Hidrojen H⁺ olarak iyonize olduğunda, aşağıdaki yapıya sahip olan ve polar olan metalik olmayan OH^– anyonunu bırakır.

Negatif uç  Pozitif uç

Sollarda olduğu gibi, OH^– anyonu Ag atomuna yaklaştığında, o atom nötr olmasına rağmen, ilk gördüğü şey 5s¹ elektronu, dolayısıyla H veya pozitif anyonun ucu, atomun kendisine çekilir. negatif ucun çözeltiye yapışmasını sağlayarak. Bu davranış, sollar için iyi bir şekilde belgelenmiştir (üzerlerinde adsorbe edilmiş yüklü parçacıklara sahip olan koloidal parçacıklar). Benzer yüklerin karşılıklı olarak itilmesi daha sonra partiküllerin topaklanmasını önleyerek koloit stabilize eder.

Pozitif gümüş iyonları neden negatif hidroksil iyonlarını etkilemiyor? Elektrik yüklerinin çekim kuvveti veya itme kuvveti, yükleri çevreleyen ortamın dielektrik sabiti ile ters orantılıdır. Su, oda sıcaklığında yaklaşık 80 derece yüksek bir dielektrik sabitine sahiptir. Bu, sudaki zıt iki elektrik yükünün birbirini havadaki veya vakumdaki kuvvetin sadece 1/80 kadar bir kuvvetiyle çekeceği anlamına gelir. İyonların ısıl ajitasyonu, iyonların ayrışmasına neden olacak kadar büyüktür. Ters yük iyonlarının çözümde bir arada bulunması yaygındır. Örneğin, tuz suda çözündüğünde, ortaya çıkan çözelti zıt yükte sodyum iyonları (Na⁺) ve klorür iyonları (Cl^–) içerir.

Partikül yükünün ölçülmesi (zeta potansiyeli)

Suda dağılmış parçacıklara verilen yüke zeta potansiyeli denir. Zeta potansiyelinin değerini ölçmek için tasarlanan cihazlar, numuneyi bir elektrik alana maruz bırakıp ardından parçacıkların bir elektroforez hücresinin bir elektrotuna doğru hareketini gözlemleyerek yaparlar. Elektrik alanındaki parçacıkların yükünün işareti, hareket yönünü belirler. Parçacık üzerindeki negatif yük, pozitif bir elektroda doğru hareket etmesine neden olur. Parçacık üzerindeki pozitif yük, negatif elektrota doğru hareket etmesine neden olur. Parçacık hareketinin hızı, yükün miktarına göre belirlenir.

Parçacıkların hareket hızı, saçılan lazer ışığının Doppler kayması değerlendirilerek ölçülür. Parçacık hareketinin hızı doğrudan yükü ile ilgilidir. Zeta potansiyeli hızdan hesaplanır. Zeta potansiyeli millivolt olarak ifade edilir ve genellikle -70 mV ile +70 mV arasında düşer. Zeta potansiyelinin değeri -30 mV’den daha negatif olduğunda, koloitin kararlı olduğu kabul edilir, çünkü partiküller süspansiyon stabilitesini sağlamak için yeterli karşılıklı itmeye sahiptir. Zeta potansiyeli -15 mV’den daha pozitif olup, aglomerasyon eşiğinde bir süspansiyona işaret eder. Zeta potansiyeli 0 mV +/- 3 mV olduğunda pıhtılaşma veya topaklanma en hızlıdır.

Kolloidal gümüş Zeta Potansiyel hedef noktası

Sonuç

Gümüş kolloidler süspanse gümüş parçacıkları içermeli ve genellikle çözünmüş gümüş iyonları da içermelidir. Sadece çözünmüş gümüş iyonları içeren çözeltiler kolloid değildir. Yüksek kaliteli koloidler yüksek oranda gümüş parçacıkları içerir. İdeal olarak, gümüş kolloit iyon içermez.

Gümüş iyonları pozitif olarak yüklenir ve kolloidal süspansiyondaki gümüş partiküller negatif olarak yüklenir. İyonik gümüş içeriğinin azaltılması, zeta potansiyelinin koloitin stabilitesini artırarak daha negatif hale gelmesine neden olur.

Kolloidal gümüş ürünleri üreticileri parçacıklarda hangi gümüş konsantrasyonunun (milyonda parça olarak) bulunduğunu etiket üzerinde listeleyerek kullanıcıyı daha doğru bir şekilde bilgilendirecektir. Bir alternatif, partiküllerde toplam gümüş konsantrasyonunun yüzde kaçının bulunduğunu ve yüzde kaçının iyonik olduğunu bildirmektir.

Gümüş Özelliklerinin Özeti

 

Özellik	Parçacıklar1	Atomlar	İyonlar
Eklenen bir çözeltinin iletkenliğini arttırır	Hayır	Hayır	Evet
Tyndall etkisi	Evet	Hayır	Hayır
Santrifüjleme ile çözeltiden ayrılabilir	Evet	Hayır	Hayır
Bir elektron eklenirse özellikler değişecektir	Hayır	Hayır	Evet
Bir elektron çıkarılırsa özellikler değişecektir	Hayır	Evet	Hayır
Anyonlarla kolayca birleşir	Hayır	Hayır	Evet
Katyonlarla kolayca birleşir	Hayır	Hayır	Hayır
Suda çözünür	Hayır	Hayır	Evet
Eşiyle çözümde tek bir varlık olarak var olur	Evet	Hayır	Evet
İyon Seçici Elektrot ile Ölçülebilir	Hayır	Hayır	Evet
Atomik Absorbsiyon Spektrofotometresi ile Ölçülebilir	Evet	Evet	Evet
Spektrofotometre ile Ölçülebilir	Hayır	Hayır	Evet
İyonik şarjı vardır	Hayır	Hayır	Evet
Parçacık şarjına sahip olabilir	Evet	Hayır	Hayır
Polar molekülleri ile birleştirir	Evet	Hayır	Evet
Düşük iyonik çözeltilerde negatif zeta potansiyeli	Evet	Hayır	Hayır
Foton Korelasyon Spektrometresi ile Ölçülebilir	Evet	Hayır	Hayır
Solüsyondan filtrasyon ile ayrılabilir	Evet	Hayır	Hayır
Çözelti içinden bir elektrik akımı geçirildiğinde çözeltiden katoda çökeltiler	Hayır	Hayır	Evet

¹ Parçacıklar bu bağlamda, bir parçacık atom kümesi olarak tanımlanır

Kaynak: https://safgumuscubuk.com/forum/konu/iyonlar-atomlar-ve-yuklu-parcaciklar/