يتكون غبار الرمل والملح والطباشير من أجزاء من الجزيئات الصلبة ، يحتوي كل منها على أعداد كبيرة من الجزيئات. يمكنك عادة رؤية الجزيئات الفردية مباشرة بالعين المجردة ، على الرغم من أن أصغرها قد يتطلب تكبير مجهري. وفيما يتعلق بمقياس الحجم ، نجد جزيئات فردية تذوب في السوائل لتشكيل محاليل متجانسة.
ومع ذلك ، هناك عالم شاسع ولكنه مخفي إلى حد كبير بين: جزيئات صغيرة جدًا لا يمكن الكشف عنها بواسطة مجهر ضوئي، وجزيئات كبيرة جدًا التي تبدأ في تكوين مرحلة خاصة بها عندما يتم تعليقها في سائل. هذا هو عالم الغرويات الذي سنستعرضه في السطور المقبلة إلى جانب تركيب المحاليل الغروية واهم خصائصها.
تعريف الغرويات
الغرويات عبارة عن مزيج يتكون من مادتين أو أكثر ممزوجة مع بعض البعض ، ورغم أنه لا يمكن دمجها كيميائيا إلا أن فصلها ممكن. هذا المزيج يمثل نوع خاص من الخليط الذي تنتشر فيه جزئيات صغيرة من مادة معينة عبر مادة أخرى. يقدر حجمها بـ 0,1 ، 0,001 ميكرون. وتنقسم إلى نوعين: النوع الأول منها عبارة عن جزيئات بروتينية محتشدة ومنتشرة في وسط مائي، أما النوع الثاني فيتركب من محلول مستحلب مكون من جزيئات دهنية صغيرة الحجم تنتشر بدورها في الماء.
وتحتل الغرويات مكانًا وسيطًا بين الجسيمات والمحاليل، سواء من حيث خصائصها أو من حيث حجم الجسيمات. وهي في نفس الوقت تحمل خصائص الجسيمات والمحاليل معا، مما يجعل المادة الغروية قابلة للتكيف بدرجة كبيرة مع استخدامات ووظائف معينة. وتمثل الغرويات عنصر أساسي في علم الأحياء وعلوم الأغذية و يشكل جزء كبيرًا في العديد من المنتجات الاستهلاكية.
من الأمثلة الموضحة لطبيعة الغرويات: المايونيز، وهي مزيج من الزيت والماء، يستقر بواسطة البروتينات في صفار البيض. هذا النوع الخاص من الغرويات يعرف باسم المستحلب، كما أن الحليب والقشدة من المستحلبات أيضا. وكمثال أخر شائع جدا الدم.
تركيب المحاليل الغروية
إن للخلايا الحية خاصتين مهمتين، خاصية الجزيئات الموجودة في البروتوبلازم و خاصية الطبيعة الفيزيائية للبروتوبلازم. حيث يحتوي هذا الأخير على كميات كبيرة من الأسطح الفعالة التي تتم عليها أغلب التفاعلات الكيميائية الناتجة في الخلايا. ويكون البروتولازم نظاما غرويا، كما أن محاليل التربة الممتصة من النباتات المختلفة ذات طبيعة غروية تشكل أسطح فعالة يتم من خلالها تبادل الأيونات وامتصاصها عبر الجذور.
ويتكون النظام الغروي من مرحلتين. تتمثل المرحلة الأولى منه في انتشار المادة المذابة في وسط الانتشار أما المرحلة الثانية فهي مرحلة انتشار الجزئيات الغروية وذوبانها. وتختلف أنواع الغرويات باختلاف عاملين أساسين هما وسط الانتشار والطور المنتشر.
خصائص المحاليل الغروية
خاصية الحركة البروانية Brawnian Movement :، تظهر هذه الخاصية من خلال حركة متعرجة غير منتظمة لجزئيات دقيقة من المادة عند تعليقها في سائل. وقد لوحظت هذه الحركة في جميع أنواع معلقات الغرويات. سميت نسبة لعالم النباتات روبرت براون، الذي لاحظ عام 1827 ميلادي حركة بكتيريا النباتات العائمة في الماء. ويعود تأثير هذه الخاصية ، كونه مستقلا عن جميع العوامل الخارجية، إلى الحركة الحرارية لجزيئات السائل. والتي تكون في حركة ير منتظمة ثابتة مع سرعة تتناسب مع الجذر التربيعي لدرجة الحرارة.
ومن أسباب حدوث الحركة البروانية في المحاليل الغروية التنافر الذي يحدث بين الجزئيات الغروية بسبب تماثل شحناتها، إضافة إلى التصادم الناشئ بين جزيئات المادة الغروية و جزيئات السائل. حيث تتناسب درجة لزوجة السائل عكسيا مع الحركة البراونية. تم إجراء أول دراسة نظرية مرضية للحركة البراونية بواسطة ألبرت أينشتاين في عام 1905. وقام بعدها جان يرين بإجراء دراسة تجريبية كمية تناولت اعتماد الحركة البراونية على درجة الحرارة وحجم الجسيمات معا، والتي بنيت على الصيغة الرياضية التي قدمها أينشتاين.
خاصية تأثير تيندال Tyndal Effect
يمثل تأثير تيندال أهم الخصائص المميزة للغرويات عن المحاليل الفعلية، ويظهر هذا التأثير في قدرة الأشعة الضوئية على اختراق المواد الغروية، ويرجع ذلك إلى أن الغرويات تعمل على بعثرة وتشتيت الضوء المار من خلال جزيئاتها ، عكس المحاليل التي لا يمكن مشاهدة عبور الضوء من خلالها لأن درجة تشتيتها للضوء ضعيفة جدا مقارنة بالمواد الغروية.
خاصية الانتشار والتصفية
تعد سرعة انتشار جزئيات الغرويات بطيئة مقارنة بسرعة انتشار المحاليل ، مما يجعلها غير قادرة على المرور عبر الأغشية شبه المنفذة. وعلى الرغم من ان المواد الغروية المحضرة تحتوي على نسبة كبيرة من الإلكتورليت الذي يعمل على ظهور ترسب غروي، استخدم جراهام جهاز المصفى لفصل الإلكتروليت عن المادة الغروية. والمصفى عبارة عن وعاء زجاجي يثبت على فوهته السفلية الواسعة غشاء والذي يسمح بنفاذ الإلكتروليت دون المادة الغروية ويعلق بوعاء أخر يحتوي على ماء نقي، يتسرب إليه الإلكتروليت ،مما يعادل التركيز داخل الوعاء وخارجة. ومع تكرار العملية عدة مرات تتخلص الغرويات من أي ايونات موجودة فيها.
ومع ذلك ، هناك عالم شاسع ولكنه مخفي إلى حد كبير بين: جزيئات صغيرة جدًا لا يمكن الكشف عنها بواسطة مجهر ضوئي، وجزيئات كبيرة جدًا التي تبدأ في تكوين مرحلة خاصة بها عندما يتم تعليقها في سائل. هذا هو عالم الغرويات الذي سنستعرضه في السطور المقبلة إلى جانب تركيب المحاليل الغروية واهم خصائصها.
تعريف الغرويات
الغرويات عبارة عن مزيج يتكون من مادتين أو أكثر ممزوجة مع بعض البعض ، ورغم أنه لا يمكن دمجها كيميائيا إلا أن فصلها ممكن. هذا المزيج يمثل نوع خاص من الخليط الذي تنتشر فيه جزئيات صغيرة من مادة معينة عبر مادة أخرى. يقدر حجمها بـ 0,1 ، 0,001 ميكرون. وتنقسم إلى نوعين: النوع الأول منها عبارة عن جزيئات بروتينية محتشدة ومنتشرة في وسط مائي، أما النوع الثاني فيتركب من محلول مستحلب مكون من جزيئات دهنية صغيرة الحجم تنتشر بدورها في الماء.
وتحتل الغرويات مكانًا وسيطًا بين الجسيمات والمحاليل، سواء من حيث خصائصها أو من حيث حجم الجسيمات. وهي في نفس الوقت تحمل خصائص الجسيمات والمحاليل معا، مما يجعل المادة الغروية قابلة للتكيف بدرجة كبيرة مع استخدامات ووظائف معينة. وتمثل الغرويات عنصر أساسي في علم الأحياء وعلوم الأغذية و يشكل جزء كبيرًا في العديد من المنتجات الاستهلاكية.
من الأمثلة الموضحة لطبيعة الغرويات: المايونيز، وهي مزيج من الزيت والماء، يستقر بواسطة البروتينات في صفار البيض. هذا النوع الخاص من الغرويات يعرف باسم المستحلب، كما أن الحليب والقشدة من المستحلبات أيضا. وكمثال أخر شائع جدا الدم.
تركيب المحاليل الغروية
إن للخلايا الحية خاصتين مهمتين، خاصية الجزيئات الموجودة في البروتوبلازم و خاصية الطبيعة الفيزيائية للبروتوبلازم. حيث يحتوي هذا الأخير على كميات كبيرة من الأسطح الفعالة التي تتم عليها أغلب التفاعلات الكيميائية الناتجة في الخلايا. ويكون البروتولازم نظاما غرويا، كما أن محاليل التربة الممتصة من النباتات المختلفة ذات طبيعة غروية تشكل أسطح فعالة يتم من خلالها تبادل الأيونات وامتصاصها عبر الجذور.
ويتكون النظام الغروي من مرحلتين. تتمثل المرحلة الأولى منه في انتشار المادة المذابة في وسط الانتشار أما المرحلة الثانية فهي مرحلة انتشار الجزئيات الغروية وذوبانها. وتختلف أنواع الغرويات باختلاف عاملين أساسين هما وسط الانتشار والطور المنتشر.
خصائص المحاليل الغروية
خاصية الحركة البروانية Brawnian Movement :، تظهر هذه الخاصية من خلال حركة متعرجة غير منتظمة لجزئيات دقيقة من المادة عند تعليقها في سائل. وقد لوحظت هذه الحركة في جميع أنواع معلقات الغرويات. سميت نسبة لعالم النباتات روبرت براون، الذي لاحظ عام 1827 ميلادي حركة بكتيريا النباتات العائمة في الماء. ويعود تأثير هذه الخاصية ، كونه مستقلا عن جميع العوامل الخارجية، إلى الحركة الحرارية لجزيئات السائل. والتي تكون في حركة ير منتظمة ثابتة مع سرعة تتناسب مع الجذر التربيعي لدرجة الحرارة.
ومن أسباب حدوث الحركة البروانية في المحاليل الغروية التنافر الذي يحدث بين الجزئيات الغروية بسبب تماثل شحناتها، إضافة إلى التصادم الناشئ بين جزيئات المادة الغروية و جزيئات السائل. حيث تتناسب درجة لزوجة السائل عكسيا مع الحركة البراونية. تم إجراء أول دراسة نظرية مرضية للحركة البراونية بواسطة ألبرت أينشتاين في عام 1905. وقام بعدها جان يرين بإجراء دراسة تجريبية كمية تناولت اعتماد الحركة البراونية على درجة الحرارة وحجم الجسيمات معا، والتي بنيت على الصيغة الرياضية التي قدمها أينشتاين.
خاصية تأثير تيندال Tyndal Effect
يمثل تأثير تيندال أهم الخصائص المميزة للغرويات عن المحاليل الفعلية، ويظهر هذا التأثير في قدرة الأشعة الضوئية على اختراق المواد الغروية، ويرجع ذلك إلى أن الغرويات تعمل على بعثرة وتشتيت الضوء المار من خلال جزيئاتها ، عكس المحاليل التي لا يمكن مشاهدة عبور الضوء من خلالها لأن درجة تشتيتها للضوء ضعيفة جدا مقارنة بالمواد الغروية.
خاصية الانتشار والتصفية
تعد سرعة انتشار جزئيات الغرويات بطيئة مقارنة بسرعة انتشار المحاليل ، مما يجعلها غير قادرة على المرور عبر الأغشية شبه المنفذة. وعلى الرغم من ان المواد الغروية المحضرة تحتوي على نسبة كبيرة من الإلكتورليت الذي يعمل على ظهور ترسب غروي، استخدم جراهام جهاز المصفى لفصل الإلكتروليت عن المادة الغروية. والمصفى عبارة عن وعاء زجاجي يثبت على فوهته السفلية الواسعة غشاء والذي يسمح بنفاذ الإلكتروليت دون المادة الغروية ويعلق بوعاء أخر يحتوي على ماء نقي، يتسرب إليه الإلكتروليت ،مما يعادل التركيز داخل الوعاء وخارجة. ومع تكرار العملية عدة مرات تتخلص الغرويات من أي ايونات موجودة فيها.
