Suspensioon (keemias): määratlus, omadused ja näited

Keemias on suspensioon kahe või enama komponendi segu, kus väga väikesed tahke aine osakesed on dispersioonifaasis ja paiknevad vedelikus, kuid ei lahustu selles. Kui tahked osakesed jäetakse paigale, kipuvad need vedelikust eralduma: väiksemad võivad püsida kauem hõljumas, suuremad aga kas langevad põhja (sedimenteerumine) või tõusevad pinnale (kreemine, kui osakesed on kergemad vedelikust). Näited igapäevaelust on liiv vees ja jahu vees — mõlemad on tüüpilised suspensioonid, mille osakesed on vedikus nähtavad ja mis aja jooksul eralduvad.

Osakeste suurus ja käitumine

Suspensioonide osakeste suurus on tavaliselt palju suurem kui lahuses olevate ioonide või molekulide oma — sageli üle umbes 1 mikromeetri (µm), kuid võib ulatuda kuni mitme millimeetrini. Suuremate osakeste puhul domineerib gravitatsiooniline liikumine; väga väikeste osakeste puhul mõjutavad liikumist tugevalt vedeliku viskoossus ja Brown'i liikumine. Sedimentatsiooni kiirust kirjeldab tihti Stoksi seadus, mis seob osakese langemiskiiruse tema raadiuse, tiheduse erinevuse ja vedeliku viskoossusega.

Stabiilsus ja eraldumisprotsessid

Suspensioonide stabiilsus sõltub osakeste suurusest, tihedusest, pinnavoolust ning osakeste vahelisest elektrilisest ja kolloidsetest vastastikmõjudest. Peamised eraldumisprotsessid on:

• Sedimenteerumine — osakesed vajuvad põhjale, kui need on tihedamad kui vedelik.
• Kreemine — kergemad osakesed tõusevad pinnale (näiteks rasvaõlised osakesed vees).
• Flokuleerumine ja koagulatsioon — osakesed seonduvad üksteisega suuremateks agregaatideks, mis seejärel kiiremini settivad.
• Diffusioon ja Brown'i liikumine — väga väikestel osakestel võivad need mõjud hoida osakesi pikemat aega hõljumas.

Eraldamismeetodid

Suspensiooni komponente saab eraldada mitme tehnika abil, sõltuvalt osakeste suurusest ja suspensiooni omadustest:

• Filtreerimine — tahked osakesed jäävad filtri juurde;
• Setitamine ja dekanteerimine — lastakse osakestel põhja vajuda ja kallatakse ülemine vedelik ära;
• Tsentriifugatsioon — suurendab efektiivselt sedimentatsiooni raskuskiirust, sobib peenemate osakeste eraldamiseks;
• Kemosülfiidid ja flokuleerijad veetöötluses — kiirendavad koagulatsiooni ja settimist;
• Adsorptsioon ja väljasadenemine — mõnel puhul kasutatakse spetsiifilisi aineid osakeste eemaldamiseks.

Erinevus emulsioonide ja aerosolidega

Kui üks vedelik on teise vedeliku sees peenes faasis, nimetatakse seda emulsiooniks — tavaline näide on piim, kus väiksed rasvatilgad on ühtlaselt jaotunud vees. Kui vedelik on suspendeeritud gaasis, tekib aerosool — näiteks udu või pihustitest pärinev udu. Need terminid aitavad eristada eri tüüpi dispeerseid süsteeme olenevalt faaside olekust.

Rakendused ja tähtsus

Suspensioonidel on palju praktilisi rakendusi: värvid ja lakid on suspensioonid, ravimite mõned suukaudsed preparaadid (nt suspensioonid lastes) võimaldavad toimeainet jaotada vedelikus, toiduainetööstuses kasutatakse suspensioone (nt kastmed, jahu- ja taignasegud) ning veetöötluses ja kaevanduses kasutatakse setitust ja flokuleerimist tahkete ainete eemaldamiseks. Tööstuslikud protsessid põhinevad tihti suspensioonide kontrollitud stabiliseerimisel või destabiliseerimisel.

Praktilised soovitused

Kui soovid koduste eksperimentide või tööstusprotsesside käigus suspensiooni stabiliseerida või vastupidi — eraldada tahkeid osakesi — tuleks arvestada osakeste suuruse, vedeliku viskoossuse, temperatuuriga ja võimalike stabilisaatorite (nt surfaktandid) kasutamisega. Flokuleerija või tsentrifuge võivad oluliselt kiirendada tahkete osakeste eraldumist.

Otsing