1Примеси коллоидных 0 1систем 0.................................. 1
1Диализ 0..................................................... 1
1Электродиализ 0.............................................. 2
1Ультрафильтрация 0........................................... 3
1Компенсационный диализ и вивидиализ 0, 1значение методов
1очистки 0 1коллоидных систем в медицине 0....................... 4
2Примеси коллоидных систем.
При получении коллоидных растворов с помощью различных мето-
дов, особенно с помощью химических реакций, является невозможным
использовать эквимолярные соотношения реагентов. По этой причине в
образовавшихся золях может присутствовать избыточное количество
электролитов, что в значительной степени снижает устойчивость кол-
лоидных растворов. Приготовленный каким-либо способом коллоидный
раствор может содержать, помимо электролитов, и другие вещества,
например стабилизаторы, ВМВ и др.
Все эти примеси могут содержаться в коллоидном растворе также
в следствие загрязненности исходных продуктов или по другим причи-
1. Вследствие взаимодействия металлов с водой и гидролиза об-
разующихся солей при использовании диспергационного метода получе-
ния золей - электрораспыления.
2. Внесение электролита при использовании пептизации осадков
электролитами.
3. Частичное растворение (диссоциация) осадка при использова-
нии пептизации промыванием.
4. Внесение электролитов при использовании химической пепти-
5. Внесение ПАВ при пептизации ими.
6. Образование побочных продуктов при получении коллоидных
систем с помощью химических реакций.
Как можно заметить, все виды нежелательных примесей представ-
лены в основном низкомолекулярными веществами, а поэтому очистка
коллоидных систем преследует своей целью освобождение коллоидных
систем от низкомолекулярных примесей.
Диализ является простейшим методом очистки коллоидных систем.
Очистка коллоидных методом диализа заключается в том, что с по-
мощью полупроницаемой перегородки (мембраны) коллоидные мицеллы
могут быть отделены от примесей растворенных в дисперсионной среде
низкомолекулярных веществ. При диализе молекулы растворенного низ-
комолекулярного вещества проходят через мембрану, а коллоидные
частицы, неспособные диализировать (проникать через мембрану), ос-
таются за ней в виде очищенного коллоидного раствора. Явление диа-
лиза для коллоидных систем возможно благодаря тому, что размер ми-
целл гораздо больше размера молекул низкомолекулярных веществ.
Простейшим прибором для диализа - диализатором - является
мешочек из полупроницаемого материала (коллодия), в который поме-
щается диализируемая жидкость. Мешочек опускается в сосуд с раст-
ворителем (водой). Периодически или постоянно меняя растворитель в
диализаторе можно практически полностью удалить из коллоидного
раствора примеси электролитов и низкомолекулярных неэлектролитов.
Недостатком метода является большая длительность процесса очистки
(недели, месяцы). Отчасти также недостатком диализа является факт,
что длительный диализ обусловливает не только удаление из раствора
примесей, но и стабилизатора, что может повлечь за собой коагуля-
цию коллоидного раствора.
В настоящее время существует много усовершенствованных конс-
трукций диализаторов, ускоряющих процесс диализа. Интенсификация
процесса достигается увеличением поверхности, через которую идет
диализ, непрерывной заменой растворителя и нагреванием, ускоряющем
Процесс диализа обусловлен процессами осмоса и диффузии, что
объясняет методы интенсификации процесса диализа.
2Электродиализ.
Электродиализ - процесс диализа, ускоряемый действием элект-
рического тока. Электродиализ применяют для очистки коллоидных
растворов, загрязненных электролитами. В случае необходимости
очистки коллоидных растворов от низкомолекулярных неэлектролитов,
процесс электродиализа малоэффективен. В принципе, процесс элект-
родиализа мало отличается от обычного диализа. Существенное отли-
чие заключается в том, что с помощью внешнего электрического поля
удается более быстро и полно отделить катионы и анионы электроли-
тов от коллоидного раствора.
Простейший электродиализатор представляет собой сосуд, разде-
ленный на 3 камеры. В среднюю камеру, снабженную мешалкой, налива-
ют подлежащий очистке коллоидный раствор. В боковые камеры помеще-
ны электроды, подключенные к источнику постоянного тока и трубки
для подвода и отвода растворителя (воды). Под действием электри-
ческого поля происходит перенос катионов из средней камеры в ка-
тодную камеру, а анионов - в анодную.
Преимуществом электродиализа перед обычным диализом является
малое количество времени, необходимое для очистки (минуты, часы).
Следует отметить, что электродиализ особенно эффективен толь-
ко после предварительной очистки с помощью обычного диализа, когда
скорость диффузии из-за падения градиента концентрации электроли-
тов между золем и водой мала и можно применять электрическое поле
большого напряжения, не боясь сильного разогревания золя.
2Ультрафильтрация 0.
Ультрафильтрация - фильтрование коллоидных растворов через
полупроницаемую мембрану, пропускающую дисперсионную среду с низ-
комолекулярными примесями и задерживающую частицы дисперсной фазы
или макромолекулы. Для ускорения процесса ультрафильтрации ее про-
водят при перепаде давления по обе стороны мембраны: под вакуумом
или повышенным давлением. То есть, ультрафильтрация есть ничто
иное, как диализ, проводимый под давлением.
Ультрафильрация позволяет скорее отделить от коллоидного
раствора электролиты и другие примеси (низкомолекулярные неэлект-
ролиты), чем это происходит при диализе.
При ультрафильтрации достигают высокой степени очистки золя,
периодически разбавляя последний водой. При разбавлении водой золь
и стабилизаторов.
На конечной стадии путем отсасывания дисперсионной среды мож-
но сконцентрировать коллоидный раствор. При этом важно, что повы-
шается концентрация только дисперсной фазы, состав же дисперсион-
ной среды остается практически постоянным.
Ультрафильтрация может применяться в сочетании с электродиа-
лизом (электроультрафильтрация), благодаря чему значительно уско-
ряется удаление электролитов из коллоидного раствора.
Применение мембран с определенным размером пор позволяет раз-
делить коллоидные частицы на фракции по размерам и ориентировочно
определить эти размеры.
Предложено много приборов для проведения ультрафильтрации.
Так как ультрафильтрация всегда проходит под давлением, то во всех
приборах для ультрафильтрации мембрана либо накладывается на плас-
тинку с мелкими отверствиями, служащую для нее опорой, либо непос-
редственно получается на стенках неглазурованного фарфорового со-
суда. Например, ультрафильтры Бехгольда получают путем нанесения
на стенки пористого фарфорового сосуда разбавленного коллодия и
последующего его высушивания.
Все это говорит о том, что ультрафильтрация является не толь-
ко методом очистки коллоидных систем, но и может быть использована
для дисперсионного анализа и препаративного разделения дисперсных
2Компенсационный диализ и вивидиализ, значение методов
2очистки коллоидных систем в медицине 0.
Компенсационный диализ и вивидиализ - методы, разработанные
для исследования биологических жидкостей, представляющих собой
коллоидные системы.
Принцип метода компенсационного диализа состоит в том, что в
диализаторе вместо чистого растворителя используют растворы опре-
деляемых низкомолекулярных веществ различной концентрации. Напри-
мер, для определения свободного, не связанного с белками, сахара
крови проводят ее диализ против изотонического солевого раствора,
концентрация сахара равна концентрации свободного сахара в сыво-
ротке крови, в ходе диализа концентрация сахара не изменяется.
Этот метод позволил выявить присутствие в крови глюкозы и мочевины
в свободном состоянии.
К этому методу близок метод вивидиализа для прижизненного оп-
ределения в крови низкомолекулярных веществ. Для проведения анали-
за в концы перерезанного кровеносного сосуда вставляют стеклянные
канюли, разветвленные части которых соединены между собой трубками
из полупроницаемого материала, и всю систему помещают в сосуд, за-
полненный физиологическим раствором соли или водой. Таким методом
было обнаружено, что в крови помимо глюкозы находятся свободные
аминокислоты.
Принцип компенсационного вивидиализа был использован при соз-
дании аппарата, названного "искусственной почкой". С помощью него
можно очищать кровь больного от различных низкомолекулярных ве-
ществ - продуктов обмена, замещая временно функцию больной почки
при таких показаниях, как острая почечная недостаточность в ре-
зультате отравлений, при тяжелых ожогах и т.п.
2Библиография.
1. Ребиндер П.А. О термодинамически равновесных двухфазных
дисперсионных системах. Коллоидн. ж., 1970, т.32, стр. 480.
2. К.И. Евстратова и авт. Физическая и коллоидная химия - М:
Высш. шк., 1990, стр. 420.
2Оглавление. 1Примеси коллоидных 0 1систем 0.................................. 1 1Диализ 0..................................................... 1 1Электродиализ 0................– Коллоидные растворы. Методы получения – Агрегативная устойчивость и коагуляция золей – Электрокинетические явления – Седиментация золей – Очистка коллоидов. Оптические свойства золей
4.2.6 Очистка коллоидных систем
Некоторые молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем используют для очистки золей от электролитов и молекулярных примесей, которыми полученные золи часто бывают загрязнены. Наиболее распространенными методами очистки коллоидных систем являются диализ , электродиализ и ультрафильтрация , основанные на свойстве некоторых материалов – т.н. полупроницаемых мембран (коллодия, пергамента, целлофана и т.п.) – пропускать ионы и молекулы небольших размеров и задерживать коллоидные частицы. Все полупроницаемые мембраны представляют собой пористые тела, и непроницаемость их для коллоидных частиц обусловлена тем, что коэффициент диффузии для коллоидных частиц значительно (на несколько порядков) меньше, чем для ионов и молекул, имеющих намного меньшие массу и размеры.
Прибор
для очистки золей методом диализа
называется диализатором; простейший
диализатор представляет собой сосуд,
нижнее отверстие которого затянуто
полупроницаемой мембраной (рис. 4.17). Золь
наливают в сосуд и помещают последний в
ёмкость с дистиллированной водой (обычно
проточной); ионы и молекулы примесей
диффундируют через мембрану в
растворитель.
Диализ является очень медленным процессом; для более быстрой и полной очистки золей применяют электродиализ. Электродиализатор состоит из трех частей; в среднюю часть, отделенную от двух других полупроницаемыми мембранами, за которыми помещены электроды, наливается золь (рис. 4.18). При подключении к электродам разности потенциалов катионы содержащихся в золе электролитов диффундируют через мембрану к катоду, анионы – к аноду. Преимущество электродиализа заключается в возможности удаления даже следов электролитов (необходимо помнить, что степень очистки ограничивается устойчивостью коллоидных частиц; удаление из золя ионов-стабилизаторов приведет к коагуляции ).
Еще одним методом очистки золей является ультрафильтрация – отделение дисперсной фазы от дисперсионной среды путем фильтрования под давлением через полупроницаемые мембраны. При ультрафильтрации коллоидные частицы остаются на фильтре (мембране).
4.2.7 Оптические свойства коллоидных систем
Особые оптические свойства коллоидных растворов обусловлены их главными особенностями: дисперсностью и гетерогенностью . На оптические свойства дисперсных систем в значительной степени влияют размер и форма частиц. Прохождение света через коллоидный раствор сопровождается такими явлениями, как поглощение, отражение, преломление и рассеяние света. Преобладание какого-либо из этих явлений определяется соотношением между размером частиц дисперсной фазы и длиной волны падающего света. В грубодисперсных системах в основном наблюдается отражение света от поверхности частиц. В коллоидных растворах размеры частиц сравнимы с длиной волны видимого света, что предопределяет рассеяние света за счёт дифракции световых волн.
Светорассеяние в коллоидных растворах проявляется в виде опалесценции – матового свечения (обычно голубоватых оттенков), которое хорошо заметно на тёмном фоне при боковом освещении золя. Причиной опалесценции является рассеяние света на коллоидных частицах за счёт дифракции. С опалесценцией связано характерное для коллоидных систем явление – эффект Тиндаля : при пропускании пучка света через коллоидный раствор с направлений, перпендикулярных лучу, наблюдается образование в растворе светящегося конуса.
Процесс дифракционного светорассеяния на частицах, размер которых значительно меньше длины волны описывается уравнением Рэлея , связывающим интенсивность рассеянного единицей объёма света I с числом частиц в единице объёма ν , объёмом частицы V, длиной волны λ и амплитудой А падающего излучения и показателями преломления дисперсной фазы и дисперсионной среды n 1 и n 2 соответственно:
(IV.24)
Из уравнения (IV.18) видно, что, чем меньше длина волны падающего излучения, тем больше будет рассеяние. Следовательно, если на частицу падает белый свет, наибольшее рассеивание рассеяние будут испытывать синие и фиолетовые компоненты. Поэтому в проходящем свете коллоидный раствор будет окрашен в красноватый цвет, а в боковом, отраженном – в голубой.
На сравнении интенсивности светорассеяния золей, один из которых имеет известную концентрацию (степень дисперсности), основан метод определения концентрации либо степени дисперсности золя, называемый нефелометрией. На использовании эффекта Тиндаля основывается ультрамикроскоп – прибор, позволяющий наблюдать коллоидные частицы размером более 3 нанометров в рассеянном свете (в обычном микроскопе можно наблюдать частицы с радиусом не менее 200 нм из-за ограничений, связанных с разрешающей способностью оптики).
Copyright
© С. И. Левченков,
1996 - 2005.
Конденсационные: химические методы – любые химические реакции, в которых можно получить труднорастворимые соединения (золи) – реакции гидролиза, обмена, восстановления; физические методы: -замена растворителя – раствор вещества прибавляют по-немногу к жидкости, которая хорошо смешивается с растворителем, но не смешивается с растворенным веществом, которое и выделяется в виде высокодисперсной фазы, -конденсация паров – стойкие золи образуются в результате пропускания паров металла в жидкость через вольтову дугу – метод Бредига.
Методы диспергирования
: механические – осуществляется под действием внешней механической работы. Для повышения эффективности проводят в жидкой среде. Жидкости (растворы ПАВ, электролитов), смачивающие твердое тело, адсорбируются на нем и снижают прочность при механической обработке – эффект Ребиндера.
Физические (электрические, ультразвуковые) методы – при прохождении тока или ультразвуковых колебаний в жидкости происходит быстро сменяющиеся сжатия и растяжения, которые создают разрывающие усилия и разрушают частицы.
Физико-химическое диспергирование – процесс дезагрегации частиц. Свежий осадок (рыхлый) переводят в золь путем обработки пептизаторами: растворами электролита, ПАВ или растворителем. Способы пептизации: адсорбирующая пептизация, диссолюционная (химическая) пептизация, промывание осадка растворителем.
Свойства коллоидных систем:
1) Молекулярно-кинетические свойства: броуновское движение, диффузия, осмотическое давление
2) Оптические свойства дисперсных систем: дисперсность, гетерогенность; поглощение, отражение, рассеяние
3) Электрические свойства дисперсных систем: прямые – электроосмос, электрофорез, обратные – потенциал протекания, потенциал седиментации
Коагуляция коллоидных растворов. Факторы, снижающие устойчивость коллоидов. Правило Щульца-Гарди. Порог коагуляции. Коагулирующая способность.
Коагуляция - процесс слипания частиц, образования более крупных агрегатов, в результате чего система теряет седиментационную устойчивость, происходит разделение фаз и дисперсная система разрушается.
Практически коагуляцию можно вызвать различными воздействиями: добавлением небольших количеств электролита, концентрированием коллоидного раствора, изменением температуры, действием ультразвука, электромагнитного поля и др. Коагуляцию коллоидного раствора может вызвать любой электролит. Однако для каждого электролита необходима своя минимальная концентрация, называемая порогом коагуляции (С пк) .
Порогом коагуляции называется минимальное количество электролита, которое надо добавить к коллоидному раствору, чтобы вызвать явную коагуляцию (заметную на глаз)- помутнение раствора или изменение окраски.
, (ммоль/л) (1)
где С эл – исходная концентрация раствора электролита, моль/л; V эл – объем раствора электролита, добавленного к коллоидному раствору, мл; V кр – объем коллоидного раствора, мл.
Величина, обратная порогу коагуляции, называется коагулирующим действием (γ):
γ = 1/C пк (2)
Коагулирующее действие электролитов на коллоидные растворы с ионным стабилизатором подчиняется правилу Шульце-Гарди:
Коагуляцию коллоидных растворов вызывают любые ионы, которые имеют знак заряда, противоположный заряду гранул. Коагулирующее действие ионов тем сильнее, чем выше заряд иона-коагулянта.
Коагулирующее действие иона-коагулянта прямо пропорционально его заряду в шестой степени: γ = f(z 6).
Явление коагуляции лежит в основе многих патологических процессов в организме. Например, коагуляция коллоидных растворов фосфата кальция и холестерина в крови приводит к образованию осадков и отложению их на внутренней поверхности кровеносных сосудов (склеротические изменения сосудов).
Свойства растворов ВМС. Биологическая роль онкотического давления.
Нарушение устойчивости растворов ВМС. Высаливание. Денатурация.
Коллоидная защита.
Коллоидная защита - предохранение коллоидных растворов от коагуляции и, следовательно, повышение их устойчивости добавлением небольших количеств высокомолекулярных веществ (белков, крахмала, агар-агара и др.), так называемых защитных веществ. Коллоидная защиту используют при изготовлении устойчивых коллоидных препаратов серебра (колларгол), ртути, серы и других, применяемых в медицине.
Для удаления низкомолекулярных примесей (в частности, дестабилизирующих электролитов) золи после получения часто подвергают очистке. Методами очистки золей являются диализ и ультрафильтрация.
Диализ основан на разнице в скорости диффузии небольших молекул или ионов и частиц коллоидных размеров через полупроницаемую перегородку – мембрану. Для этих целей применяют мембраны, изготовленные из животных и растительных перепонок, задубленного желатина, мембраны из коллодия, ацетата целлюлозы и целлофана, пергаментной бумаги, керамических пористых материалов и др.
Небольшие молекулы и ионы из золя проникают через мембрану и диффундируют в воду, контактирующую с мембраной, а молекулы воды при этом проникают через мембрану в обратном направлении. В результате после очистки коллоидная система оказывается разбавленной. Очистка коллоидных растворов таким способом требует значительного времени (дни, недели и даже месяцы). Для ускорения диализа можно применять разные приемы, например, увеличивать площадь мембраны, уменьшать слой очищаемой жидкости или часто менять внешнюю жидкость (воду), повышать температуру, прикладывать электрическое поле (электродиализ). В частности, электродиализ позволяет закончить процесс диализа в течение нескольких часов. В производственных условиях диализом очищают от солей белки (желатин, агар-агар, гуммиарабик), красители, силикагель, дубильные вещества и др.
В процессе ультрафильтрации мембраной задерживаются частицы дисперсной фазы или макромолекулы, а дисперсионная среда с нежелательными низкомолекулярными примесями проходит через мембрану. Ультрафильтрация относится к баромембранным процессам, в отличие от диализа ее проводят под давлением. При ультрафильтрации достигают высокой степени очистки золей при одновременном их концентрировании. Иногда говорят, что ультрафильтрация – это диализ, проводимый под давлением, хотя это и не совсем верно (особо любознательные из Вас могут подумать почему).
Применение мембран с определенным размером пор позволяет разделить коллоидные частицы на фракции по размерам и ориентировочно определить эти размеры. Так были найдены размеры некоторых вирусов. Все это говорит о том, что ультрафильтрация является не только методом очистки коллоидных систем, но и может быть использована как способ дисперсионного анализа и для препаративного разделения дисперсных систем.
Интересным примером сочетания диализа и ультрафильтрации является аппарат «искусственная почка», предназначенный для временной замены функции почек при острой почечной недостаточности. Он воспроизводит такие функции почек, как выделение отработанных продуктов из крови, регулирование кровяного давления и водно-электролитного баланса. В искусственной почке из плазмы (плазма – жидкая часть крови) удаляются мочевина, мочевая кислота, креатинин, ионы калия, токсины и другие вещества Аппарат оперативным путем подключается к системе кровообращения больного. Кровь под давлением, создаваемым пульсирующим насосом («искусственное сердце»), протекает в узком зазоре между двумя мембранами, омываемыми снаружи физиологическим раствором (физиологические растворы – это водные растворы, близкие по солевому составу, величине рН и другим свойствам к крови здорового человека, например, раствор, содержащий 0,9 % NaCl и 4,5 % глюкозы). Благодаря большой площади мембран (~15000 см2) из крови за 3-4 часа удаляются все вышеперечисленные «шлаки».
Размер пор мембран для ультрафильтрации составляет величину от 1 до 10 нм. Если использовать мембраны с более тонкими порами (менее 1 нм), то происходит задержка не только дисперсных частиц, но и относительно крупных молекул и даже ионов (размер ионов в водном растворе довольно значителен благодаря образованию гидратной оболочки). Правда для проведения такого процесса требуется рабочее давление большее, чем в случае ультрафильтрации. Этот баромембранный процесс называется гиперфильтрацией или обратным осмосом.
Интересно отметить, что метод гиперфильтрации наряду с методом перегонки применяется в быту и промышленности для очистки и деионизации воды.
В результате диализа и ультрафильтрации из золей за счет избирательного переноса частиц через мембрану удаляются электролиты. Различия между этими процессами заключаются в механизме и движущей силе переноса вещества. В случае диализа очистка осуществляется за счет диффузии ионов или молекул, которые преимущественно имеют размер, существенно меньший, чем размер коллоидных частиц, а в случае ультрафильтрации разделение ионов, молекул и коллоидных частиц происходит по принципу сита. Движущая сила ультрафильтрации – градиент давления, а не градиент концентрации, как в случае диализа. В процессе очистки диализом золь разбавляется, а при ультрафильтрации – концентрируется.
Заключение
Коллоидные дисперсные системы (дисперсии)
– микрогетерогенные образования, в которых одно мелкораздробленное вещество – дисперсная фаза – равномерно распределено (диспергировано) в другой фазе – дисперсионной среде. В коллоидных системах размер частиц дисперсной фазы составляет 10 –9 –10 –7 м, т.е. лежит в интервале от нанометров до долей микрометров. Эта область превосходит размер типичной малой молекулы, но меньше размера объекта, видимого в обычном оптическом микроскопе.
Вся природа - организмы животных и растений, гидросфера и атмосфера, земная кора и недра - представляет собой сложную совокупность множества разнообразных и разнотипных грубодисперсных и коллоидно-дисперсных систем. Дисперсное состояние вполне универсально и при соответствующих условиях в него может перейти любое тело. Этим определяется особое положение коллоидной химии – науки, занимающейся изучением коллоидных систем и их поверхностных явлений, развитие которой осуществляется в непосредственном контакте и взаимодействии со многими, часто не связанными между собой областями науки, промышленности, медицины и сельского хозяйства.
Важный вклад в изучение коллоидных систем организма человека внесли труды Л. Михаэлиса, Г.Шаде, В. Оствальда, П. Ребиндера, Ф.Гофмейстера, Э. Абдергальдена, Г.Фрейндлиха и др.
Коллоидная химия изучает все многообразие коллоидных систем, включающее следующие их типы:
1.Золи. 2. Гели.3. Эмульсии. 4. Пены. 5. Аэрозоли.
Основными свойствами коллоидного состояния веществ в биологических системах являются: 1.Броуновское движение частиц дисперсной фазы. 2. Неспособность к ультрафильтрации и прохождению их через полупроницаемые мембраны. 3. Низкие значения или отсутствие осмотического потенциала. 4.Способность к коагуляции. 5. Поверхностные свойства – способность к адсорбции различных веществ. 5. Переходы золь-гель и обратно.6. способность к набуханию.
Глобальная роль коллоидов заключается в том, что они являются основными компонентами таких биологических образований как живые организмы. Все вещества организма человека представляют собой коллоидные системы.
Коллоиды поступают в организм в виде пищевых веществ и в процессе пищеварения превращаются в специфические, характерные для данного организма коллоиды.
Коллоидно-химическая физиология человека
– это раздел науки, изучающий функционирование систем организма человека, образующих коллоидные соединения.Можно сказать, что весь организм человека – это сложная коллоидная система в ее связи с поверхностными явлениями.
Из коллоидов, богатых белками, состоят кожа, мышцы, ногти, волосы, кровеносные сосуды, легкие, весь желудочно-кишечный тракт и многое другое, без чего немыслима сама жизнь.
С точки зрения коллоидно-химической физиологии человека его организм представляет собой сложный комплекс коллоидных систем в их постоянном динамическом взаимодействии. Мельчайшей структурно-функциональной единицей организма является клетка. Уже сама клетка представляет собой сложный комплекс коллоидных образований, основными из которых являются клеточные мембраны, гиалоплазма, ядро, ЭПР и др. Основными функциями коллоидов мембран клетки являются: барьерная, метаболическая, разделительную, каркасную, защитную поддержания тургора в растительных клетках, транспортная, контактная (плазмодесмы, десмосомы), ферментативная и другие. Мембраны принимают участие в образовании клеточных органелл (ядра, митохондрий, лизосом, комплекса Гольджи и др.). Одной из важнейших функций мембран является их участие в лиганд-рецепторном взаимодействии (гликокаликс), обеспечивающем «узнавание» и распознавание чужеродной антигенной информации и обеспечение так называемых клеточных контактов.
Гиалоплазма клеток также представляет собой сложную коллоидно-дисперсную систему, в функции которой входит формирование цитоскелета клетки (коллоидно-белковая система, пронизывающая клетку). Цитоскелет обеспечивает движение клеток, цитоплазмы, органелл, транспорт веществ и формирует каркас клетки. Гиалоплазма и ее коллоиды объединяют клетку в единое целое.
Наиболее изученной является такая коллоидная система организма как кровь. Кровь – это совокупность дисперсных систем. В плазме крови дисперсной фазой являются белки и жиры, а дисперсной средой вода. В свою очередь, форменные элементы крови могут рассматриваться как дисперсная фаза по отношению к плазме, которая в этом случае выполняет роль дисперсной среды. Сами клетки крови – тромбоциты, эритроциты, лейкоциты представляют собой, как и любые другие клетки организма, сложные по составу дисперсные системы. Важнейшие функции крови – дыхательная, питательная, транспортная, выделительная, терморегуляционная, регуляторная (pH, гормоны и др.), защитная (системы свёртывания - противосвёртывания, антитела, цитокины).
Практически любая жидкость или ткань организма человека представляет собой коллоидно-дисперсную среду. Таковыми являются, например, лимфа, молоко содержимое желудочно-кишечного тракта, желчь, спинномозговая жидкость, моча.
Моча представляет собой гидрофильный золь, состоящий из мицелл уратов, фосфатов и оксалатов. Молоко грудных желез и лимфа это сочетание эмульсии с белковым золем. Соединительнотканные волокна это гели.
При патологических изменениях в организме в коллоидном состоянии находятся белки отечной жидкости (транссудаты) или белки в воспалительных экссудатах. Нарушение коллоидных свойств вышеуказанных сред организма приводят в крови к образованию тромбов, и как следствие развитие инсультов и инфарктов. В желчи и моче при этом образуются камни, в суставной ткани – выпадение солей мочевой кислоты (подагра).
Таким образом, коллоидные системы суть основа химического состояния всех веществ, из которых построены клетки, ткани и органы организма человека. Этим и обусловлено многообразие функций, которые обеспечивают в организме коллоидные системы. Многообразие их функций можно условно разделить на 3 группы, которые безусловно тесно связаны между собой.
1.Функции, связанные с физико-химическими свойствами коллоидов:
1.1 Обеспечение и регуляция проницаемости мембран
1.2 Регуляция онкотического и (в меньшей степени) осмотического давления.
1.3 Обеспечение и регуляция поверхностного натяжения сред организма.
1.4 Регуляция рН
1.5 Ферментативная функция.
1.6 Детоксикация организма.
2.Функции общебиологического значения:
2.1 Барьерная и разделительная.
2.2 Опорно-двигательная.
2.3 Транспортная
2.4 Питательная.
2.5 Биосинтетическая.
2.6 Дыхательная.
2.7 Выделительная.
2.8 Терморегуляционная.
2.9 Репродуктивная.
2.10 Обеспечение клеточных контактных взаимодействий и распознавание генетической информации.
2.11 Защитная (иммунологические реакции, антитела – иммуноглобулины).
3.Специфические функции:
3.1 Регуляторные белки (гормоны, медиаторы иммунитета – цитокины, и др.)
3.2 Обеспечение свертывания крови и фибринолиза
3.3 Регуляция сосудистого тонуса (калликреин-кининовый каскад, система белков ренин-ангиотензин и др.).
3.4 Обеспечение иммунологических реакций (каскад белков системы комплемента и др.).
3.5 Рецепторная.
Применение коллоидов находит все большее применение в медицинской практике.
От использования простых коллоидных золей для местной заживляющей терапии и применения солей алюминия и магния для понижения кислотности желудка до использования гидрокси алюминия в качестве стабилизатора и носителя лекарственных веществ и далее к использованию липосом и нанокапсул.
Диализ – самый важный из них. Сущность метода: два сосуда разделённых полупроницаемой мембраной (коллодий, целлофан, пергамент, полисилоксан, полихлорвинил, полиэтилен). В одном сосуде - очищаемый коллоидный раствор, в другом – чистый растворитель. За счет диффузии все ионы из коллоидного раствора, способные пройти через отверстия мембраны, будут переходить в растворитель, а более крупные коллоидные частицы останутся в растворе. Достоинство метода: простота и дешевизна. Недостаток: время диализа - несколько суток. Скорость можно увеличить за счёт температуры, но очень незначительно.
Но скорость можно увеличить за счёт направленного движения ионов в электрическом поле. Диализатор оборудован дополнительной камерой с электродами (постоянное напряжение). Время диализа составит несколько часов или даже минут. Этот метод широко применяется в биохимии, фармации, медицине, при очистке воды и производстве продуктов питания.
Часто используют и еще одну разновидность диализа – компенсационный.Сущность метода компенсационного диализа (вивидиализ)состоит в том, что дисперсная система омывается не чистым растворителем, а растворами с различной концентрацией определенного вещества (или веществ). Например: определение сахара в сыворотке крови. Сыворотку крови омывают изотоническим раствором сахара. Концентрация сахара во внешнем растворе не будет изменяться, если она равна концентрации сахара в крови. На вивидиализе основана работа искусственной почки (гемодиализ). Искусственную почку используют для освобождения крови от продуктов обмена, коррекции электролитно-водного и кислотно-щелочного балансов при острой и хронической почечной недостаточности, а также для выведения диализирующихся токсических веществ при отравлениях и избытка воды при отёках.
Одной из самых перспективных областей применения диализа является пролонгация действия лекарственных препаратов. Срок действия контролируемого выделения находится в интервале от 2-х дней до нескольких лет, обеспечивая равномерное поступление препарата. Обычный способ применения лекарств – инъекции или в виде таблеток – резко увеличивает их концентрацию в организме, что может вызвать нежелательные побочные эффекты. Так, лекарства, содержащие гормоны, при традиционном “импульсном” вводе могут вызвать эндокринные нарушения. Поэтому применяют лекарства, покрытые мембранным слоем. Через короткое время после приема скорость поступления лекарства в организм становится постоянной и может быть задана толщиной мембраны.
Ультрафильтрация - это баромембранный процесс, заключающийся в том, что жидкость не фильтруется самопроизвольно, а под давлением «продавливается» через полупроницаемую перегородку. Этот метод называют иногда сухим диализом, в том смысле, что с другой стороны мембраны нет растворителя. Размер отверстий (пор) ультрафильтрационных мембран лежит в пределах от 5 нм до 0,05–0,1 мкм. В качестве материала для изготовления ультрафильтрационных мембран в основном используются полимерные вещества – ацетат целлюлозы, полисульфон, полиамид, полиимид и т.д.. Большинство мембран состоят из тонкого селективного слоя толщиной несколько десятков мк и пористой подложки, которая обеспечивает механическую прочность. Большинство современных полимерных мембран устойчивы к воздействию микроорганизмов и химических соединений в широком диапазоне рH, обладают высокой селективностью и производительностью, допускают кратковременное воздействие сильных окислителей: свободного хлора, озона. Для производства ультрафильтрационных мембран также используют неорганические (керамические и металлокерамические) материалы на основе окислов Al 2 O 3 , TiO 2 , ZnO. Керамические мембраны характеризуются долговечностью, высокой физической, химической и бактериальной стойкостью, что позволяет им работать в самых жестких условиях. В промышленности ультрафильтрацией чистят сточные воды, отделяют продукты микробиологического синтеза, концентрируют биологически активные вещества. В последнее время ультрафильтрацию применяют для очистки крови от токсинов и выведения избытка жидкости из организма.
Ультрацентрифугирование
- метод разделения и исследования частиц размером менее 100 нм в поле центробежных сил, т.е. при быстром движении по окружности. Он позволяет разделять смеси частиц на фракции или индивидуальные компоненты, находить их молекулярную массу и др.
Осуществляется с помощью ультрацентрифуг. Различают так называемое аналитическое центрифугирование (применяется при анализе растворов), исследуемые объемы - от 0,01 до 2 мл при массе частиц от нескольких мкг до мг; и препаративное центрифугирование (используют для выделения компонентов из сложных смесей), объем жидкости и масса исследуемого образца м. б. на несколько порядков больше, чем при аналитическом ультрацентрифугировании. Центробежные ускорения в ультрацентрифугах достигают 500 000 g. Первая аналитическая ультрацентрифуга была создана Т. Сведбергом (1923; 5000g).
5. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем принципиально не отличаются от свойств истинных растворов. Для них тоже свойственны диффузия, осмос и т.д., но все эти явления имеют особенности. Диффузия – т.к. коллоидные частицы по размерам и массе значительно больше молекул и ионов, то скорость их теплового движения меньше, следовательно, скорость диффузии тоже во много раз меньше. На 1 см коллоидная частица продвигается за сутки, иногда - недели; в истинных растворах – за часы.
Осмотическое давление. Известно, что P=CRT. Но концентрация частиц в коллоидных растворах маленькая даже при высокой массовой доле растворенного вещества, поэтому осмотическое давление в коллоидных растворах низкое. (В 1%-ом растворе сахара – 79, 46 кПа, в 1%-ом растворе желатина – 1 кПа, а в коллоидном растворе сульфида мышьяка всего 0,0034 кПа.) Не удивительно, что такое осмотическое давление трудно обнаружить. К тому же оно не постоянно. На осмотическое давление биополимеров существенно влияет температура и рН раствора. Температура – т. к. усиливается диссоциация, следовательно, увеличивается число частиц в растворе. Влияние рН связано с изменением соотношения между положительно и отрицательно заряженными группами. В изоэлектрической точке осмотическое давление будет минимальным, при смещении рН в кислую или щелочную сторону от ИЭТ оно будет увеличиваться. Осмотическое давление крови вычисляют криоскопическим методом с помощью определения депрессии (точки замерзания раствора), которая для крови составляет 0,56-0,58°С наже нуля. Осмотическое давление крови равно приблизительно 7,6 атм. Осмотическое давление крови зависит в основном от растворенных в ней низкомолекулярных соединений, главным образом солей. Около 60% этого давления создается NaCl. Осмотическое давление в крови, лимфе, тканевой жидкости, тканях приблизительно одинаково и отличается постоянством. Даже в случаях, когда в кровь поступает значительное количество воды или соли, осмотическое давление не претерпевает существенных изменений. При избыточном поступлении в кровь вода быстро выводится почками и переходит в ткани и клетки, что восстанавливает исходную величину осмотического давления. Если же в крови повышается концентрация солей, то в сосудистое русло переходит вода из тканевой жидкости, а почки начинают усиленно выводить соли. Продукты переваривания белков, жиров и углеводов, всасывающиеся в кровь и лимфу, а также низкомолекулярные продукты клеточного метаболизма могут изменять осмотическое давление в небольших пределах. Поддержание постоянства осмотического давления играет чрезвычайно важную роль в жизнедеятельности клеток.
Часть осмотического давления крови, которая зависит от содержания крупномолекулярных соединений (белков) в растворе, называется онкотическим давлением . Хотя концентрация белков в плазме довольно велика, общее количество молекул из-за их большой молекулярной массы относительно мало. Поэтому онкотическое давление не превышает 30 мм рт.ст. Онкотическое давление в большей степени зависит от альбуминов (80% онкотического давления создают альбумины), что связано с их относительно малой молекулярной массой и большим количеством молекул в плазме. Онкотическое давление играет важную роль в регуляции водного обмена. Белки хорошо гидратируются и удерживают воду в кровяном русле. Чем больше величина онкотического давления, тем больше воды удерживается в сосудистом русле и тем меньше ее переходит в ткани и наоборот. Онкотическое давление влияет на образование тканевой жидкости, лимфы, мочи и всасывание воды в кишечнике. Поэтому кровезамещающие растворы должны содержать в своем составе биополимеры, способные удерживать воду. При снижении концентрации белка в плазме развиваются отеки, так как вода перестает удерживаться в сосудистом русле и переходит в ткани.
Седиментация – т.к. на частицы действует не только диффузия, но и гравитационное поле, под действием силы тяжести частицы с достаточной массой могут оседать (седиментировать). Скорость оседания частиц зависит от их массы (при прочих равных условиях). При анализе крови определяют суспензионную устойчивость крови (скорость оседания эритроцитов - СОЭ). Кровь представляет собой суспензию, или взвесь, так как форменные элементы ее находятся в плазме во взвешенном состоянии. Взвесь эритроцитов в плазме поддерживается гидрофильной природой их поверхности, а также тем, что эритроциты (как и другие форменные элементы) несут отрицательный заряд, благодаря чему отталкиваются друг от друга. Если отрицательный заряд форменных элементов уменьшается, что может быть обусловлено адсорбцией таких положительно заряженных белков, как фибриноген, γ-глобулины, парапротеины и др., то снижается электростатический «распор» между эритроцитами. При этом эритроциты, склеиваясь друг с другом, образуют так называемые монетные столбики. Такие «монетные столбики», застревая в капиллярах, препятствуют нормальному кровоснабжению тканей и органов. Если кровь поместить в пробирку, предварительно добавив в нее вещества, препятствующие свертыванию, то через некоторое время можно увидеть, что кровь разделилась на два слоя: верхний состоит из плазмы, а нижний представляет собой форменные элементы, главным образом эритроциты.
Особые свойства коллоидных систем. Для коллоидных систем характерным оптическим свойством является рассеивание света и этим они существенно отличаются от свойств истинных растворов.Явление рассеивания света (опалесценции) обнаружено Фарадеем (1857) и Тиндалем (1864). Они наблюдали образование светящегося конуса при пропускании луча света через коллоидный раствор при боковом освещении. Согласно теории светорассеяния Релея при прохождении световой волны через коллоидные системы электромагнитное поле вызывает поляризацию дисперсных частиц. Возникающие диполи являются источниками нового излучения.
Уравнение Релея :
Где: I o –интенсивность падающего света, V- объем частиц, K- отношение показателей преломления дисперсной фазы и дисперсной среды, - концентрация дисперсной фазы - длина волны.
Т.к. интенсивность обратно пропорциональна длине волны в четвертой степени, значит, при прохождении луча белого света преимущественно должны рассеиваться наиболее короткие волны (т.е. синие и фиолетовые). Поэтому для систем с неокрашенным веществом дисперсной фазы при боковом освещении характерна голубая опалесценция. Этим объясняется голубой цвет горящего газа, табачного дыма, неба, снятого молока. Наоборот, в проходящем свете мы наблюдаем красные оттенки, связанные с потерей синей части спектра. Именно потому красный цвет выбран как сигнал опасности – он не рассеивается и поэтому далеко виден. Коллоидные растворы также могут поглощать определенную часть спектра. Например, высокодисперсные золи золота поглощают зеленую часть спектра и окрашены в красный цвет. С увеличением размера частиц окраска раствора смещается в холодную область. С явлениями поглощения и рассеяния света связана окраска ряда минералов, драгоценных камней и самоцветов (аметист, сапфир, рубин).
Нефелометрия – метод анализа основаный на явлении светорассеяния. Приборы, предназначенные для определения концентрации и размера частиц (по уравнению Релея), называются нефелометры. Обычно в этих приборах сравнивают интенсивность света рассеянного стандартным и исследуемым раствором. Нефелометрами определяют мутность, т.е. концентрацию коллоидных частиц, в различных растворах при очистке воды или производстве соков и вина…
Ультрамикроскопия. В обычном микроскопе коллоидные частицы невидимы. Но если осветить коллоидные системы боковым светом на темном фоне, то можно увидеть светящиеся точки, т.к. каждая частица становиться источником рассеянного света. Прибор, позволяющий видеть коллоидные частицы на темном фоне при боковом освещении, называется ультрамикроскоп. Видны частицы размером до 3 нм. Такой микроскоп был сконструирован в 1903 г Зидентопфом и Зигмонди. Именно с его помощью подтвердили теорию броуновского движения и определили число Авогадро. Но надо понимать, что мы видим не сами частицы, а отсветы от них на экране. Поэтому можно определить концентрацию частиц, но нельзя определить их размеры или форму.
Электрокинетические явления в коллоидных системах – это группа свойств, которые отражают связь, существующую между движением частиц дисперсной системы относительно друг друга и электрическими свойствами границы раздела этих фаз. Различают четыре вида электрокинетических явлений: электроосмос, электрофорез, потенциал течения и потенциал оседания (седиментации).
Электроосмос – это перемещение жидкой фазы относительно неподвижной твердой фазы под действием электрического тока (1808 г, МГУ, Рейсе). При пропускании постоянного тока через U-образную трубку, заполненную кварцевым песком и водой, в колене с отрицательным электродом (катодом) вода поднималась выше, а в другом опускалась. Т.е. жидкая фаза двигалась под действием электрического тока.
Электрофорез – перемещение твердой фазы относительно неподвижной жидкой фазы под действием электрического тока. При пропускании постоянного тока (100В) через прибор, состоящий из двух наполненных водой стеклянных трубок, погруженных в мокрую глину, Рейсе обнаружил, что частицы глины, отрываются от поверхности глины и двигаются вверх (против силы тяжести!) к положительному полюсу (аноду). Т.е. твердая фаза двигалась под действием электрического поля.
Потенциал течения – явление обратное электроосмосу. Квинке в 1859г обнаружил, что при фильтрации воды через пористую мембрану возникает разность потенциалов между двумя ее сторонами. Квинке предположил, что поверхность твердого тела заряжается одним знаком, а прилегающий слой жидкости - другим. В дальнейшем эта идея привела к открытию удивительного явления на поверхности раздела фаз - двойного электрического слоя. Потенциал оседания – явление обратное электрофорезу. В высокий цилиндр с водой сыпали кварцевый песок. При оседании частиц кварца в воде регистрировалась разность потенциалов между электродами расположенными на разной высоте.
Открытый профессором Рейссом электрофорез, а также другие электрокинетические явления послужили основой для создания методов изучения двойного электрического слоя на поверхности коллоидных частиц изучения строения коллоидных частиц вообще. Согласно современным представлениям, на поверхности любого тела в результате протекания ОРВ, процессов диссоциации, избирательной ионной адсорбции и т.д. образуется двойной электрический слой (ДЭС) – два слоя противоположно заряженных ионов, расположенных в пространствев непосредственной близости друг от друга . ДЭС состоит из двух частей: внутренней - плотной и внешней - диффузной. Плотный слой составляют потенциалопределяющие ионы, прочно связанные с твердой поверхностью и часть противоионов, притянутая благодаря электростатическому притяжению и силам специфической адсорбции. Этот внутренняя часть ДЭС называется адсорбционным слоем. Сумма зарядов потенциалопределяющих ионов и протиоионов в адсорбционном слое не равна нулю, противоионов обычно меньше. Некоторое количество противоионов, недостающее для компенсации зарядов потенциалопределяющих ионов, располагается во внешнем, диффузном слое. Диффузный слой образован противоионами, которые притянулись к поверхности из раствора, благодаря электростатическому взаимодействию, но с поверхность связаны очень слабо.При движении раствора происходит разрыв между адсорбционным слоем (прочно закрепленным на поверхности) и диффузным слоем (ионами находящимися в слое раствора). У нас появляется направленное движение заряженных частиц – электрический ток. И наоборот,в электрическом поле гранулы (твердая фаза) двигаются в одну сторону, а противоионы диффузного слоя (жидкая фаза) – в другую, т.е. происходит движение фаз коллоидных систем.
Например: Если к раствору иодида калия (т.е. он в избытке) добавлять по каплям раствор нитрата серебра, то осадок иодида серебра не выпадает; в растворе мало ионов серебра, нужных для роста кристалла. И соединяться маленькие кристаллы тоже не будут, потому что на них есть одинаковый заряд. Т.е. начавшийся процесс кристаллизации не приводит к образованию осадка, если в растворе есть электролит-стабилизатор. Образуется коллоидный раствор иодида серебра с частицами, строение которых принято выражать особыми «мицелярными» формулами.:
{ m nI - (n-x)K + } x - xK + , где m – ядро, т.е. маленький кристалл малорастворимого иодида серебра;
m nI - (n-x)K + - адсорбционный слой, состоящий из потенциалопределяющих ионов иода, которые избирательно адсорбировались на кристалле (они находились в растворе в избытке) и некоторого количества противоионов калия, прочно связаных с ионами иода; xK + - подвижный диффузионный слой ионов калия; { m nI - (n-x)K + } x - - гранула коллоидной частицы, которая будет самостоятельно двигаться в электрическом поле. Заряд гранулы определяет величину и заряд (дзета)- потенциала (электро-кинетического потенциала) на поверхности коллоидной частицы.
В биосистемах ДЭС может возникать тоже за счет избирательной адсорбции или ионизации поверхностных функциональных групп. Адсорбция происходит в основном на полисахаридах, липидах, холестерине, а на белках ДЭС возникает обычно вследствие диссоциации карбоксильной и амминогруппы. Известно, что аминокислоты в зависимости от рН среды существуют в растворах в виде нейтральных би-ионов, катионной либо анионной формы белка.
Потенциал уменьшается по мере увеличения числа противоионов в адсорбционном слое и может стать равен нулю, если общий заряд противоионов станет равен заряду потенциалопределяющих ионов (изоэлектрическое состояние). Это может произойти при повышенииконцентрации противоионов в растворе. Чем больше - потенциал, тем более устойчивой является КС, т.к. наличие заряда препятствует слипанию частиц.
Величину - потенциала нельзя измерить, его можно рассчитать по уравнению Гельгольца- Смолуховского:
Где - вязкость среды, - диэлектрическая проницаемость среды, - расстояние между электродами, U – скорость электрофореза, E- разность потенциалов.
Применение электрокинетических явлений. Через семьдесят лет, после того как Рейсе открыл электрокинетические явления (еще в 19 веке), электроосмос был применен на практике для сушки торфа, а затем и для сушки древесины. С 60-х годов 20 века электроосмос используют для сушки и укрепления грунтов при постройке зданий, для борьбы с оползнями при строительстве плотин, для понижения уровня грунтовых вод, для ремонта железнодорожного полотна и осушки зданий.
В земной коре через грунты и горные породы текут подземные воды, а им сопутствуют так называемые потенциалы течения, которыми пользуются геофизики для поиска полезных ископаемых, картографии подземных вод и отыскания путей просачивания воды через плотины. Потенциалы течения возникают при транспортировке жидкого топлива, при заполнении резервуаров, цистерн, нефтеналивных судов, бензобаков самолетов. Когда по трубам течет топливо, на концах трубопроводов возникают достаточно высокие разности потенциалов, из-за которых на нефтеналивных судах случались грандиозные пожары. Есть еще потенциалы оседания (это тоже течение, т.е. движение) капелек воды в облаках - причина грозовых разрядов в атмосфере.
Широко пользуются электрохимическими методами медицина. Когда кровь течет через капилляры кровеносной системы, возникают потенциалы течения, являющиеся одним из источников биопотенциалов. Установлено, к примеру, что один из пиков электрокардиограммы обусловлен возникновением потенциалов течения крови в коронарных сосудах сердца. Эти потенциалы измеряют в кардиологических клиниках и лабораториях.
Электрофорез используют как метод определения и разделения белков (и др. электрически заряженных частиц)) в растворе путем пропускания через этот раствор электрического тока. Скорость движения коллоидных частиц в электрическом поле зависит от их заряда и массы, поэтому они постепенно разделяются, отходя к различным полюсам электрода. С помощью электрофореза можно получать лекарственные препараты и БАВ.
Электрофорез можно использовать и для анализа состава коллоидных систем .Электрофорез, как и хроматографию, можно выполнять на бумаге. Электрофореграммы белков плазмы крови для всех здоровых людей почти одинаковы. При патологии они приобретают характерный, причем специфический для каждого заболевания вид. Электрофорез широко используется для исследований химического состава тканей организма. Например, для анализа различных белков и липопротеинов в сыворотке крови, анализа состава белков в моче и т.д.
Электрофорез очень часто используют для терапевтических целей. Например: для введение лекарственных препаратов через кожу (лекарства представляют из себя коллоидные растворы); ускорение миграции лейкоцитов к очагу воспаления (при воспалениях происходит разрушение клеточных структур с образованием продуктов кислотного характера, в этом случае поверхность тканей приобретает положительный заряд); или ускорения движения эритроцитов к страдающим от гипоксии тканям (потенциал эритроцитов человека величина стабильная и равна -16,3мВ).
Большее распространение в клинике терапевтической стоматологии получил электрофорез как один из методов обезболивания. С этой целью применяются 5 - 10%-ные растворы новокаина, дикаина, тримекаина, никотиновой кислоты.
Проблема устойчивости КС – одна из основных в коллоидной химии. Растворы ВМС и некоторые лиофильные коллоиды (глины, мыла) являются термодинамически устойчивыми, они образуются самопроизвольно. При образовании лиофобных КС диспергирование (измельчение) происходит за счет механической или другой работы, у этих процессов G> 0, т.е. образуются системы темодинамически неустойчивые. Но, тем не менее, такие системы могут существовать достаточно длительное время.
Различают кинетическую и агрегативную устойчивость коллоидных систем. Подкинетической устойчивостью понимают способность дисперсной фазы находиться во взвешенном состоянии и не выпадать в осадок. Кинетически более устойчивы высокодисперсные системы, т.е. чем меньше частица, тем быстрее она двигается, и тем меньше на нее действует сила тяжести. Поэтому золи кинетически более устойчивы, чем классические эмульсии и суспензии. На кинетическую устойчивость влияет также плотность и вязкость среды. В вязких жидкостях оседание даже крупных частиц происходит медленно. В газообразной среде плотность и вязкость очень малы, поэтому в газовых средах могут существовать системы только с очень маленькими частицами – аэрозоли.
Агрегативная устойчивость – это способность системы сохранять определенную степень дисперсности, т.е. не объединяться в более крупные частицы.
Что способствует агрегативной устойчивости КС ? Или: Что препятствует слипанию частиц?
Наличие заряда у частиц. Заряд появляется на частицах в результате избирательной ионной адсорбции. (см.строение коллоидных частиц, двойной электрический слой). Это происходит обычно в водных растворах электролитов.
Адсорбция на частицах ПАВ. Этот процесс приводит к уменьшению поверхностного натяжения и уменьшая общую энергию системы, делает ее более стабильной. Но это тоже происходит в основном в растворах.
Гидратация коллоидных частиц. Это явление наблюдается в водных растворах, но только у лиофильных коллоидов, например, в растворах белков.
Нарушение агрегативной устойчивости, происходящее вследствие слипания частиц в крупные агрегаты и выпадения их в осадок, называетсякоагуляцией.
Загрузка...