hemija. Disperzovani sistemi - šta je to? Disperzni sistemi: definicija, klasifikacija Disperzni sistem se formira mešanjem

Heterogena ili heterogena, smatra se sistemom koji se sastoji od dvije ili više faza. Svaka faza ima svoj interfejs, koji se može mehanički odvojiti.

Heterogen sistem se sastoji od dispergovane (unutrašnje) faze i dispergovanog (eksternog) medija koji okružuje čestice dispergovane faze.

Sistemi u kojima su tečnosti spoljna faza nazivaju se nehomogenim tečnim sistemima, a sistemi u kojima su gasovi spoljna faza nazivaju se nehomogenim gasnim sistemima. Heterogeni sistemi se često nazivaju disperzovanim sistemima.

Razlikuju se sljedeće: vrste heterogenih sistema: suspenzije, emulzije, pene, prašina, isparenja, magle.

Suspenzija je sistem koji se sastoji od tekuće dispergirane faze i čvrste dispergirane faze (na primjer, umaci sa brašnom, škrobno mlijeko, melasa sa kristalima šećera). U zavisnosti od veličine čestica, suspenzije se dijele na grube (veličina čestica veće od 100 µm), fine (0,1-100 µm) i koloidne (0,1 µm ili manje).

Emulzija je sistem koji se sastoji od tečnosti i kapi druge tečnosti raspoređenih u njoj, a koje se ne mešaju sa prvom (na primer, mleko, mešavina biljnog ulja i vode). Pod uticajem gravitacije, emulzije se odvajaju, ali sa malim veličinama kapljica (manje od 0,4-0,5 μm) ili kada se dodaju stabilizatori, emulzije postaju stabilne, ne mogu se odvojiti tokom dužeg perioda.

Povećanje koncentracije dispergirane faze može uzrokovati njen prijelaz u dispergiranu fazu, i obrnuto. Ovaj međusobni prijelaz se naziva fazna inverzija.Postoje plinske emulzije u kojima je disperzioni medij tekući, a dispergirana faza plin.

Pjena je sistem koji se sastoji od tekuće dispergirane faze i mjehurića plina raspoređenih u njoj (gasna disperzna faza) (na primjer, kreme i drugi šlag). Pjene su po svojstvima slične emulzijama. Emulzije i pjene karakterizira fazna inverzija.

Prašina, isparenja i magle su aerosoli.

Aerosoli naziva se dispergovani sistem sa gasovitim disperzionim medijem i čvrstom ili tečnom disperznom fazom, koji se sastoji od čestica od kvazimolekularnih do mikroskopskih veličina koje imaju svojstvo da budu duže ili manje dugo suspendovane (na primer, prašina brašna nastala tokom prosijavanje, transport brašna, šećerna prašina koja nastaje tokom itd.). Dim nastaje kada se sagorije čvrsto gorivo, magla nastaje kada se para kondenzira.

U aerosolima je disperzioni medij gas ili vazduh, a disperzovana faza u prašini i dimu je čvrsta materija, au magli tečna. Veličina čvrstih čestica prašine je 3-70 mikrona, dima - 0,3-5 mikrona.

Magla je sistem koji se sastoji od medija disperzije gasa i tečnih kapljica raspoređenih u njemu (tečna disperzna faza). Veličina kapljica tekućine nastalih kao rezultat kondenzacije u magli je 0,3–3 μm. Kvalitativni pokazatelj koji karakterizira ujednačenost veličine čestica aerosola je stupanj disperzije.

Aerosol se naziva monodisperznim kada su njegove sastavne čestice iste veličine, a polidisperznim kada sadrži čestice različitih veličina. Monodisperzni aerosoli praktički ne postoje u prirodi. Samo su neki aerosoli bliski po veličini čestica monodisperznim sistemima (gljivične hife, posebno proizvedene magle, itd.).

Dispergovani ili heterogeni sistemi, u zavisnosti od broja dispergovanih faza, mogu biti jednokomponentni ili višekomponentni. Na primjer, višekomponentni sistem je mlijeko (ima dvije dispergirane faze: mast i protein); umaci (disperzne faze su brašno, mast itd.).

Prilično je teško pronaći čistu tvar u prirodi. U različitim stanjima mogu formirati mešavine, homogene i heterogene – dispergovane sisteme i rastvore. Kakve su to veze? Koje su to vrste? Pogledajmo ova pitanja detaljnije.

Terminologija

Prvo morate razumjeti šta su disperzni sistemi. Ova definicija se odnosi na heterogene strukture, gdje je jedna supstanca, kao sitne čestice, ravnomjerno raspoređena u zapremini druge. Komponenta koja je prisutna u manjim količinama naziva se disperzirana faza. Može sadržavati više od jedne supstance. Komponenta prisutna u većoj zapremini naziva se medij. Postoji interfejs između čestica faze i nje. U tom smislu, dispergovani sistemi se nazivaju heterogeni - heterogeni. I medijum i faza mogu biti predstavljeni supstancama u različitim agregatnim stanjima: tečnom, gasovitom ili čvrstom.

Disperzovani sistemi i njihova klasifikacija

U skladu sa veličinom čestica uključenih u fazu supstanci, razlikuju se suspenzije i koloidne strukture. Prvi imaju veličine elemenata veće od 100 nm, a drugi - od 100 do 1 nm. Kada se supstanca fragmentira na jone ili molekule čija je veličina manja od 1 nm, formira se rastvor - homogeni sistem. Razlikuje se od drugih po svojoj homogenosti i odsustvu međuprostora između medija i čestica. Koloidni disperzni sistemi su predstavljeni u obliku gela i sola. Zauzvrat, suspenzije se dijele na suspenzije, emulzije i aerosole. Otopine mogu biti jonske, molekularno-jonske i molekularne.

Suspend

Ovi disperzni sistemi uključuju supstance čija je veličina čestica veća od 100 nm. Ove strukture su neprozirne: njihove pojedinačne komponente mogu se vidjeti golim okom. Medijum i faza se lako odvajaju nakon taloženja. Šta su suspenzije? Mogu biti tečni ili gasoviti. Prvi se dijele na suspenzije i emulzije. Potonje su strukture u kojima su medij i faza tečnosti koje su nerastvorljive jedna u drugoj. To uključuje, na primjer, limfu, mlijeko, boje na bazi vode i druge. Suspenzija je struktura u kojoj je medij tečnost, a faza čvrsta, nerastvorljiva supstanca. Takvi dispergovani sistemi su dobro poznati mnogima. To uključuje, posebno, „vapneno mleko“, morski ili rečni mulj suspendovan u vodi, mikroskopske žive organizme uobičajene u okeanu (plankton) i druge.

Aerosoli

Ove suspenzije su raspoređene male čestice tekućine ili čvrste tvari u plinu. Ima magle, dima, prašine. Prvi tip je distribucija malih tečnih kapljica u gasu. Prašina i isparenja su suspenzije čvrstih komponenti. Štaviše, u prvom su čestice nešto veće. Prirodni aerosoli uključuju grmljavinske oblake i samu maglu. Smog, koji se sastoji od čvrstih i tečnih komponenti raspoređenih u gasu, visi nad velikim industrijskim gradovima. Treba napomenuti da su aerosoli kao dispergovani sistemi od velikog praktičnog značaja i obavljaju važne zadatke u industrijskim i kućnim delatnostima. Primjeri pozitivnih rezultata njihove upotrebe uključuju tretman respiratornog sistema (udisanje), tretiranje polja hemikalijama i prskanje boje sprejom.

Koloidne strukture

To su dispergovani sistemi u kojima se faza sastoji od čestica veličine od 100 do 1 nm. Takve komponente nisu vidljive golim okom. Faza i medij u ovim strukturama se teško razdvajaju taloženjem. Solovi (koloidni rastvori) se nalaze u živim ćelijama iu telu u celini. Ove tečnosti uključuju nuklearni sok, citoplazmu, limfu, krv i druge. Ovi dispergovani sistemi formiraju skrob, lepkove, neke polimere i proteine. Ove strukture se mogu dobiti hemijskim reakcijama. Na primjer, tijekom interakcije otopina natrijevih ili kalijevih silikata sa kiselim jedinjenjima, nastaje spoj silicijumske kiseline. Izvana, koloidna struktura je slična pravoj. Međutim, prvi se razlikuju od drugih po prisutnosti "svjetleće staze" - stošca kada se kroz njih prolazi snop svjetlosti. Solevi sadrže veće čestice faze od pravih rastvora. Njihova površina reflektuje svjetlost - i posmatrač može vidjeti svjetleći stožac u posudi. U pravom rješenju takvog fenomena nema. Sličan efekat se takođe može primetiti u bioskopu. U ovom slučaju, svjetlosni snop ne prolazi kroz tekućinu, već aerosolni koloid - zrak dvorane.

Taloženje čestica

U koloidnim rastvorima čestice faze se često ne talože ni tokom dugotrajnog skladištenja, što je povezano sa kontinuiranim sudarima sa molekulima rastvarača pod uticajem termičkog kretanja. Kada se međusobno približavaju, ne drže se zajedno, jer su na njihovim površinama prisutni električni naboji istog imena. Međutim, pod određenim okolnostima može doći do procesa koagulacije. Predstavlja efekat lepljenja koloidnih čestica i taloženja. Ovaj proces se opaža kada se naboji neutraliziraju na površini mikroskopskih elemenata kada se doda elektrolit. U tom slučaju otopina se pretvara u gel ili suspenziju. U nekim slučajevima, proces koagulacije se opaža pri zagrijavanju ili u slučaju promjene kiselinsko-bazne ravnoteže.

Gelovi

Ovi koloidni disperzni sistemi su želatinozni sedimenti. Nastaju tokom koagulacije sola. Ove strukture obuhvataju brojne polimerne gelove, kozmetiku, konditorske proizvode i medicinske supstance (torta od ptičjeg mleka, marmelada, žele, žele od mesa, želatin). Tu spadaju i prirodne strukture: opal, tijela meduza, kosa, tetive, nervno i mišićno tkivo, hrskavica. Proces razvoja života na planeti Zemlji se, zapravo, može smatrati istorijom evolucije koloidnog sistema. S vremenom se struktura gela poremeti i iz nje se počinje oslobađati voda. Ovaj fenomen se naziva sinereza.

Homogeni sistemi

Rješenja uključuju dvije ili više tvari. Uvek su jednofazni, odnosno čvrsta su, gasovita materija ili tečnost. Ali u svakom slučaju, njihova struktura je homogena. Ovaj učinak se objašnjava činjenicom da je u jednoj tvari druga raspoređena u obliku iona, atoma ili molekula čija je veličina manja od 1 nm. U slučaju kada je potrebno naglasiti razliku između otopine i koloidne strukture, to se naziva istinitim. U procesu kristalizacije tekuće legure zlata i srebra dobijaju se čvrste strukture različitog sastava.

Klasifikacija

Jonske smjese su strukture sa jakim elektrolitima (kiseline, soli, alkalije - NaOH, HC104 i druge). Drugi tip su disperzni sistemi molekularnih jona. Sadrže jak elektrolit (vodonik sulfid, azotna kiselina i drugi). Posljednja vrsta su molekularne otopine. Ove strukture uključuju neelektrolite - organske supstance (saharoza, glukoza, alkohol i druge). Rastvarač je komponenta čije se agregatno stanje ne menja tokom formiranja rastvora. Takav element može, na primjer, biti voda. U otopini kuhinjske soli, ugljičnog dioksida, šećera djeluje kao rastvarač. U slučaju miješanja plinova, tekućina ili čvrstih tvari, rastvarač će biti komponenta kojih ima više u spoju.

Disperzijski sistemi se mogu podijeliti prema veličini čestica disperzione faze. Ako je veličina čestica manja od jednog nm, radi se o molekularnim jonskim sistemima, od jedan do sto nm su koloidni, a više od sto nm su grubi. Grupu molekularno dispergovanih sistema predstavljaju rastvori. To su homogeni sistemi koji se sastoje od dvije ili više tvari i jednofazni su. To uključuje gas, čvrstu materiju ili rastvore. Zauzvrat, ovi sistemi se mogu podijeliti u podgrupe:
- Molekularno. Kada se organske supstance kao što je glukoza kombinuju sa neelektrolitima. Takve otopine nazvane su istinitim da bi se mogle razlikovati od koloidnih. To uključuje otopine glukoze, saharoze, alkohola i druge.
- Molekularno-jonski. U slučaju interakcije između slabih elektrolita. U ovu grupu spadaju kiseli rastvori, dušikovi, sumporovodikovi i drugi.
- Jonski. Spoj jakih elektrolita. Istaknuti predstavnici su rastvori alkalija, soli i nekih kiselina.

Koloidni sistemi

Koloidni sistemi su mikroheterogeni sistemi u kojima veličine koloidnih čestica variraju od 100 do 1 nm. Oni se možda neće dugo taložiti zbog solvatacione jonske ljuske i električnog naboja. Kada se raspodijele u mediju, koloidne otopine ravnomjerno ispunjavaju cijeli volumen i dijele se na solove i gelove, koji su zauzvrat precipitati u obliku želea. To uključuje otopinu albumina, želatinu, otopine koloidnog srebra. Žele, sufle, pudingi su svetli koloidni sistemi koji se nalaze u svakodnevnom životu.

Grubi sistemi

Neprozirni sistemi ili suspenzije u kojima su sastojci sitnih čestica vidljivi golim okom. Tokom procesa taloženja, disperzovana faza se lako odvaja od dispergovanog medija. Dijele se na suspenzije, emulzije i aerosole. Sistemi u kojima se čvrsta materija sa većim česticama nalazi u tečnom disperzionom mediju nazivaju se suspenzije. To uključuje vodene otopine škroba i gline. Za razliku od suspenzija, emulzije se dobijaju mešanjem dve tečnosti, pri čemu se jedna u kapljicama raspoređuje u drugu. Primjer emulzije je mješavina ulja i vode, kapljica masti u mlijeku. Ako su male čvrste ili tečne čestice raspoređene u gasu, to su aerosoli. U suštini, aerosol je suspenzija u gasu. Jedan od predstavnika aerosola na bazi tekućine je magla - to je veliki broj malih kapljica vode suspendiranih u zraku. Čvrsti aerosol - dim ili prašina - višestruka akumulacija malih čvrstih čestica takođe suspendovanih u vazduhu.

Opća hemija: udžbenik / A. V. Zholnin; uređeno od V. A. Popkova, A. V. Žolnina. - 2012. - 400 str.: ilustr.

Poglavlje 13. FIZIČKA HEMIJA DISPERZNIH SISTEMA

Život je poseban koloidni sistem,...ovo je posebno carstvo prirodnih voda.

IN AND. Vernadsky

13.1 DISPERZNI SISTEMI, NJIHOVA KLASIFIKACIJA, SVOJSTVA

Koloidne otopine

Materijalna osnova moderne civilizacije i samo postojanje čovjeka i cjelokupnog biološkog svijeta povezuje se sa disperziranim sistemima. Osoba živi i radi okružena disperziranim sistemima. Vazduh, posebno vazduh radnih prostorija, je disperzovan sistem. Mnogi prehrambeni proizvodi, poluproizvodi i prerađeni proizvodi su dispergovani sistemi (mlijeko, meso, kruh, puter, margarin). Mnoge ljekovite tvari proizvode se u obliku tankih suspenzija ili emulzija, masti, pasta ili krema (protargol, kolargol, želatinol itd.). Svi živi sistemi su raspršeni. Mišićne i nervne ćelije, vlakna, geni, virusi, protoplazma, krv, limfa, cerebrospinalna tečnost - sve su to visoko disperzovane formacije. Procesi koji se u njima odvijaju su kontrolisani fizičkim i hemijskim zakonima, koje proučava fizička hemija dispergovanih sistema.

Disperzni sistemi su oni u kojima je supstanca u stanju manje ili više velike fragmentacije i ravnomerno je raspoređena u okolini. Nauka o visoko dispergovanim sistemima naziva se koloidna hemija. Živa materija se zasniva na spojevima koji su u koloidnom stanju.

Disperzni sistem se sastoji od disperzijskog medija i dispergirane faze. Postoji nekoliko klasifikacija dispergovanih sistema zasnovanih na različitim karakteristikama dispergovanih sistema.

1. Prema stanju agregacije disperzioni medij Svi disperzni sistemi se mogu svesti na 3 tipa. Disperzovani sistemi sa gasovitim

disperzioni medij - aerosoli(dim, vazduh u radnom prostoru, oblaci, itd.). Dispergovani sistemi sa tečnim disperzionim medijumom - liosoli(pjene, emulzije - mlijeko, suspenzije, prašina koja se uhvatila u respiratornom traktu; krv, limfa, urin su hidrosoli). Dispergovani sistemi sa čvrstim disperzionim medijumom - solidozoli(plovac, silika gel, legure).

2. Druga klasifikacija grupiše disperzne sisteme u zavisnosti od veličine čestica dispergovane faze. Mjera fragmentacije čestica je ili poprečna veličina čestice - radijus (r), ili

(radijus) čestica (r) izražava se u centimetrima, tada je disperzija D broj čestica koje se mogu smjestiti usko duž dužine jednog centimetra. Konačno, može se okarakterisati specifičnom površinom (∑), jedinice za ∑ su m 2 /g ili m 2 /l. Ispod specifična površina razumiju površinski odnos (S) raspršena faza na svoju

koeficijent zavisnosti specifične površine od oblika čestice. Specifična površina je direktno proporcionalna disperziji (D) i obrnuto proporcionalna poprečnoj veličini čestica (r). Sa povećanjem disperzije, tj. kako se veličina čestica smanjuje, povećava se njihova specifična površina.

Druga klasifikacija grupiše dispergovane sisteme u zavisnosti od veličine čestica dispergovane faze u sledeće grupe (tabela 13.1): grubi sistemi; koloidne otopine; istinita rješenja.

Koloidni sistemi mogu biti gasoviti, tečni i čvrsti. Najčešća i proučavana tečnost (liosoli). Koloidne otopine obično se skraćeno nazivaju sol. U zavisnosti od prirode rastvarača - disperzioni medij, tj. voda, alkohol ili eter, liosoli se nazivaju hidrosoli, alkosoli ili eterosoli. Na osnovu intenziteta interakcije između čestica dispergirane faze i disperzijskog medija, solovi se dijele u 2 grupe: liofilni- intenzivne interakcije, kao rezultat kojih se formiraju razvijeni solvatacioni slojevi, na primjer, sol protoplazme, krvi, limfe, škroba, proteina itd.; liofobni solovi- slaba interakcija čestica dispergirane faze sa česticama disperzionog medija. Solovi metala, hidroksidi, gotovo svi klasični koloidni sistemi. IUD i rastvori surfaktanata su odvojeni u posebne grupe.

Tabela 13.1. Klasifikacija disperznih sistema prema veličini čestica i njihovim svojstvima

Veliki doprinos teoriji koloidnih rastvora dali su naši domaći naučnici I.G. Borschov, P.P. Weimarn, N.P. Peskov, D.I. Mendeljejev, B.V. Deryagin, P.A. Rebinder itd.

Bilo koji koloidni rastvor je mikroheterogen, višefazni, visoko i polidisperzni sistem visokog stepena disperznosti. Uslov za nastanak koloidne otopine je nerastvorljivost supstance jedne faze u supstanciji druge, jer samo između takvih supstanci mogu postojati fizička sučelja. Na osnovu jačine interakcije između čestica dispergovane faze razlikuju se slobodno dispergovani i koherentno dispergovani sistemi. Primjer potonjeg su biološke membrane.

Priprema koloidnih otopina izvodi se na dvije metode: dispergiranjem velikih čestica do koloidnog stupnja disperzije i kondenzacijom – stvaranje uvjeta pod kojima se atomi, molekuli ili ioni spajaju u agregate koloidnog stupnja disperzije.

Hidrosole mogu formirati metali, soli koje su slabo rastvorljive u vodi, oksidi i hidroksidi i mnoge nepolarne organske supstance. Supstance koje su visoko rastvorljive u vodi, ali slabo rastvorljive u nepolarnim jedinjenjima nisu sposobne da formiraju hidrosole, ali mogu formirati organosole.

As stabilizatori koriste se tvari koje sprječavaju agregaciju koloidnih čestica u veće i njihovo taloženje. Ovaj efekat se postiže: malim viškom jednog od reagensa iz kojeg se dobija disperzna faza, tenzida, uključujući proteine i polisaharide.

Da bi se postigla disperzija potrebna za koloidne sisteme (10 -7 -10 -9 m), koristi se:

Mehaničko drobljenje pomoću kugličnih i koloidnih mlinova u prisustvu tečnog dispergovanog medija i stabilizatora;

Učinak ultrazvuka (na primjer, hidrosol sumpora, grafit, metalni hidroksidi, itd.);

Metoda peptizacije, dodavanjem male količine elektrolita - peptizer;

Jedna od varijanti metode kondenzacije je metoda zamjene otapala, koja rezultira smanjenjem rastvorljivosti dispergirane faze. Molekule tvari kondenziraju se u čestice koloidnih veličina kao rezultat razaranja solvatacijskih slojeva molekula u pravom rastvoru i formiranja većih čestica. Osnova hemikalije

Metode kemijske kondenzacije uključuju kemijske reakcije (oksidacija, redukcija, hidroliza, izmjena) koje dovode do stvaranja slabo topljivih supstanci u prisustvu određenih stabilizatora.

13.2. MOLEKULARNO-KINETIČKA SVOJSTVA KOLOIDNIH RASTVORA. OSMOZA.

OSMOTSKI PRITISAK

Brownovo kretanje je termičko kretanje čestica u koloidnim sistemima, koje ima molekularnu kinetičku prirodu. Utvrđeno je da je kretanje koloidnih čestica posljedica nasumičnih udara molekula disperzijskog medija koji su u termičkom kretanju. Kao rezultat toga, koloidna čestica često mijenja smjer i brzinu. Za 1 s, koloidna čestica može promijeniti svoj smjer više od 10 20 puta.

Difuzija je spontano nastao proces izjednačavanja koncentracije koloidnih čestica u otopini pod utjecajem njihovog toplinskog haotičnog kretanja. Fenomen difuzije je nepovratan. Koeficijent difuzije je numerički jednak količini tvari koja je difundirana kroz jedinicu površine u jedinici vremena s gradijentom koncentracije 1 (tj. promjena koncentracije od 1 mol/cm 3 na udaljenosti od 1 cm). A. Einstein (1906) je izveo jednačinu koja povezuje koeficijent difuzije sa apsolutnom temperaturom, viskozitetom i veličinom čestica dispergirane faze:

Gdje T- temperatura, K; r- radijus čestice, m; η - viskozitet, N s/m 2; do B- Boltzmannova konstanta, 1,38 10 -23; D- koeficijent difuzije, m 2 /s.

Koeficijent difuzije je direktno proporcionalan temperaturi i obrnuto proporcionalan viskoznosti medija (η) i poluprečniku čestica (r). Uzrok difuzije, poput Brownovog kretanja, je molekularno kinetičko kretanje čestica rastvarača i tvari. Poznato je da što je veći njegov volumen, to je kinetička energija pokretnog molekula manja (tabela 13.2).

Koristeći Ajnštajnovu jednadžbu, lako možete odrediti masu 1 mola supstance ako znate D, T,η i r. Iz jednačine (13.1) možemo odrediti r:

Gdje R- univerzalna plinska konstanta, 8,3 (J/mol-K); N / A Avogadrova konstanta.

Tabela 13.2. Koeficijent difuzije nekih supstanci

Kada je sistem odvojen od ostalih delova sistema pregradom koja je propusna za jednu komponentu (na primer, vodu) i nepropusna za drugu (na primer, rastvor), difuzija postaje jednosmerna (osmoza). Sila koja uzrokuje osmozu po jedinici površine membrane naziva se osmotski pritisak. Ulogu polupropusnih pregrada (membrana) mogu obavljati ljudska, životinjska i biljna tkiva (mjehur, crijevni zidovi, ćelijske membrane itd.). Za koloidne otopine osmotski tlak je niži nego u pravim otopinama. Proces difuzije prati nastanak razlike potencijala kao rezultat različite pokretljivosti jona i formiranja koncentracijskog gradijenta (membranskog potencijala).

Sedimentacija. Na distribuciju čestica utiče ne samo difuzija, već i gravitaciono polje. Kinetička stabilnost koloidnog sistema ovisi o djelovanju dva faktora, usmjerena u međusobno suprotnim smjerovima: sile gravitacije pod čijim utjecajem se čestice talože i sile pod kojom se čestice raspršuju po cijelom volumenu i odupreti se slaganju.

Optička svojstva koloidnih otopina. Rasipanje svetlosti. D. Rayleighova jednadžba. Na prvi pogled nemoguće je razlikovati koloidna i prava otopina. Dobro pripremljen sol je gotovo čista prozirna tečnost. Njegova mikroheterogenost se može otkriti posebnim metodama. Ako se sol koji se nalazi na neosvijetljenom mjestu osvijetli uskim snopom, onda kada se gleda sa strane može se vidjeti svjetlosni konus, čiji se vrh nalazi na mjestu gdje snop ulazi u nehomogeni prostor. Ovo je takozvani Tyndall konus - neka vrsta mutnog sjaja koloida, posmatranog pod bočnim osvjetljenjem, naziva se Faraday-Tyndall efekat.

Razlog za ovu pojavu karakterističnu za koloide je taj što je veličina koloidnih čestica manja od polovine valne dužine svjetlosti, te se uočava difrakcija svjetlosti; kao rezultat raspršenja, čestice svijetle, pretvarajući se u samostalan izvor svjetlosti, a snop postaje vidljiv.

Teoriju rasipanja svjetlosti razvio je Rayleigh 1871. godine, koji je za sferne čestice izveo jednačinu koja povezuje intenzitet upadne svjetlosti (I 0) sa intenzitetom svjetlosti raspršene po jedinici volumena sistema (I p).

Gdje ja, ja 0- intenzitet raspršene i upadne svjetlosti, W/m2; kp - Rayleighova konstanta, konstanta koja zavisi od indeksa prelamanja supstanci dispergovane faze i disperzione sredine, m -3; sa v- koncentracija solnih čestica, mol/l; λ - talasna dužina upadne svetlosti, m; r- radijus čestice, m.

13.3. MICELARNA TEORIJA STRUKTURE KOLOIDNIH ČESTICA

Micele formiraju dispergiranu fazu sola, a intermicelarna tekućina formira disperzioni medij, koji uključuje rastvarač, elektrolitne ione i neelektrolitne molekule. Micela se sastoji od električno neutralnog agregata i jonske čestice. Masa koloidne čestice koncentrirana je uglavnom u agregatu. Agregat može imati i amorfnu i kristalnu strukturu. Prema Paneth-Fajansovom pravilu, ioni koji su dio kristalne rešetke agregata (ili su mu izomorfni) se ireverzibilno adsorbiraju na agregat uz stvaranje jakih veza s atomima agregata. Pokazatelj toga je nerastvorljivost ovih jedinjenja. Zovu se joni koji određuju potencijal. Agregat dobiva naboj kao rezultat selektivne adsorpcije jona ili ionizacije površinskih molekula. Dakle, agregatni ioni koji određuju potencijal formiraju jezgro micela i grupa jona suprotnog predznaka - protujona - oko jezgre. Agregat, zajedno sa ionskim dijelom micele, čini dvostruki električni sloj (adsorpcijski sloj). Agregat zajedno sa adsorpcijskim slojem naziva se granula. Naboj granule jednak je zbiru naboja protujona i jona koji određuju potencijal. Jonski

dio micele sastoji se od dva sloja: adsorpcionog i difuznog. Time se završava formiranje električno neutralne micele, koja je osnova koloidne otopine. Micela je prikazana kao koloidna hemijska formula.

Razmotrimo strukturu hidrosol micela na primjeru formiranja koloidne otopine barij sulfata pod uvjetom viška BaCl 2:

Teško rastvorljivi barijum sulfat formira kristalni agregat koji se sastoji od m BaSO 4 molekuli. Adsorbiran na površini jedinice n Ba 2+ joni. Povezano sa površinom jezgra je 2(n -x) hloridni joni C1 - . Preostali kontrajoni (2x) nalaze se u difuznom sloju:

Struktura micele sol barijum sulfata dobijena sa viškom natrijum sulfata je zapisana kao:

Iz navedenih podataka proizilazi, da predznak naboja koloidne čestice zavisi od uslova za dobijanje koloidnog rastvora.

13.4. ELEKTROKINETIČKI POTENCIJAL

KOLOIDNE ČESTICE

Zeta-(ζ )-potencijal. Veličina naboja ζ-potencijala određuje naboj granule. Određuje se razlikom u zbiru naboja jona koji određuju potencijal i naboja protujona smještenih u adsorpcionom sloju. On se smanjuje kako se broj protujona u adsorpcijskom sloju povećava i može postati jednak nuli ako je naboj protujona jednak naboju jezgra. Čestica će biti u izoelektričnom stanju. Po vrijednosti ζ-potencijala može se suditi o stabilnosti dispergovanog sistema, njegovoj strukturi i elektrokinetičkim svojstvima.

ζ potencijal različitih ćelija u tijelu varira. Živa protoplazma je negativno nabijena. Pri pH 7,4 vrijednost ζ-potencijala eritrocita je od -7 do -22 mV, kod ljudi je -16,3 mV. U monocitima je otprilike 2 puta niža. Elektrokinetički potencijal se izračunava određivanjem brzine kretanja čestica dispergirane faze tokom elektroforeze.

Elektroforetska pokretljivost čestica zavisi od brojnih veličina i izračunava se pomoću Helmholtz-Smoluchowskog jednadžbe:

Gdje i ef- elektroforetska pokretljivost (brzina elektroforeze), m/s; ε je relativna dielektrična konstanta rastvora; ε 0 - električna konstanta, 8,9 10 -12 A s/W m; Δφ - razlika potencijala iz vanjskog izvora struje, V; ζ - elektrokinetički potencijal, V; η - viskoznost disperzionog medija, N s/m 2; l- razmak između elektroda, m; k f- koeficijent čija vrijednost zavisi od oblika koloidne čestice.

13.5. ELEKTROKINETIČKE FENOMENE.

ELEKTROFOREZA. ELEKTROFOREZA

U MEDICINSKIM I BIOLOŠKIM ISTRAŽIVANJIMA

Elektrokinetički fenomeni odražavaju odnos koji postoji između kretanja faza dispergovanog sistema jedna u odnosu na drugu i električnih svojstava međufaza između ovih faza. Postoje četiri vrste elektrokinetičkih pojava - elektroforeza, elektroosmoza, protočni potencijal (protok) i potencijal sedimentacije. Elektrokinetičke fenomene otkrio je F.F. Reiss. Uronio je dvije staklene cijevi u komad mokre gline na određeno razmak, sipao u njih malo kvarcnog pijeska, dolio vodu do istog nivoa i spustio elektrode (slika 13.1).

Propuštanjem jednosmjerne struje, Reiss je otkrio da u anodnom prostoru voda iznad sloja pijeska postaje zamućena zbog pojave suspenzije čestica gline, pri čemu se nivo vode u koljenu smanjuje; u katodnoj cijevi voda ostaje bistra, ali njen nivo raste. Na osnovu rezultata eksperimenta možemo zaključiti: čestice gline koje se kreću prema pozitivnoj elektrodi su negativno nabijene, a susjedni sloj vode je pozitivno nabijen, kako se kreće prema negativnom polu.

Rice. 13.1. Elektrokinetički fenomeni kretanja čestica dispergirane faze

u disperzovanom sistemu

Fenomen kretanja nabijenih čestica dispergirane faze u odnosu na čestice disperzijskog medija pod utjecajem električnog polja naziva se elektroforeza. Fenomen kretanja tečnosti u odnosu na čvrstu fazu kroz poroznu čvrstu materiju (membranu) naziva se elektroosmoza. U uslovima opisanog eksperimenta istovremeno su uočena dva elektrokinetička fenomena - elektroforeza i elektroosmoza. Kretanje koloidnih čestica u električnom polju jasan je dokaz da koloidne čestice nose naboj na svojoj površini.

Koloidna čestica, micela, može se smatrati ogromnim kompleksnim jonom. Koloidna otopina se podvrgava elektrolizi pod utjecajem istosmjerne struje, koloidne čestice se prenose na anodu ili katodu (ovisno o naboju koloidne čestice). dakle, elektroforeza je elektroliza visoko dispergovanog sistema.

Kasnije su otkrivene dvije pojave koje su bile suprotne elektroforezi i elektroosmozi. Dorn je otkrio da kada se bilo koja čestica taloži u tekućini, na primjer pijesak u vodi, nastaje emf između 2 elektrode umetnute na različita mjesta u stupcu tekućine, tzv. potencijal sedimentacije (Dorn efekat).

Kada se tečnost progura kroz poroznu pregradu, sa obe strane koje se nalaze elektrode, pojavljuje se i EMF - potencijal protoka (perkolacije).

Koloidna čestica se kreće brzinom proporcionalnom veličiniζ -potencijal. Ako sistem sadrži složenu smjesu, onda se ona može proučavati i odvajati metodom elektroforeze, zasnovanom na elektroforetskoj pokretljivosti čestica. Ovo se široko koristi u biomedicinskim istraživanjima u obliku makro i mikro elektroforeze.

Stvoreno električno polje izaziva kretanje čestica dispergovane faze brzinom proporcionalnom vrednosti ζ-potencijala, što se može posmatrati pomeranjem interfejsa između test rastvora i pufera pomoću optičkih uređaja. Kao rezultat, smjesa je podijeljena na nekoliko frakcija. Prilikom snimanja dobija se kriva sa nekoliko vrhova, visina vrha je kvantitativni pokazatelj sadržaja svake frakcije. Ova metoda omogućava izolaciju i proučavanje pojedinačnih frakcija proteina krvne plazme. Elektroferogrami krvne plazme svih ljudi su normalno isti. U patologiji imaju karakterističan izgled za svaku bolest. Koriste se za dijagnosticiranje i liječenje bolesti. Elektroforeza se koristi za odvajanje aminokiselina, antibiotika, enzima, antitijela itd. Mikroelektroforeza uključuje određivanje brzine kretanja čestica pod mikroskopom; elektroforeza - na papiru. Fenomen elektroforeze javlja se tokom migracije leukocita do upalnih žarišta. Kao metode liječenja trenutno se razvijaju i primjenjuju imunoelektroforeza, disk elektroforeza, izotahoforeza itd. One rješavaju mnoge medicinske i biološke probleme preparativnog i analitičkog karaktera.

13.6. STABILNOST KOLOIDNIH RASTVORA. STABILNOST LIOSOLA NA SEDIMENTACIJU, AGREGIRANJE I KONDENZACIJU. FAKTORI KOJI UTIČU NA ODRŽIVOST

Pitanje stabilnosti koloidnih sistema je veoma važno pitanje koje se direktno tiče samog njihovog postojanja. Stabilnost sedimentacije- otpornost čestica dispergovanog sistema na taloženje pod uticajem gravitacije.

Peskov je uveo koncept agregatne i kinetičke stabilnosti. Kinetička stabilnost- sposobnost dispergovane faze koloidnog sistema da bude u suspenziji, da se ne taloži i da se suprotstavi silama gravitacije. Visoko dispergovani sistemi su kinetički stabilni.

Ispod agregatnu stabilnost morate razumjeti sposobnost dispergovanog sistema da održi svoj prvobitni stepen disperzije. To je moguće samo sa stabilizatorom. Posljedica narušavanja agregatne stabilnosti je kinetička nestabilnost,

jer se agregati formirani od originalnih čestica oslobađaju pod uticajem gravitacije (talože ili plutaju).

Agregativna i kinetička stabilnost su međusobno povezane. Što je veća agregatna stabilnost sistema, veća je i njegova kinetička stabilnost. Stabilnost je određena rezultatom borbe između gravitacije i Brownovog kretanja. Ovo je primjer manifestacije zakona jedinstva i borbe suprotnosti. Faktori koji određuju stabilnost sistema: Braunovo kretanje, disperzija čestica dispergovane faze, viskozitet i jonski sastav disperzione sredine itd.

Faktori stabilnosti koloidnih rastvora: prisustvo električnog naboja koloidnih čestica.Čestice nose isti naboj, pa kada se sretnu, čestice se odbijaju; sposobnost solvatacije (hidratacije) jona difuznog sloja.Što su joni u difuznom sloju hidriraniji, što je ukupna hidratantna ljuska deblja, sistem je stabilniji. Elastične sile solvatacionih slojeva imaju efekat klinanja na dispergovane čestice i sprečavaju ih da se približe jedna drugoj; adsorpciono-strukturirajuća svojstva sistema. Treći faktor je vezan za adsorpciona svojstva disperznih sistema. Na razvijenoj površini dispergirane faze lako se apsorbiraju molekuli surfaktanata (tenzida) i spojeva visoke molekularne težine (HMC). Velike veličine molekula koje nose sopstvene solvatacione slojeve stvaraju adsorpciono-solvatacione slojeve značajnog opsega i gustine na površini čestica. Takvi sistemi su po stabilnosti bliski liofilnim sistemima. Svi ovi slojevi imaju određenu strukturu, stvorenu prema P.A. Rebinder je strukturno-mehanička barijera za konvergenciju dispergovanih čestica.

13.7. KOAGULACIJA SOLA. PRAVILA KOAGULACIJE. KINETIKA KOAGULACIJE

Solovi su termodinamički nestabilni sistemi. Čestice dispergirane faze sola imaju tendenciju smanjenja slobodne površinske energije zbog smanjenja specifične površine koloidnih čestica, što nastaje kada se one kombinuju. Proces spajanja koloidnih čestica u veće agregate i na kraju njihovog taloženja naziva se koagulacija.

Koagulacija je uzrokovana raznim faktorima: mehaničkim djelovanjem, promjenama temperature (ključanje i smrzavanje), zračenjem

cija, strane tvari, posebno elektroliti, vrijeme (starenje), koncentracija dispergirane faze.

Najviše proučavan proces je koagulacija sola sa elektrolitima. Postoje sljedeća pravila za koagulaciju sola sa elektrolitima.

1. Svi elektroliti su sposobni da izazovu koagulaciju liofobnih solova. Koagulacijski efekat (P) posjeduju ioni koji imaju naboj suprotan od naboja granule (joni koji određuju potencijal) i isti predznak kao i protujoni (Hardijevo pravilo). Koagulacija pozitivno nabijenih solova uzrokovana je anjonima.

2. Koagulaciona sposobnost jona (P) zavisi od veličine njihovog naboja. Što je veći naboj jona, veći je njegov koagulacijski učinak (Schulzeovo pravilo): PA1 3+ > PCa 2+ > PK + .

Prema tome, za prag koagulacije možemo napisati:

one. što je niži naboj jona, to će doći do veće koncentracije koagulacije.

3. Za jone istog naboja, sposobnost koagulacije zavisi od poluprečnika (r) solvatovanog jona: što je veći radijus, to je veći njegov koagulacioni efekat:

4. Svaki elektrolit karakteriše granična koncentracija procesa koagulacije koloidnog rastvora (prag koagulacije), tj. najmanja koncentracija, izražena u milimolima, koja se mora dodati u jednu litru koloidne otopine da bi se izazvala njena koagulacija. Prag koagulacije ili granična koncentracija označava se C. Prag koagulacije je relativna karakteristika stabilnosti sola u odnosu na dati elektrolit i recipročna je sposobnosti koagulacije:

5. Koagulacijski efekat organskih jona je veći od neorganskih jona; Koagulacija mnogih liofobnih solova se javlja ranije,

Tako se postiže njihovo izoelektrično stanje pri kojem počinje očita koagulacija. Ova akcija se zove kritičan. Njegova vrijednost je +30 mV.

Proces koagulacije za svaki disperzni sistem odvija se određenom brzinom. Ovisnost brzine koagulacije o koncentraciji elektrolita-koagulatora prikazana je na Sl. 13.2.

Rice. 13.2. Ovisnost brzine koagulacije o koncentraciji elektrolita.

Objašnjenja u tekstu

Identificirane su 3 oblasti i dvije karakteristične točke A&B. Područje ograničeno linijom OA (duž osi koncentracije) naziva se područje latentne koagulacije. Ovdje je stopa koagulacije praktički nula. Ovo je zona stabilnosti sol. Između tačaka A i B nalazi se područje spore koagulacije, u kojem brzina koagulacije ovisi o koncentraciji elektrolita. Tačka A odgovara najnižoj koncentraciji elektrolita pri kojoj počinje očita koagulacija (prag koagulacije) i ima kritičnu vrijednost. O ovoj fazi može se suditi po vanjskim znakovima: promjena boje, pojava zamućenja. Koloidni sistem je potpuno uništen: tvar dispergirane faze se oslobađa u talog tzv koagulirati. U tački B počinje brza koagulacija, odnosno svi sudari čestica su efikasni i ne ovise o koncentraciji elektrolita. U tački B ζ-potencijal je 0. Količina tvari potrebne za koagulaciju koloidne otopine ovisi o tome da li se elektrolit dodaje odmah ili postepeno, u malim porcijama. Primjećuje se da se u potonjem slučaju mora dodati više tvari kako bi se izazvao isti fenomen koagulacije. Ovaj fenomen se koristi u doziranju lijekova.

Ako spojite dvije koloidne otopine suprotnih naboja, one brzo koaguliraju. Proces je elektrostatičke prirode. Koristi se za prečišćavanje industrijskih i otpadnih voda. U vodovodu se vodi prije filtriranja pijeska dodaje aluminij sulfat ili željezo (III) hlorid. Prilikom njihove hidrolize nastaju pozitivno nabijeni solovi metalnih hidroksida, koji uzrokuju koagulaciju negativno nabijenih čestica mikroflore, tla i organskih nečistoća.

U biološkim sistemima, fenomen koagulacije igra veoma važnu ulogu. Puna krv je emulzija. Formirani elementi krvi su disperzna faza, plazma je disperzioni medij. Plazma je visoko dispergovan sistem. Disperzovana faza: proteini, enzimi, hormoni. U krvi djeluju sistem zgrušavanja krvi i sistem protiv zgrušavanja. Prvi osigurava trombin, koji djeluje na fibrinogen i uzrokuje stvaranje fibrinskih niti (krvni ugrušak). Crvena krvna zrnca se talože određenom brzinom (ESR). Proces koagulacije osigurava minimalan gubitak krvi i stvaranje krvnih ugrušaka u krvožilnom sistemu. U patologiji, crvena krvna zrnca adsorbiraju velike molekule gama globulina i fibrinogena i ESR se povećava. Glavna sposobnost krvi protiv zgrušavanja je heparin, antikoagulant krvi. Klinike koriste koagulograme - skup testova o koagulacijskoj i antikoagulacijskoj sposobnosti krvi (sadržaj protrombina, vrijeme rekalcifikacije plazme, tolerancija na heparin, ukupna količina fibrinogena itd.), što je važno za teška krvarenja i stvaranje krvnih ugrušaka . Prilikom čuvanja mora se voditi računa o zgrušavanju krvi. Ca 2+ joni se uklanjaju natrijum nitratom kako bi se taložili, što povećava koagulabilnost. Koriste se antikoagulans, heparin i dikumarin. Polimeri koji se koriste za endoprotetiku elemenata kardiovaskularnog sistema moraju imati antitrombogena ili tromborezistentna svojstva.

13.8. STABILIZACIJA KOLOIDNIH SISTEMA (ZAŠTITA KOLOIDNIH RASTOPA)

Stabilizacija koloidnih rastvora u odnosu na elektrolite stvaranjem dodatnih adsorpcionih slojeva na površini koloidnih čestica sa povećanim strukturnim i mehaničkim svojstvima, dodavanjem male količine rastvora visoke

komolekularna jedinjenja (želatina, natrijum kazeinat, albumin jaja, itd.) tzv. koloidna zaštita. Zaštićeni rastvori su vrlo otporni na elektrolite. Zaštićeni sol poprima sva svojstva adsorbovanog polimera. Raspršeni sistem postaje liofilan i stoga stabilan. Zaštitni učinak spirale ili surfaktanta karakterizira zaštitni broj. Zaštitni broj treba shvatiti kao minimalnu masu spirale (u miligramima) koja se mora dodati u 10 ml ispitnog sola da bi se zaštitila od koagulacije kada se u sistem unese 1 ml 10% rastvora natrijum hlorida. Stepen zaštitnog dejstva rastvora spirale zavisi od: prirode spirale, prirode zaštićenog sola, stepena disperzije, pH medijuma i nečistoća.

Fenomen koloidne odbrane u organizmu igra veoma važnu ulogu u nizu fizioloških procesa. Različiti proteini, polisaharidi i peptidi imaju zaštitni učinak na organizam. Oni adsorbuju Ca na koloidnim česticama hidrofobnih sistema tela kao što su karbonati i kalcijum fosfati, pretvarajući ih u stabilno stanje. Primjeri zaštićenih solova su krv i urin. Ako isparite 1 litru urina, sakupite nastali talog i zatim ga pokušate otopiti u vodi, tada će vam trebati 14 litara otapala. Posljedično, urin je koloidna otopina u kojoj su dispergirane čestice zaštićene albuminima, mucinima i drugim proteinima. Serumski proteini povećavaju rastvorljivost kalcijum karbonata za skoro 5 puta. Povećan sadržaj kalcijum fosfata u mlijeku je posljedica zaštite proteina, koja je narušena starenjem.

U nastanku ateroskleroze važnu ulogu igra ravnoteža leucetin-holesterol, kada se ona naruši, mijenja se odnos holesterola, fosfolipida i proteina, što dovodi do taloženja holesterola na zidovima krvnih sudova, što rezultira aterokalcinozom. Velike molekularne komponente masti i proteina igraju veliku ulogu u zaštiti. S druge strane, sposobnost krvi da zadrži visoke koncentracije plinova ugljika i kisika u otopljenom stanju također je posljedica zaštitnog djelovanja proteina. U ovom slučaju, proteini obavijaju plinske mikromjehuriće i štite ih od lijepljenja.

Zaštita koloidnih čestica koje se koriste u proizvodnji lijekova.Često je potrebno u organizam unositi ljekovite tvari u koloidnom stanju kako bi se ravnomjerno rasporedile u tijelu i apsorbirale. Tako se koriste koloidne otopine srebra, žive, sumpora, zaštićene proteinskim supstancama.

kao lijekovi (protargol, kolargol, lisorginon), ne samo da postaju neosjetljivi na elektrolite, već se mogu i ispariti do suhog. Suhi ostatak nakon tretmana vodom ponovo se pretvara u sol.

13.9. PEPTIZACIJA

peptizacija - obrnuti proces koagulacije, proces prelaska koagulata u sol. Peptizacija se događa kada se sedimentu (koagulatu) dodaju tvari koje pospješuju prijelaz sedimenta u sol. Oni se nazivaju Pepti kaša. Tipično, peptizeri su joni koji određuju potencijal. Na primjer, precipitat željeznog (III) hidroksida se peptizira solima željeza (III). Ali ulogu peptizatora može obavljati i rastvarač (H 2 O). Proces peptizacije je uzrokovan adsorpcijskim fenomenom. Peptizer olakšava formiranje električne strukture dvostrukog sloja i formiranje zeta potencijala.

Posljedično, proces peptizacije je uglavnom posljedica adsorpcije jona koji određuju potencijal i desorpcije protujona, što rezultira povećanjem ζ-potencijala dispergiranih čestica i povećanjem stupnja solvatacije (hidratacije), stvaranjem solvatacije. ljuske oko čestica koje proizvode efekat klinanja (adsorpciona peptizacija).

Osim adsorpcije, postoje i peptizacija rastvaranja. Ovaj tip pokriva sve kada je proces peptizacije povezan s kemijskom reakcijom površinskih molekula dispergirane faze. Sastoji se od dvije faze: formiranje peptizatora kroz hemijsku reakciju unesenog peptizatora elektrolita sa dispergovanom česticom; adsorpcija rezultirajućeg agensa za peptizaciju na površini dispergirane faze, što dovodi do stvaranja micela i peptizacije taloga. Tipičan primjer peptizacije rastvaranja je peptizacija metalnih hidroksida kiselinama.

Maksimalna disperzija sola dobijena adsorpcionom peptizacijom određena je stepenom disperznosti primarnih čestica koje formiraju pahuljice sedimenta. Tokom peptizacije rastvaranja, granica fragmentacije čestica može napustiti koloidno područje i dostići molekularni stupanj disperzije. Proces peptizacije je od velikog značaja u živim organizmima, jer su koloidi ćelija i biološke tečnosti stalno izloženi dejstvu elektrolita u organizmu.

Djelovanje mnogih deterdženata, uključujući i deterdžente, zasniva se na fenomenu peptizacije. Koloidni ion sapuna je dipol; on se adsorbira od čestica prljavštine, daje im naboj i potiče njihovu peptizaciju. Prljavština u obliku sola se lako uklanja s površine.

13.10. GELOVI I ŽELE. TIKSOTROPIJA. SINERESIS

Otopine IUD-a i solovi nekih hidrofobnih koloida mogu se mijenjati pod određenim uvjetima: dolazi do gubitka fluidnosti, geliranja, geliranja otopina i formiranja želea i gelova (od latinskog "zamrznuti").

želei (gelovi)- To su čvrsti, nefluidni, strukturirani sistemi koji nastaju kao rezultat djelovanja sila molekularne adhezije između koloidnih čestica ili polimernih makromolekula. Sile međumolekularne interakcije dovode do formiranja prostornog mrežastog okvira; ćelije prostorne mreže su ispunjene tečnom otopinom, poput spužve natopljene tekućinom. Formiranje želea može se predstaviti kao soljenje spirale ili početna faza koagulacije, nastanak strukturiranja koagulacije.

Kada se smjesa zagrije na 45 °C, vodeni rastvor želatina postaje homogen tečni medij. Kada se ohladi na sobnu temperaturu, viskoznost rastvora se povećava, sistem gubi fluidnost, stvrdnjava, konzistencija polučvrste mase zadržava svoj oblik (može se rezati nožem).

Ovisno o prirodi tvari koje formiraju žele ili gel, razlikuju se: građene od tvrdih čestica - krhke (nepovratne); formirane od fleksibilnih makromolekula - elastične (reverzibilne). Krhke formiraju koloidne čestice (TiO 2, SiO 2). Osušena je tvrda pjena sa velikom specifičnom površinom. Osušeni žele ne bubri, sušenje izaziva nepovratne promjene.

Elastični gelovi su formirani od polimera. Kada se osuše, lako se deformiraju i sabijaju, što rezultira suhim polimerom (pirogelom) koji zadržava elastičnost. Može bubriti u odgovarajućem rastvaraču, proces je reverzibilan i može se ponoviti više puta.

Slabe molekularne veze u želeima mogu se mehanički uništiti (tresanjem, sipanjem, temperaturom). Puknuće veze uzrokuje uništenje strukture, čestice stiču sposobnost

zbog termičkog kretanja, sistem se ukapljuje i postaje fluidan. Nakon nekog vremena, struktura se spontano oporavlja. Ovo se može ponoviti desetine puta. Ova reverzibilna transformacija se zove tiksotropija. Ova izotermna transformacija se može predstaviti dijagramom:

Tiksotropija se uočava u slabim rastvorima želatine, ćelijske protoplazme. Reverzibilnost tiksotropije ukazuje da je strukturiranje u odgovarajućim sistemima uzrokovano intermolekularnim (van der Waalsovim) silama - koagulaciono-tiksotropna struktura.

Gelovi u tijelu su mozak, koža i očna jabučica. Kondenzacijsko-kristalizacijski tip strukture karakterizira jača veza kemijske prirode. U ovom slučaju reverzibilnost tiksotropnih promjena je poremećena (gel silicijske kiseline).

Žele je neravnotežno stanje sistema, određena faza procesa odvajanja faza koji se sporo odvija i približavanja sistema stanju ravnoteže. Proces se svodi na postepeno sabijanje žele okvira u gušću kompaktnu masu uz utiskivanje druge pokretne tečne faze, koja se mehanički zadržava u prostornoj mreži okvira. Tokom skladištenja, pojedinačne kapi tečnosti prvo se pojavljuju na površini želea, koje se vremenom povećavaju i stapaju u neprekidnu masu tečne faze. Ovaj spontani proces odvajanja želea naziva se sinereza. Za krhke želee, sinereza je nepovratno agregiranje čestica, zbijanje cijele strukture. Za IUD žele, povećanje temperature može zaustaviti sinerezu i vratiti mliječ u prvobitni položaj. Odvajanje ugrušaka koagulirane krvi, stvrdnjavanje kruha i natapanje konditorskih proizvoda primjeri su sinereze. Tkiva mladih ljudi su elastična, sadrže više vode, s godinama se gubi elastičnost, manje vode - to je sinereza.

13.11. PITANJA I ZADACI ZA SAMOPIS

PRIPREMA ZA NASTAVU I ISPITI

1. Dati pojam dispergovanih sistema, dispergovane faze i disperzione sredine.

2. Kako se dispergovani sistemi klasifikuju prema stanju agregacije dispergovane faze i disperzione sredine? Navedite primjere medicinskih i bioloških profila.

3. Kako se klasifikuju disperzni sistemi prema jačini međumolekularne interakcije u njima? Navedite primjere medicinskih i bioloških profila.

4. Glavni dio aparata za umjetni bubreg je dijalizator. Koji je princip rada najjednostavnijeg dijalizatora? Koje se nečistoće mogu ukloniti iz krvi dijalizom? Koji faktori određuju brzinu dijalize?

5. Na koje načine možete razlikovati otopinu tvari male molekulske mase od koloidne otopine? Na kojim se osobinama zasnivaju ove metode?

6. Na koji način možete razlikovati sol od grubo raspršenog sistema? Na kojim se osobinama zasnivaju ove metode?

7. Koje metode postoje za proizvodnju koloidnih disperznih sistema? Po čemu se razlikuju jedni od drugih?

8. Koje su karakteristike molekularno-kinetičkih i optičkih svojstava koloidnih disperznih sistema? Šta ih razlikuje od pravih rješenja i grubih sistema?

9.Dati pojam agregatne, kinetičke i kondenzacione stabilnosti dispergovanih sistema. Faktori koji određuju stabilnost sistema.

10. Prikažite vezu između elektrokinetičkih svojstava koloidnih disperznih sistema.

11. Koje se elektrokinetičke pojave uočavaju pri mehaničkom mešanju čestica dispergovane faze: a) u odnosu na disperzioni medij; b) u odnosu na čestice dispergovane faze?

12. Objasnite koji od sledećih preparata spada u koloidne rastvore: a) preparat barijum sulfata u vodi, koji se koristi kao kontrastno sredstvo za rendgenske studije veličine čestica 10 -7 m; b) preparat srebra u vodi - kolargol, koji se koristi za tretiranje gnojnih rana veličine čestica 10 -9 m.

13. Koncept koagulacije sola. Koagulacija liofilnih sola. Koji su vanjski znakovi koagulacije? Navedite moguće produkte koagulacije sola.

14. Faktori koji uzrokuju koagulaciju sola. Pravila za koagulaciju sola sa elektrolitima. Kinetika koagulacije. Prag koagulacije.

15. Kao rezultat narušavanja homeostaze mikro (Ca 2+)- i makro (C 2 O 4 2-)-elemenata i acidobazne homeostaze u gastrointestinalnom traktu, javlja se reakcija u bubrezima:

Koliki je naboj sol? Koji od navedenih jona će imati koagulacijski efekat na čestice ovog sola: K+, Mg 2+, SO 4 2-, NO 3 -, PO 4 3-, Al 3+?

Formira se sol kalcijum oksalata. Zapišimo formulu sol micele

(13.3.).

Naboj granule sol je pozitivan, što znači da će sljedeći ioni imati koagulacijski učinak (k) za čestice ovog sola: SO 4 2-, PO 4 3-, NO 3-, prema Hardyjevom pravilu. Što je veći naboj koagulirajućih jona, to je jači njegov koagulacijski učinak (Schulzeovo pravilo). Prema Schulzeovom pravilu, ovi anjoni se mogu poredati u sljedeći red: C do P0 4 3- > C do SO 4 2- > C do NO 3 - . Što je niži naboj jona, to će doći do koagulacije veće koncentracije. Prag koagulacije (p) je relativna karakteristika stabilnosti sola u odnosu na dati elektrolit i recipročna je vrijednost

13.12. TEST ZADACI

1. Odaberite netačan iskaz:

a) metode kondenzacije za proizvodnju koloidnih otopina uključuju ORR, hidrolizu i zamjenu rastvarača;

b) metode disperzije za proizvodnju koloidnih rastvora uključuju mehaničku, ultrazvučnu, peptizaciju;

c) optička svojstva koloidnih sistema uključuju opalescenciju, difrakciju i Tindalov efekat;

d) molekularna kinetička svojstva koloidnih sistema uključuju Brownovo kretanje, raspršivanje svjetlosti i promjenu boje otopine.

2. Odaberite netačan iskaz:

a) elektroforeza je kretanje dispergirane faze u električnom polju u odnosu na stacionarni disperzioni medij;

b) elektroosmoza je kretanje u električnom polju disperzione sredine u odnosu na stacionarnu disperziranu fazu;

c) prodiranje tečnosti koje sadrže terapeutske jone i molekule kroz kapilarni sistem pod uticajem električnog polja naziva se elektrodijaliza;

d) elektroforeza se koristi za odvajanje proteina, nukleinskih kiselina i krvnih stanica.

3. Koloidni rastvor koji je izgubio tečnost je:

a) emulzija;

b)gel;

c) sol;

d) suspenzija.

4. Krvna plazma je:

a) sol;

b)gel;

c) istinito rješenje;

d) emulzija.

5. Heterogen sistem koji se sastoji od mikrokristala dispergirane faze okruženog solvatiranim stabilizatorskim ionima naziva se:

a) granule;

b) jezgro;

c) jedinica;

d) micela.

6. Tokom formiranja micele, joni koji određuju potencijal se adsorbuju po pravilu:

a) Schulze-Hardy;

b) Rebinder;

c) Paneta-Fajanza;

d) Šilova.

7. Zrnca micele je agregat:

a) zajedno sa adsorpcionim slojem;

b) difuzioni sloj;

c) adsorpcijski i difuzioni slojevi;

d) joni koji određuju potencijal.

8. Interfacijski potencijal je potencijal između:

a) čvrste i tečne faze;

b) adsorpcijski i difuzni slojevi na kliznoj granici;

c) jezgro i kontrajoni;

d) joni i protujoni koji određuju potencijal.

9. Sposobnost finoporoznih membrana da zadržavaju čestice dispergirane faze i slobodno prolaze ione i molekule naziva se:

), koji se potpuno ili praktično ne miješaju i ne reagiraju kemijski jedni s drugima. Prva od supstanci ( disperzovana faza) fino raspoređeni u drugom ( disperzioni medij). Ako postoji više faza, one se mogu fizički odvojiti jedna od druge (centrifugiranje, odvojeno, itd.).

Tipično dispergovani sistemi su koloidne otopine, solovi. U dispergirane sisteme spada i slučaj čvrstog dispergovanog medija u kojem se nalazi disperzna faza.

Sistemi sa česticama dispergirane faze jednake veličine nazivaju se monodisperzni, a sistemi sa česticama nejednake veličine nazivaju se polidisperzni. Po pravilu, stvarni sistemi oko nas su polidisperzni.

Na osnovu veličine čestica, slobodno dispergovani sistemi se dele na:

Ultramikroheterogeni sistemi se takođe nazivaju koloidni ili solni. Ovisno o prirodi disperzijskog medija, solovi se dijele na čvrste solove, aerosole (soli s plinovitim disperzijskim medijem) i liosole (solove s tekućim disperzijskim medijem). Mikroheterogeni sistemi uključuju suspenzije, emulzije, pjene i prahove. Najčešći grubi sistemi su čvrsti gasni sistemi, kao što je pesak.

Prema klasifikaciji M. M. Dubinina, koherentno dispergovani sistemi (porozna tijela) se dijele na:

Wikimedia Foundation. 2010.

Pogledajte šta je “Dispersirani sistem” u drugim rječnicima:

disperzni sistem- disperzovani sistem: Sistem koji se sastoji od dve ili više faza (tela) sa visoko razvijenim interfejsom između njih. [GOST R 51109 97, član 5.6] Izvor... Rječnik-priručnik pojmova normativne i tehničke dokumentacije

disperzni sistem- Sistem koji se sastoji od dvije ili više faza (tijela) sa visoko razvijenim interfejsom između njih. [GOST R 51109 97] [GOST R 12.4.233 2007] Teme: industrijska čistoća, lična zaštitna oprema... Vodič za tehnički prevodilac

disperzni sistem- – heterogeni sistem koji se sastoji od dve ili više faza, koji se odlikuje visoko razvijenim interfejsom između njih. Opća hemija: udžbenik / A. V. Zholnin ... Hemijski termini

disperzni sistem- ▲ mehanička mešavina fino dispergovani sistem heterogeni sistem u kome su čestice jedne faze (dispergovane) raspoređene u drugoj homogenoj fazi (disperzioni medij). pjena (komadi pjene). Pjena. pjena, sya. Pjena. pjenasti. pjenasto..... Ideografski rečnik ruskog jezika

disperzni sistem- status dispersinė sistema T sritis chemija apibrėžtis Sistema, susidedanti iš dispersinės fazės ir dispersinės terpės (aplinkos). atitikmenys: engl. disperzni sistem; disperzija rus. disperzija; disperzni sistem ryšiai: sinonimas – disperzija … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

disperzni sistem- status dispersinė sistema T sritis fizika atitikmenys: engl. disperzni sistem vok. disperses System, n rus. disperzni sistem, n pranc. système dispersé, m … Fizikos terminų žodynas

disperzni sistem- heterogeni sistem od dve ili više faza sa visoko razvijenim interfejsom između njih. U dispergovanom sistemu, najmanje jedna od faza (naziva se disperzovana) je uključena u obliku malih čestica u drugu ... ... Enciklopedijski rečnik metalurgije

Fizički i mehanički sistem koji se sastoji od dispergovane faze i disperzione sredine. Postoje grubi i visoko dispergovani (koloidni) sistemi.