Chemia. Systemy rozproszone – co to jest? Układy rozproszone: definicja, klasyfikacja Układ rozproszony powstaje w wyniku mieszania

Heterogeniczny lub heterogeniczny, jest uważany za system składający się z dwóch lub więcej faz. Każda faza ma swój własny interfejs, który można oddzielić mechanicznie.

Układ heterogeniczny składa się z fazy rozproszonej (wewnętrznej) i ośrodka rozproszonego (zewnętrznego) otaczającego cząstki fazy rozproszonej.

Układy, w których fazą zewnętrzną są ciecze, nazywane są układami niejednorodnymi cieczy, a układy, w których fazą zewnętrzną są gazy, nazywane są układami gazów niejednorodnych. Systemy heterogeniczne nazywane są często systemami rozproszonymi.

Wyróżnia się: rodzaje systemów heterogenicznych: zawiesiny, emulsje, piany, pyły, dymy, mgły.

Zawieszenie to układ składający się z ciekłej fazy rozproszonej i stałej fazy rozproszonej (np. sosy z mąką, mleko skrobiowe, melasa z kryształkami cukru). W zależności od wielkości cząstek zawiesiny dzieli się na gruboziarniste (wielkość cząstek większa niż 100 µm), drobne (0,1–100 µm) i koloidalne (0,1 µm lub mniejsze).

Emulsja to układ składający się z cieczy i rozmieszczonych w niej kropli innej cieczy, która nie miesza się z pierwszą (na przykład mleko, mieszanina oleju roślinnego i wody). Pod wpływem grawitacji emulsje rozdzielają się, ale przy małych rozmiarach kropelek (poniżej 0,4–0,5 µm) lub po dodaniu stabilizatorów emulsje stają się trwałe i nie mogą się rozdzielić przez długi czas.

Wzrost stężenia fazy rozproszonej może spowodować jej przejście do fazy rozproszonej i odwrotnie. To wzajemne przejście nazywa się inwersją faz.Istnieją emulsje gazowe, w których ośrodkiem dyspersyjnym jest ciecz, a fazą rozproszoną jest gaz.

Piana to układ składający się z ciekłej fazy rozproszonej i rozmieszczonych w niej pęcherzyków gazu (faza rozproszona w gazie) (np. kremy i inne produkty ubijane). Pianki mają właściwości podobne do emulsji. Emulsje i pianki charakteryzują się inwersją faz.

Pyły, opary i mgły to aerozole.

Aerozole zwany układem rozproszonym składającym się z gazowego ośrodka dyspersyjnego i fazy stałej lub ciekłej rozproszonej, który składa się z cząstek o rozmiarach od quasi-molekularnych do mikroskopijnych, które mają tę właściwość, że są zawieszone na mniej lub bardziej długi czas (na przykład pył mączny powstający podczas przesiewanie, transport mąki, powstający podczas niej pył cukrowy itp.). Dym powstaje podczas spalania paliwa stałego, mgła powstaje podczas kondensacji pary.

W aerozolach ośrodkiem dyspersyjnym jest gaz lub powietrze, fazą rozproszoną w pyle i dymie są ciała stałe, a we mgłach ciecz. Wielkość cząstek stałych pyłu wynosi 3–70 mikronów, dymu – 0,3–5 mikronów.

Mgła to układ składający się z gazowego ośrodka dyspersyjnego i rozmieszczonych w nim kropelek cieczy (ciekła faza rozproszona). Wielkość kropelek cieczy powstałych w wyniku kondensacji we mgle wynosi 0,3–3 µm. Wskaźnikiem jakościowym charakteryzującym jednorodność wielkości cząstek aerozolu jest stopień dyspersji.

Aerozol nazywa się monodyspersyjnym, gdy jego cząstki składowe mają tę samą wielkość, i polidyspersyjnym, gdy zawiera cząstki o różnej wielkości. Aerozole monodyspersyjne praktycznie nie występują w przyrodzie. Tylko niektóre aerozole mają cząstki zbliżone do systemów monodyspersyjnych (strzępki grzybów, specjalnie wytwarzane mgły itp.).

Układy rozproszone lub heterogeniczne, w zależności od liczby faz rozproszonych, mogą być jedno- lub wieloskładnikowe. Przykładowo układem wieloskładnikowym jest mleko (posiada dwie fazy rozproszone: tłuszcz i białko); sosy (fazy rozproszone to mąka, tłuszcz itp.).

W przyrodzie dość trudno jest znaleźć czystą substancję. W różnych stanach mogą tworzyć mieszaniny, układy i roztwory jednorodne i niejednorodne – rozproszone. Jakie są te połączenia? Jakie są ich typy? Przyjrzyjmy się tym pytaniom bardziej szczegółowo.

Terminologia

Najpierw musisz zrozumieć, czym są systemy rozproszone. Definicja ta odnosi się do struktur heterogenicznych, w których jedna substancja w postaci drobnych cząstek jest równomiernie rozmieszczona w objętości drugiej. Składnik występujący w mniejszych ilościach nazywany jest fazą rozproszoną. Może zawierać więcej niż jedną substancję. Składnik występujący w większej objętości nazywany jest ośrodkiem. Istnieje granica między cząstkami fazy a nią. Pod tym względem systemy rozproszone nazywane są heterogenicznymi - heterogenicznymi. Zarówno ośrodek, jak i faza, mogą być reprezentowane przez substancje w różnych stanach skupienia: ciekłym, gazowym lub stałym.

Układy rozproszone i ich klasyfikacja

W zależności od wielkości cząstek wchodzących w skład fazy substancji wyróżnia się zawiesiny i struktury koloidalne. Te pierwsze mają elementy o wielkości większej niż 100 nm, a drugie - od 100 do 1 nm. Kiedy substancja ulega fragmentacji na jony lub cząsteczki o wielkości mniejszej niż 1 nm, powstaje roztwór - układ jednorodny. Różni się od innych jednorodnością i brakiem granicy między ośrodkiem a cząstkami. Koloidalne układy dyspersyjne prezentowane są w postaci żeli i zoli. Z kolei zawiesiny dzielimy na zawiesiny, emulsje i aerozole. Roztwory mogą być jonowe, molekularno-jonowe i molekularne.

Wstrzymać

Te układy dyspersyjne obejmują substancje o wielkości cząstek większej niż 100 nm. Struktury te są nieprzezroczyste: ich poszczególne elementy można dostrzec gołym okiem. Po osadzeniu medium i faza są łatwo rozdzielane. Co to są zawieszenia? Mogą być płynne lub gazowe. Te pierwsze dzielą się na zawiesiny i emulsje. Te ostatnie to konstrukcje, w których ośrodkiem i fazą są nierozpuszczalne w sobie ciecze. Należą do nich np. limfa, mleko, farby na bazie wody i inne. Zawiesina to struktura, w której ośrodkiem jest ciecz, a fazą jest substancja stała, nierozpuszczalna. Takie rozproszone systemy są dobrze znane wielu osobom. Należą do nich w szczególności „mleko wapienne”, zawieszony w wodzie muł morski lub rzeczny, mikroskopijne organizmy żywe występujące powszechnie w oceanie (plankton) i inne.

Aerozole

Zawiesiny te są rozproszonymi małymi cząsteczkami cieczy lub ciała stałego w gazie. Są mgły, dym, kurz. Pierwszy typ to rozkład małych kropelek cieczy w gazie. Pyły i dymy są zawiesinami składników stałych. Co więcej, w tym pierwszym przypadku cząstki są nieco większe. Do naturalnych aerozoli zaliczają się chmury burzowe i sama mgła. Smog, składający się ze składników stałych i ciekłych rozproszonych w gazie, wisi nad dużymi miastami przemysłowymi. Należy podkreślić, że aerozole jako układy rozproszone mają duże znaczenie praktyczne i spełniają ważne zadania w działalności przemysłowej i domowej. Przykładami pozytywnych efektów ich stosowania są: leczenie układu oddechowego (inhalacja), opryskiwanie pól środkami chemicznymi, czy opryskiwanie farbą butelką z rozpylaczem.

Struktury koloidalne

Są to układy rozproszone, w których fazę tworzą cząstki o wielkości od 100 do 1 nm. Takie elementy nie są widoczne gołym okiem. Faza i ośrodek w tych strukturach są z trudem oddzielane przez osadzanie. Zole (roztwory koloidalne) znajdują się w żywych komórkach i w całym organizmie. Płyny te obejmują sok jądrowy, cytoplazmę, limfę, krew i inne. Te rozproszone układy tworzą skrobię, kleje, niektóre polimery i białka. Struktury te można otrzymać w wyniku reakcji chemicznych. Na przykład podczas oddziaływania roztworów krzemianów sodu lub potasu ze związkami kwasowymi powstaje związek kwasu krzemowego. Zewnętrznie struktura koloidalna jest podobna do prawdziwej. Jednak te pierwsze różnią się od drugich obecnością „świetlistej ścieżki” - stożka, gdy przechodzi przez nie wiązka światła. Zole zawierają większe cząstki fazowe niż prawdziwe roztwory. Ich powierzchnia odbija światło - a obserwator może zobaczyć w naczyniu świetlisty stożek. W prawdziwym rozwiązaniu nie ma takiego zjawiska. Podobny efekt można zaobserwować także w kinie. W tym przypadku wiązka światła przechodzi nie przez ciecz, ale przez koloid w aerozolu - powietrze w hali.

Wytrącanie cząstek

W roztworach koloidalnych cząstki fazowe często nie osiadają nawet podczas długotrwałego przechowywania, co wiąże się z ciągłymi zderzeniami z cząsteczkami rozpuszczalnika pod wpływem ruchu termicznego. Zbliżając się do siebie, nie sklejają się, ponieważ na ich powierzchni znajdują się ładunki elektryczne o tej samej nazwie. Jednakże w pewnych okolicznościach może nastąpić proces koagulacji. Reprezentuje efekt sklejania się i wytrącania cząstek koloidalnych. Proces ten obserwuje się podczas neutralizacji ładunków na powierzchni mikroskopijnych elementów po dodaniu elektrolitu. W takim przypadku roztwór zamienia się w żel lub zawiesinę. W niektórych przypadkach proces koagulacji obserwuje się po podgrzaniu lub w przypadku zmian równowagi kwasowo-zasadowej.

Żele

Te koloidalne układy dyspersji są galaretowatymi osadami. Powstają podczas koagulacji zoli. Struktury te obejmują liczne żele polimerowe, kosmetyki, wyroby cukiernicze i substancje lecznicze (ciasto Ptasiego Mleka, marmolady, galaretki, galarety mięsne, żelatyna). Należą do nich także struktury naturalne: opal, ciała meduz, włosy, ścięgna, tkanka nerwowa i mięśniowa, chrząstka. Proces rozwoju życia na planecie Ziemia można w rzeczywistości uznać za historię ewolucji układu koloidalnego. Z biegiem czasu struktura żelu zostaje zakłócona i zaczyna się z niego uwalniać woda. Zjawisko to nazywa się synerezą.

Systemy jednorodne

Roztwory zawierają dwie lub więcej substancji. Są zawsze jednofazowe, to znaczy są substancją stałą, gazową lub cieczą. Ale w każdym razie ich struktura jest jednorodna. Efekt ten tłumaczy się faktem, że w jednej substancji inna jest rozproszona w postaci jonów, atomów lub cząsteczek, których wielkość jest mniejsza niż 1 nm. W przypadku, gdy konieczne jest podkreślenie różnicy między roztworem a strukturą koloidalną, nazywa się to prawdą. W procesie krystalizacji ciekłego stopu złota i srebra otrzymuje się stałe struktury o różnym składzie.

Klasyfikacja

Mieszaniny jonowe to struktury zawierające mocne elektrolity (kwasy, sole, zasady - NaOH, HC104 i inne). Innym typem są układy z dyspersją jonów molekularnych. Zawierają mocny elektrolit (siarkowodór, kwas azotawy i inne). Ostatni typ to rozwiązania molekularne. Struktury te obejmują nieelektrolity - substancje organiczne (sacharoza, glukoza, alkohol i inne). Rozpuszczalnik to składnik, którego stan skupienia nie zmienia się podczas tworzenia roztworu. Takim pierwiastkiem może być na przykład woda. W roztworze soli kuchennej, dwutlenku węgla, cukru pełni rolę rozpuszczalnika. W przypadku mieszania gazów, cieczy lub ciał stałych, rozpuszczalnikiem będzie ten składnik, którego jest więcej w mieszance.

Układy dyspersyjne można podzielić ze względu na wielkość cząstek fazy dyspersyjnej. Jeśli wielkość cząstek jest mniejsza niż jeden nm, są to molekularne układy jonowe, od jednego do stu nm są koloidalne, a powyżej stu nm są gruboziarniste. Grupę układów molekularnie rozproszonych reprezentują roztwory. Są to układy jednorodne, które składają się z dwóch lub więcej substancji i są jednofazowe. Należą do nich gaz, ciało stałe lub roztwory. Z kolei systemy te można podzielić na podgrupy:
- Molekularny. Kiedy substancje organiczne, takie jak glukoza, łączą się z nieelektrolitami. Roztwory takie nazywano prawdziwymi, aby można je było odróżnić od koloidalnych. Należą do nich roztwory glukozy, sacharozy, alkoholu i innych.
- Molekularno-jonowy. W przypadku interakcji słabych elektrolitów. Do tej grupy zaliczają się roztwory kwaśne, azotowe, siarkowodór i inne.
- Jonowy. Związek mocnych elektrolitów. Wybitnymi przedstawicielami są roztwory zasad, soli i niektórych kwasów.

Układy koloidalne

Układy koloidalne to układy mikroheterogeniczne, w których wielkość cząstek koloidalnych waha się od 100 do 1 nm. Mogą nie wytrącać się przez długi czas ze względu na solwatacyjną powłokę jonową i ładunek elektryczny. Po rozprowadzeniu w ośrodku roztwory koloidalne równomiernie wypełniają całą objętość i dzielą się na zole i żele, które z kolei wytrącają się w postaci galarety. Należą do nich roztwór albuminy, żelatyna, roztwory srebra koloidalnego. Mięsa w galarecie, suflety, budynie to jasne układy koloidalne spotykane w życiu codziennym.

Grube systemy

Nieprzezroczyste systemy lub zawiesiny, w których drobnocząsteczkowe składniki są widoczne gołym okiem. Podczas procesu osadzania faza rozproszona jest łatwo oddzielana od rozproszonego ośrodka. Dzieli się je na zawiesiny, emulsje i aerozole. Układy, w których ciało stałe o większych cząstkach umieszcza się w ciekłym ośrodku dyspersyjnym, nazywane są zawiesinami. Należą do nich wodne roztwory skrobi i gliny. W przeciwieństwie do zawiesin, emulsje otrzymuje się przez zmieszanie dwóch cieczy, w których jedna jest rozprowadzana kropelkowo w drugiej. Przykładem emulsji jest mieszanina oleju i wody, kropelki tłuszczu w mleku. Jeśli w gazie rozmieszczone są małe cząstki stałe lub ciekłe, są to aerozole. Zasadniczo aerozol jest zawiesiną w gazie. Jednym z przedstawicieli aerozolu na bazie cieczy jest mgła - jest to duża liczba małych kropelek wody zawieszonych w powietrzu. Aerozol stały - dym lub pył - wielokrotne nagromadzenie małych cząstek stałych, również zawieszonych w powietrzu.

Chemia ogólna: podręcznik / A. V. Zholnin; edytowany przez V. A. Popkova, A. V. Zholnina. - 2012 r. - 400 s.: il.

Rozdział 13. CHEMIA FIZYCZNA UKŁADÓW ROZPROSZONYCH

Rozdział 13. CHEMIA FIZYCZNA UKŁADÓW ROZPROSZONYCH

Życie to szczególny układ koloidalny,... to szczególne królestwo wód naturalnych.

W I. Wernadski

13.1 SYSTEMY ROZPROSZONE, ICH KLASYFIKACJE, WŁAŚCIWOŚCI

Roztwory koloidalne

Materialne podstawy współczesnej cywilizacji oraz samo istnienie człowieka i całego świata biologicznego związane są z systemami rozproszonymi. Człowiek żyje i pracuje w otoczeniu rozproszonych systemów. Powietrze, zwłaszcza w pomieszczeniach pracy, jest systemem rozproszonym. Wiele produktów spożywczych, półproduktów i produktów przetworzonych to systemy rozproszone (mleko, mięso, pieczywo, masło, margaryna). Wiele substancji leczniczych wytwarza się w postaci rzadkich zawiesin lub emulsji, maści, past lub kremów (protargol, kolargol, żelatynol itp.). Wszystkie żywe systemy są rozproszone. Komórki mięśniowe i nerwowe, włókna, geny, wirusy, protoplazma, krew, limfa, płyn mózgowo-rdzeniowy - wszystko to są formacje wysoce rozproszone. Zachodzące w nich procesy sterowane są prawami fizycznymi i chemicznymi, które bada chemia fizyczna układów rozproszonych.

Układy rozproszone to takie, w których substancja znajduje się w stanie mniej lub bardziej dużego rozdrobnienia i jest równomiernie rozmieszczona w środowisku. Nauka o układach wysoce rozproszonych nazywa się chemią koloidalną. Materia żywa opiera się na związkach znajdujących się w stanie koloidalnym.

Układ dyspersyjny składa się z ośrodka dyspersyjnego i fazy rozproszonej. Istnieje kilka klasyfikacji systemów rozproszonych w oparciu o różne cechy systemów rozproszonych.

1. Według stanu skupienia ośrodek dyspersyjny Wszystkie systemy dyspersyjne można zredukować do 3 typów. Układy rozproszone z gazem

ośrodek dyspersyjny - aerozole(dym, powietrze w miejscu pracy, chmury itp.). Układy rozproszone z ciekłym ośrodkiem dyspersyjnym - liozole(piany, emulsje – mleko, zawiesiny, pyły dostające się do dróg oddechowych; krew, limfa, mocz są hydrolatami). Układy rozproszone ze stałym ośrodkiem dyspersyjnym - solidozole(pumeks, żel krzemionkowy, stopy).

2. Druga grupa klasyfikacyjna obejmuje układy dyspersyjne w zależności od wielkości cząstek fazy rozproszonej. Miarą fragmentacji cząstek jest albo poprzeczny rozmiar cząstek - promień (r), albo

(promień) cząstek (r) wyraża się w centymetrach, wówczas dyspersja D jest liczbą cząstek, które można umieścić blisko siebie na długości jednego centymetra. Wreszcie można go scharakteryzować poprzez powierzchnię właściwą (∑), jednostkami ∑ są m 2 /g lub m 2 /l. Pod określona powierzchnia zrozumieć związek powierzchniowy (S) faza rozproszona do niego

współczynnik zależności pola powierzchni właściwej od kształtu cząstki. Powierzchnia właściwa jest wprost proporcjonalna do dyspersji (D) i odwrotnie proporcjonalna do poprzecznej wielkości cząstek (r). Wraz ze wzrostem rozproszenia, tj. w miarę zmniejszania się wielkości cząstek zwiększa się ich powierzchnia właściwa.

Druga klasyfikacja grupuje układy rozproszone w zależności od wielkości cząstek fazy rozproszonej na następujące grupy (tabela 13.1): układy gruboziarniste; roztwory koloidalne; prawdziwe rozwiązania.

Układy koloidalne mogą być gazowe, ciekłe i stałe. Najpopularniejszy i badany płyn (liozole). Roztwory koloidalne są zwykle nazywane w skrócie zolami. W zależności od charakteru rozpuszczalnika - ośrodek dyspersyjny, tj. woda, alkohol lub eter, liozole nazywane są odpowiednio hydrozolami, alkoholami lub eterozolami. Ze względu na intensywność oddziaływania cząstek fazy rozproszonej z ośrodkiem dyspersyjnym zole dzieli się na 2 grupy: liofilowy- intensywna interakcja, w wyniku której powstają rozwinięte warstwy solwatacyjne, na przykład zol protoplazmy, krwi, limfy, skrobi, białka itp.; zole liofobowe- słabe oddziaływanie cząstek fazy rozproszonej z cząstkami ośrodka dyspersyjnego. Zole metali, wodorotlenki, prawie wszystkie klasyczne układy koloidalne. Wkładki domaciczne i roztwory środków powierzchniowo czynnych podzielono na osobne grupy.

Tabela 13.1. Klasyfikacja układów dyspersyjnych ze względu na wielkość cząstek i ich właściwości

Nasi krajowi naukowcy I.G. wnieśli ogromny wkład w teorię roztworów koloidalnych. Borszczow, P.P. Weimarn, N.P. Pieskow, DI Mendelejew, B.V. Deryagin, PA Rebinder itp.

Każdy roztwór koloidalny jest układem mikroheterogenicznym, wielofazowym, wysoko i polidyspersyjnym o wysokim stopniu dyspersji. Warunkiem powstania roztworu koloidalnego jest nierozpuszczalność substancji jednej fazy w substancji drugiej, ponieważ tylko pomiędzy takimi substancjami mogą istnieć fizyczne interfejsy. Na podstawie siły oddziaływania pomiędzy cząstkami fazy rozproszonej wyróżnia się układy swobodnie rozproszone i koherentnie zdyspergowane. Przykładem tych ostatnich są błony biologiczne.

Przygotowanie roztworów koloidalnych odbywa się dwoma metodami: dyspergowaniem dużych cząstek do koloidalnego stopnia dyspersji oraz kondensacją – tworząc warunki, w których atomy, cząsteczki lub jony łączą się w agregaty o koloidalnym stopniu dyspersji.

Hydrozole mogą tworzyć metale, sole słabo rozpuszczalne w wodzie, tlenki i wodorotlenki oraz wiele niepolarnych substancji organicznych. Substancje dobrze rozpuszczalne w wodzie, ale słabo rozpuszczalne w związkach niepolarnych nie są zdolne do tworzenia hydrozoli, ale mogą tworzyć organozole.

Jak stabilizatory stosuje się substancje zapobiegające agregacji cząstek koloidalnych w większe i ich wytrącaniu. Efekt ten osiąga się poprzez: niewielki nadmiar jednego z odczynników, z których otrzymuje się substancję fazy rozproszonej, środki powierzchniowo czynne, w tym białka i polisacharydy.

Aby uzyskać dyspersję wymaganą dla układów koloidalnych (10 -7 -10 -9 m) stosuje się:

Kruszenie mechaniczne przy użyciu młynów kulowych i koloidalnych w obecności ciekłego ośrodka rozproszonego i stabilizatora;

Wpływ ultradźwięków (na przykład hydrozol siarki, grafit, wodorotlenki metali itp.);

Metoda pptyzacji z dodatkiem niewielkiej ilości elektrolitu - peptyd;

Jedną z odmian metody kondensacyjnej jest metoda zastępowania rozpuszczalnika, w wyniku której następuje zmniejszenie rozpuszczalności substancji fazy rozproszonej. Cząsteczki substancji kondensują się w cząstki o rozmiarach koloidalnych w wyniku zniszczenia warstw solwatacyjnych cząsteczek w roztworze rzeczywistym i powstania większych cząstek. Podstawa chemiczna

Metody kondensacji chemicznej obejmują reakcje chemiczne (utlenianie, redukcja, hydroliza, wymiana), prowadzące do powstania słabo rozpuszczalnych substancji w obecności określonych stabilizatorów.

13.2. WŁAŚCIWOŚCI MOLEKULARNO-KINETYCZNE ROZTWORÓW KOLOIDALNYCH. OSMOZA.

CIŚNIENIE OSMOTYCZNE

Ruch Browna to termiczny ruch cząstek w układach koloidalnych, który ma charakter molekularno-kinetyczny. Ustalono, że ruch cząstek koloidalnych jest konsekwencją przypadkowych uderzeń powodowanych przez cząsteczki ośrodka dyspersyjnego będące w ruchu termicznym. W rezultacie cząstka koloidalna często zmienia swój kierunek i prędkość. W ciągu 1 s cząstka koloidalna może zmienić swój kierunek ponad 10 20 razy.

Dyfuzja jest samoistnie zachodzącym procesem wyrównywania stężeń cząstek koloidalnych w roztworze pod wpływem ich chaotycznego ruchu termicznego. Zjawisko dyfuzji jest nieodwracalne. Współczynnik dyfuzji jest liczbowo równy ilości substancji rozproszonej przez jednostkę powierzchni w jednostce czasu przy gradiencie stężenia 1 (tj. zmianie stężenia o 1 mol/cm 3 na odległość 1 cm). A. Einstein (1906) wyprowadził równanie wiążące współczynnik dyfuzji z temperaturą bezwzględną, lepkością i wielkością cząstek fazy rozproszonej:

Gdzie T- temperatura, K; R- promień cząstki, m; η – lepkość, N s/m 2; być- stała Boltzmanna, 1,38 10 -23; D- współczynnik dyfuzji, m 2 /s.

Współczynnik dyfuzji jest wprost proporcjonalny do temperatury i odwrotnie proporcjonalny do lepkości ośrodka (η) i promienia cząstek (r). Przyczyną dyfuzji, podobnie jak ruchu Browna, jest molekularny ruch kinetyczny cząstek rozpuszczalnika i substancji. Wiadomo, że im większa jest jej objętość, tym mniejsza jest energia kinetyczna poruszającej się cząsteczki (tabela 13.2).

Korzystając z równania Einsteina, możesz łatwo określić masę 1 mola substancji, jeśli wiesz D, T,η i r. Z równania (13.1) możemy wyznaczyć R:

Gdzie R- uniwersalna stała gazowa, 8,3 (J/mol-K); Nie Stała Avogadro.

Tabela 13.2. Współczynnik dyfuzji niektórych substancji

Kiedy układ jest oddzielony od innych części układu przegrodą, która jest przepuszczalna dla jednego składnika (na przykład wody) i nieprzepuszczalna dla innego (na przykład substancji rozpuszczonej), dyfuzja staje się jednokierunkowa (osmoza). Nazywa się siłę powodującą osmozę na jednostkę powierzchni membrany ciśnienie osmotyczne. Rolę przegród półprzepuszczalnych (błon) mogą pełnić tkanki ludzkie, zwierzęce i roślinne (pęcherz moczowy, ściany jelit, błony komórkowe itp.). W przypadku roztworów koloidalnych ciśnienie osmotyczne jest niższe niż w roztworach rzeczywistych. Procesowi dyfuzji towarzyszy pojawienie się różnicy potencjałów w wyniku różnej ruchliwości jonów i powstania gradientu stężeń (potencjału błonowego).

Osadzanie. Na rozkład cząstek wpływa nie tylko dyfuzja, ale także pole grawitacyjne. Stabilność kinetyczna układu koloidalnego zależy od działania dwóch czynników, skierowanych w przeciwnych kierunkach: siły ciężkości, pod wpływem której cząstki osiadają, oraz siły, pod jaką cząstki mają tendencję do rozpraszania się w całej objętości i oprzeć się osiedlaniu.

Właściwości optyczne roztworów koloidalnych. Rozpraszanie światła. D. Równanie Rayleigha. Na pierwszy rzut oka nie da się odróżnić roztworów koloidalnych od prawdziwych. Dobrze przygotowany zol jest niemal czystą, przezroczystą cieczą. Jego mikroheterogeniczność można wykryć specjalnymi metodami. Jeśli zol znajdujący się w nieoświetlonym miejscu oświetli się wąską wiązką, to patrząc z boku widać stożek świetlny, którego wierzchołek znajduje się w miejscu, w którym wiązka wchodzi w niejednorodną przestrzeń. Jest to tzw. stożek Tyndalla – rodzaj mętnej poświaty koloidów obserwowanej przy bocznym oświetleniu nazywa się Efekt Faradaya-Tyndalla.

Przyczyną tego zjawiska charakterystycznego dla koloidów jest to, że wielkość cząstek koloidalnych jest mniejsza niż połowa długości fali światła i obserwuje się dyfrakcję światła, w wyniku czego cząstki świecą, zamieniając się w niezależne źródło światła, a promień staje się widoczny.

Teorię rozpraszania światła opracował Rayleigh w 1871 roku, który dla cząstek kulistych wyprowadził równanie wiążące natężenie światła padającego (I 0) z natężeniem światła rozproszonego na jednostkę objętości układu (I p).

Gdzie Ja, ja 0- natężenie światła rozproszonego i padającego, W/m2; kp - stała Rayleigha, stała zależna od współczynników załamania światła substancji fazy rozproszonej i ośrodka dyspersyjnego, m -3; z w- stężenie cząstek zolu, mol/l; λ - długość fali padającego światła, m; R- promień cząstki, m.

13.3. MICELARNA TEORIA STRUKTURY CZĄSTEK KOLOIDALNYCH

Micele tworzą fazę rozproszoną zolu, a ciecz międzymicelarna tworzy ośrodek dyspersyjny, w skład którego wchodzi rozpuszczalnik, jony elektrolitu i cząsteczki nieelektrolitowe. Micela składa się z elektrycznie obojętnego agregatu i cząsteczki jonowej. Masa cząstki koloidalnej koncentruje się głównie w agregacie. Kruszywa mogą mieć strukturę amorficzną lub krystaliczną. Zgodnie z regułą Panetha-Fajansa jony wchodzące w skład sieci krystalicznej agregatu (lub będące z nią izomorficzne) ulegają nieodwracalnej adsorbcji na agregacie, tworząc silne wiązania z atomami agregatu. Wskaźnikiem tego jest nierozpuszczalność tych związków. Nazywają się Jony determinujące potencjał. Agregat uzyskuje ładunek w wyniku selektywnej adsorpcji jonów lub jonizacji cząsteczek powierzchniowych. Zatem jony agregatowe i determinujące potencjał tworzą rdzeń miceli i jony grupowe o przeciwnym znaku - przeciwjony - wokół rdzenia. Agregat wraz z częścią jonową miceli tworzy podwójną warstwę elektryczną (warstwę adsorpcyjną). Kruszywo wraz z warstwą adsorpcyjną nazywa się granulką. Ładunek granulki jest równy sumie ładunków przeciwjonów i jonów determinujących potencjał. joński

część miceli składa się z dwóch warstw: adsorpcyjnej i dyfuzyjnej. Na tym kończy się tworzenie elektrycznie obojętnej miceli, która jest podstawą roztworu koloidalnego. Micela jest przedstawiona jako koloidalny wzór chemiczny.

Rozważmy strukturę miceli hydrozolowych na przykładzie tworzenia koloidalnego roztworu siarczanu baru pod warunkiem nadmiaru BaCl2:

Trudno rozpuszczalny siarczan baru tworzy krystaliczny agregat składający się z M Cząsteczki BaSO4. Adsorbowany na powierzchni urządzenia N Jony Ba 2+. Z powierzchnią jądra wiąże się 2(n -X) jony chlorkowe C1 - . Pozostałe przeciwjony (2x) znajdują się w warstwie rozproszonej:

Strukturę miceli zolu siarczanu baru otrzymanej z nadmiarem siarczanu sodu zapisuje się jako:

Z powyższych danych wynika, że znak ładunku cząstki koloidalnej zależy od warunków otrzymania roztworu koloidalnego.

13.4. POTENCJAŁ ELEKTROKINETYCZNY

CZĄSTECZKI KOLOIDALNE

Zeta-(ζ )-potencjał. Wielkość ładunku potencjału ζ określa ładunek granulki. Wyznacza się ją na podstawie różnicy sumy ładunków jonów determinujących potencjał i ładunków przeciwjonów znajdujących się w warstwie adsorpcyjnej. Zmniejsza się wraz ze wzrostem liczby przeciwjonów w warstwie adsorpcyjnej i może osiągnąć wartość zero, jeśli ładunek przeciwjonów jest równy ładunkowi jądra. Cząstka będzie w stanie izoelektrycznym. Na podstawie wartości potencjału ζ można ocenić stabilność układu rozproszonego, jego strukturę i właściwości elektrokinetyczne.

Potencjał ζ różnych komórek w organizmie jest różny. Żywa protoplazma jest naładowana ujemnie. Przy pH 7,4 wartość potencjału ζ erytrocytów wynosi od -7 do -22 mV, u ludzi -16,3 mV. W monocytach jest około 2 razy niższy. Potencjał elektrokinetyczny oblicza się poprzez określenie prędkości ruchu cząstek fazy rozproszonej podczas elektroforezy.

Ruchliwość elektroforetyczna cząstek zależy od szeregu wielkości i jest obliczana za pomocą równania Helmholtza-Smoluchowskiego:

Gdzie i ef- ruchliwość elektroforetyczna (prędkość elektroforezy), m/s; ε jest względną stałą dielektryczną roztworu; ε 0 - stała elektryczna, 8,9 10 -12 A s/W m; Δφ - różnica potencjałów z zewnętrznego źródła prądu, V; ζ - potencjał elektrokinetyczny, V; η – lepkość ośrodka dyspersyjnego, N s/m 2; l- odległość między elektrodami, m; k f- współczynnik, którego wartość zależy od kształtu cząstki koloidalnej.

13,5. ZJAWISKA ELEKTROKINETYCZNE.

ELEKTROFOREZA. ELEKTROFOREZA

W BADANIACH MEDYCZNYCH I BIOLOGICZNYCH

Zjawiska elektrokinetyczne odzwierciedlają związek istniejący pomiędzy ruchem faz układu rozproszonego względem siebie a właściwościami elektrycznymi granicy faz pomiędzy tymi fazami. Wyróżnia się cztery rodzaje zjawisk elektrokinetycznych – elektroforezę, elektroosmozę, potencjał przepływu (przepływ) i potencjał sedymentacji. Zjawiska elektrokinetyczne odkrył F.F. Reissa. Zanurzył na pewną odległość dwie szklane rurki w kawałku mokrej gliny, wsypał do nich trochę piasku kwarcowego, wlał wodę do tego samego poziomu i opuścił elektrody (ryc. 13.1).

Przepuszczając prąd stały, Reiss stwierdził, że w przestrzeni anodowej woda nad warstwą piasku staje się mętna na skutek pojawienia się zawiesiny cząstek gliny, jednocześnie zmniejsza się poziom wody w kolanie; w rurze katodowej woda pozostaje przejrzysta, ale jej poziom wzrasta. Na podstawie wyników eksperymentu możemy stwierdzić, że cząstki gliny poruszające się w kierunku elektrody dodatniej są naładowane ujemnie, a sąsiednia warstwa wody, przemieszczając się w kierunku bieguna ujemnego, jest naładowana dodatnio.

Ryż. 13.1. Zjawiska elektrokinetyczne ruchu cząstek fazy rozproszonej

w systemie rozproszonym

Zjawisko ruchu naładowanych cząstek fazy rozproszonej względem cząstek ośrodka dyspersyjnego pod wpływem pola elektrycznego nazywa się elektroforezą. Nazywa się zjawisko ruchu cieczy względem fazy stałej przez porowate ciało stałe (membranę). elektroosmoza. W warunkach opisywanego eksperymentu zaobserwowano jednocześnie dwa zjawiska elektrokinetyczne – elektroforezę i elektroosmozę. Ruch cząstek koloidalnych w polu elektrycznym jest wyraźnym dowodem na to, że cząstki koloidalne niosą ładunek na swojej powierzchni.

Cząsteczkę koloidalną, micelę, można uznać za ogromny jon złożony. Roztwór koloidalny ulega elektrolizie pod wpływem prądu stałego, cząstki koloidalne przenoszone są na anodę lub katodę (w zależności od ładunku cząstki koloidalnej). Zatem, elektroforeza to elektroliza wysoce rozproszonego układu.

Później odkryto dwa zjawiska, które były przeciwieństwem elektroforezy i elektroosmozy. Dorn odkrył, że kiedy jakiekolwiek cząstki osadzają się w cieczy, na przykład piasku w wodzie, pomiędzy 2 elektrodami umieszczonymi w różnych miejscach kolumny cieczy pojawia się siła emf, tzw. potencjał sedymentacyjny (efekt Dorna).

Kiedy ciecz jest przepychana przez porowatą przegrodę, po obu stronach której znajdują się elektrody, pojawia się również pole elektromagnetyczne - potencjał przepływu (perkolacji).

Cząstka koloidalna porusza się z prędkością proporcjonalną do wielkościζ -potencjał. Jeśli układ zawiera złożoną mieszaninę, można ją badać i rozdzielać metodą elektroforezy, opartą na ruchliwości elektroforetycznej cząstek. Jest to szeroko stosowane w badaniach biomedycznych w postaci makro i mikroelektroforezy.

Wytworzone pole elektryczne powoduje ruch cząstek fazy rozproszonej z prędkością proporcjonalną do wartości potencjału ζ, co można zaobserwować przesuwając granicę między roztworem badanym a buforem za pomocą urządzeń optycznych. W rezultacie mieszaninę dzieli się na szereg frakcji. Podczas rejestracji uzyskuje się krzywą z kilkoma pikami, wysokość piku jest ilościowym wskaźnikiem zawartości każdej frakcji. Metoda ta umożliwia izolację i badanie poszczególnych frakcji białek osocza krwi. Elektroferogramy osocza krwi wszystkich ludzi są zwykle takie same. W patologii mają charakterystyczny wygląd dla każdej choroby. Służą do diagnozowania i leczenia chorób. Elektroforeza służy do oddzielania aminokwasów, antybiotyków, enzymów, przeciwciał itp. Mikroelektroforeza polega na określeniu prędkości ruchu cząstek pod mikroskopem, elektroforeza - na papierze. Zjawisko elektroforezy zachodzi podczas migracji leukocytów do ognisk zapalnych. Obecnie opracowywane i wdrażane są jako metody lecznicze immunoelektroforezy, elektroforezy krążkowej, izotachoforezy itp., które rozwiązują wiele problemów medycznych i biologicznych o charakterze preparatywnym i analitycznym.

13.6. STABILNOŚĆ ROZTWORÓW KOLOIDALNYCH. SEDYMENTACJA, AGREGACJA I STABILNOŚĆ KONDENSACYJNA LIOZOLI. CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA ZRÓWNOWAŻONY ROZWÓJ

Zagadnienie stabilności układów koloidalnych jest bardzo ważnym zagadnieniem, które dotyczy bezpośrednio samego ich istnienia. Stabilność sedymentacyjna- odporność rozproszonych cząstek układu na osiadanie pod wpływem grawitacji.

Pieskow wprowadził koncepcję stabilności agregacyjnej i kinetycznej. Stabilność kinetyczna- zdolność fazy rozproszonej układu koloidalnego do przebywania w zawiesinie, nie do osadzania się i do przeciwdziałania siłom grawitacji. Układy silnie rozproszone są stabilne kinetycznie.

Pod stabilność agregatowa musisz zrozumieć zdolność systemu rozproszonego do utrzymania pierwotnego stopnia rozproszenia. Jest to możliwe tylko przy zastosowaniu stabilizatora. Konsekwencją naruszenia stabilności agregatowej jest niestabilność kinetyczna,

ponieważ agregaty powstałe z cząstek pierwotnych uwalniają się pod wpływem grawitacji (osiadają lub pływają).

Stabilność agregacyjna i kinetyczna są ze sobą powiązane. Im większa jest stabilność agregacyjna układu, tym większa jest jego stabilność kinetyczna. Stabilność zależy od wyniku walki grawitacji z ruchem Browna. Jest to przykład manifestacji prawa jedności i walki przeciwieństw. Czynniki determinujące stabilność układów: ruchy Browna, dyspersja cząstek fazy rozproszonej, lepkość i skład jonowy ośrodka dyspersyjnego itp.

Czynniki stabilności roztworów koloidalnych: obecność ładunku elektrycznego cząstek koloidalnych. Cząstki mają ten sam ładunek, więc gdy się spotkają, odpychają się; zdolność do solwatacji (hydratacji) jonów warstwy rozproszonej. Im bardziej uwodnione są jony w warstwie rozproszonej, tym grubsza jest ogólna powłoka hydratacyjna, tym bardziej stabilny jest system. Siły sprężyste warstw solwatacyjnych działają klinująco na rozproszone cząstki i uniemożliwiają ich wzajemne zbliżanie się; właściwości strukturalno-adsorpcyjne układów. Trzeci czynnik związany jest z właściwościami adsorpcyjnymi układów dyspersyjnych. Na rozwiniętej powierzchni fazy rozproszonej łatwo wchłaniają się cząsteczki środków powierzchniowo czynnych (surfaktanty) i związków wielkocząsteczkowych (HMC). Duże rozmiary cząsteczek niosących własne warstwy solwatacyjne tworzą na powierzchni cząstek warstwy adsorpcyjno-solwatacyjne o znacznym rozciągłości i gęstości. Takie układy są stabilne pod względem stabilności do układów liofilowych. Wszystkie te warstwy mają pewną strukturę, stworzoną według P.A. Respoiwo stanowi barierę strukturalno-mechaniczną utrudniającą zbieżność rozproszonych cząstek.

13,7. KOAGULACJA ZOLI. ZASADY KOAGULACJI. KINETYKA KOAGULACJI

Zole są układami niestabilnymi termodynamicznie. Cząstki fazy rozproszonej zoli mają tendencję do zmniejszania swobodnej energii powierzchniowej na skutek zmniejszenia powierzchni właściwej cząstek koloidalnych, co następuje podczas ich łączenia. Proces łączenia się cząstek koloidalnych w większe agregaty i ostatecznie ich wytrącania nazywa się koagulacja.

Koagulacja jest spowodowana różnymi czynnikami: działaniem mechanicznym, zmianami temperatury (wrzenie i zamarzanie), promieniowaniem

substancji obcych, zwłaszcza elektrolitów, czasu (starzenia), stężenia fazy rozproszonej.

Najbardziej badanym procesem jest koagulacja zoli z elektrolitami. Istnieją następujące zasady koagulacji zoli z elektrolitami.

1. Wszystkie elektrolity mogą powodować koagulację zoli liofobowych. Efekt koagulacji (P) mają jony, które mają ładunek przeciwny do ładunku granulki (jony determinujące potencjał) i ten sam znak co przeciwjony (Reguła Hardy’ego). Koagulacja dodatnio naładowanych zoli jest powodowana przez aniony.

2. Zdolność koagulacyjna jonów (P) zależy od wielkości ich ładunku. Im wyższy ładunek jonu, tym większy efekt koagulacji (Reguła Schulzego): PA1 3+ > PCa 2+ > PK + .

Odpowiednio dla progu krzepnięcia możemy napisać:

te. im niższy ładunek jonu, tym większe będzie stężenie koagulacji.

3. W przypadku jonów o tym samym ładunku zdolność koagulacji zależy od promienia (r) solwatowanego jonu: im większy promień, tym większy efekt koagulacji:

4. Każdy elektrolit charakteryzuje się progowym stężeniem procesu koagulacji roztworu koloidalnego (próg krzepnięcia), tj. najmniejsze stężenie, wyrażone w milimolach, jakie należy dodać do jednego litra roztworu koloidalnego, aby spowodować jego koagulację. Próg krzepnięcia lub stężenie progowe oznaczono jako C. Próg krzepnięcia jest względną cechą stabilności zolu w odniesieniu do danego elektrolitu i jest odwrotnością zdolności krzepnięcia:

5. Efekt koagulacji jonów organicznych jest większy niż jonów nieorganicznych; Koagulacja wielu zoli liofobowych następuje wcześniej,

W ten sposób osiąga się ich stan izoelektryczny, w którym rozpoczyna się wyraźna koagulacja. Ta akcja nazywa się krytyczny. Jego wartość wynosi +30 mV.

Proces koagulacji dla każdego układu dyspersyjnego zachodzi z określoną prędkością. Zależność szybkości koagulacji od stężenia koagulatora elektrolitowego pokazano na ryc. 13.2.

Ryż. 13.2. Zależność szybkości krzepnięcia od stężenia elektrolitu.

Wyjaśnienia w tekście

Zidentyfikowano 3 obszary i dwa punkty charakterystyczne A&B. Obszar ograniczony linią OA (wzdłuż osi stężenia) nazywany jest obszarem koagulacji utajonej. Tutaj szybkość koagulacji jest praktycznie zerowa. To jest strefa stabilności zolu. Pomiędzy punktami A i B znajduje się obszar powolnej koagulacji, w którym szybkość koagulacji zależy od stężenia elektrolitu. Punkt A odpowiada najniższemu stężeniu elektrolitu, przy którym rozpoczyna się wyraźna koagulacja (próg krzepnięcia) i ma wartość krytyczną. Ten etap można ocenić na podstawie znaków zewnętrznych: zmiany koloru, pojawienia się zmętnienia. Układ koloidalny ulega całkowitemu zniszczeniu: substancja fazy rozproszonej wydziela się w postaci osadu zwanego koagulować. W punkcie B rozpoczyna się szybka koagulacja, czyli wszystkie zderzenia cząstek są skuteczne i niezależne od stężenia elektrolitu. W punkcie B potencjał ζ wynosi 0. Ilość substancji potrzebna do koagulacji roztworu koloidalnego zależy od tego, czy elektrolit dodaje się natychmiast, czy stopniowo, małymi porcjami. Zauważono, że w tym drugim przypadku należy dodać więcej substancji, aby wywołać to samo zjawisko koagulacji. Zjawisko to wykorzystuje się w dawkowaniu leków.

Jeśli połączysz dwa roztwory koloidalne o przeciwnych ładunkach, szybko one koagulują. Proces ma charakter elektrostatyczny. Służy do oczyszczania ścieków przemysłowych i ścieków. W wodociągach przed filtrami piaskowymi do wody dodaje się siarczan glinu lub chlorek żelaza (III). Podczas ich hydrolizy tworzą się dodatnio naładowane zole wodorotlenków metali, które powodują koagulację ujemnie naładowanych cząstek mikroflory, gleby i zanieczyszczeń organicznych.

W układach biologicznych zjawiska krzepnięcia odgrywają bardzo ważną rolę. Krew pełna jest emulsją. Powstałe elementy krwi stanowią fazę rozproszoną, osocze jest ośrodkiem dyspersyjnym. Plazma jest systemem bardziej rozproszonym. Faza rozproszona: białka, enzymy, hormony. We krwi działają układ krzepnięcia krwi i układ przeciwzakrzepowy. Pierwszą zapewnia trombina, która działa na fibrynogen i powoduje powstawanie pasm fibrynowych (skrzepu krwi). Czerwone krwinki osadzają się z określoną szybkością (ESR). Proces krzepnięcia zapewnia minimalną utratę krwi i powstawanie skrzepów krwi w układzie krążenia. W patologii czerwone krwinki adsorbują duże cząsteczki gamma globulin i fibrynogenów, co powoduje wzrost ESR. Główną właściwością przeciwzakrzepową krwi jest heparyna, antykoagulant krwi. W klinikach stosuje się koagulogramy - zestaw badań dotyczących krzepliwości i zdolności przeciwzakrzepowej krwi (zawartość protrombiny, czas rekalcyfikacji osocza, tolerancja heparyny, całkowita ilość fibrynogenu itp.), jest to ważne w przypadku ciężkich krwawień i tworzenia się skrzepów krwi . Przy jej przechowywaniu należy wziąć pod uwagę krzepnięcie krwi. Jony Ca 2+ usuwa się azotanem sodu w celu wytrącenia osadu, co zwiększa krzepliwość. Stosuje się antykoagulant, heparynę i dikumarynę. Polimery stosowane do endoprotez elementów układu sercowo-naczyniowego muszą posiadać właściwości przeciwzakrzepowe lub zakrzepoodporne.

13.8. STABILIZACJA UKŁADÓW KOLOIDALNYCH (OCHRONA ROZTWORÓW KOLOIDALNYCH)

Stabilizacja roztworów koloidalnych względem elektrolitów poprzez utworzenie dodatkowych warstw adsorpcyjnych na powierzchni cząstek koloidalnych o podwyższonych właściwościach strukturalnych i mechanicznych, dodanie niewielkiej ilości roztworu o wysokiej

nazywane są związkami komolekularnymi (żelatyna, kazeinian sodu, albumina jaja itp.). ochrona koloidalna. Zole chronione są bardzo odporne na elektrolity. Chroniony zol uzyskuje wszystkie właściwości zaadsorbowanego polimeru. Zdyspergowany układ staje się liofilowy, a zatem stabilny. Ochronne działanie wkładki domacicznej lub środka powierzchniowo czynnego charakteryzuje się liczbą ochronną. Przez liczbę ochronną należy rozumieć minimalną masę wkładki (w miligramach), którą należy dodać do 10 ml zolu testowego, aby zabezpieczyć ją przed koagulacją po wprowadzeniu do układu 1 ml 10% roztworu chlorku sodu. Stopień działania ochronnego roztworów IUD zależy od: charakteru wkładki, charakteru chronionego zolu, stopnia dyspersji, pH ośrodka oraz zanieczyszczeń.

Zjawisko obrony koloidalnej w organizmie odgrywa bardzo ważną rolę w szeregu procesów fizjologicznych. Różne białka, polisacharydy i peptydy mają działanie ochronne w organizmie. Adsorbują Ca na cząsteczkach koloidalnych takich hydrofobowych układów organizmu jak węglany i fosforany wapnia, przekształcając je w stan stabilny. Przykładami zoli chronionych są krew i mocz. Jeśli odparujesz 1 litr moczu, zbierzesz powstały osad i spróbujesz rozpuścić go w wodzie, będziesz potrzebować 14 litrów rozpuszczalnika. W związku z tym mocz jest roztworem koloidalnym, w którym rozproszone cząsteczki są chronione przez albuminy, mucyny i inne białka. Białka surowicy zwiększają rozpuszczalność węglanu wapnia prawie 5-krotnie. Zwiększona zawartość fosforanu wapnia w mleku wynika z ochrony białek, która wraz z wiekiem ulega osłabieniu.

W rozwoju miażdżycy ważną rolę odgrywa równowaga leucetynowo-cholesterolowa, gdy zostanie ona zaburzona, zmienia się stosunek cholesterolu, fosfolipidów i białek, co prowadzi do odkładania się cholesterolu na ściankach naczyń krwionośnych, co skutkuje miażdżycą. Dużą rolę w ochronie odgrywają wielkocząsteczkowe składniki tłuszczowo-białkowe. Z drugiej strony zdolność krwi do zatrzymywania wysokich stężeń gazów węgla i tlenu w stanie rozpuszczonym wynika również z ochronnego działania białek. W tym przypadku białka otaczają mikropęcherzyki gazu i chronią je przed sklejaniem.

Ochrona cząstek koloidalnych stosowanych w produkcji leków. Często konieczne jest wprowadzenie do organizmu substancji leczniczych w stanie koloidalnym, tak aby zostały równomiernie rozłożone w organizmie i wchłonięte. Wykorzystano zatem koloidalne roztwory srebra, rtęci, siarki, zabezpieczone substancjami białkowymi

jako leki (protargol, kołnierzol, lisorginon) nie tylko stają się niewrażliwe na elektrolity, ale mogą również odparować do sucha. Sucha pozostałość po obróbce wodą ponownie zamienia się w zol.

13.9. PEPTYZACJA

Peptyzacja - odwrotny proces koagulacji, proces przejścia koagulatu w zol. Peptyzacja ma miejsce, gdy do osadu dodaje się substancje (koagulat), które sprzyjają przejściu osadu w zol. Nazywają się Miazga Pepti. Zazwyczaj peptyzatory są jonami determinującymi potencjał. Na przykład osad wodorotlenku żelaza (III) peptyzuje się solami żelaza (III). Ale rolę peptydyzatora może pełnić także rozpuszczalnik (H2O). Proces peptyzacji powodowany jest zjawiskami adsorpcji. Peptizer ułatwia tworzenie elektrycznej struktury dwuwarstwowej i powstawanie potencjału zeta.

W konsekwencji proces peptyzacji zachodzi głównie na skutek adsorpcji jonów determinujących potencjał i desorpcji przeciwjonów, co skutkuje wzrostem potencjału ζ rozproszonych cząstek i wzrostem stopnia solwatacji (hydratacji), powstawaniem solwatacji otoczki wokół cząstek, które powodują efekt klinowania (peptyzacja adsorpcyjna).

Oprócz adsorpcji istnieją również peptyzacja rozpuszczania. Do tego typu zalicza się wszystko, gdy proces peptyzacji wiąże się z reakcją chemiczną cząsteczek powierzchniowych fazy rozproszonej. Składa się z dwóch faz: utworzenia peptizera w wyniku reakcji chemicznej wprowadzonego elektrolitu peptizera ze zdyspergowaną cząstką; adsorpcja powstałego środka peptyzującego na powierzchni fazy rozproszonej, prowadząca do powstania miceli i peptyzacji osadu. Typowym przykładem peptyzacji rozpuszczania jest peptyzacja wodorotlenków metali kwasami.

Maksymalną dyspersję zoli uzyskanych w wyniku peptyzacji adsorpcyjnej określa stopień dyspersji cząstek pierwotnych tworzących płatki osadu. Podczas peptyzacji rozpuszczania granica fragmentacji cząstek może opuścić obszar koloidu i osiągnąć molekularny stopień dyspersji. Proces peptyzacji ma ogromne znaczenie w organizmach żywych, ponieważ koloidy komórek i płynów biologicznych są stale narażone na działanie elektrolitów w organizmie.

Działanie wielu detergentów, w tym detergentów, opiera się na zjawisku peptyzacji. Jon koloidalny mydła jest dipolem, jest adsorbowany przez cząsteczki brudu, nadaje im ładunek i sprzyja ich peptyzacji. Brud w postaci zolu łatwo usuwa się z powierzchni.

13.10. ŻELE I JELE. TIXOTROPIA. SYNEREZA

Roztwory wkładek domacicznych i zole niektórych koloidów hydrofobowych mogą ulegać zmianom w określonych warunkach: następuje utrata płynności, żelowanie, żelowanie roztworów, tworzą się galaretki i żele (od łacińskiego „zamrożone”).

Galaretki (żele)- Są to stałe, niepłynne, ustrukturyzowane układy, które powstają w wyniku działania molekularnych sił adhezji pomiędzy cząstkami koloidalnymi lub makrocząsteczkami polimeru. Siły oddziaływania międzycząsteczkowego prowadzą do powstania przestrzennej siatki siatkowej, której komórki przestrzennej siatki wypełnione są płynnym roztworem, niczym nasączona cieczą gąbka. Tworzenie się galaretki można przedstawić jako wysalanie wkładki domacicznej lub początkowy etap krzepnięcia, pojawienie się struktury krzepnięcia.

Gdy mieszaninę ogrzeje się do temperatury 45°C, wodny roztwór żelatyny staje się jednorodnym ciekłym ośrodkiem. Po ochłodzeniu do temperatury pokojowej lepkość roztworu wzrasta, układ traci płynność, twardnieje, konsystencja półstałej masy zachowuje swój kształt (można ją ciąć nożem).

W zależności od charakteru substancji tworzących galaretę lub żel wyróżnia się: zbudowane z cząstek twardych – kruche (nieodwracalne); utworzone przez elastyczne makrocząsteczki - elastyczne (odwracalne). Kruche tworzą cząstki koloidalne (TiO 2, SiO 2). Suszona jest twardą pianką o dużej powierzchni właściwej. Wysuszona galaretka nie pęcznieje, suszenie powoduje nieodwracalne zmiany.

Elastyczne żele powstają z polimerów. Po wysuszeniu łatwo ulegają deformacji i kompresji, w wyniku czego powstaje suchy polimer (pyrogel), który zachowuje elastyczność. Posiada zdolność pęcznienia w odpowiednim rozpuszczalniku, proces jest odwracalny i można go wielokrotnie powtarzać.

Słabe wiązania molekularne w galaretach można zniszczyć mechanicznie (poprzez wstrząsanie, zalewanie, temperaturę). Zerwanie wiązania powoduje zniszczenie struktury, cząstki nabywają zdolność

pod wpływem ruchu termicznego układ upłynnia się i staje się płynny. Po pewnym czasie struktura samoistnie się regeneruje. Można to powtórzyć dziesiątki razy. Ta odwracalna transformacja nazywa się tiksotropia. Tę przemianę izotermiczną można przedstawić na schemacie:

Tiksotropię obserwuje się w słabych roztworach żelatyny, protoplazmie komórkowej. Odwracalność tiksotropii wskazuje, że strukturowanie w odpowiednich układach wynika z sił międzycząsteczkowych (van der Waalsa) - struktura koagulacyjno-tiksotropowa.

Żele w organizmie to mózg, skóra i gałka oczna. Struktura typu kondensacyjno-krystalizacyjnego charakteryzuje się silniejszym wiązaniem o charakterze chemicznym. W tym przypadku zostaje zakłócona odwracalność zmian tiksotropowych (żel kwasu krzemowego).

Galaretka to stan nierównowagowy układu, pewien etap powoli zachodzącego procesu rozdzielania faz i zbliżania się układu do stanu równowagi. Proces sprowadza się do stopniowego sprasowania galaretowej ramki w gęstszą zwartą masę z dociśnięciem drugiej ruchomej fazy ciekłej, która jest mechanicznie utrzymywana w przestrzennej siatce ramki. Podczas przechowywania na powierzchni galaretek początkowo pojawiają się pojedyncze krople płynu, które z biegiem czasu powiększają się i łączą w ciągłą masę fazy ciekłej. Ten spontaniczny proces oddzielania galaretki nazywa się synerezą. W przypadku kruchych galaretek synereza to nieodwracalna agregacja cząstek, zagęszczenie całej struktury. W przypadku wkładki domacicznej zwiększenie temperatury może zatrzymać synerezę i przywrócić galaretkę do pierwotnej pozycji. Przykładami synerezy są oddzielanie się skrzepów skoagulowanej krwi, twardnienie chleba i moczenie wyrobów cukierniczych. Tkanki młodych ludzi są elastyczne, zawierają więcej wody, z wiekiem traci się elastyczność, wody jest mniej – jest to synereza.

13.11. PYTANIA I ZADANIA DO AUTOTESTU

PRZYGOTOWANIE DO ZAJĘĆ I EGZAMINÓW

1. Podaj pojęcie układu rozproszonego, fazy rozproszonej i ośrodka dyspersyjnego.

2. Jak klasyfikuje się układy rozproszone ze względu na stan skupienia fazy rozproszonej i ośrodka dyspersyjnego? Podaj przykłady profili medycznych i biologicznych.

3. Jak klasyfikuje się układy rozproszone ze względu na siłę zachodzących w nich oddziaływań międzycząsteczkowych? Podaj przykłady profili medycznych i biologicznych.

4. Główną częścią aparatu sztucznej nerki jest dializator. Jaka jest zasada najprostszego dializatora? Jakie zanieczyszczenia można usunąć z krwi poprzez dializę? Jakie czynniki decydują o szybkości dializy?

5. W jaki sposób można odróżnić roztwór substancji drobnocząsteczkowej od roztworu koloidalnego? Na jakich właściwościach opierają się te metody?

6. W jaki sposób można odróżnić zol od układu grubo rozproszonego? Na jakich właściwościach opierają się te metody?

7. Jakie istnieją metody wytwarzania układów z dyspersją koloidalną? Czym się od siebie różnią?

8.Jakie są właściwości molekularno-kinetyczne i optyczne układów z dyspersją koloidalną? Co odróżnia je od prawdziwych rozwiązań i grubych systemów?

9.Podawać pojęcie stabilności agregacyjnej, kinetycznej i kondensacyjnej układów rozproszonych. Czynniki determinujące stabilność systemów.

10. Pokazać zależność pomiędzy właściwościami elektrokinetycznymi koloidalnych układów dyspersyjnych.

11.Jakie zjawiska elektrokinetyczne zachodzą podczas mechanicznego mieszania cząstek fazy rozproszonej: a) względem ośrodka dyspersyjnego; b) względem cząstek fazy rozproszonej?

12. Wyjaśnij, który z poniższych preparatów należy do roztworów koloidalnych: a) preparat wodnego siarczanu baru, stosowany jako środek kontrastowy w badaniach rentgenowskich, o wielkości cząstek 10 -7 m; b) preparat srebra w wodzie - kołnierzol, stosowany w leczeniu ran ropnych o wielkości cząstek 10 -9 m.

13. Pojęcie koagulacji zoli. Koagulacja zoli liofilowych. Jakie są zewnętrzne oznaki krzepnięcia? Wskaż możliwe produkty koagulacji zoli.

14. Czynniki powodujące koagulację zoli. Zasady koagulacji zoli z elektrolitami. Kinetyka koagulacji. Próg krzepnięcia.

15. W wyniku naruszenia mikro (Ca 2+) i makro (C 2 O 4 2-) pierwiastków i homeostazy kwasowo-zasadowej w przewodzie pokarmowym, w nerkach zachodzi reakcja:

Jaki jest ładunek zolu? Który ze wskazanych jonów będzie działał koagulując cząstki tego zolu: K+, Mg 2+, SO 4 2-, NO 3 -, PO 4 3-, Al 3+?

Tworzy się zol szczawianu wapnia. Zapiszmy wzór miceli zolowej

(13.3.).

Ładunek granulki zolu jest dodatni, co oznacza, że ​​działanie koagulujące (k) na cząstki tego zolu będą miały następujące jony: SO 4 2-, PO 4 3-, NO 3-, zgodnie z regułą Hardy’ego. Im wyższy ładunek jonu koagulującego, tym silniejsze jest jego działanie koagulujące (reguła Schulzego). Zgodnie z regułą Schulzego aniony te można ułożyć w następujący rząd: C do P0 4 3- > C do SO 4 2- > C do NO 3 - . Im niższy ładunek jonu, tym wyższe stężenia wystąpią koagulację. Próg krzepnięcia (p) jest względną cechą stabilności zolu w odniesieniu do danego elektrolitu i jest odwrotnością

13.12. ZADANIA TESTOWE

1. Wybierz nieprawidłowe stwierdzenie:

a) metody kondensacji do wytwarzania roztworów koloidalnych obejmują ORR, hydrolizę i wymianę rozpuszczalnika;

b) metody dyspersyjne do wytwarzania roztworów koloidalnych obejmują mechaniczne, ultradźwiękowe, peptyzację;

c) właściwości optyczne układów koloidalnych obejmują opalescencję, dyfrakcję i efekt Tyndalla;

d) molekularne właściwości kinetyczne układów koloidalnych obejmują ruchy Browna, rozpraszanie światła i zmianę koloru roztworu.

2. Wybierz nieprawidłowe stwierdzenie:

a) elektroforeza to ruch fazy rozproszonej w polu elektrycznym względem stacjonarnego ośrodka dyspersyjnego;

b) elektroosmoza to ruch w polu elektrycznym ośrodka dyspersyjnego względem stacjonarnej fazy rozproszonej;

c) przenikanie cieczy zawierających jony i cząsteczki terapeutyczne przez układ kapilarny pod wpływem pola elektrycznego nazywa się elektrodializą;

d) elektroforeza służy do oddzielania białek, kwasów nukleinowych i komórek krwi.

3. Roztwór koloidalny, który utracił płynność, to:

a) emulsja;

b) żel;

c) zol;

d) zawieszenie.

4. Osocze krwi to:

a) zol;

b) żel;

c) prawdziwe rozwiązanie;

d) emulsja.

5. Układ heterogeniczny składający się z mikrokryształu z fazą rozproszoną otoczonego solwatowanymi jonami stabilizującymi nazywa się:

a) granulka;

b) rdzeń;

c) jednostka;

d) micela.

6. Podczas tworzenia miceli jony determinujące potencjał są adsorbowane zgodnie z zasadą:

a) Schulze-Hardy;

b) Rebinator;

c)Paneta-Fajanza;

d) Shilova.

7. Granulat micelarny to agregat:

a) razem z warstwą adsorpcyjną;

b) warstwa dyfuzyjna;

c) warstwy adsorpcyjne i dyfuzyjne;

d) jony determinujące potencjał.

8. Potencjał międzyfazowy to potencjał pomiędzy:

a) faza stała i ciekła;

b) warstwy adsorpcyjne i rozproszone na granicy przesuwnej;

c) jądro i przeciwjony;

d) jony i przeciwjony determinujące potencjał.

9. Zdolność drobnoporowatych membran do zatrzymywania cząstek fazy rozproszonej i swobodnego przepuszczania jonów i cząsteczek nazywa się:

), które są całkowicie lub praktycznie niemieszalne i nie reagują ze sobą chemicznie. Pierwsza z substancji ( faza rozproszona) drobno rozmieszczone w drugim ( ośrodek dyspersyjny). Jeżeli faz jest kilka, można je od siebie oddzielić fizycznie (wirówka, oddzielna itp.).

Typowo układy rozproszone to roztwory koloidalne, zole. Do układów rozproszonych zalicza się także przypadek stałego ośrodka rozproszonego, w którym zlokalizowana jest faza rozproszona.

Układy z cząstkami fazy rozproszonej o jednakowej wielkości nazywane są monodyspersyjnymi, a układy z cząstkami o nierównej wielkości nazywane są polidyspersyjnymi. Z reguły rzeczywiste systemy wokół nas są polidyspersyjne.

Ze względu na wielkość cząstek układy swobodnie rozproszone dzielą się na:

Układy ultramikroheterogeniczne nazywane są także koloidalnymi lub zolami. W zależności od charakteru ośrodka dyspersyjnego zole dzielimy na zole stałe, aerozole (zole z gazowym ośrodkiem dyspersyjnym) i liozole (zole z ciekłym ośrodkiem dyspersyjnym). Do układów mikroheterogenicznych zalicza się zawiesiny, emulsje, pianki i proszki. Najpopularniejszymi systemami gruboziarnistymi są systemy na gaz stały, taki jak piasek.

Według klasyfikacji M. M. Dubinina układy koherentnie rozproszone (ciała porowate) dzielą się na:

Fundacja Wikimedia. 2010.

Zobacz, co „system rozproszony” znajduje się w innych słownikach:

układ rozproszony- układ rozproszony: Układ składający się z dwóch lub więcej faz (ciał) z wysoce rozwiniętym interfejsem między nimi. [GOST R 51109 97, artykuł 5.6] Źródło... Słownik-podręcznik terminów dokumentacji normatywnej i technicznej

układ rozproszony- System składający się z dwóch lub więcej faz (ciał) z wysoce rozwiniętym interfejsem między nimi. [GOST R 51109 97] [GOST R 12.4.233 2007] Tematyka: czystość przemysłowa, środki ochrony indywidualnej... Przewodnik tłumacza technicznego

układ rozproszony- – układ heterogeniczny składający się z dwóch lub więcej faz, charakteryzujący się wysoce rozwiniętym interfejsem między nimi. Chemia ogólna: podręcznik / A. V. Zholnin ... Terminy chemiczne

układ rozproszony- ▲ mieszanina mechaniczna układ drobno rozproszony układ heterogeniczny, w którym cząstki jednej fazy (zdyspergowane) są rozmieszczone w innej fazie jednorodnej (ośrodku dyspersyjnym). pianka (kawałki pianki). piana. pianka, sya. piana. pienisty. piana... ... Słownik ideograficzny języka rosyjskiego

układ rozproszony- dissinė sistema statusas T sritis chemija apibrėžtis Sistema, susidedanti iš dissinės fazės ir dissinės terpės (aplinkos). atitikmenys: pol. system rozproszony; dyspersja ros. dyspersja; system rozproszony ryšiai: sinonimas – dyspersija … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

układ rozproszony- dissinė sistema statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. rozproszony system vok. rozprasza System, n rus. system rozproszony, n pranc. système dissé, m … Fizikos terminų žodynas

układ rozproszony- heterogeniczny układ dwóch lub więcej faz z wysoce rozwiniętym interfejsem między nimi. W układzie rozproszonym co najmniej jedna z faz (nazywa się to fazą rozproszoną) jest zawarta w postaci małych cząstek w innej... ... Encyklopedyczny słownik metalurgii

Układ fizyczny i mechaniczny składający się z fazy rozproszonej i ośrodka dyspersyjnego. Istnieją układy gruboziarniste i silnie zdyspergowane (koloidalne).