ІІ. Класифікація за агрегатним станом

Залежно від агрегатного стану дисперсної фази і дисперсійного середовища (газоподібний – Г рідкий – Р, твердий - Т) можна виділити 9 типів дисперсних систем.

Золі з газоподібним дисперсійним середовищем називають аерозолями, з рідким – ліозолями або просто золями, з твердим – солідозолями. У свою чергу, лізолі поділяють на: гідрозолі, етерозолі, алкоголі, бензозолі, у яких дисперсійним середовищем відповідно є вода, ефір, спирт, бензен.

Дисперсні системи з рідким або газоподібним дисперсійним середовищем, у якому частинки дисперсної фази можуть вільно переміщуватись, називають вільнодисперсними ( емульсії, суспензії, лізолі, аерозолі )

Системи з твердим дисперсійним середовищем, у якому частинки дисперсної фази не можуть вільно переміщуватись, називають зв’язанодисперсними (капілярно-поруваті тіла, полімерні плівки, гелі і драглі тверді розчини).

ІІІ. За міжфазовою взаємодією. Залежно від інтенсивності сил взаємодії між частинками дисперсної фази і дисперсійного середовища (на межі поділу фаз) системи поділяють на ліофобні та ліофільні.

Ліофобні є системи, у яких спорідненість дисперсної фази і середовища дуже незначна, а тому слабкі сили міжмолекулярної взаємодії на межі полу фаз. Такі системи є термодинамічно нестійкими. До них належать – лізолі, аерозолі, емульсії, піни. Ліофобні золі (у випадку води - гідрофобні) називають власне колоїдними розчинами. До них належать гідро золі золота, срібла, ферум гідроксиду, аргентум хлориду. Ліофобні системи називають міцелярними або суспензоїдами.

Ліофільними є системи, які характеризуються інтенсивною взаємодією речовин фази і середовища з утворенням сольватних (гідратних) оболонок з молекул дисперсійного середовища навколо частинок дисперсної фази. Такі системи є термодинамічно стійкими, гомогенними. До них належать розчини високомолекулярних сполук (ВМС) – розчини білків, нуклеїнових кислот, мил, деяких глин, танінів, алкалоїдів у воді, каучуку в бензині, поліамідів у спирті.

МЕТОДИ ОЧИЩЕННЯ КОЛОЇДНИХ РОЗЧИНІВ

Колоїдний розчин (золь) – це ультрамікрогетерогенна система, у якій дисперсійним середовищем є рідина, а дисперсною фазою – тверді частинки розміром 10^-7 – 10^-9.

Діаліз. Який вперше бува запропонований Т. Гремом у 1861 р., відбувається у приладі (діалізаторі), що складається з двох посудин – внутрішньої А та зовнішньої Б. Компенсаційний діаліз і вівідіаліз використовують для визначення вмісту низькомолекулярних речовин у біологічних рідинах, наприклад, вільного, не зв’язаного з білками, цукру.

3. Емульсії

ПРАКТИЧНЕ ЗНАЧЕННЯ ЕМУЛЬСІЙ

Емульсії як дисперсні системи, що складаються із двох не змішуваних рідин (внаслідок різної полярності, в більшості емульсій полярною рідиною є вода), відіграють важливу роль в природі, зокрема в житті людини. Молоко, вершки, сметана, масло, маргарин, яєчний білок, що перебувають у вигляді емульсії, добре засвоюються людиною з перших годин життя. Ряд жирів, що вживаються з їжею (рослинна олія, тваринний жир), засвоюються тільки після переведення їх в емульсований стан, спочатку в шлунку, а потім – в дванадцятипалій кишці, де роль емульгатора відіграє жовч. Внаслідок перистальтичного переміщення отримана високодисперсна пряма емульсія проникає через стінки тонких кишок і потрапляє в лімфу та кров. В організмі жири переносяться кров’ю у вигляді емульсій та комплексів з b-глобуліном, забезпечуючи жирове живлення.

Багато ліків використовуються у вигляді емульсій, причому емульсії прямого типу (першого роду, позначаються м/в (о/в), в яких дисперсною фазою є масло (олія), а дисперсійним середовищем - вода) вживають як внутрішні препарати, а оберненого типу (другого роду, позначаються в/м (в/о), що складаються з неполярного дисперсійного середовища (масла, олії) та полярної дисперсної фази (вода) – для зовнішнього вжитку в якості різних мазей, паст, кремів, лініментів, емульсійних мазей. Інколи емульгуваням вдається замаскувати неприємний смак масел, олій та смол, наприклад риб’ячого жиру, рецинової олії тощо.

Емульсії використовують у найрізноманітніших галузях науки і народного господарства. Вони мають велике практичне значення у будівництві, текстильній, шкіряній, харчовій, хімічних промисловостях, їх широко застосовують у медицині, фармації та парфюмерії.

КЛАСИФІКАЦІЯ ЕМУЛЬСІЙ

За концентрацією емульсії поділяються на три типи:

- розбавлені, в яких концентрація дисперсної фази не перевищує 0,1 % від об’ємуемульсії;

- концентровані з концентрацією дисперсної фази від 0,1% до74% за об’ємом;

- висококонцентровані – концентрація дисперсної фази більше 74% за об’ємом.

Рис. Розбавлена емульсія

Рис. Концентрована емульсія

Рис. Висококонцентрована емульсія

Методи визначення типу емульсій:

- кондуктометричний;

- флуореценції;

- забарвлення емульсій;

- розбавлення;

- змочування фільтрувального паперу.

ЕМУЛЬГАТОРИ ТА МЕХАНІЗМ ЇХ ДІЇ

Емульсії агрегативно нестійки, і краплини дисперсної фази самодовільно зливаються. Цей процес називають коалесценцією. Вона призводить до повного розшарування емульсії на дві фази. В емульсіях також можливе утворення агрегатів декількох краплин, які зливаються, а існують індивідуально, і за певних умов можуть розпастися. Цей процес називають флокацією.

Агрегативна нестійкість емульсій призводить до седиментації, внаслідок чого краплини дисперсної фази осідають або спливають в залежності від їх дисперсності, різниці в густині та в’язкості фаз, що їх утворили. Стійкість емульсій залежить від розмірів краплинок та від їх концентрації. Розшарування фаз наступить тим швидше, чим більший розмір крапель та вища їх концентрація, а також чим вища температурам оточуючого середовища.

Для підвищення агрегативної стійкості емульсій застосовують емульгатори – поверхнево-активні речовини (ПАР) та високомолекулярні сполуки (ВМС), додавання яких до емульсій робить їх стійкими.

За природою емульгатори поділяють на:

- гідрофільні, які краще розчиняються у воді (желатин, казеїн, альбумін, крохмаль, мила, що містять лужні метали, глина, крейда, гіпс);

- гідрофобні, що краще розчиняються у маслі (смоли, каучук, холестерин, оксид свинцю (ІІ), сажа, мила, що містять лужно-земельні метали);

- ліпофільно-гідрофільні – поліфункціональні органічні сполуки, до складу молекул яких входять вуглеводневий радикал та полярні функціональні групи (спиртові, карбоксильні, карбонільні тощо). Вони стабілізують емульсії як в/м і м/в.

Таблиця. Класифікація емульгаторів

Ступінь дисперсності емульгатора	Природа емульгатора
Гідрофільні	Гідрофобні
Грубодисперсні (порошки)	СаСО3, СаSО4, Fе2О3, глина	НgІ2, РbО, сажа
Колоїдно-дисперсні (ВМС)	Желатин, казеїн, альбумін, крохмаль, декстрин, гуміарабік	Смоли, каучук, холестерин
Молекулярно-йонні (ПАР)	Мила лужних металів, барвники	Мила багатовалентних металів

Згідно з правилом Банкрофта, дисперсійним середовищем в емульсії буде та рідина, до якої емульгатор має спорідненість.

Як правило, гідрофільні емульгатори дають прямі емульсії (о/в), а гідрофобні – зворотні (в/о). Для обернення фаз, тобто переходу емульсії з одного типу в інший, необхідно додати, наприклад, СаСl₂, внаслідок чого відбудеться зміна стабілізатора, що призведе до обернення фаз і емульсія о/в перетвориться на емульсію воли в олії Обернення фаз емульсії може відбуватися також при збільшенні концентрації дисперсної фази, зміні температур, а також тривалій механічній дії.

СПОСОБИ ОДЕРЖАННЯ І РУЙНУВАННЯ ЕМУЛЬСІЙ

У більшості випадків емульсії одержують диспергуванням, що досягається інтенсивним збовтуванням або перемішуванням рідин за наявності вибраного емульгатора. Для приготування високодисперсних емульсій застосовують метод гомогенізації, або вторинного зменшення розмірів краплин емульсії. Апарат, в якому він відбувається, називають гомогенізатором.

Одержання емульсій методом конденсації застосовують рідше. Так, емульсію олії у воді отримують при пропусканні її пари крізь воду. Охолоджуючись і конденсуючись, краплинки олії утворюють дисперсну фазу.

Одним із найпростіших методів зруйнування емульсій є механічне деемульгування. Його суть полягає у руйнуванні адсорбційних оболонок на частинках дисперсної фази під час розмішування, збовтування чи центрифугування. Додавання речовин з поверхневою активністю, більшою від застосованого емульгатора, які не мають емульгуючих властивостей, призводить до витіснення емульгатора з поверхні краплинок дисперсної фази та руйнуванні емульсії. Деякі емульсії можна зруйнувати заморожуванням, нагріванням або накладанням електричного поля високої напруги.

4. Високомолекулярні сполуки

Високомолекулярними сполуками (ВМС) називаються природні або синтетичні речовини з молекулярною масою від 10-15 тисяч до мільйона (10⁴ - 10⁶) і більше атомних одиниць маси.

Біополімери (білки, вуглеводи, ліпіди) утворюються в процесі біосинтезу в клітинах і є важливими складовими частинами усіх живих організмів.

Біополімери виконують такі функції:

- каталізують біохімічні реакції (ферменти), регулюють реакції (гормони);

- зберігають та передають генетичну інформацію (дезоксирибонуклеїнова кислота - ДНК);

- є резервними поживними речовинами (крохмаль, глікоген);

- відіграють захисну роль (антигенні полімери, цукри, камеді та слиз рослин);

- виконують структурну та опорну функції (колаген, фіброїн, кератин).

До ВМС належать майже всі живі та рослинні матеріали, зокрема вовна, волосся, шовк, натуральний каучук, різні синтетичні матеріали – каучук, пластмаси, капрон, нейлон.

Синтетичні полімери мають велике значення у медицині та фармації. Їх широко застосовують у стоматології; при внутрішньому та зовнішньому протезуванні (з них виготовляють корпуси та деталі штучних шлуночків та стимуляторів серця, протези кровоносних судин, замінники тканин кісток, очні лінзи); при виготовленні різних медичних інструментів та пристосувань, тканинних клеїв, кровоспинних губок. ВМС використовують як мембрани, які селективно пропускають окремі компоненти крові під час гемодіалізу.

ВМС застосовують як крово- та плазмозамінники, речовини, які пролонговують дію лікарських речовин (полівінілпіролідон, полі вініловий спирт, декстран, желатина). Різні модифікації целюлози застосовують для виготовлення бинтів та вати з кровоспинними та антимікробними властивостями. Волокна із синтетичних полімерів використовують у хірургічній практиці як шовний матеріал.

Деякі полімери – полі акрилова, поліметакрилова кислоти та ін. Сприяють утворенню в організмі специфічного білка – інтерферону, який сповільнює розвиток різних вірусів і захищає клітини від мікроорганізмів.

КЛАСИФІКАЦІЯ ВИСОКОМОЛЕКУЛЯРНИХ СПОЛУК

ВМС класифікують за різними ознаками.

І. За походженням: 1) природні, 2) штучні; 3) синтетичні.

ІІ. За структурою полімерного ланцюга: лінійні; розгалужені, сітчасті.

ІІІ. За формою макромолекул полімери поділяють на глобулярні і фібрилярні.

ІV. За хімічною природою атомів, що входять у полімерні ланцюги макромолекул, полімери поділяють на: карболанцюгові; гетероланцюгові; елементоорганічні; неорганічні.

МЕТОДИ ОДЕРЖАННЯ ПОЛІМЕРІВ

Природні ВМС утворюються в процесі біосинтезу у клітинах організмів з низькомолекулярних речовин. Розвиток молекул у клітинах живих організмів за принципом від „простого до складного”:

Клітина

↑

Ядро, мітохондрії, хлоропласти

↑

Ферментні комплекси, рибосоми, скорочувальні системи

↑ ↑ ↑ ↑

Нуклеїнові кислоти

Білки

Полісахариди

Ліпіди

↑ ↑ ↑ ↑

Мононуклеотиди

Амінокислоти

Моносахариди

Жирні кислоти, гліцерин

↑ ↑ ↑ ↑

Рибоза, карамоїлфосфат

α-Кетокислоти

Фосфопіруват, малат

Ацетат, малонат

СО₂, Н₂О, N₂

Синтетичні полімери одержують із низькомолекулярних речовин (мономерів) полімеризацією або поліконденсацією.

Штучні ВМС одержують методом хімічних перетворень, коли у готові високомолекулярні сполуки вводять функціональні групи.

Дата добавления: 2014-01-15