Фізикохімія дисперсних систем. Властивості розчинів біополімерів

ОРГАНІЗМ ЯК СКЛАДНА СУКУПНІСТЬ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ. КЛАСИФІКАЦІЯ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ ЗА СТУПЕНЕМ ДИСПЕРСНОСТІ. КОЛОЇДНИЙ СТАН. ЛІОФІЛЬНІ ТА ЛІОФОБНІ КОЛОЇДНІ СИСТЕМИ. БУДОВА КОЛОЇДНИХ ЧАСТИНОК.

Колоїдні дисперсні системи (дисперсії) - мікрогетерогенні освіти, в яких одне мелкораздробленной речовина - дисперсна фаза - рівномірно розподілене (дисперговані) в іншій фазі - дисперсійному середовищі. У колоїдних системах розмір часток дисперсної фази складає 10 ^-9 -10 ^-7 м, тобто лежить в інтервалі від нанометрів до часток мікрометрів. Ця область перевершує розмір типовою малої молекули, але менше розміру об'єкту, видимого у звичайному оптичному мікроскопі.

Вся природа - організми тварин і рослин, гідросфера і атмосфера, земна кора і надра - являє собою складну сукупність безлічі різноманітних і різнотипних грубодисперсних і колоїдно-дисперсних систем. Дисперсне стан цілком універсально й при відповідних умовах у нього може перейти будь-яке тіло. Цим визначається особливе положення колоїдної хімії - науки, що займається вивченням колоїдних систем і їх поверхневих явищ, розвиток якої здійснюється в безпосередньому контакті і взаємодії з багатьма, часто не пов'язаними між собою галузями науки, промисловості, медицини та сільського господарства.
Важливий внесок у вивчення колоїдних систем організму людини внесли праці Л. Міхаеліса, Г. Шаде, В. Оствальда, П. Ребіндера, Ф. Гофмейстера, Е. Абдергальден, Г. Фрейндліха та ін

Колоїдна хімія вивчає все різноманіття колоїдних систем, що включає такі їх типи:
1.Золі.

2. Гелі.

3. Емульсії.

4. Піни.

5. Аерозолі.

Основними властивостями колоїдного стану речовин в біологічних системах є: 1.Броуновское рух частинок дисперсної фази.

2. Нездатність до ультрафільтрації і проходження їх через напівпроникні мембрани.

3. Низькі значення або відсутність осмотичного потенціалу.

4.Способность до коагуляції.

5. Поверхневі властивості - здатність до адсорбції різних речовин.

5. Переходи золь-гель і обратно.

6. здатність до набухання

Глобальна роль колоїдів полягає в тому, що вони є основними компонентами таких біологічних утворень як живі організми. Всі речовини організму людини представляють собою колоїдні системи.

Колоїди надходять в організм у вигляді харчових речовин і в процесі травлення перетворюються на специфічні, характерні для даного організму колоїди.
Колоїдно-хімічна фізіологія людини - це розділ науки, що вивчає функціонування систем організму людини, що утворюють колоїдні сполуки. Можна сказати, що весь організм людини - це складна колоїдна система в її зв'язку з поверхневими явищами.
З колоїдів, багатих білками, складаються шкіра, м'язи, нігті, волосся, кровоносні судини, легені, весь шлунково-кишковий тракт і багато іншого, без чого немислима саме життя.
З точки зору колоїдно-хімічної фізіології людини його організм являє собою складний комплекс колоїдних систем в їх постійному динамічному взаємодії.

Щонайменшої структурно-функціональною одиницею організму є клітина. Вже сама клітина являє собою складний комплекс колоїдних утворень, основними з яких є клітинні мембрани, гіалоплазма, ядро, ЕПР та ін Основними функціями колоїдів мембран клітини є: бар'єрна, метаболічна, розділову, каркасну, захисну підтримки тургору в рослинних клітинах, транспортна, контактна (плазмодесми, десмосоми), ферментативна та інші. Мембрани беруть участь в утворенні клітинних органел (ядра, мітохондрій, лізосом, комплексу Гольджі та ін.)

Ліофільні і ліофобні колоїди, колоїдні системи, що розрізняються по інтенсивності молекулярної взаємодії речовин дисперсної фази і рідкого дисперсійного середовища. У ліофільних колоїдах частки дисперсної фази інтенсивно взаємодіють з молекулами рідини, що оточує їх. Поверхня часток сильно сольватована (див. Сольватація) і питома вільна поверхнева енергія (поверхневе натягнення) на кордоні розділу фаз надзвичайно мала. При кімнатній температурі умова виникнення ліофільних колоїдів реалізується, якщо міжфазне (поверхневе) натягнення не перевершує декількох сотих доль мн · м -1 (дінів· см -1). Ліофільні колоїди утворюються в результаті мимовільного диспергування крупних шматків твердого тіла або крапель рідини на найдрібніші колоїдні частки, або міцелли. Ліофільні колоїди термодинамічно стійкі і тому не руйнуються в часі при збереженні умов їх виникнення. До ліофільних колоїдів відносяться т.з. критичні емульсії, тобто емульсії, що виникають поблизу критичної температури змішення двох рідин; колоїдні дисперсії міцеллообразующих поверхнево-активних речовин (мив, деяких органічних пігментів і фарбників), водні дисперсії бентонітових глин.

Термін «ліофільні колоїди» можна зустріти як застаріла назва розчинів високомолекулярних з'єднань що є гомогенними (однофазниє) системами. В даний час у вітчизняній физико-хімічній літературі цей термін використовують лише для позначення мікрогетерогенних (багатофазних), тобто колоїдно-дисперсних, систем.

В ліофобних колоїдах частки дисперсної фази слабо взаємодіють з довкіллям. Міжфазне натягнення в таких системах досить велике [не нижче за декілька десятих доль мн · м ^-1 (дінів · см ^-1 ) при кімнатній температурі]. Унаслідок надлишку вільної поверхневої енергії вони термодинамічно нестійкі, тобто завжди зберігають тенденцію до розпаду. При розпаді ліофобного колоїду відбувається укрупнення колоїдних часток (коагуляція або коалесценція), яке супроводиться зменшенням вільної енергії системи. Агрегатівная стійкість (здатність протистояти укрупненню часток) будь-якого ліофобного колоїду носить часовий характер; вона обумовлена наявністю стабілізатора — речовини, що адсорбується на поверхні часток (капіж) і перешкоджає їх злипанню (злиттю). Типово ліофобні колоїди — гидро- і органозолі металів, окислів, сульфідів,гранично високодисперсні емульсії (окрім критичних), латекси.

Будову міцели - колоїдної частинки - можна зобразити у вигляді формули. Наприклад, гідрозоль Fe(OH)₃ має наступну будову, якщо стабілізатором є FeOCl. Агрегат міцели складається з молекул Fe(OH)₃. Стабілізатор дисоціює на іони за схемою: FeOCl = FeO⁺ + Cl^-. Агрегат адсорбує на своїй поверхні іони FeO⁺. Ядро притягує протиіони Cl^- з оточуючого середовища. Дифузійний шар утворюють також іони Cl^-. Формула міцели такого золю має вигляд:

{[ m Fe(OH)₃]^. n FeO^+.(n-x) Cl^-}^. x Cl^-,

де m – кількість молекул в агрегаті частинки; n – кількість потенціалвизначаючих іонів стабілізатора, адсорбованих поверхнею агрегату; (n – x) –кількість протиіонів, які входять в адсорбційний шар; х – кількість протиіонів, які утворюють дифузійний шар.

МЕТОДИ ОДЕРЖАННЯ ТА ОЧИЩЕННЯ КОЛОЇДНИХ РОЗЧИНІВ. ДІАЛІЗ, ЕЛЕКТРОДІАЛІЗ, УЛЬТРАФІЛЬТРАЦІЯ. ГЕМОДІАЛІЗ ТА АПАРАТ “ШТУЧНА НИРКА”.

Метод конденсації полягає в утворенні нерозчинних сполук за допомогою реакцій обміну, гідролізу, відновлення, окислення. Здійснюючи ці реакції в сильно розбавлених розчинах і з деяким надлишком одного з компонентів, дістають не осади, а колоїдні розчини. До конденсаційних методів належить також добування ліозолів за допомогою заміни розчинника. Наприклад, колоїдний розчин каніфолі можна добути, виливаючи її спиртовий розчин у воду, в якій каніфоль не розчиняється.

Схема будови міцели гідрозолю AgI

Гідролізом широко користуються при одержанні золей із солей, якщо в результаті реакції гідроліза утворюється погано розчинна речовина.

В якості приміру приведем утворення нерозчинного гідрату окисі заліза,яке одрежуємо при гідролізі хлорного заліза рівнянням:

FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3 + 3HCl,

Fe(OH)3 + HCl = FeCl + 2H2O,

Частково утворююча в реакції хлор окис заліза дісоціїрує на іоні:

FeОCl = FeO + Cl,

Які забезпечують іоноген ний шар навкруги частин Fe(OH)3 і утримують їх в рівноваженому стані.

*Методи заміни розчинника заснований на виділення розчинної речовини із розчину в виді високодисперсної нерозчинної фази шляхом заміни розчинника. Молекули розчинної речі. Яка знаходиться в стані молекулярної дисперсності в одному розчиннику, попадаючи в умови поганої розчинності при заміні розчинника починає конденсуватися в більші частинки, досягаючи розмірів коллоїдних. Цим методом можна користуватись при приготовленні золя сірки, каніфолі, мастики, фосфору і др. при вливанні спиртових розчинів цих речовин в воду.

*Електричний метод одержання колоїдних розчинів з допомогою електрики, рекомендований Бредігом (1898 р.), можна використати головним чином для виготовлення гідрозолей благородних металів. Цей метод обґрунтований на одержанні електричної дуги між електродами створеними із диспергіруючого металу (срібла, золота та ін..) при пропусканні постійного струму. Під дією високої температури проходить випарування матеріалу електродів в дисперсійному водному середовищі. Після пари металу конденсуються в колоїдні частинки, утворюючи відповідну золу. Процес краще проводити при охолодженні.

Дата добавления: 2014-01-07