2013 Фізична та колоїдна хімія
Лекція № 4. Фізикохімія дисперсних систем. Одержання, очищення та властивості колоїдних розчинів Коагуляція колоїдних розчинів. Властивості розчинів біополімерів. Ізоелєктрична точка білка
4.1.Організм як складна сукупність дисперсних систем. Класифікація дисперсних систем за ступенем дисперсності. Колоїдний стан. Ліофільні та ліофобні колоїдні системи. Будова колоїдних частинок.
4.2. Методи одержання та очищення колоїдних розчинів. Діаліз, електродіаліз, ультрафільтрація. Гемодіаліз та апарат “штучна нирка”.
4.3.Оптичні властивості колоїдних систем.
4.4.Електрокінетичні явища. Електрофорез. Застосування електрофорезу в медичних дослідженнях. (СПРС № 6)
4.5.Кінетична (седиментаційна) та агрегативна стійкість дисперсних систем. Коагуляція. Коагуляція під дією електролітів. Поріг коагуляції. Правило Шульце—Гарді. Колоїдний захист.
4.6.Мікрогетерогенні системи: аерозолі, емульсії, суспензії. (СПРС № 7)
4.7.Високомолекулярні сполуки (ВМС) — основа живих організмів. Глобулярна та фібрилярна структура білків. Порівняльна характеристика розчинів високомолекулярних сполук, істинних та колоїдних розчинів. Значення високомолекулярних сполук (ВМС) у медицині та фармації.(СПРС 8).
4.8.Набрякання і розчинення полімерів. Механізм набрякання. Вплив рН середовища, температури та електролітів на набрякання. Ізоелектричний стан білка. Ізоелектрична точка (ІЕТ). Роль набрякання у фізіології організму.
4.9.Порушення стійкості розчинів ВМС. Висолювання, денатурація, коацервація.
4.10.Драглювання розчинів ВМС. Властивості драглів.
4.11.Аномальна в’язкість розчинів ВМС. В’язкість крові.
Самостійна робота № 6: Електрокінетичні явища: електроосмос, електрофорез, потенціали перебігу та седиментації. Застосування електрофорезу в дослідницькій та клініко-лабораторній практиці.
Самостійна робота № 7 : Емульсії. Застосування емульсій у клінічній практиці. Біологічна роль емульгування. Аерозолі. Застосування аерозолів в клінічній та санітарно-гігіенічній практиці. Токсична дія деяких аерозолів. Пасти, їх медичне застосування.
Самостійна робота № 8 : Значення високомолекулярних сполук (ВМС) у медицині та фармації.
4.1.Організм як складна сукупність дисперсних систем. Класифікація дисперсних систем за ступенем дисперсності. Колоїдний стан. Ліофільні та ліофобні колоїдні системи. Будова колоїдних частинок.
Колоїдну хімію слід розглядати як самостійний розділ фізичної хімії.
Дисперсні системи. Якщо одна речовина, що знаходиться в роздробленому (діспергированому) стані, рівномірно розподілена в суцільній масі іншої речовини, то таку систему називають дисперсною системою. У таких системах роздроблену речовину прийнято називати дисперсною фазою, а середовище, в якому ця фаза розподілена, - дисперсійним середовищем. Так, наприклад система, що є взмученную глиною у воді, полягає: 1) із зважених дрібних частинок глини - дисперсної фази і 2) води - дисперсійного середовища.
Всі дисперсні системи по величині частинок дисперсної фази можна розділити на групи.
Грубодисперсні системи містять як дисперсну фазу найбільш крупні частинки з діаметром від 0,1 м і вище. До цих систем можуть бути віднесені суспензії і емульсії.
Суспензіями називаються системи, в яких тверда речовина знаходиться в рідкому дисперсійному середовищі, наприклад суспензія крохмалю, глини і ін. у воді.
Емульсіями називаються дисперсні системи двох рідин, що не змішуються, де одна рідина у вигляді крапельок диспергує в іншій, наприклад масло, бензол, толуол у воді або крапельки жиру (діаметр від 0,1 до 22 μ ) в молоці і ін.
Колоїдні системи мають розміри частинок дисперсної фази від 0,1 м до 1 m μ (або від 10-5 до 10-7 см). Такі частинки можуть проходити через пори фільтрувального паперу, але не проникають через пори тваринних і рослинних мембран. Колоїдні частинки через наявність у них електричного заряду і водних оболонок залишаються в зваженому стані і без змін умов дуже довго можуть не випадати в осад. Прикладами колоїдних систем можуть служити розчини альбуміна, желатину, гуміарабіку, колоїдні розчини золота, срібла, сірчистого миш'яку і ін.
Молекулярно-дисперсні системи мають розміри частинок, що не перевищують 1 mμ : дійсні розчини різноманітних неелектролітов: сечовини, глюкози, сахарози, спирту і др.-относятся до молекулярно-дисперсних систем.
Іонно-дисперсні системи - це розчини різних електролітів, як, наприклад, кислот, солей, підстав і інших речовин, що розпадаються на відповідні іони, розміри яких вельми малі і виходять далеко за межі 10-8 см.
от 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 см
___________________________________________________________
Микроскопическая Коллоид- Молеку- Ионная
дисперсность (сус- ная дис- лярная дисперс-
пензии, эмульсии) персность дисперсность ность
Дисперсные системы, в .частности коллоидные, широко распространены в природе. Такие биологические жидкости животных организмов, как кровь, плазма, лимфа, спинно-мозговая жидкость и др., представляют собой коллоидные системы, в которых ряд веществ, например белки, холестерин, гликоген и др., находятся в коллоидном состоянии; то же можно сказать о белках, крахмале, слизях и камедях в растениях.
Коллоиды различных тканей животного и растительного организмов обусловливают разнообразие их свойств (состояние гелей, эластичность, набухание и др.). Коллоидные вещества могут связывать огромные количества воды (соединительная ткань, стекловидное тело и др.), а также соединяться (адсорбировать) с самыми разнообразными веществами. Последнее свойство имеет важное значение при обмене веществ и процессах пищеварения. Этим же может быть объяснен первоначальный механизм воздействия лекарственных веществ на организм.
Весьма существенную роль играют коллоиды в промышленности: в резиновой, текстильной, лакокрасочной, пищевой, при изготовлении 'Пластмасс, искусственного волокна и т. д.
Большое значение имеет измельчение ценных руд и последующее отделение их от «пустых» пород путем флотации .
Механическая и термическая обработка металлов, технология фотографических и кинематографических процессов имеет непосредственное отношение к коллоидно-дисперсным системам и их свойствам.
КЛАСИФІКАЦІЯ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ
Класифікацію дисперсних систем найчастіше проводять, виходячи із ступеня дисперсності або агрегатного стану систем.
У першому випадку це зводиться до вже розглянутим нами основним групам дисперсних систем: грубим суспензіям (суспензіям), колоїдним і молекулярним розчинам.
Інша класифікація заснована, на різних агрегатних станах фаз, створюючих дисперсні системи. Кожна дисперсна фаза і дисперсійне середовище можуть бути в трьох агрегатних станах: у газоподібному, рідкому і твердому.
Виходячи з цього, можна було б чекати наявність в природі 9 груп різних дисперсних систем, але система газ в газі не утворює агрегатів, а є гомогенною сумішшю, що не має поверхні розділу між фазами (табл. 1).
Найбільший інтерес з вказаних дисперсних систем, що найближче стоять до біологічних об'єктів, представляють колоїдні розчини, що включають високомолекулярну дисперсну фазу і рідке дисперсійне середовище (колоїдні розчини білків . полісахаридів і ін.).
Коллоидные растворы иначе называют золями (от латинского слова solutus — растворенный). В зависимости от растворителя - дисперсионной среды, т. е. воды, спирта, бензола или эфира и т. п., различают гидрозоли, алкозоли, бензозоли, этерозоли и т. д.
Таблица 1
Враховуючи, що колоїдні розчини можуть за відомих умов, втрачаючи свою текучість, тверднути, утворюючи холодці або гелі (від латинського слова gelatus - замерзлий), то відповідно до сказаного і назви їх будуть - гідрогелі, алкогелі, бензогелі і т.д.
Вельми істотним для загальної характеристики, колоїдних розчинів є властивість їх дисперсної фази взаємодіяти з дисперсійним середовищем. В цьому відношенні розрізняють два типи золів: у одних частинки не мають спорідненості до розчинника, слабо з ним взаємодіють і утворюють навколо себе тільки невелику оболонку з молекул розчинника; такі колоїди отримали назву ліофобних (від грецького слова phobia- ненависть); зокрема, якщо дисперсійним середовищем є вода, то такі системи називаються гідрофобними, наприклад золи гідрата окислу заліза, золота, сірчистого миш'яку, хлористого срібла і ін.
В протилежність цьому, в системах, у яких між діспергированими речовиною і розчинником є спорідненість, частинки набувають великої оболонки з молекул розчинника. Такі системи отримали назву ліофільних (від грецького слова philia - любов), а у разі водного дисперсійного середовища - гідрофільних колоїдів; так, наприклад, розчини білка, крохмалю, агар-агару, гуміарабіку і ін.
В даний час ділення колоїдних систем на дві основні групи - ліофільні і ліофобні колоїди - є застарілим, хоча назви гідрофільні і гідрофобні зустрічаються, але не як групові, а як поняття, що характеризують взаємодію між молекулами середовища і дисперсною фазою.