§ 12. Стабилизация дисперсных систем (коллоидная защита)

Как уже неоднократно подчеркивалось, молекулярные кол­лоиды (растворы высокомолекулярных веществ) являются системами термодинамически устойчивыми. Большая устойчи­вость высокомолекулярных соединений используется для ста­билизации суспензоидов. Стабилизация золей по отношению к электролитам путем добавления незначительного количества высокомолекулярных соединений получила название защиты, а вещества, вызывающие ее,— защитных. Такое действие ВМС обусловлено способностью адсорбироваться на поверхности коллоидных частичек и тем самым предохранять их от непо­средственного соприкосновения между собой, а значит, и от агрегации.

Защищенный золь приобретает все свойства адсорбирован­ного полимера. В первую очередь дисперсная система становится лиофильной и поэтому достаточно устойчивой. Электрофоре-тическая подвижность дисперсной фазы определяется электрофо-ретическими свойствами защитного ВМС. Правило Шульце— Гарди к такой системе уже не применимо, поскольку в этом случае дисперсная фаза осаждается таким количеством элек­тролита, которое необходимо для выделения в осадок защит­ного полимера. Существенно также, что реагент, способный осаждать защитное вещество, осаждает и защищенный золь даже в том случае, если исходный золь индифферентен к это­му реагенту. Так, суспензоиды, защищенные желатиной, коагулируют под действием веществ, осаждающих саму же­латину, например таннидов.

Защитное действие ВМС весьма специфично. Оно зависит от природы защищаемого коллоидного раствора, а также от природы высокомолекулярного вещества, степени дисперсно­сти коллоидного раствора и рН среды.

Если для одних золей полисахариды являются стабилиза­торами, то для других они не проявляют защитного действия. В свое время для характеристики защитного действия Р. Зиг-монди ввел так называемое «золотое число». Защитное дейст­вие растворов ВМС или ПАВ он предлагал проверять по зо­лю золота. Характеристика эта оказалась весьма условной ввиду специфичности рассматриваемого явления. В общем случае защитное действие того или иного вещества можно опре­делять конкретно по отношению к изучаемой суспензоидной системе и характеризовать его защитным числом. Под защит­ным числом следует понимать количество миллиграммов су­хого защитного вещества, которое необходимо добавить к 10 мл исследуемого золя, чтобы защитить его от коагуляции.

Большое значение имеет коллоидная защита для живых организмов. Защитным действием в организме обладают раз­личные белки, полисахариды, пектины. Они адсорбируются на коллоидных частичках таких гидрофобных систем орга­низма, как карбонаты и фосфаты кальция, переводя их в ус­тойчивое состояние. Примером защищенных дисперсных си­стем в организме являются кровь и моча.

Если выпарить 1 л мочи, собрать получившийся осадок и затем попытаться растворить его в воде, то для этого пона­добится 7—14 л растворителя. Следовательно, моча является

коллоидным раствором, в котором дисперсные частички за­щищены различными белками — альбуминами, муцинами и др. Протеины сыворотки крови увеличивают растворимость карбоната кальция почти в пять раз. Высокое содержание фосфата кальция в молоке также связано с тем, что он защищен белками.

У здоровых людей содержание защитных веществ в жидких системах организма постоянно. При некоторых видах пато­логии, а также при старении организма защитные свойства белков и других веществ изменяются, что приводит к образо­ванию осадков малорастворимых солей и камней в почках, печени, протоках пищеварительных желез.

В настоящее время в развитии атеросклероза значительная роль отводится лецитино-холестериновому равновесию, при нарушении которого изменяется соотношение между холе­стерином, фосфолипидами и белками, приводящее к отложе­нию холестерина на стенках сосудов. Сюда же следует отнести одну из стадий атеросклероза — атерокальциноз. Большое внимание уделяется сейчас крупномолекулярным жиробел-ковым комплексам, которые могут выступать в качестве за­щитных веществ.

Явление коллоидной защиты используется при изготовлении некоторых лекарственных препаратов. Золи серебра, ртути, серы, защищенные белками, можно высушивать, а при употреб­лении вновь растворять в воде. Колларгол, протаргол, лизор-гинон — поступающие в продажу препараты-антисептики — имеют вид сухого темного порошка. Антисептические свойства золя серебра сохраняются и в защищенном состоянии.

В пищевой промышленности при изготовлении марга­рина, майонеза, мороженого в качестве стабилизаторов исполь­зуют желатину, яичные белки и другие вещества.

В последние годы разработано большое количество синте­тических веществ-детергентов, применяемых в качестве ста­билизаторов, эмульгаторов, диспергаторов в текстильной, силикатной промышленности, в производстве пластических масс, лаков,- красок и т. д.

Флокуляция. В некоторых случаях добавление к колло­идному раствору высокомолекулярного вещества в количест­вах, недостаточных для защиты, снижает устойчивость золя. Это явление обычно наблюдается для полиэлектролитов с ли­нейными макромолекулами. Оно объясняется тем, что макро­молекула адсорбируется своими концами на разных коллоид­ных частичках и связывает их в один крупный агрегат. В ре­зультате коллоидные частички образуют легко осаждаемые хлопья — флокулы. Сам же процесс осаждения коллоидных частичек под влиянием полиэлектролитов получил название флокуляции.

Флокуляция широко используется для осаждения суспен­зий и золей при очистке природных и сточных вод. Сточные воды горнодобывающей, металлургической, химической про­мышленности, а также промышленности строительных матери­алов, бумажных и текстильных фабрик содержат очень тонкие суспензии различных веществ, которые не осаждаются в от­стойниках даже за несколько суток. Применение флокулянтов позволяет увеличить скорость осветления сточных вод в 5— 10 раз. Во многих случаях целесообразно вводить флокулян­та вместе с электролитами-коагулянтами. Флокулянта в сме­си с электролитами применяют также для очистки сточных вод предприятий пищевой промышленности, содержащих большое количество белковых отходов.

Пептизация. Часто продукт коагуляции — коагулянт мо­жет быть снова переведен во взвешенное состояние путем об­работки его определенным электролитом. Так, скоагулиро-ванный золь гидроксида железа можно вернуть в исходное состояние, если осадок обработать водным раствором хлорида железа. Процесс перехода осадка во взвешенное состояние под влиянием внешних факторов получил название пептизации, или декоагуляции. Вещества, способствующие переходу коагу­лянта в золь, называют пептизаторами. Обычно пептиза-торами являются электролиты, однако роль пептизатора может выполнять и растворитель.

Процесс пептизации обусловлен адсорбционными явлени­ями, в результате которых происходит увеличение дзета-по­тенциала дисперсных частичек и степени их гидратации (соль­ватации). Процессы пептизации, как и коагуляции, требуют небольшого количества электролита-пептизатора по сравнению с осадком.

Помимо адсорбционной, различают еще диссолюционную пептизацию, при которой переход осадка во взвешенное состоя­ние сопряжен с химическим взаимодействием поверхностных молекул мицелл, в результате которого образуется пептизатор.

Пептизация играет важную роль во многих явлениях при­роды и в технике. При обработке почв учитывается связь меж­ду явлениями коагуляции и пептизации почвенных коллоид­ных систем.

Действие многих детергентов, в том числе моющих средств, основано на явлении пептизации. Коллоидный ион мыла, яв­ляясь диполем, адсорбируется частичками грязи, сообщает ^им заряд и способствует их пептизации. Грязь в виде золя легко удаляется с поверхности.