Вищий навчальний комунальний заклад Львівської обласної ради

«Львівський медичний коледж імені Андрея Крупинського»

Т.Б. Кожина Лекція № 4 з дисципліни “медична хімія (фізична та колоїдна хімія)”

для студентів спеціальності “Сестринська справа ”

кваліфікація молодшого спеціаліста: медична сестра

На тему:

ФІЗИКО – ХІМІЯ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ. ВЛАСТИВОСТІ РОЗЧИНІВ БІОПОЛІМЕРІВ

ПЛАН

1. Організм як складна сукупність дисперсних систем.

2. Класифікація дисперсних систем.

3. Емульсії.

4. Високомолекулярні сполуки.

5. Набрякання полімерів.

6. Ізоелектрична точка.

7. Драглювання розчинів ВМС.

1. Загальна характеристика дисперсних систем

Реальний оточуючий нас світ — рослинні і тваринні організми, багато об’єктів неживої природи, продукти харчування, одяг, будівельні матеріали і т. п. — все це різні дисперсні системи. Складні життєві процеси, що проходять в тваринних, рослинних організмах, в значній мірі мають колоїдно-хімічний характер. Біологічні рідини (кров, плазма, спинномозкова рідина, деякі лікарські препарати та ін.) являють собою колоїдні системи. М’язові і нервові клітини, волокна, гени, віруси, - все це колоїдні утворення. Вивчення фізико-хімії дисперсних систем, закономірностей, характерних для них, є одним з ключів до пізнання самого життя.

Дисперсною називають систему, у якій дрібні частинки однієї або кількох речовин (дисперсної фази) рівномірно розподілені між частинками іншої (дисперсійного середовища).Подрібнення речовини називають диспергуванням.

Дисперсні системи

Залежно від розмірів частинок дисперсної фази поділяють на:

Гомогенні

Гетерогенні

Систему, в якій диспергована речовина не має поверхні поділу із дисперсійним середовищем, називають гомогенною (однорідною). До таких систем належать істинні розчини (молекулярно-іонні системи). Розміри молекул, йонів менші за 1∙10^-9 м, тобто спів розмірні з молекулами розчинника, тому такі системи є гомогенними, термодинамічно стійкими, і на них поняття дисперсності не поширюється.

Систему, в якій частинки диспергованої речовини мають розмір більший за 1∙10^-9 м і складають окрему фазу щодо дисперсійного середовища, називають гетерогенною. І саме гетерогенність (багатофазовість) є однією із характерних ознак дисперсних систем. Наявність між фазової поверхні поділу спричинює особливу роль поверхневих явищ у характеристиці дисперсних систем.

Другою загальною ознакою будь-якої дисперсної системи є ступінь подрібнення частинок дисперсної фази або ступінь дисперсності.

Дисперсність (D) – це величина, обернена розміру частинки диспергованої речовини (d або l):

D = l/d, D= 1/ l,

Де d – діаметр частинки сферичної форми,

l – довжина ребра частинки кубічної форми.

Отже, чим менший розмір частинок, тим більша дисперсність системи.

Із зменшенням розміру частинок збільшується їх питома поверхні.

Питома поверхня (S_пит) – це між фазова поверхня (S_сум) одиниці об’єму (V) або маси (m) дисперсної фази:

Sсум Sпит = —— V

Sсум Sпит = —— m

Із термодинаміки відомо, що самочинно відбуваються процеси, які ведуть до зменшення запасу вільної енергії (ізобарного потенціалу (∆G<0). Тому системи з великим запасом енергії Гіббса є термодинамічно нестійкими і прагнуть до зменшення міжфазової поверхні шляхом агрегації (укрупнення) частинок дисперсної фази. Таким чином, дисперсні системи характеризуються лише відносною агрегативною стійкістю.

Саме вивчення властивостей речовин у високодиспергованому стані і поверхневих явищ у дисперсних системах є об’єктом колоїдної хімії – великого розділу фізичної хімії, який виділився в окрему галузь науки. Основоположником колоїдної хімії вважають англійського вченого Т. Грема. До середини ХХ ст.. сформувалась колоїдна хімія як фізико-хімія дисперсних систем і поверхневих явищ.

Ґрунти, глини, поруваті тіла, волокнисті матеріали, порошки, дими, тумани – все це об’єкти колоїдної хімії. Найближче до біологічних об’єктів знаходяться системи, які включають рідке дисперсійне середовище (воду) і дисперсну фазу (білки, полісахариди, ліпоїди тощо). Окрема клітина живого організму є гетерогенної колоїдної системою утворена високомолекулярними і низькомолекулярними сполуками. Тканина – це гетерогенна система вищого порядку, де дисперсною фазою є клітини, а дисперсним середовищем – оточуюча їх рідина. Кров, протоплазма, м’язові і нервові клітини, біологічні мембрани, волокна, гени, віруси – це колоїдні утворення. Колоїдно-хімічні процеси лежать в основі харчування, росту, та розвитку рослинних і тваринних організмів, а також людини. Знання властивостей і особливостей колоїднодисперсних систем є необхідною умовою розуміння дуже складних процесів життєдіяльності організмів. Особливого значення набуває розробка моделей клітин, живих мембран, нервових волокон, транспортування оксигену.

Очищення та регенерація стічних промислових і побутових вод, вловлювання забруднювачів атмосфери, руйнування димів і смогів – усі ці процеси ґрунтуються на законах фізичної та колоїдної хімії.

2. Класифікація дисперсних систем

І. Класифікація за ступенем дисперсності. Залежно від розмірів частинок дисперсної фази дисперсні системи поділяють на такі типи:

1. Грубодисперсні (d = 10^-3- 10^-5), до яких належать грубі суспензії, емульсії, порошки;

2. Середньої дисперсності (d = 10^-5- 10^-7), прикладами яких є тонкі суспензії, дим, поруваті тіла (нервові волокна, м’язові волокна, синтетичні та природні волокна, еритроцити);

3. Високодисперсні (d = 10^-7- 10^-9) – це колоїдні системи (бактерії, віруси, частинки диму, пори вугілля, пори біологічних мембран, клітинна мембрана).

Цукор, борошно, вугілля у вигляді пилу, маючи велику поверхню контакту з киснем, можуть вибухнути. Саме тому лікарські речовини в колоїдному стані (у вигляді аерозолю) часто виявляють кращу дію, забезпечуючи великий контакт діючої речовини з ураженої поверхнею.