95. Методы очистки коллоидных систем.

Коллоидные растворы могут содержать примеси, снижающие их стабильность, вследствие чего производят их очистку. Для этого используют такие методы, как диализ, электродиализ, фильтрация и ультрафильтрация. Диализ — удаление низкомолекулярных соединений с помощью мембран, способных задерживать коллоидные частицы и пропускать частицы меньшего размера. Прибор, используемый в этих целях, называют диализатором.

Рис. 11. Схема диализатора

Коллоидный раствор наливают в сосуд, в нижней части которого находится мембрана и помещенный в емкость с водой. В растворитель проникают лишь ионы и молекулы низкомолекулярных примесей.

Процесс диализа протекает медленно и для его ускорения используют электрическое поле.

Электродиализ – используется для увеличения скорости диализа посредством электрического поля. Прибор, используемый для проведения электродиализа, называют электродиализатором. Он состоит из трех частей: средняя часть отделена полупроницаемыми мембранами от соседних частей, соединенных с электродами. Коллоидный раствор помещается в среднюю часть электродиализатора. При создании электрического поля, находящиеся в коллоидном растворе катионы, начинают движение через мембрану к катоду, а анионы – к аноду.

Рис. 12. Схема электродиализатора

Фильтрация и ультрафильтрация – это процесс отделения примесей от коллоидных частиц путем фильтрования коллоидного раствора через полупроницаемые мембраны под давлением.

Рис. 13. Схема установки для ультрафильтрации

96. Высокомолекулярные соединения. Понятие о растворах вмс. Классификация вмс.

Высокомолекулярные соединения (ВМС) – это вещества с большой молекулярной массой порядка 104 – 10⁶ г/моль, макромолекулы которых построены из большого числа повторяющихся звеньев.

Наименьшая, многократно повторяющаяся группировка атомов в цепи называется элементарным звеном (или структурной единицей) полимера. Число элементарных звеньев макромолекулы – степень полимеризации (n), которая зависит от ряда факторов (условий получения, строения элементарного звена). Поэтому, каждый полимер характеризуется своим ММР (молекулярно-массовым распределением), в котором учитывается число макромолекул с определенным М и n среди общего числа молекул. Как правило, используют среднюю молекулярную массу полимера: Mr (полимера) = nMr (элементарного звена)

На начальном этапе развития коллоидной химии растворы полимеров были отнесены к коллоидным системам, так как им присущи следующие общие свойства:

1. тепловое движение частиц растворенного вещества, схожее с броуновским движением мицелл в золях;

2. низкие скорости диффузии и низкие величины осмотического давления по сравнению с истинными растворами даже при значительных массовых концентрациях растворенного вещества;

3. способность частиц дисперсной фазы к коагуляции при добавлении электролитов, изменении температуры и т.д.;

4. частицы дисперсной фазы не проходят через поры полупроницаемых мембран;

5. близка и степень дисперсности вещества в коллоидах и растворах ВМС.

Для классических коллоидов (золей) это 10^-7 – 10^-9 метра, для растворов ВМС – чаще всего 10^-8 – 10^-9 метра.

Однако, растворы ВМС обладают и рядом отличий от гидрофобных коллоидов:

1. гораздо более устойчивы;

2. образуются самопроизвольно, не требуя обязательного присутствия стабилизаторов;

3. для высаждения полимера из раствора электролит требуется в больших количествах;

4. после высаждения полимера из раствора с помощью электролита осадок легко растворяется в чистом растворителе.

Долгое время эти особенности растворов ВМС объяснялись высоким сродством дисперсной фазы к растворителю, что нашло отражение в первоначальном исторически сложившемся названии растворов полимеров – лиофильные золи. На современном этапе, однако, доказано, что сольватация не единственная причина высокой термодинамической устойчивости растворов ВМС. Истинная причина кроется в отсутствии поверхности раздела между веществами дисперсной фазы и дисперсионной среды. Это приводит к выводу о том, что растворы ВМС – гомогенные системы, которые большинство современных авторов относят к истинным растворам. Частицами дисперсной фазы в них являются не мицеллы (как в лиофобных золях), а отдельные макромолекулы, по своим размерам сравнимые с мицеллами. Именно поэтому термин «лиофильный золь» для разбавленных растворов ВМС является принципиально неприемлемым.

Итак, ВМС представляют собой особый класс химических соединений, специфика свойств которых обусловлена большой длиной, цепным строением и гибкостью составляющих их макромолекул.

ВМС получаются в результате полимеризации или поликонденсации. Все полимеры делятся на:

• природные (белки, нуклеиновые кислоты и др.),

• синтетические (нейлон, полиэтилен и др.)

• искусственные, которые получаются в результате химической обработки природных полимеров (например, целлофан, нитроклетчатка и др.) Синтетические полимеры находят широкое применение в медицине (аппарат «искусственная почка», плазма крови, эндопротезирование и много др.). Биополимеры являются структурной основой всех живых организмов. К ним относятся, прежде всего нуклеиновые кислоты, белки и их производные: нуклепротеиды, гликопротеиды, липопротеиды и т.д., а также гликоген. Эти соединения являются основным строительным материалом для протоплазмы и ядерного вещества клеток и содержатся во многих биологических жидкостях.

Рисунок 1. Классификация высокомолекулярных соединений Нуклеиновые кислоты являются полимерами, содержащими от десятков до сотен тысяч нуклеотидов. Они являются важнейшим классом биополимеров, выполняя генетические функции и определяя весь ход развития живого организма. Полисахариды (крахмал, гликоген и др.) являются полимерами глюкозы и выполняют структурную функцию и являются запасной формой питательных веществ. Белки являются природными полимерами, которые образуются в результате реакции поликонденсации аминокислот.