Электролита AgNo3
ПОИ — потенциалопредляющие ионы, адсорбирующиеся на поверхности агрегата,
ПРИ — противоионы, адсорбирующиеся на поверхности ядра; они входят как в состав адсорбционного, так и в состав диффузного слоя.
Коллоидная частица (гранула) — это часть мицеллы, состоящая из агрегата и адсорбционного слоя. Заряд гранулы рассчитывают как алгебраическую сумму ионов, входящих в ее состав:
+n - 1(n-х) = +n – n + х = + x
Пример. Рассмотрим строение мицеллы золя AgI, образующегося в результате реакции (рисунок 66):
AgNO3 + KI → AgI + KNO3,
протекающей при избытке KI. В данном случае электролитом-стабилизатором является КI, диссоциирующий на ионы по уравнению:
KI → K+ + I-
Из ионов К+ и I- формируется двойной электрический слой вокруг агрегата.
Рисунок 66 — Формула мицеллы AgI, стабилизированной ионами
Электролита кi
Заряд коллоидной частицы равен:
- n + 1(n-x) = - n + n – x = - x.
Образование двойного электрического слоя (ДЭС) приводит к тому, что на поверхности раздела адсорбционного и диффузного слоя появляется электрический потенциал, называемый электрокинетическим (дзета) потенциалом (ξ). ξ–потенциал служит мерой устойчивости коллоидных частиц, а так же мерой размеров межклеточных пространств in vivo.
16.4. Физические свойства золей
Физические свойства коллоидных растворов можно разделить на три основных категории:
а) молекулярно-кинетические свойства,
б) электрокинетические свойства;
в) оптические свойства.
К важнейшим молекулярно-кинетическим свойствам относятся броуновское движение, диффузия и седиментация.
Броуновское движение — это хаотическое движение частиц дисперсной фазы под воздействием ударов молекул дисперсионной среды (рисунок 67).
Диффузия — это самопроизвольный процесс выравнивания концентраций частиц по всему объему раствора в результате броуновского движения. Характеристикой диффузии является ее коэффициент D, зависящий от размеров частиц (r) и вязкости среды (h):
где D – коэффициент диффузии, м2/с;
r — размер частиц дисперсной системы, м;
h — вязкость дисперсионной среды, Н·с/м2;
NA — постоянная Авогадро, равная 6,02·1023 моль-1;
R — универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/моль·К;
T — температура, К
π = 3,141592654
Рисунок 67 — Траектория броуновского движения коллоидной частицы
Седиментация — это оседание частиц дисперсной фазы под действием силы тяжести. Седиментации противостоит броуновское движение, что приводит к установлению седиментационного равновесия. Седиментационное равновесие характеризуется постепенным увеличением концентрации дисперсной фазы от верхних слоев к нижним (рисунок 68).
Рисунок 68 — Распределение частиц дисперсной фазы в золе
Определение скорости оседания положено в основу седиментационного анализа. Он широко используется для качественной оценки состояния эритроцитов. Определение скорости оседания эритроцитов СОЭ — важный диагностический тест.
Электрокинетическими явлениями называются процессы, протекающие в золях под воздействием внешнего электрического поля. К важнейшим электрокинетическим явлениям относятся электрофорез и электроосмос.
Электрофорез (электро... и греч. phoresis - несение) — это направленное движение коллоидных частиц под действием внешнего электрического поля относительно неподвижной дисперсионной среды. Электрофорез был открыт Ф. Рейсом в 1807. Скорость движения частиц к электродам (u) связана с напряжённостью электрического поля (Е) уравнением Смолуховского:
где u — скорость движения частиц дисперсной фазы,м/с;
h — вязкость среды, Н·с/м2;
ε – относительная диэлектрическая проницаемость среды;
Е — напряжённостью электрического поля, (градиент потенциала);
ξ — электрокинетический потенциал, В;
π = 3,141592654.
Электрофорез широко применяется в медицине и биологии, т.к. коллоидные частицы белков, бактерии и вирусы несут заряд и способны двигаться в электрическом поле к катоду или аноду с определенной скоростью. Метод применяется в медицине для диагностики и контроля за ходом болезни. Так, в электрофореграммах белков сыворотки крови при различных патологических состояниях наблюдается резкие изменения, специфичные для каждого заболевания.
Электрофорез клеточных частиц представляет особый интерес для гематологии и иммунологии. Все клетки позвоночных животных имеют отрицательный заряд. Каждый тип клеток характеризуется вполне определенным значением электрокинетического потенциала. В 50-х годах 20 века было обнаружено различие ξ– потенциала опухолевых клеток в зависимости от штамма и возраста клетки. Электрофорез клеток нашел применение для оценки клеточного иммунитета у онкологических больных.
Введение лекарственных веществ методом электрофореза имеет ряд преимуществ по сравнению с обычными способами их использования:
лекарственное вещество поступает в виде ионов, что повышает его фармакологическую активность;
образование «кожного депо» увеличивает продолжительность действия лекарственного средства;
высокая концентрация лекарственного вещества создается непосредственно в патологическом очаге;
не раздражается слизистая оболочка желудочно-кишечного тракта;
обеспечивается возможность одновременного введения нескольких (с разных полюсов) лекарственных веществ.
Лекарственный электрофорез находит широкое применение при лечении заболеваний сердечнососудистой системы, в онкологической практике, при лечении туберкулеза.
Электроосмос — это движение дисперсионной среды относительно неподвижной дисперсной фазы через полупроницаемую мембрану во внешнем электрическом поле. В медицине электроосмос применяется для очистки лечебных сывороток.
Особые оптические свойства дисперсных систем обусловлены тем, что размеры коллоидных частиц сопоставимы с длиной волны видимого света. Это приводит к рассеянию света, проходящего через золь (рисунок 69).
Рисунок 69. — Рассеяние света, проходящего через золь.
Если луч света направить на коллоидный раствор сбоку, то его путь будет обнаруживаться на темном фоне в виде светящегося конуса, называемого конусом Тиндаля (рисунок 70).
Рисунок 70 — Конус Тиндаля
Основанные на эффекте Тиндаля методы определения размера и концентрации коллоидных частиц (ультрамикроскопия и нефелометрия) широко применяются в научных исследованиях и промышленной практике. Короткие волны (синяя и фиолетовая часть спектра) рассеиваются сильнее, чем длинные (желто-красная часть спектра). Этим объясняется голубой цвет неба.