Тема 15. Лиофобные золи и их свойства. Коагуляция. Коллоидная защита.

К лиофобным дисперсным системам относятся золи благородных металлов, ряда неорганических соединений, коллоидные растворы крахмала, желатина. Эти системы характеризуются относительно слабым взаимодействием между частичками дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Основной структурной единицей лиофобных золей является мицелла. В соответствии с современными представлениями, мицелла является образованием со сложной структурой: состоит из электронейтрального ядра и ионогенной части. Явление мицеллообразования играет большую роль в жизнедеятельности организма. Мицеллы способны образовывать нерастворимые в воде твердые вещества. Так, например, содержание карбонатов и фосфатов кальция в крови значительно превышает их растворимость в воде, поэтому часть их присутствует в крови в виде мицелл. В таком же состоянии находится в крови нерастворимый в воде холестерин.

Стабилизации этих гидрофобных систем способствуют защитные соединения крови (белки, полисахариды), которые обеспечивают коллоидную защиту. При различных патологических состояниях наблюдается снижение уровня коллоидной защиты жидких сред организма, что приводит к коагуляции фосфатов, карбонатов кальция, холестерина, которые образуют осадки на внутренней поверхности кровеносных сосудов. Вскипание крови, слипание эритроцитов и так называемые «монетные столбики» - процессы аналогичные коагуляции. Растворы некоторых лекарственных препаратов, например, протаргола и колларгола – гидрофобные золи серебра, защищенные белком.

Теоретические вопросы.

1. Понятие лиофобных золей. Мицеллярная теория строения лиофобных золей (мицелла, ядро, ионогенная часть, гранула).

2. Агрегативная и кинетическая (седиментационная) устойчивость коллоидных растворов. Факторы устойчивости мицеллы лиофобного золя. Электрокинетический потенциал.

3. Электрокинетические явления в золях. Электрофорез. Электроосмос.

4. Коагуляция золей под влиянием электролита. Седиментация. Порог коагуляции, коагулирующая способность электролитов. Правило Шульце-Гарди.

5. Коллоидная защита, стабилизация коллоидных растворов. Биомедицинское значение коллоидной защиты.

Решение обучающих задач.

Задача 1.

Постройте мицелярную формулу частиц лиофобного золя, образованного при смешении раствора хлорида бария с избытком сульфата натрия.

Эталон решения:

При взаимодействии растворов BaCl₂ и Na₂SO₄ (взят избытке) протекает химическая реакция, результатом которой является образование малорастворимого соединения – сульфата бария:

BaCl₂ + Na₂SO₄ (избыток)  BaSO₄↓ + 2NaCl

Микрокристаллы малорастворимого сульфата бария формируют агрегат мицеллы.

Важным фактором в образовании лиофобного золя является наличие избытка одного из компонентов. Электролит, взятый в избытке стабилизирует золь за счет избирательной адсорбции ионов на поверхности агрегата. Адсорбция на поверхности микрокристалла происходит согласно правилу Панета-Фаянса.

В данном примере сульфат ионы SO₄^2-, присутствующие в избыточном количестве в растворе и входящие в состав агрегата, адсорбируются на его поверхности, создавая слой потенциал определяющих ионов. Агрегат и потенциал определяющие ионы формируют ядро мицеллы.

Поверхность микрокристалла заряжается отрицательно, что приводит к адсорбции катионов натрия из раствора. Катионы натрия формируют адсорбционный слой противоионов, частично компенсируя заряд потенциалопределяющих ионов. Агрегат, потенциал определяющие ионы и адсорбционный слой противоионов формируют гранулу. Заряд потенциал определяющих ионов определяет заряд гранулы.

В данном примере гранула заряжена отрицательно, что приводит к формированию диффузионного слоя противоионов, который компенсирует ее заряд. Имея заряженную поверхность, мицелла сольватируется.