- •Предисловие
- •Химическая термодинамика, как теоретическая основа биоэнергетики Предмет, методы и основные понятия химической термодинамики
- •Термодинамические системы: изолированные, закрытые, открытые, гомогенные, гетерогенные
- •Термодинамические параметры
- •Внутренняя энергия системы
- •Форма обмена энергии с окружающей средой
- •Первое начало термодинамики. Тепловые эффекты химических реакций
- •1. В изолированной системе сумма всех видов энергии есть величина постоянная.
- •Изобарный и изохорный процессы. Энтальпия. Тепловые эффекты химических реакций
- •Термохимия. Закон Гесса
- •Влияние температуры и давления на тепловой эффект реакции
- •Использование закона Гесса в биохимических исследованиях
- •Энтропия. Второй закон термодинамики Энтропия
- •Второе начало термодинамики. Свободная энергия Гиббса
- •Принцип энергетического сопряжения
- •Химическое равновесие Обратимые и необратимые реакции. Константа равновесия
- •Смещение химического равновесия. Принцип Ле-Шателье
- •Учение о растворах Растворы
- •Физические свойства н2о и строение ее молекул
- •Механизм образования растворов
- •Растворимость веществ. Факторы, влияющие на растворимость
- •Влияние природы веществ на растворимость
- •Влияние давления на растворимость веществ
- •Влияние температуры на растворимость веществ
- •Влияние электролитов на растворимость веществ
- •Взаимная растворимость жидкостей
- •Способы выражения состава растворов
- •Термодинамические аспекты процесса растворения. Идеальные растворы
- •Коллигативные свойства разбавленных растворов
- •Диффузия и осмос в растворах
- •Роль осмоса в биологических процессах
- •Давление насыщенного пара растворителя над раствором. Закон Рауля
- •Следствия из закона Рауля
- •1) Растворы кипят при более высокой температуре, чем чистый растворитель;
- •2) Растворы замерзают при более низкой температуре, чем чистый растворитель.
- •Применение методов криоскопии и эбуллиоскопии
- •Коллигативные свойства растворов электролитов. Изотонический коэффициент Вант-Гоффа
- •Электролитическая диссоциация Электролиты и неэлектролиты. Теория электролитической диссоциации
- •Общая характеристика электролитов
- •Слабые электролиты
- •Сильные электролиты
- •Диссоциация воды. Водородный показатель
- •Теория кислот и оснований. Буферные растворы Теория кислот и оснований
- •Буферные растворы Определение буферных систем и их классификация
- •Механизм действия буферных систем
- •Вычисление рН и рОн буферных систем. Уравнение Гендерсона-Гассельбаха
- •Буферная емкость
- •Буферные системы человеческого организма
- •Нарушения кислотно-оснóвного равновесия крови. Ацидоз. Алкалоз
- •Химическая кинетика и катализ Кинетика химических реакций
- •Понятие о скорости химической реакции. Закон действующих масс
- •Кинетическая классификация химических реакций. Понятие о молекулярности и порядке химической реакции Порядок и молекулярность простых химических реакций
- •Понятие о сложных химических реакциях
- •Классификация сложных реакций
- •Измерение скорости химической реакции
- •Влияние температуры на скорость химической реакции
- •Катализ Общие положения и закономерности катализа
- •Механизм гомогенного и гетерогенного катализа
- •Особенности каталитической активности ферментов
- •2. Другим важным отличием ферментов от катализаторов небелковой природы является их высокая специфичность, т.Е. Избирательность действия.
- •Физическая химия дисперсных систем Определение дисперсных систем
- •Классификация дисперсных систем и их общая характеристика
- •Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию вещества дисперсной фазы и дисперсионной среды
- •Классификация по взаимодействию между частицами дисперсной фазы или степени структурированности системы
- •Классификация по характеру взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой
- •Методы получения дисперсных систем
- •Диспергирование жидкостей
- •Диспергирование газов
- •Конденсационные методы
- •Методы физической конденсации
- •Методы химической конденсации
- •Очистка золей
- •Компенсационный диализ и вивидиализ
- •Молекулярно-кинетические свойства золей
- •Броуновское движение
- •Диффузия
- •Седиментация в золях
- •Осмотическое давление в золях
- •Оптические свойства золей
- •Рассеяние света (опалесценция)
- •Оптические методы исследования коллоидных систем Ультрамикроскоп
- •Механизм образования и строение коллоидной частицы – мицеллы
- •1. Получение золя берлинской лазури:
- •2. Получение с помощью гидролиза FeCl3 золя гидроксида железа (III).
- •3. Получение золя As2s3:
- •Электрокинетические свойства золей
- •Устойчивость гидрофобных коллоидных систем. Коагуляция золей Виды устойчивости золей
- •Теория коагуляции Дерягина-Ландау-Фервея-Овербека
- •Влияние электролитов на устойчивость золей. Порог коагуляции. Правило Шульца-Гарди
- •Чередование зон коагуляции
- •Коагуляции золей смесями электролитов
- •Скорость коагуляции
- •Коллоидная защита
- •Роль процессов коагуляции в промышленности, медицине, биологии
- •Растворы высокомолекулярных соединений
- •Общая характеристика высокомолекулярных соединений
- •Классификация полимеров
- •Набухание и растворение вмс
- •Термодинамические аспекты процесса набухания
- •Давление набухания
- •Свойства растворов высокомолекулярных соединений
- •Осмотическое давление растворов вмс
- •Онкотическое давление крови
- •Вязкость растворов полимеров
- •Свободная и связанная вода в растворах
- •Полиэлектролиты
- •Факторы, влияющие на устойчивость растворов полимеров. Высаливание
- •Электрохимия растворы электролитов как проводники второго рода. Электропроводность растворов электролитов
- •Эквивалентная электропроводность растворов
- •Практическое применение электропроводности
- •Равновесные электродные процессы
- •Металлический электрод
- •Измерение электродных потенциалов
- •Окислительно-восстановительные электроды
- •1. Переход окисленной формы в восстановленную и наоборот заключается только в обмене между ними электронами:
- •Диффузионный и мембранный потенциалы
- •Химические источники электрического тока. Гальванические элементы
- •Потенциометрия
- •Содержание
Устойчивость гидрофобных коллоидных систем. Коагуляция золей Виды устойчивости золей
Как было показано ранее, гидрофобные коллоидно-дисперсные системы, по сравнению с истинными растворами, отличаются термодинамической неустойчивостью и склонностью к самопроизвольному уменьшению со временем своей степени дисперсности, а значит, и числа частиц дисперсной фазы в единице объема.
Изменение свойств коллоидной системы, происходящее в результате протекания данного явления, называется иначе старением золя.
Основной причиной старения является слипание коллоидных частичек друг с другом в большие агрегаты, которые за счет действия сил тяжести постепенно оседают на дно раствора, вызывая тем самым его расслоение на две несмешивающиеся друг с другом фазы, обладающие минимальной поверхностью раздела. Данный процесс называют коагуляцией. Чем медленнее он протекает, тем более устойчивой считается дисперсная система.
При коагуляции коллоидных растворов происходит изменение размеров и числа кинетически активных частиц дисперсной фазы. Поэтому о коагуляции можно судить по изменению тех свойств системы, которые зависят от вышеуказанных факторов.
Выделяют два вида коагуляции: скрытую и явную.
Скрытой коагуляцией называется начальная стадия агрегации, при которой в системе визуально (невооруженным глазом) не наблюдается каких-либо внешних изменений. О протекании скрытой коагуляции судят по изменению таких свойств золя, как интенсивность броуновского движения, светорассеяние, скорость электрофореза.
Явной коагуляцией называется такая стадия агрегации коллоидных частиц, при которой изменяется окраска раствора, наблюдается появление мути или образование осадка. Таким образом, переход скрытой коагуляции в явную фиксируется визуально.
Скорость коагуляции в золях может колебаться в широких пределах. Известны золи, сохраняющиеся без видимых изменений десятки лет, и золи, разрушающиеся в течение нескольких секунд после своего образования.
На устойчивость золей оказывают влияние многие факторы, главными из которых являются: наличие стабилизаторов, добавки определенных посторонних веществ, внешние условия хранения.
Различают 2 вида устойчивости золей: кинетическую и агрегативную.
Под кинетической (или седиментационной) устойчивостью подразумевается способность коллоидных частиц равномерно распределяться во времени по всему объему раствора.
Кинетическая устойчивость обеспечивается, в первую очередь, броуновским движением коллоидных частиц и протекающим при этом процессом их диффузии. В связи с этим на нее оказывают аналогичное влияние те же факторы, от которых зависит интенсивность броуновского движения. К ним относятся: дисперсность системы, вязкость дисперсионной среды, разность плотностей вещества дисперсной фазы и дисперсионной среды, температура раствора.
Из всех перечисленных факторов наибольшее влияние на скорость осаждения коллоидных частиц оказывает степень дисперсности системы и ее температура. Чем меньше размер частиц и больше температура золя, тем выше устойчивость системы. Коллоидно-дисперсные системы, в которых скорость осаждения взвешенных частиц под влиянием силы тяжести настолько мала, что ею можно пренебречь, принято называть кинетически устойчивыми.
Под агрегативной устойчивостью золя подразумевают способность коллоидных частиц не слипаться друг с другом в большие агрегаты и удерживать тем самым во времени определенную степень дисперсности вещества в растворе на постоянном уровне.
Агрегативная устойчивость лиофобных золей обеспечивается, в первую очередь, действием стабилизаторов, которые сообщают коллоидным частицам двойной электрический слой, или образуют на их поверхности защитную оболочку из молекул растворителя.
Установлена прямая зависимость между величиной дзетта-потенциала гранулы, толщиной гидратной (сольватной) оболочки частицы и агрегативной устойчивостью золя.
Следует подчеркнуть, что некоторые факторы на агрегативную и кинетическую устойчивость действуют противоположным образом.
Так, повышение температуры препятствует осаждению коллоидных частиц, но способствует их агрегированию (т.е. слипанию). Если возрастание интенсивности броуновского движения препятствует осаждению частиц, то слипание их при этом, наоборот, усиливается.
Представления о седиментационной и агрегативной устойчивости золя в настоящее время дополняются понятием о конденсационной (фазовой) устойчивости. Здесь имеется в виду структура и прочность частиц осадка, образующихся в ходе коагуляции золя.
Конденсационно-устойчивые системы в процессе коагуляции образуют непрочные агрегаты (флоккулы), которые выпадают в виде рыхлых осадков. В них частицы дисперсной фазы теряют свою индивидуальную подвижность, но сохраняются как самостоятельные единицы в течение длительного времени. Этому способствуют прослойки из молекул дисперсионной среды между частицами. Осадки с такой структурой при соответствующих условиях могут снова распадаться на отдельные коллоидные частицы, т.е. подвергаться пептизации.
Конденсационно-неустойчивые системы характеризуются образованием агрегатов с прочной структурой. К этому приводят непосредственные фазовые контакты частиц друг с другом и протекающие при этом процессы их кристаллизации, срастания и т.п. Данные осадки являются необратимыми и не могут вновь образовывать коллоидные растворы. Прочность межчастичных контактов в таких структурах может достигать прочности самих частиц.
Фазовые контакты возникают при слеживании гидроскопических порошков, отвердевании минеральных вяжущих материалов (цемента, гипса).