Специфические свойства коллоидных систем

Кафедра биоорганической и биологической химии
Бионеорганическая химия
I КУРС
ТЕМА: Дисперсные системы. Коллоидно-дисперсные
системы
ЛЕКЦИЯ №9
ЛЕКТОРА:
ПРОФЕССОР А.Д.ДЖУРАЕВ
ПРОФЕССОР У.А. БАЛТАБАЕВ
ПРОФЕССОР С.С. КАСЫМОВА
ДОЦЕНТ
Ш.У.АБДУЛЛАЕВ
Цель лекции
Большинство биологических сред в
организме находятся в дисперсном
состоянии. Все свойства коллоидных
систем свойственны и биологическим
средам. Поэтому для полного понимания
структуры человеческого организма
необходимо
изучение
строения
коллоидных частиц, классификацию
способы получения и очистки, свойства,
а
также
факторы,
определяющие
устойчивость коллоидных систем.
Рассматриваемые вопросы
 Дисперсные системы и их составные
части
 Классификация дисперсных систем
 Коллоидно-дисперсные системы (золи)
 Получение и очистка коллоиднодисперсных систем
 Молекулярно-кинетические
и
оптические
свойства
коллоиднодисперсных систем
 Строение коллоидных частиц
Рассматриваемые вопросы
 Электрокинетические свойства коллоидных
систем (электрофорез и электроосмос)
 Факторы,
определяющие
устойчивость
коллоидных систем
 Коагуляция и причины её вызывающие
 Порог коагуляции, правило Шульце-Гарди
 Коллоидная защита
 Коллоидные
поверхностно-активные
вещества
 Значение коллоидных систем в организме
Дисперсные системы и их
составляющие части
Система, в которой одно вещество
равномерно распределено в среде другого
вещества называется дисперсной системой.
Распределяемое
вещество
называется
дисперсной фазой,
Вещество, в среде которого распределяется
другое вещество называется дисперсной
средой.
Наука,
изучающая
физические
и
химические свойства дисперсных систем
называется коллоидной химией.
Классификация дисперсных систем
По степени дисперсности дисперсной фазы:
Молекулярно-ионные дисперсные системы
– размеры частиц до 1 нм или 10-9 м
(растворы электролитов и неэлектролитов)
Коллоидно-дисперсные системы (золи) –
размеры частиц 1-100 нм или 10-9 - 10-7 м
(кровь, плазма, раствор белка и др.)
Грубо-дисперсные системы – размеры
частиц более 100 нм или 10-7 м (суспензии,
эмульсии, порошки, пена и др.)
Классификация дисперсных систем
По агрегатному состоянию фазы и среды:
Газ в газе - раствор
Газ в жидкости - пена
Газ в твёрдом веществе- твёрдая пена
(пемза, пенопласт)
Жидкость в газе - аэрозоль (туман)
Жидкость в жидкости- эмульсия
Жидкость в твёрдом веществе -гель
Твёрдое вещество в газе - аэрозоль (пыль, порошок)
Твёрдое вещество в жидкости – суспензия, золь
Твёрдое вещество в твёрдом веществе - сплав
Классификация дисперсных систем
По степени взаимодействия дисперсной
фазы и дисперсной среды:
Лиофильные – белки, крахмал, агар-агар
Лиофобные – золи металлов (золото,
серебро), сульфида железа, хлорида
серебра
По природе дисперсной среды
(растворителя) :
Гидрозоли (вода), бензозоли (бензол),
алкозоли (спирт), этерозоли (эфир)
Способы получения коллоидных
систем
Дисперсионный способ:
Механический способ (в коллоидной
мельнице, раздробление крупных частиц до
коллоидной степени дисперсности в ступке)
Раздробление крупных частиц до коллоидной
степени дисперсности при помощи
ультразвука
Пептизация (химический способ) – перевод
свежеприготовленных осадков в состояние
золя при помощи электролита (пептизатора)
Способы получения коллоидных
систем
Конденсационный способ (укрупнение
частиц):
На основе химических реакций –окисления,
восстановления, гидролиза, обмена и др.;
Способ замены растворителя – при котором
частицы растворённого вещества,
присутствующие в одном растворителе в виде
молекул, в другом растворителе находятся в
коллоидном состоянии.
Очистка коллоидно-дисперсных систем
1. Диализ –способ, основанный на переходе через
полупроницаемую мембрану ионов электролита,
взятого в избытке при приготовлении коллоидных
растворов, в среду чистого растворителя.
2. Электродиализ – диализ, основанный на
увеличении скорости движения ионов электролита,
от которых очищается коллоидный раствор под
действием электрического поля.
3. Ультрафильтрация – основана на разделении
дисперсной фазы от дисперсной среды при помощи
специальных ультрафильтров с мелкими порами, с
последующим переводом частиц дисперсной фазы в
коллоидное состояние.
Схема диализатора
Золь
H2O
Схема электродиализатора
H2O
H2O
-
+
Золь
Строение коллоидных частиц
Строение золя хлорида серебра, полученного
методом конденсации:
AgNO3 + KCl = AgCl + KNO3
Избыт.электролит
золь
mAgCl nAg+ (n-x) NO3- x+ xNO3Ядро
противо
ионы
Адс.слой
ПОИ
Гранула
Мицелла
Диф.слой
Строение коллоидных частиц
Строение золя берлинской лазури,
полученного методом конденсации:
4FeCl3 + 3K4[Fe(CN)6] = Fe4[Fe(CN)6]3 + 12KCl
Изб. электролит
золь
mFe4[Fe(CN)6]3 n [Fe(CN)6]4- 4(n-x) K+ 4x- xK+
Ядро
ПОИ
Противо Диф.слой
ионы
Адс.слой
Гранула
Мицелла
Строение коллоидных частиц
Положительный золь берлинской лазури
mFe4[Fe(CN)6]3 n Fe3+ 3(n-x) Cl- 3x+ 3xClЗоль гидроксида железа, полученный методом
пептизации
mFe(OH)3 n Fe3+ 3(n-x) Cl- 3x+ 3xClЗоль гидроксида железа, полученный
методом гидролиза:
FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3 + 3HCl
Fe(OH)3 + HCl = FeOCl + H2O
mFe(OH)3 n FeO+ (n-x) Cl- x+ xCl-
Электрокинетические свойства
коллоидных систем
Строение двойного электрического слоя:
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
1
-
A -
-
-
-
-
-
B
2
3
-
Электрокинетические явления.
Электрофорез
Перемещение в электрическом поле
частиц дисперсной фазы, относительно
дисперсной среды в сторону одного из
электродов называется электрофорезом.
+
- - --
+
+
+
-
+
+
+
+
- +
+
- +
- +
+
+
-
Электрокинетические явления.
Электроосмос
Перемещение в электрическом поле
частиц
жидкой
дисперсной
среды
относительно
неподвижных
частиц
дисперсной фазы в сторону одного из
электродов называется электроосмосом.
//////////////////////////////////////////////////////////
- - - - - -
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
- - - -
Жидкость
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
- - - -
- - - - - -
////////////////////////////////////////////////////////
-
Молекулярно-кинетические свойства
коллоидных систем
1. Броуновское движение – хаотичное и
беспрерывное движение частиц дисперсной
фазы под воздействием молекул растворителя
2. Диффузия – равномерное распределение
коллоидных частиц вследствие действия
температуры и броуновского движения
3. Осмотическое давление – несмотря на
большие размеры и малые концентрации частиц
коллоидные растворы, также как истинные,
обладают осмотическим давлением
Специфические свойства
коллоидных систем
1. Оптические свойства – рассеивание света
(Конус Фарадея-Тиндаля) Золь
Источник света
*
Линзы
Специфические свойства
коллоидных систем
2. Коагуляция – взаимное притяжение и слипание
коллоидных частиц с образованием более крупных
агрегатов:
a) скрытая коагуляция – ступень, в процессе которой
происходят изменения не заметные для
невооружённого глаза
б) явная коагуляция – в растворе наблюдаются
изменения (помутнение, изменение цвета, образова
ние осадка) заметные для невооружённого глаза
Процесс выпадения осадка называется седиментацией.
3. Коллоидные частицы наблюдаются в электронный
микроскоп
Причины, вызывающие коагуляцию
и порог коагуляции
1. Механическое воздействие
2. Резкое изменение температуры
3. Действие света
4. Действие электролитов и неэлектролитов
5. Длительный диализ
Минимальное количество электролита в
миллимолях,
вызывающее
через
определённый промежуток времени явную
коагуляцию 1 литра золя, называется
порогом коагуляции.
Коагуляция. Правило ШульцеГарди
Правило Шульце-Гарди:
Коагуляция золей происходит под
действием ионов, противоположных по
знаку, заряду гранулы. Чем больше заряд
иона, вызывающего коагуляцию, тем выше
его коагулирующее действие и тем ниже
порог коагуляции.
Ряд увеличения коагулирующего действия
электролитов
KCl < K2SO4 < K3[Fe(CN)6] < K4[Fe(CN)6]
Коллоидная защита
Повышение устойчивости коллоидных
растворов
к
коагуляции
при
помощи
высокомолекулярных соединений называется
коллоидной защитой.
Количество
высокомолекулярного
вещества в миллиграммах, необходимое для
защиты от коагуляции 10 мл золя называется
защитным числом.
Органические
и
неорганические частицы в организме (жиры или
холестерин в крови), соизмеримые по размеру с
коллоидными
частицами,
защищены
молекулами белков от коагуляции.
Коллоидные поверхностно-активные
вещества
Поверхностно-активные вещества делятся на
два типа:
1.Истинно-растворимые – с числом углерод
ных атомов до 7 (спирты, кислоты и др.)
2. Коллоидные – с числом углеродных атомов более
7 (мыло, белки и другие).
Свойства коллоидных поверхностно-активных
веществ:
1. Образование мицелл
2. Пенообразующие и моющие
3. Солюбилизация
Мицеллы коллоидных поверхностноактивных веществ:
В орган.растворителе
В воде
Схема солюбилизации