Коллоидный раствор состоит из мицелл и интермицеллярной жидкости Мицелла (крупинка) – частица дисперсной фазы (ДФ), окруженная двойным электрическим слоем (ДЭС) Интермицеллярная жидкость – дисперсионная среда (ДС), содержащая электролиты, неэлек-тролиты, ПАВ.
Условия : Наличие твердой фазы (А gCl ) Разбавленные растворы исходных веществ (А gNO 3 и К CL ) Избыток одного из компонентов (например, КС l ) А gNO 3 + КС l = А gCl (т) + К NO 3 (изб) КС l < = > К + + С l –
Агрегат : сотни молекул твердой фазы, нейтрален, имеет аморфное или кристаллическое строение. Потенциалопределяющие ионы (ПОИ) – ионы стабилизатора, которые адсорбируются полностью по правилу Панета – Фаянса на поверхности агрегата и сообщают ему заряд. Ядро : агрегат + ПОИ- твердая фаза. Противоионы : ионы стабилизатора, противоположные по знаку ПОИ располагаются в дисперсионной среде – жидкая фаза.
( n – x ) – часть противоионов стабилизатора связаны с ядром силами адсорбции и электростатического притяжения. Адсорбционный слой : ПОИ + ( n - x ) противоионов. Диффузный слой : остальная часть противоионов слабо связаны с ядром (только электростатически) под влиянием диффузии располагаются в жидкой дисперсионной среде. Гранула : агрегат + адсорбционный слой.
Заряд гранулы равен по величине, но противоположен по знаку заряду ионов диффузного слоя. Мицелла : гранула + диффузный слой электронейтральна.
А gNO 3 <=> А g + + NO 3 – {m[AgCl] · nAg + · (n-x)NO 3 – } x+ · xNO 3 – Знак заряда золя определяется по знаку заряда гранулы и ПОИ.
Двойной электрический слой
Электрокинетические свойства На границе твердой и жидкой фаз (между ПОИ и противоионами) возникает ДЭС = разность потенциалов – электротермо-динамический потенциал (φ). Знак и величина его зависит от ПОИ. По мере удаления от межфазной границы его значение уменьшается. Электротермодинамический потенциал
В электрическом поле гранула и диффузный слой движутся в противоположных направлениях, поэтому границу между ними называют поверхностью скольжения. На поверхности скольжения возникает ДЭС и электрокинетический потенциал или ζ потенциал (дзета – потенциал). Электрокинетический потенциал
ζ - потенциал это часть термодинами-ческого потенциала φ, имеет одинаковый с ним знак, но всегда меньше его. ζ -потенциал зависит: 1. От толщины диффузного слоя ( l ): чем ↑ l, тем ↑ ζ. При коагуляции ζ - потенциал ↓. 2. От температуры. ζ - потенциал – мера устойчивости коллоидного раствора. Чем ↑ ζ, тем ↑ устойчивость системы. Если ζ = 0, то система находится в изоэлектрическом состоянии (ИЭС).
Электрофорез – перемещение частиц ДФ (гранул) в электрическом поле относительно неподвижной ДС.
U эф – скорость электрофореза, м/с ε - диэлектрическая проницаемость среды ε 0 - электрическая постоянная 8,9 *10 -12 А * c / (В*м) Δφ - разность потенциалов от внешнего источника тока, В ζ - дзета-потенциал, В K Ф - коэффициент, зависящий от формы коллоидной частицы η - вязкость среды, Н*с/ м 2 l - расстояние между электродами, м
Электрофорез применяется для определения дзета-потенциала, разделения аминокислот, нуклеиновых кислот, антибиотиков, ферментов, форменных элементов крови, определения чистоты фармпрепаратов, введения лекарств через кожу, проведения диагностики заболеваний по электрофореграммам биожидкостей
Электроосмос – перемещение дисперсионной среды (диффузного слоя и растворителя) в электрическом поле относительно неподвижной ДФ. Электроосмос применяют для очистки воды, сывороток, для осушения или пропитки пористых материалов.
Кинетическая (седиментационная) – способность частиц ДФ оставаться во взвешенном состоянии. Условия кинетической устойчивости: - размер частиц, чем ↓ r, тем устойчивей система - броуновское движение ( V седиментации = Vдиффузии) - вязкость среды. При нарушении кинетической устойчивости происходит отделение ДФ от ДС.
Агрегативная устойчивость – способность частиц ДФ противостоять их агрегации (слипанию) Условия агрегативной устойчивости: - наличие ζ потенциала - гидратная оболочка вокруг частиц (толщина диффузного слоя)
Коагуляция – процесс объединения (укрупнения, слипания) частиц ДФ при потере системой агрегативной устойчивости. Признаки коагуляции : изменение окраски, помутнение, ↑вязкости. Факторы, вызывающие коагуляцию : - механическое воздействие (встряхивание, перемешивание) - изменение t 0 - различные виды излучений - повышение С - добавление электролитов
Порог коагуляции (Сп) – минимальная концентрация электролита, которая вызывает быструю коагуляцию 1л золя (ммоль/л). Коагулирующая способность – величина, обратная порогу коагуляции V кс = 1/Сп
Коагуляцию вызывает ион электролита, имеющий заряд, противоположный заряду гранулы (Гарди). Коагулирующая способность тем больше, чем больше заряд коагулирующего иона (Шульце) { } – NaCl, М g С l 2, А lCl 3 Коагуляцию вызывают катионы V кс А l 3+ > М g 2+ > Na + Сп А l 3+ < М g 2+ < Na + { } + NaCl, Na 2 SO 4, Na 3 РО 4 коагуляцию вызывают анионы V кс РО 4 3- > SO 4 2- > Cl - Сп РО 4 3- < SO 4 2- < Cl -
Коагулирующая способность 2 х зарядных ионов в десятки раз, а 3 х зарядных в сотни раз выше, чем у однозарядных. Пример: V кс : Na + =1, М g 2+ =70, Al 3+ =550 Физиологический раствор готовят из NaCl, а не СаС l 2, почему?
Под действием электролита происходит сжатие диффузного слоя, переход ионов диффузного слоя в адсорбционный, ↓ ζ - потенциала => потеря агрегативной, а затем и кинетической устойчивости.
Зависимость скорости коагуляции ( V к) от концентрации (С) электролита Признаки скрытой коагуляции : изменение свойств ( π, V диффузии, броуновское движение) фиксируют приборы. Признаки явной коагуляции : изменение окраски, помутнение, расслоение системы.
Коагуляция при смешивании двух золей с противоположно заряженными гранулами. {m[AgCl] · nAg + · (n-x)NO 3 – } x+ · xNO 3 – {m[AgCl] · nCl - · nK + } 0 {m[AgCl]·nAg + · nNo 3 - } 0
- при смешивании морской и речной воды образуются дельты рек - для очистки питьевой воды добавляют соли А l 3+ или F е 3+ {m[Fe(OH) 3 ] ·nFeO + ·(n-x)Cl - } x+ ·xCl -
Под влиянием ионов Са 2+ кровь коагулирует, свертывается => к min потерям при ранениях, операциях. При консервации крови Са 2+ удаляют трилоном Б или цитратом N а. Цитратная кровь хранится 30 суток. - При ↓ свертываемости крови применяют витамин К (викасол). При ↑ свертываемости появляются тромбы. Антикоагулянт – гепарин у здоровых людей вырабатывается в печени. Действие лекарств – антикоагулянтов при тромбозе основано на явлении пептизации, при этом тромб => в золь.
Переход свежеполученного при коагуляции осадка в золь под действием пептизаторов: электролитов, ПАВ
Коллоидная защита - защита коллоидного раствора от коагуляции при помощи ВМС. Защитными свойствами обладают: белки (желатин, альбумины, казеин), полисахариды (крахмал), ПАВ. Механизм коллоидной защиты На поверхности частиц ДФ адсорбируются молекулы ВМС и Н 2 0 (гидратная оболочка), которые препятствуют слипанию.
Мера защитного действия –“золотое” число – min количество сухого ВМС, которое надо добавить к 10 мл золя А u, чтобы предотвратить его коагуляцию при введении в систему 1 мл 10% NaCl. Аналогично – “рубиновое ”, “железное”, “серебряное” и др. “ Золотое ” число спинно-мозговой жидкости используется для диагностики менингита.
- Белки крови защищают холестерин, карбонаты, фосфаты Са, ураты от коагуляции. - При ↓ защитной функции белков => атеросклероз, кальциноз, подагра. - Белки удерживают О 2, СО 2 в растворенном состоянии - В фармакологии: колларгол (70%), протаргол (8%) – коллоидные растворы А g, защищенные белками. - В пищевой промышленности: маргарин, майонез, мороженое стабилизированы яичным белком, желатином. - Белок казеин защищает Са 2+ в молоке.
