Оптические свойства коллоидных растворов

Прохождение света через дисперсную систему сопровождается такими явлениями, как поглощение, отражение, преломление и рассеяние света.

Опалесценция - светорассеяние в коллоидных растворах в виде матового свечения (обычно голубоватых оттенков).

Эффект Тиндаля: при пропускании пучка света от точечного источника через коллоидный раствор с направлений, перпендикулярных лучу, наблюдается образование в растворе светящегося конуса. Эффект Тиндаля наблюдается только в разбавленных золях.

А бсорбция (поглощение) света определенной длины волны: чем меньше размер частиц золя, тем сильнее поглощаются более короткие волны. Поэтому золи одного и того же вещества имеют разную окраску при различной дисперсности.

№ 9. Механизм электолитной коагуляции

Электролитная коагуляция заключается в уменьшении расклинивающего давления тонкого слоя жидкости, что может происходить вследствие:

а) уменьшения заряда поверхности твердой фазы и уменьшения межфазного и электрокинетического потенциалов;

б) уменьшения толщины ионных атмосфер диффузных слоев и уменьшения дзета-потенциала.

Нейтрализационная коагуляция наступает под действием электролита, который химически взаимодействует с потенциалопределяющими ионами, связывая их в прочное соединение (в осадок) и уменьшая заряд поверхности ядра.

Концентрационная коагуляция наступает под действием электролита, который химически не взаимодействует с ионами стабилизатора и не изменяет заряд поверхности ядра мицеллы. Коагулирующее действие про-являют те ионы электролита, которые являются противоионами для данных мицелл.

№ 8. Коагуляция коллоидных систем

Коагуляция – процесс объединения коллоидных частиц с образованием более крупных агрегатов из-за потери коллоидным раствором агрегативной устойчивости, в результате чего золь разделяется на две самостоятельные фазы (жидкую и твердую).

Факторы коагуляции:

 добавление небольших количеств электролита,

 концентрирование коллоидного раствора,

 изменение температуры,

 действие ультразвука, электромагнитного поля и др.

Правило Шульце – Гарди: коагуляцию золей вызывают любые ионы, которые имеют знак заряда, противоположный заряду гранул. Коагулирующая способность ионов тем сильнее, чем выше заряд иона-коагулянта.

Явление коагуляции лежит в основе многих физиологических и патологических процессов, протекающих в живых системах: гемостаз (свертывание крови при повреждениях), коагуляция белков тканей при ожогах.

В биологических системах практическое значение имеет коагуляция при добавлении небольших количеств электролита, поскольку золи клеток находятся в соприкосновении с электролитами. С одной стороны, электролиты необходимы для стабилизации золей, а с другой – их избыточное добавление ведет к коагуляции золей.

Аддитивность – это суммирование коагулирующего действия ионов, вызывающих коагуляцию. Аддитивное действие проявляется в тех случаях, когда электролиты, содержащие коагулирующие ионы, не взаимодействуют химически между собой и действуют независимо друг от друга. Это явление наблюдается в том случае, когда ионы-коагулянты обладают одинаковым зарядом и близкой степенью гидратации. Антагонизм – это ослабление коагулирующего действия одного электролита в присутствии другого. Наблюдается в том случае, если электролиты в смеси взаимодействуют между собой и коагулирующие ионы связываются в нерастворимые соединения или образуют прочный комплекс, который не обладает коагулирующей способностью.

Синергизм – это усиление коагулирующего действия одного электролита в присутствии другого. Это возможно в том случае, если между электролитами в смеси происходит химическая реакция, в результате которой образуется многозарядный ион, обладающий более высокой коагулирующей способностью.

Гетерокоагуляция – коагуляция коллоидных растворов, содержащих разнородные частицы, отличающиеся по химической природе, знаку или величине заряда. Частный случай гетерокоагуляции- взаимная коагуляция — явление, при которомк золю с отрицательно заряженными частицами добавляют золь с положительно заряженными частицами.

Пептизация – превращение свежего осадка, образовавшегося при коагуляции, в коллоидный раствор под действием пептизаторов.

№ 10. Кинетика коагуляции

Самопроизвольная коагуляция многих золей часто протекает медленно. Ее можно ускорить, повышая скорость движения частиц посредством повышения температуры раствора. Повышением концентрации золя также можно ускорить его коагуляцию, поскольку с увеличением концентрации растет число эффективных столкновений между коллоидными частицами. В биологических системах практическое значение имеет коагуляция при добавлении небольших количеств электролита, поскольку золи клеток находятся в соприкосновении с электролитами. С одной стороны, электролиты необходимы для стабилизации золей, а с другой – их избыточное добавление ведет к коагуляции золей.

Аддитивность – это суммирование коагулирующего действия ионов, вызывающих коагуляцию. Аддитивное действие проявляется в тех случаях, когда электролиты, содержащие коагулирующие ионы, не взаимодействуют химически между собой и действуют независимо друг от друга. Это явление наблюдается в том случае, когда ионы-коагулянты обладают одинаковым зарядом и близкой степенью гидратации. Антагонизм – это ослабление коагулирующего действия одного электролита в присутствии другого. Наблюдается в том случае, если электролиты в смеси взаимодействуют между собой и коагулирующие ионы связываются в нерастворимые соединения или образуют прочный комплекс, который не обладает коагулирующей способностью.

Синергизм – это усиление коагулирующего действия одного электролита в присутствии другого. Это возможно в том случае, если между электролитами в смеси происходит химическая реакция, в результате которой образуется многозарядный ион, обладающий более высокой коагулирующей способностью.

Скрытая коагуляция - образование частиц низших порядков, которое протекает незаметно для невооруженного глаза.

Явная коагуляция — явление, при котором золь претерпевает видимые изменения(мутнеет или изменяет окраску).

Медленная коагуляция — коагуляция, при которой всякое увеличение концентрации электролита ускоряет коагуляцию.

Быстрая коагуляция - коагуляция, при которой дальнейшее повышение концентрации электролита уже не влияет на ее скорость, т.е. коагуляция протекает с максимальной быстротой.

Порог коагуляции – минимальная концентрация электролита, которую надо добавить к 1 л золя, чтобы вызвать явную коагуляцию (заметную на глаз) – помутнение раствора или изменение его окраски.

Гетерокоагуляция – коагуляция коллоидных растворов, содержащих разнородные частицы, отличающиеся по химической природе, знаку или величине заряда. Частный случай гетерокоагуляции- взаимная коагуляция — явление, при которомк золю с отрицательно заряженными частицами добавляют золь с положительно заряженными частицами.

№ 11. Пептизация

Пептизация – превращение свежего осадка, образовавшегося при коагуляции, в коллоидный раствор под действием пептизаторов.

Процесс пептизации лежит в основе рассасывания тромбов в кровеносных сосудах под действием антикоагулянтов, свежеобразованных осадков в почках, желчном пузыре, атеросклеротических бляшей на стенках сосудов. Застарелые тромбы, уплотнившиеся камни в почках, желчном пузыре практически не подвергаются пептизации.

Коллоидная защита – повышение агрегативной устойчивости лиофобных золей при добавлении к ним достаточного количества высокомолекулярных соединений.

Способность защищать золи от коагуляции количественно выражают защитным числом, равным числу миллиграммов сухого ВМС, защищающего 10 мл золя от коагуляции при приливании к золю 1 мл 10%-ного раствора NaCl.

Явление коллоидной защиты имеет большое физиологическое значение: многие гидрофобные коллоиды и частички в крови и биологических жидкостях защищены белками от коагуляции. Белки крови защищают капельки жира, холестерин и другие гидрофобные вещества от коагуляции. Ослабление защитных функций белков крови приводит к отложению холестерина и нерастворимых солей кальция на стенках сосудов (атеросклероз и кальциноз),обусловливая возрастные изменения в тканях. Понижение защитных свойств белков и других гидрофильных соединений в крови может привести к выпадению солей мочевой кислоты (при подагре), образованию камней в почках, желчном пузыре, протоках пищеварительных желез и т.п.

Флокуляция – агрегирование частиц дисперсной фазы в лиофобных золях под действием небольших количеств высокомолекулярных соединений, имеющих гибкие макромолекулы и содержащих одинаковые функциональные группы на концах.

Флокулянты используются при подготовке воды для технических и бытовых нужд, обогащении полезных ископаемых, в сельском хозяйстве для улучшения структуры почв, в процессах обезвреживания промышленных сточных вод.

№ 13. ВМС

ВМС - соединения с молекулярной массой порядка 104 – 106 и выше.

I. По происхождению:

1. Природные (белки, полисахариды, пектины, натуральный каучук).

2. Синтетические (полимеры).

3.Искусственные (ацетаты и нитраты целлюлозы, вулканизированный каучук).

II. По типу структуры:

1. Линейные (натуральный каучук) построены из длинных цепей одномерных элементов.

2. Разветвленные (крахмал) имеют цепи с боковыми ответвлениями.

3.Пространственные (фенолформальдегилные смолы, резина) имеют трехмерную сетку, которая образуется при соединении отрезков цепей химическими связями; из пространственных полимеров в особую группу выделяют полимеры со сшитой структурой, цепи которых сшиты короткими мостиковыми химическими связями через атомы кислорода или серы.

Применение в медицине:

Биополимеры выполняют в организме функции — управление обменом веществ (белки), передача и хранение генетической информации (нуклеиновые кислоты), защитные и энергетические функции (полисахариды).
Среди синтетических ВМС в медицине применяется поливинилпирролидон (ПВП), полиметилметакрилат, «гидрофильные пластмассы». Они служат кровезаменителями, используются как материал для костных протезов и т. д. Применяются силиконовые клеи для склеивания кожи и мышц (вместо сшивания) после операции. «Гидрофильные пластмассы», способные впитывать до 60% воды без изменения размеров и прочности, применяются для изготовления контактных линз, для замещения тканей организма и т. д.

Методы получения ВМС:

1. Природные ВМС образуются в процессе биосинтеза в клетках растений и живых организмов, и для использования выделяются из растительного и животного сырья с помощью экстракции, фракционного осаждения и других методов.

2. Искусственные ВМС получают путем химической модификации природных ВМС за счет протекания химических реакций природного полимера с различными природными агентами.

3. Синтетические ВМС получают синтезом из низкомолекулярных природных или синтетических веществ — мономеров — по реакциям полимеризации или поликонденсации.

№ 12. Лиофильные коллоиды

Лиофильные коллоидные растворы - растворы ПАВ и ВМС в «хороших» растворителях. Характерной особенностью строения ПАВ,некоторых ВМС является дифильность, т.е. наличие в молекуле гидрофильного и гидрофобного фрагментов.

Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) - концентрация поверхностно-активного вещества в растворе, при которой образуются устойчивые мицеллы.

В зависимости от свойств дисперсионной среды из молекул ПАВ могут формироваться мицеллы с различной структурой.

В прямых мицеллах неполярные части молекул ПАВ (углеводородные цепи) располагаются во внутренней части мицеллы(ядро мицеллы).Наружная часть мицеллы - оболочка -образована полярными группами, обращенными в сторону полярной дисперсионной среды (водный раствор), а неполярные (гидрофобные) группы экранируются полярной оболочкой от прямого контакте с водой.

В обратных мицеллах расположение ПАВ противоположно по сравнению с прямыми мицеллами. Ядро обратной мицеллы состоит из полярных групп, а в сторону неполярной дисперсионной среды обращены углеводородные цепи.

Среди ПАВ, встречающихся в живом организме, к формированию бислоя в водных системах наиболее способны фосфо- и сфинголипиды, гидрофобный фрагмент которых состоит из двух углеводородных радикалов.

Липосомы – замкнутые пузырьки воды, окруженные двумя или несколькими слоями фосфолипидов или сфинголипидов.

Липосомы используются в качестве:

 модели для изучения мембран;

 носители лекарств.

Липосомальная терапия применяется при лечении онкологических, инфекционных заболеваний, диабета и ряда других заболеваний.

ГЛБ (гидрофильно-липофильный баланс) - это соотношение двух противоположных групп молекул – гидрофильной и гидрофобной (липофильной) в эмульгаторе.

№ 3. Способы получения коллоидов

Конденсационные методы получения лиофобных коллоидов -агрегация более мелких частиц.

I. Химическая конденсация — методы, основанные на конденсационном выделении новой фазы из пересыщенного раствора; вещество, образующее дисперсную фазу, появляется в результате химической реакции.

Метод окисления — образование золя серы.

2H2S + SO2 3S + 2H2O.

Метод восстановления:

1. Получение золя серебра восстановлением разбавленных растворов солей серебра в щелочной среде танином:

AgNO3 + K2CO3 = Ag2O + 2KNO3 + CO2

3Ag2O + С76Н52О46 = 6Ag + C76H52O49

2. Получение красного золя золота восстановлением натриевой соли золотой кислоты формальдегидом:

NaAuO2 + HCOH + Na2CO3 = Au + HCOONa + H2O.

Реакция обмена — реакция,в которой образуется новое малорастворимое вещество, способное сохраняться в высокодисперсном состоянии при наличии ряда соответствующих благоприятных условий (концентрация реагирующих веществ, примеси).

1. Получение золя сернистого мышьяка:

2H3AsO3 + 3H2S = As2S3 + 6H2O

2. Получение золя иодида серебра:

AgNO3+KI = AgI+KNO3

Реакция гидролиза — реакция, основанная на получении золей из солей, если в результате реакции гидролиза образуются плохо растворимые вещества.

Получение гидроксида железа(III) при гидролизе хлорида железа(III):

FeCl3+ 3H2O =Fe(OH)3 + 3HCl

Fe(OH)3 + HCl = FeOCl + 2H2O

Дата добавления: 2015-09-07