Физическая химия поверхностных явлений и дисперсных систем

Размещено на http://allbest.ru

1. ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЯВЛЕНИЙ

1.1 Дайте определение процессам адсорбции и абсорбции. В чем отличия этих явлений? Поясните, почему адсорбция является самопроизвольным процессом

Абсорбция - самопроизвольное поглощение веществ, при котором поглощаемые вещества

(абсорбаты) в результате диффузии распределяются по всему объему вещества поглотителя (абсорбента).

Адсорбция - самопроизвольное изменение концентрации растворенного вещества на границе раздела фаз.

В отличие от абсорбции, при адсорбции поглощаемое вещество концентрируется на поверхности раздела контактирующих фаз.

При любом виде адсорбции изменяются химический состав и свойства поверхности раздела фаз, причем это приводит к уменьшению удельной свободной поверхностной энергии и тем самым обеспечивает самопроизвольное протекание адсорбции.

1.2 Сформулируйте правило Дюкло-Траубе. Приведите примеры, иллюстрирующие это правило, с использованием изотермы поверхностного натяжения

Правило Дюкло-Траубе: Поверхностная активность ПАВ одного и того же гомологического ряда в разбавленных водных растворах при одинаковой молярной концентрации увеличивается в 3-3,5 раза при удлинении гидрофобной части на одну метиленовую группу.

Пример: изотермы поверхностного натяжения для водных растворов карбоновых кислот.

Из рисунка видно: чем длинней углеводородная цепь, тем эффективней снижается поверхностное натяжение водного раствора с ростом концентрации ПАВ.

1.3 Поверхностная активность, изменение поверхностной активности в гомологических рядах. Связь поверхностной активности с поверхностным натяжением

Поверхностная активность - способность вещества при адсорбции на границе раздела фаз понижать поверхностное натяжение (межфазное натяжение).

Правило Дюкло-Траубе: Поверхностная активность ПАВ одного и того же гомологического ряда в разбавленных водных растворах при одинаковой молярной концентрации увеличивается в 3-3,5 раза при удлинении гидрофобной части на одну метиленовую группу.



1.4 Поверхностная энергия Гиббса и поверхностное натяжение. Дайте определение, покажите их взаимосвязь

Поверхностная энергия Гиббса - термодинамическая функция, характеризующая энергию межмолекулярного взаимодействия частиц на поверхности раздела фаз с частицами каждой из контактирующих фаз.

Gs=уЧS

1.5 Поверхностно - активные (ПАВ) вещества, строение и ориентация на границе раздела фаз, биологическая роль. Правило Дюкло- Траубе. Изотерма поверхностного натяжения для ПАВ, ее анализ

ПАВ - вещества, понижающие поверхностное натяжение растворителя.

Например: спирты, кислоты алифатического ряда и их соли (мыла), сложные эфиры, белки, фосфолипиды.

С увеличением концентрации ПАВ удельное поверхностное натяжение на границе раздела фаз понижается.

В этом случае адсорбция растворенного вещества положительна (Г>0); это означает, что концентрация растворенного вещества в поверхностном слое больше, чем в объеме раствора. (у_р-ра< у_р-ля)

Правило Дюкло-Траубе: Поверхностная активность ПАВ одного и того же гомологического ряда в разбавленных водных растворах при одинаковой молярной концентрации увеличивается в 3-3,5 раза при удлинении гидрофобной части на одну метиленовую группу.

Изотерма поверхностного натяжения - зависимость поверхностного натяжения (у) от концентрации растворенного (с) вещества при постоянной температуре.



1.6 Адсорбция газов на твердых адсорбентах, факторы влияющие на этот процесс. Уравнение Ленгмюра, его анализ. Изотерма Ленгмюра

Адсорбция газов на твердых адсорбентах является чисто поверхностным процессом, который заключается во взаимодействии молекул адсорбата поверхностью адсорбента за счет сил Ван-дер-Ваальса и водородных связей.

Для этой адсорбции характерна неспецифичность, которая подчиняется общей закономерности "подобное с подобным", то есть полярные вещества лучше адсорбируются на полярных адсорбентах, а неполярные - на неполярных адсорбентах.



При этом, чем больше адсорбат склонен к межмолекулярным взаимодействиям, тем лучше он адсорбируется.

Также для адсорбции газов на твердых адсорбентах характерна экзотермичность (? Н < 0). В соответствии с принципом Ле Шателье повышение температуры уменьшает адсорбцию.

При очень малых концентрациях I участок изотермы прямолинеен, так как удельная адсорбция Г возрастает практически прямо пропорционально концентрации газов. Участок II - ограниченное число активных центров. При больших концентрациях III участок изотермы имеет вид горизонтальной прямой , так как удельная адсорбция не изменяется.

Г? - предельная адсорбция; К - константа адсорбционного равновесия; Р - давление газа.

К>>Р, Г = Г?·Р/К (при малых концентрациях)

Р>>К, Г = Г? (при больших концентрациях)

Р=К, Г = 1/2Г?

1.7 Сформулируйте основные положения теории адсорбции Ленгмюра. Факторы, влияющие на адсорбцию газов на твердом адсорбенте

Теория адсорбции Ленгмюра:

1. Частицы вещества располагаются только на активных центрах адсорбента.

2. Каждая частица адсорбата занимает 1 активный центр адсорбента.

3. Адсорбция заканчивается образованием мономолекулярного слоя.

4. Процесс адсорбции обратимый

5. Через некоторое время адсорбированные молекулы покидают активные центры и их место занимают активные молекулы.

6. Допускается, что взаимодействие между адсорбированными молекулами отсутствует.

Адсорбция газов на твердом адсорбенте зависит от следующих факторов:

1. природы и площади поверхности адсорбента

2. природы поглощаемого газа или пара

3. концентрации или давления газа или пара

4. температуры

1.8 Молекулярная адсорбция из растворов на твердых адсорбентах. Правило Ребиндера и его практическое применение

Молекулярная адсорбция заключается в конкуренции между растворенным веществом и растворителем за возможность взаимодействовать с адсорбционными центрами на поверхности твердого адсорбента.

При молекулярной адсорбции природа растворителя должна сильно отличаться от природы растворенного вещества природы адсорбента. Другими словами: чем хуже данный растворитель смачивает поверхность адсорбента и чем хуже растворяет вещество, тем лучше будет происходить адсорбция растворенного вещества.

Также при повышении температуры адсорбция веществ из растворов обычно уменьшается.

Влияние природы поглощаемого вещества определяется несколькими правилами:

Во-первых правилом "подобное взаимодействует с подобным".

Во-вторых, правилом Шилова: чем больше растворимость вещества в данном растворителе, тем хуже оно адсорбируется на поверхности твердого адсорбента.

Правило Ребиндера: на поверхности раздела фаз прежде всего адсорбируются те вещества, при адсорбции которых происходит выравнивание полярностей соприкасающихся фаз, причем с увеличением разности полярности фаз способность к адсорбции этих веществ возрастает.

Поэтому эффективней всего адсорбируются вещества, молекулы которых дифильны: включают гидрофильную (полярную) головку и гидрофобный (неполярный) хвост.

При наличии в растворе вещества, молекулы которого дифильны, будет происходить их эффективная адсорбция на твердом адсорбенте с самопроизвольной четкой ориентацией их молекул на границе раздела, выравнивающей полярности фаз.

Полярный фрагмент всегда обращен к полярной фазе, а неполярный фрагмент- к неполярной фазе.

1.9 Ионная адсорбция из растворов на твердых адсорбентах, факторы влияющие на неё. Лиотропные ряды ионов

Ионная адсорбция заключается в адсорбции ионов из растворов электролитов на поверхности твердых веществ, кристаллическая решетка которых состоит из ионов или полярных молекул, т.е. на полярных адсорбентах.

При ионной адсорбции на поверхности адсорбента вследствие адсорбции ионов, называемых потенциалопределяющими, возникает определенный заряд, который притягивает из раствора противоположно заряженные ионы - противоионы; в результате на границе раздела фаз возникает двойной электрический слой.

Скорость ионной адсорбции меньше скорости молекулярной адсорбции, так как скорость диффузии сольватированных ионов меньше скорости диффузии молекул и, кроме того, адсорбции ионов предшествует более медленный, чем у молекул, процесс десольватации.

Ионная адсорбция не всегда обратима, так как она может сопровождаться хемосорбцией, приводящей, например, к образованию малорастворимого вещества.

Ионная адсорбция зависит от следующих факторов:

1. Радиуса иона: чем больше радиус, тем лучше ион адсорбируется.

2. От заряда иона: чем больше заряд, тем лучше адсорбируется.

3. От степени ионизации и гидратации.

4. От Рн среды

1.10 Адсорбция из растворов на твердых адсорбентах, ее особенности. Ионная адсорбция. Правило Панета-Фаянса, лиотропные ряды. Применение в медицине

Адсорбция из растворов на твердых адсорбентах осложнена наличием третьего компонента, который может конкурировать с растворенным веществом за активные центры адсорбента.

Если в растворе электролита имеются такие же ионы, как и в составе твердого адсорбента, то ионная адсорбция принимает строго избирательный характер, описываемый правилом Панета - Фаянса об избирательной ионной адсорбции:

На поверхности кристалла преимущественно адсорбируются те ионы, которые входят в состав кристаллической решетки адсорбента или изоморфны им по строению и могут достроить кристаллическую решетку.

Лиотропные ряды -- ряды ионов, расположенные по степени влияния на свойства растворителя.

В клинической медицине адсорбция используется при адсорбционной терапии. Больному дают внутрь различные адсорбенты, которые адсорбируют в кишечнике токсины микроорганизмов, газы.

1.11 Какие молекулы называются ПАВ, ПИВ, ПНВ? Поведение этих молекул в полярных и неполярных растворителях. Изотермы поверхностного натяжения для ПАВ, ПИВ и ПНВ

ПАВ - вещества, понижающие поверхностное натяжение растворителя, сосредотачиваются на поверхности. (Г>0, у_р-ра< у_р-ля)

Например: большинство органических веществ, спирты, кислоты алифатического ряда и их соли (мыла), сложные эфиры, белки, фосфолипиды, желчные кислоты, холестерин.

Хорошо взаимодействуют и с полярными и с неполярными растворителями, так как имеют дифильное строение.

ПИВ - поверхностно-инактивные вещества, повышающие поверхностное натяжение, сосредотачиваются в глубине. (Г<0, у_р-ра>у_р-ля)

Например, неорганические соли, кислоты, основания.

ПНВ-поверхностно-неактивные вещества, не изменяют поверхностное натяжение, распределяются равномерно на поверхности и в жидкой фазе. (Г=0, у_р-ра=у_р-ля)

Например, сахароза.

1.12 Дайте определения понятиям: сорбция, десорбция, сорбент, сорбат, сорбтив, сорбционный комплекс. Виды сорбции (адсорбция, абсорция, хемосорбция). Чем отличается физическая адсорбция от хемосорбции?

Сорбция - гетерогенный процесс самопроизвольного поглощения твердым телом или жидкостью веществ из окружающей среды.

Десорбция - процесс, обратный сорбции.

Сорбат (сорбтив) - поглощаемое вещество.

Сорбент - поглотитель.

Сорбент + сорбат = сорбционный комплекс.

Абсорбция - самопроизвольное поглощение веществ, при котором поглощаемые вещества

(абсорбаты) в результате диффузии распределяются по всему объему вещества поглотителя (абсорбента).

Адсорбция - самопроизвольное изменение концентрации растворенного вещества на границе раздела фаз.

Хемосорбция - химическая сорбция, поглощение жидкостью или твёрдым телом веществ из окружающей среды, сопровождающееся образованием химических соединений.

Физическая адсорбция: самопроизвольная, адсорбат удерживается на адсорбенте с помощью физических сил, обратимый процесс, мало специфичный, энергия связи мала 10-40 кДж/моль.

Химическая адсорбция: в основе химические взаимодействия, необратимый процесс, специфичный, энергия связи велика 70-400 кДж/моль.

1.13 Структура биомембран, сущность поверхностных явлений, протекающих в биомембранах

При малых концентрациях ПАВ углеводородные радикалы «лежат» на поверхности полярной жидкости, а полярные группировки погружены в нее. С увеличением концентрации ПАВ в растворе тело молекул, находящихся в поверхностном слое, возрастает.

Эго приводит в пределе к образованию на поверхности насыщенного мономолекулярного адсорбционного слоя, в котором молекулы ПАВ ориентированы. Этот слой образно называется молекулярным частоколом Ленгмюра.

Ф. Даниэль и Г. Давсон предложили первую общепринятую модель биологической мембраны. Согласно этой модели основным элементом мембранных структур клетки является бимолекулярный слой из молекул фосфолипидов, полярные группировки которых направлены наружу, а неполярные углеводородные радикалы -- внутрь. Полярные группы взаимодействуют с белками.

Среди мембранных белков имеются такие, которые способны взаимодействовать с гидрофобными радикалами и проникать в глубь мембраны (интегральные белки).

Макромолекулы интегральных белков, пронизывающих мембрану, могут образовывать поры - ионные каналы, которые обладают избирательной проницаемостью для различных ионов.

В настоящее время наиболее принятой является жидкостно-мозаичная модель биологических мембран.

Согласно этой модели мембрана -- двухмерный раствор, в котором растворителем является бислой, образованный молекулами фосфолипидов, гликолипидов и холестерина, а растворенными веществами -- белки и гликопротеины. То, что это именно раствор, доказывает факт быстрого перемещения молекул липидов в пределах своего слоя.

1.14 Роль процессов адсорбции в жизнедеятельности организма

В животных организмах явления адсорбции также играют очень большую роль в их жизнедеятельности.

Роль адсорбции обусловлена наличием в организме огромного количества самых разнообразных поверхностей раздела - стенок сосудов, поверхности клеток, клеточных ядер и вакуолей, коллоидных частиц протоплазмы и, наконец, поверхности раздела между организмом и средой.

Особенно важную функцию выполняет поверхность раздела между организмом и средой для низших организмов и организмов, живущих в воде, так как ей принадлежит существенная роль в процессах питания и обмена веществ.

Исследования последних лет показали, что пищевые вещества, как правило, являются поверхностно-активными веществами, и потому первым этапом их усвоения является адсорбция, а процесс их химического превращения уже вторичен.

Исследования показали, что эритроциты являются переносчиками различных веществ, в том числе аминокислот, которые они разносят и передают клеткам и различным тканям организма.

Большинство реакций, протекающих в организме, совершается при непосред­ственном участии ферментов-катализаторов.

Исследования показали, что первые стадии действия любого фермента сводятся к адсорбции субстрата на поверхности ферментного комплекса, и только после этого фермент проявляет свое специфиче­ское каталитическое действие.

1.15 Физико-химические основы процесса гемосорбции

Гемосорбция - метод лечения, направленный на удаление из крови различных токсичных продуктов и регуляцию гомеостаза путем контакта крови с сорбентом вне организма.

При контакте крови с гемосорбентом наблюдается конкуренция за активные центры между веществами, подлежащими удалению, и веществами, наличие которых обеспечивает жизненно необходимые функции.

Использование неспецифических сорбентов делает процедуру гемосорбции практически неуправляемой, так как при этом удаляются и токсиканты, и вещества, находящиеся в плазме в норме.

Эффективность этого метода лечения в настоящее время связана с созданием высокоспецифичных сорбентов конкретных метаболитов, ионов, токсинов.

Важной проблемой гемосорбции является создание сорбентов, совместимых с кровью (гемосовместимых сорбентов). Разработана методика гемосорбции с наложенным электрическим потенциалом, что обеспечивает ускорение процесса.

1.16 Принцип метода хроматографии. Использование в медико-биологических исследованиях

Хроматография - физико-химический метод разделения и количественное определение веществ, входящих в состав смесей, основанный на многократно повторяющихся процессах сорбции и десорбции разделяемых веществ между подвижной и неподвижной фазами что приводит к различию в скорости движения этих веществ относительно неподвижно фазы.

В результате того, различные вещества перемещаются вдоль неподвижной фазы с разной скоростью, происходит их разделение.

Хроматографию широко применяют в медико-биологических исследованиях и в клинической практике. Анализ крови на присутствие в ней алкоголя, наркотиков, летучих веществ, вызывающих токсикоманию.

Хроматография также является незаменимым методом для допинг - контроля (обнаружение стимулирующих веществ в организме спортсменов).

С помощью хроматографии в биологических жидкостях можно выявить микрокомпоненты, которые проявляются при наличии той или иной патологии.

1.17 Строение ПАВ. Виды ПАВ и применение их в медицине. ПАВ в организме

ПАВ -поверхностно активные вещества, понижают поверхностное натяжение растворителя.

Молекула ПАВ это вещество дифильной (двоякой) природы имеющие гидрофильную (полярную) головку (-COOH; -OH; -NH2), и гидрофобный (неполярный) хвост (углеводородный радикал). (Г>0, у_р-ра< у_р-ля)

Виды ПАВ: органические соединения: спирты, кислоты алифатического ряда и их соли (мыла, сложные эфиры, амины, белки, фосфолипиды).

1. Анионактивные ПАВ, полярная группа -кислотная (соли высших карбоновых кислот)

2. Катионактивные ПАВ, полярная группа - катион (соли тетраалкиламмония)

3. Неионогенные ПАВ (полиоксиэтиленовые производные спиртов, кислот, фенолов)

Катионные и анионные ПАВ применяют в хирургии в качестве антисептиков. Анионные и катионные ПАВ при длине алкильного радикала от C6 до С14 обладают ярко выраженной антифаговой активностью.

Антимикробное действие ПАВ связывают с их влиянием на проницаемость клеточных мембран, а также ингибирующим действием на ферментативные системы микроорганизмов.

1.18 Природа ПИВ. Изотерма поверхностного натяжения ПИВ. Поведение ПИВ в воде

ПИВ - поверхностно инактивные вещества, накапливаются в объеме фазы, повышающие поверхностное натяжение растворителя. (Г<0, у_р-ра>у_р-ля)

Примером ПИВ по отношению к воде являются неорганические соли, кислоты и щелочи, молекулы или ионы которых взаимодействуют с водой сильнее, чем молекулы воды между собой. Кроме того, молекулы этих веществ более полярны, чем молекулы воды.

Вследствие высокой энергии гидратации молекулы или ионы этих веществ втягиваются в глубину раствора, поэтому поверхностный слой в таких растворах преимущественно состоит из молекул воды.

1.19 Формирование поверхностного слоя в гетерогенных системах жидкость-газ. СЭП и пути её изменения

Поверхностный слой, возникающий на границе раздела различных фаз, согласно Гиббсу, представляет собой промежуточную фазу толщиной в несколько молекулярных диаметров.

Поверхностные явления - процессы происходящие на границе раздела фаз. Их причиной служит особое энергетическое состояние частиц, атомов, молекул и ионов поверхностного слоя.

Поверхностные явления характеризуются малой энергией активации, поэтому биохимические реакции на границе раздела фаз протекают с большей скоростью при t окружающей среды.

Механизм возникновения свободной поверхностной энергии на примере системы жидкость-газ:

Молекулы воды находясь внутри V жидкости испытывают одинаковое воздействие со стороны окружающих молекул, так как равнодействующая сил межфазного взаимодействия = 0.

Равнодействующая сил межфазного взаимодействия для частиц находящихся в поверхностном слое из-за разной плотности жидкой и газообразной фаз не = 0, а направляется внутрь жидкости.

Молекулы поверхностного слоя имея некомпенсированные силы притяжения обладают избыточной поверхностной энергией Гиббса (Gs). Следствие: молекулы поверхностного слоя стремятся внутрь жидкой фазы, что приводит к изменению площади поверхностности раздела фаз.

Процесс перехода молекул из глубины жидкости на поверхность требует преодоления сил межмолекулярного взаимодействия.

Потенциальная энергия молекул на поверхности раздела фаз выше чем у молекул внутри фазы.

Эти отличия в энергетическом состоянии всех молекул поверхностного слоя характеризуются - свободной поверхностной энергией Gs.

Свободной поверхностной энергией Gs - термодинамическая функция, характеризующая энергию межмолекулярного взаимодействия частиц на поверхности раздела фаз с частицами каждой из контактирующих фаз. Gs=уЧS



2. ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ

2.1 Перечислите и охарактеризуйте конденсационные методы получения золей

Конденсационные методы - взаимодействие ионов и молекул с образованием частиц коллоидных размеров может быть достигнута:

Физический метод:

· Метод замены растворителя;

· Метод конденсации паров.

Вначале готовят раствор вещества в летучем растворителе (например, канифоли в спирте) и добавляют к жидкости, в которой вещество нерастворимо (например, к воде).

Летучий раствор удаляют нагреванием, в результате которого происходит резкое понижение растворимости. Затем молекулы вещества конденсируются в частицы коллоидных размеров и образуют коллоидный раствор.

Химический метод (используют любые реакции, в результате который образуется труднорастворимые соединения):

· Восстановление: получение золя серебра

2HAuCl4+3H2O2=2Au+8HCl+3O2

· Окисление: получение золя

S 2H2S+O2=2S +2H2O

· Обмена: получение золей нераств. оснований



Ba(OH)2+H2SO4=BaSO4 +2H2O

· Гидролиз:

FeCl3+3H2O=Fe(OH)3(т) +3HCl

2.2 Перечислите и охарактеризуйте методы диспергирования при получении золей

Диспергирование - измельчение крупных частиц до размеров коллоидных в присутствие стабилизатора.

· Механическое дробление: осуществляется с помощью шаровых и коллоидных мельниц в присутствие жидкой среды и стабилизатора.

· Измельчение с помощью ультразвука: происходит под действием источника ультразвуковых колебаний на смесь не растворимых друг в друге жидкостей, твердого тела в жидкости.

· Электрическое дробление: используют для получения золей металлов.

· Химическое диспергирования, или пептизация, заключается в химическом воздействие на осадок.

2.3 Классификация дисперсных систем по размеру частиц и агрегатному состоянию

По размеру:

Грубодисперсные - суспензии, эмульсии, пены, аэрозоли. Мутные. Не проходят через бумажный фильтр. 10^-6 - 10^-4

Коллоидно-дисперсные: коллоидные растворы. Прозрачные, опалесцируют при боковом освещении.

Проходят через бумажный фильтр, но не проходят через животные и растительные мембраны. 10^-9 - 10^-6

Молекулярно-дисперсные: истинные растворы низкомолекулярных веществ. Прозрачные. проходят через животные и растительные мембраны. 10^-9 - 10^-10

По агрегатному состоянию:

2.4 Классификация дисперсных систем по межфазному взаимодействию

Лиофобные (гидрофобные) системы плохо растворимы друг в друге (коллоидные растворы, суспензии, эмульсии, пены, аэрозоли):

· Слабое взаимодействие между дисперсной фазой и дисперсионной средой;

· Образуется за счет затраты энергии извне

· Эндэргонический процесс ?G > 0

· Термодинамически неустойчивы

· Необходим стабилизатор

Лиофильные (гидрофильные) системы хорошо растворимы друг в друге (коллоидные растворы ПАВ и ВМС):

· Сильное взаимодействие между дисперсной фазой и дисперсионной средой

· Образуется самопроизвольно

· Экзэргонический процесс ?G < 0

· Термодинамически устойчивы

· Стабилизатор не требуется

2.5 Дайте определение электроосмосу. Чем электроосмос отличается от электрофореза?

Электроосмосом называют перемещение дисперсионной среды относительно неподвижной дисперсной фазы под действием внешнего электрического поля.

Электрофорезом называют перемещение частиц дисперсной фазы относительно неподвижной дисперсионной среды под действием внешнего электрического поля.

2.6 Что такое электрофорез? Как его используют в медицине

Электрофорезом называют перемещение частиц дисперсной фазы относительно неподвижной дисперсионной среды под действием внешнего электрического поля. Используют в клинических исследованиях для диагностики многих заболеваний, для разделения аминокислот, нуклеиновых кислот, антибиотиков, ферментов, антител, форменных элементов крови, бактериальных клеток, для определение частоты белковых препаратов.

2.7 Обратные электрокинетические явления: потенциал течения, потенциал седиментации

Потенциал течения - разность потенциала, возникшая на концах капиллярной системы при протекании через систему жидкой дисперсной среды под действием гидростатического давления (эффект Квинке). Явление обратное электроосмосу, возникает при движении крови по капиллярам.

Потенциал седиментации - разность потенциалов, возникшая при оседании частиц ДФ в жидкостной ДС (эффект Дорна), явление обратное электрофорезу. Этот потенциал влияет на V оседания эритроцитов.

2.8 Виды устойчивости дисперсных систем. Какими факторами обуславливаются эти виды устойчивости?

Устойчивость дисперсных систем - способность дисперсной фазы сохранять состояние равномерного распределения частиц дисперсной фазы во всем объеме дисперсионной среды.

Седиментационная устойчивость - характеризуется способностью частиц ДФ находиться во взвешенном состоянии и не оседать под действием сил тяжести.

Критерии:

· Броуновское движение, малый размер частиц;

· Степень дисперсности;

· Вязкость ДС (чем она больше, тем больше устойчивость);

· t⁰ (чем она больше, тем больше устойчивость).

Агрегативная устойчивость - способность ДС противостоять слипанию частиц ДФ.

Критерии:

· ионная оболочка, т.е. наличие ДЭС (адсорбционный + диффузный слой);

· сальватная (гидратная) оболочка растворителя (чем она больше, тем больше устойчивость);

· величина Z - потенциала гранулы (чем он больше, тем меньше вероятность слипания и тем больше устойчивость).



2.9 Виды диализа. Применение диализа в биологии и медицине

Диализ - удаление низкомолекулярных соединений из коллоидных растворов с помощью мембран, пропускающих молекулы и ионы малого размера. адсорбция мембрана хроматография коагуляция

Электродиализ - это диализ в условиях наложения постоянного электрического поля, под действием которого катионы и анионы приобретают направленное движение к электродам.

В биологических жидкостях количественное определение низкомолекулярных веществ часто проводят методом компенсационного диализа или вивидиализа. В этом случае биологическая жидкость в диализаторе омывается не чистым растворителем, а растворами с различными концентрациями определяемого вещества.

Так, содержание сахара в сыворотке крови определяется путем диализа сыворотки по сравнению с изотоническим раствором, к которому добавляют различные количества сахара.

Концентрация сахара во внешнем растворе не изменяется лишь в том случае, когда она равна концентрации сахара в анализируемой сыворотке. Таким образом было выявлено наличие глюкозы и мочевины в крови.

По принципц диализа работает аппарат « искусственная почка» (АИП), применяемый при острой почечной недостаточности, которая может наступить в результате отравления сулемой, сульфониламидными препарататми, при уремии после переливания крови, при тяжелых озогах и т.п. АИП подключается к системе кровообращения больного, и кровь протекает через систему, снабженную мембранами с избирательной проницаемостью, которые снаружи омываются физиологиеским раствором.

При этом крось в процессе диализа очищается от вредных примесей, после чего поступает обратно в организм.



2.10 Коагуляция и факторы ее вызывающие. Правило Шульце-Гарди (валентности-значности). Дайте пояснение на примере лабораторной работы с золем Fe(ОН)3

Коагуляция - процесс слипания коллоидных частиц с образованием более крупных агрегатов из-за потери коллоидным раствором агрегативной устойчивости.

Коагуляция может возникать двумя путями: за счет уменьшения заряда поверхности твердой фазы (т.е. снижения межфазного потенциала) или за счет уменьшения толщины (сжатия) ионных атмосфер мицелл при неизменном заряде поверхностей их ядер.

Правило Шульце-Гарди: для разновалентных ионов их коагулирующее действие прямо пропорционально зарядам ионов в степени. Коагуляцию золя вызывают те электролиты, которые несут заряд, противоположный заряду гранулы, т.е. чем больше заряд иона коагулянта по модулю, тем выше его коагулирующая способность.

FeCl₃ + 3H₂O = Fe(OH)₃ + 3HCl

Fe(OH)₃ = FeO(OH) + H₂O

FeO(OH) + HCl = FeOCl + H₂O

FeOCl > FeO⁺ + Cl^-

{mFe(OH)₃ · nFeO⁺ · (n - x) Cl^-}^x+ x Cl^-

2.11 Какой закон объясняет оптические свойства коллоидных растворов (эффект Тиндаля)? Что такое опалесценция?

Если размеры коллоидных частиц соизмеримы с длинами волн видимого света, то такие коллоидные растворы рассеивают свет вследствие явления дифракции.

Рассеяние света можно наблюдать при боковом освещении коллоидного раствора: в случае точечного света - в виде светящегося конуса (эффект Тиндаля) , а при обычном боковом освещении в виде голубоватой опалесценции раствора.

Согласно закону Рэлея интенсивность рассеянного света I зависит от интенсивности I₀ и длинны волны падающего света, объема частиц V и их концентрации с:

Опалесценция -- оптическое явление, заключающееся в резком усилении рассеяния света чистыми жидкостями и газами при достижении критической точки, а также растворами в критических точках смешения.

Причиной явления является резкое возрастание сжимаемости вещества, сопровождающееся усилением флуктуаций плотности (в том числе микрочастиц в растворах), на которых и происходит рассеяние света.

2.12 Всегда ли при протекании химической реакции образуется мицелла? Назовите основные условия получения неорганического коллоидного раствора. Объясните на конкретном примере образование и строение любой мицеллы

Условия получения неорганического коллоидного раствора:

· Использование достаточно разбавленных раствором;

· Небольшой избыток одного из реагирующих веществ, которые выполняют роль стабилизатора образующихся коллоидных частиц.

Агрегат в результате избирательной адсорбции ионов или ионизации поверхности молекул приобретает заряд.

Ионы, определяющие заряд агрегата, называют потенциалопределяющими. Агрегат и потенциалопределяющие ионы образуют ядро.

С заряженной поверхностью ядра устойчиво связано некоторое число ионов противоположного знака - противоионов.

Поренциалопределяющие ионы и сыязанные противоионы образуют адсорбционный слой. Агрегат вместе с адсорбционным слоем называют гранулой (частицей).

Заряд грануля равен сумме зарядов прочно связанных с противо- и потенциалоределяющих ионов.

Рассмотрим строение мицелл идрозоля бария сульфата, который получается в результате реакции между растворами бария хлорида и натрия сульфата (химическая конденсация):

BaCl₂(p) + Na₂SO₄(p)> Ba₂SO₄(т) + 2 Na Cl₂(p)

Пусть в избытке взят белый хлорид. Труднорастворимый барий сульфат образует кристаллический агрегат, состоящий из m молекул Ba₂SO₄. На поверхности агрегата адсорбируется n ионов Ba²⁺ .

С поверхностью ядра связано 2(n-x) хлоридионов Cl^-. Остальные противоионы (2x) распределяются в диффузионном слое:



2.13 На какие стадии делится процесс коагуляции? Опишите признаки каждой стадии

Коагуляция процесс слипания коллоидных частиц с образованием более крупных агрегатов из-за потери коллоидным раствором агрегативной устойчивости.

Скрытой коагуляцией называется стадия агрегации, при которой не наблюдается каких-либо внешних изменений золя.

О скрытой стадии судят по изменению таких свойств как осмотическое давление, скорость диффузии, интенсивность броуновского движения, интенсивность светорассеяния, скорость электрофореза.

Явной коагуляцией называется такой процесс агрегации коллоидных частиц, который можно обнаружить невооруженным глазом.

О явной коагуляции судят по изменению цвета, помутнению коллоидных растворов, выпадению осадка.

2.14 Молекулярно-кинетические и оптические свойства дисперсных систем. Сравните интенсивность этих свойств в коллоидных и истинных растворах

Молекулярно-кинетические свойства - свойства, связанные с тепловым движением частиц:

· броуновское движение

· диффузия



· осмотическое давление

П = с_rkT

МК свойства в коллоидных растворах выражены менее интенсивно, чем в истинных, ввиду крупного размера частиц коллоидных растворов.

Оптические свойства:

· светорассеивание (з-н Релея)

· светопоглощение (з-н Бугера-Ламберта-Бера)

Коллоидные растворы, так же как и истинные, поглощают, отражают и преломляют свет, но их отличительной особенностью является способность рассеивать свет (явление опалесценции), пример конус Тиндаля.

2.15 Дайте определение коагуляции, порога коагуляции и коагулирующей способности электролита. Значение процессов коагуляции для жизнедеятельности организма

Коагуляция - процесс слипания коллоидных частиц с образованием более крупных агрегатов из-за потери коллоидным раствором агрегативной устойчивости.

Порог коагуляции - минимальное количество электролита, которое надо добавить к коллоидному раствору, чтобы вызвать явную коагуляцию (заметную на глаз) - помутнение раствора или изменение его окраски.

с_пк = с_эл·V_эл / V_кр+V_эл

где с_эл - исходная концентрация раствора электролита; V_эл - объем раствора электролита, добавленного к коллоидному раствору; V_кр - объём коллоидного раствора.

Коагулирирующая способность - величина обратная порогу коагуляции, подчиняется правилу Шульце-Гарди.

2.16 Коллоидная защита, ее роль в жизнедеятельности. Пептизация, биологическая роль

Коллоидная защита - повышение агрегативной устойчивости лиофобных золей при добавлении к ним ВМС.

Механизм заключается в том, что вокруг мицелл коллоидного раствора образуются адсорбционные оболочки из гибких макромолекул ВМС, которые дифильны и их гидрофобные участки обращены к частицам дисперсной фазы, а гидрофильные фрагменты обращены к воде.

При этом система лиофилизируется, мицеллы приобретают дополнительный фактор агрегативной устойчивости за счет собственных гидратных оболочек из макромолекул ВМС.

Условия:

· хорошая растворимость ВМС в дисперсной среде коллоидного раствора и адсорбируемость молекул на коллоидных частицах;

· достаточно большая концентрация.

Таким образом, белки крови препятствуют выпадению в осадок и выделению на стенках кровеносных сосудов малорастворимых холестерина и солей кальция, также препятствуют образованию камней в мочевыводящих и желчновыводящих путях.

Пептизация - процесс, обратные коагуляции, т.е. превращение осадка, образовавшегося в результате коагуляции, в устойчивый коллоидный раствор.

Проводится двумя путями:

1. промывание коагулята чистым растворителем (ДС);

2. добавление специального электролита-пептизатора.

Условия эффективной пептизации:

· к пептизации способны только свежеполученные осадки;

· необходимо добавление небольших количеств электролита-пептизатора;

· пептизации способствуют перемешивание и нагревание.

Данный процесс лежит в основе рассасывания атеросклеротических бляшек на стенках кровеносных сосудов, почечных и печеночных камней или тромбов кровеносных сосудов.

Размещено на Allbest.ru

...