Дисперсные системы. Классификация дисперсных систем по степени дисперсности. Коллоидное состояние. Лиофильные и лиофобные коллоидные системы

Дисперсные системы-это микрогетерогенные системы состоящие из 2-х или более компонентов, первый компонент называется дисперсной средой, а второй компонент называется дисперсной фазой-распределение в объёме дисперсной среды в виде отдельных частиц.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПО СТЕПЕНИ ДИСПЕРСНОСТИ

Свободнодисперсные:

1) ультрамикрогетерогенные: 10 -7см. а 10 -5см. (от 1 до 100 мкм) – истинно-коллоидные – (т/т);

2) микрогетерогенные: 10 -5см. а 10 -3см. (от 0,1 до 10 мкм) т/ж, ж/ж, г/ж, т/г.

3) грубодисперсные: а > 10 -3см; т/г.

Связнодисперсные системы:

1) микропористые: поры до 2 мм;

2) переходнопористые: от 2 до 200 мм;

3) макропористые: выше 200 мм.

Коллоидное состояние вещества - это такое состояние, в котором вещество находится в высокодисперсном (сильно раздробленном) виде, отдельные его частицы являются не молекулами, а агрегатами, состоящими из множества молекул.

Лиофобными называют системы, частицы дисперсной фазы которых не взаимодействуют с дисперсионной средой, не сольватируются и не растворяются в ней. К лиофобным системам относятся золи драгоценных металлов, золи металлоидов (серы, селена, теллура), дисперсии полимеров в воде (например, полистирола, фторолона), золи сульфидов мышьяка, сурьмы, кадмия, ртути, золи гидроксидов железа, алюминия и т.д.

Лиофильные- это системы, частицы дисперсной фазы которых интенсивно взаимодействуют с дисперсионной средой. Примеры:р-ры многих высокомолекулярных соединений(белки, нуклеиновые к-ты, крахмал) р-р целлюлозы в ацетоне.

24.Методы получения лиофобных коллоидов: методы диспергирования и конденсации. Методы очистки золей: фильтрация, ультрафильтрация, ультрацентрифугирование. Диализ, электродиализ, компенсационный диализ. Гемодиализ, аппарат ”искусственная почка”.

Методы диспергирования практически осуществляются путем механического измельчения, дробления, истирания на дробилках, жерновах, шаровых мельницах и др.; такие методы широко применяются в производстве фармацевтических препаратов, минеральных красок, графита, цементов.

ДИСПЕРГИРОВАНИЕ (от лат. dispergo - рассеиваю, рассыпаю), тонкое измельчение твердого тела или жидкости, в результате к-рого образуются дисперсные системы: порошки, суспензии, эмульсии, аэрозоли.

Коллоидные растворы можно получать также и методом химической конденсации, основанном на проведении химических реакций, сопровождающихся образованием нерастворимых или малорастворимых веществ. Для этой цели используются различные типы реакций – разложения, гидролиза, окислительно-восстановительные и т.д. Так, красный золь золота получают восстановлением натриевой соли золотой кислоты формальдегидом: NaAuO2 + HCOH + Na2CO3 ––> Au + HCOONa + H2O.

Методы очистки золей.

Ультрафильтрация-это фильтрация коллоидных р-а через мембрану при повышенном внешнеем давлений или под вакуумом. Ультрафильтрация — это способ очистки воды, одновременная безреагентная дезинфекция и осветление воды.

Фильтрование (фильтрация) — это отделение жидкости или газа от взвешенных в них твердых частиц в процессе пропускания их через пористые материалы, называемые фильтрами.

УЛЬТРАЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕ, метод разделения и исследования частиц размером менее 100 нм (коллоидные системы, молекулы белков, неуклеиновых к-т, синтетич. полимеров) под действием центробежных сил. Используется для отделение алазмы крови, для отделении отдельных клеточных элементов, для очистки колоидных систем, от грубодисперсных систем.(суспензии, аэрозоли, эмульсии).

Диализ - искусственное очищение крови и других жидкостей человеческого тела от скопившихся шлаков, когда органы самого человека неспособны нормально выполнять эти функции. Обычно кровь фильтруется в почках, которые задерживают полезные вещества, а вредные выделяют с мочой. При заболеваниях почек, когда одна или обе почки не функционируют, больному необходим диализ. Существуют два метода диализа. Первый - очищение крови через брюшину (перитониальный) в самом теле, второй - подключение к искусственной почке.

Электродиализ — это метод очистки жидких дисперсных систем (коллоидных растворов, суспензий и др., а также растворов высокомолекулярных веществ, например белков) от примесей низкомолекулярных веществ, растворенных в дисперсионной среде. Электродиализ основан на ускорении диффузии ионов через мембрану под действием достоянного электрического поля.

Компенсационный диализ и вивидиализ - методы, разработанные для исследования биологических жидкостей, представляющих собой коллоидные системы. Принцип метода компенсационного диализа состоит в том, что в диализаторе вместо чистого растворителя используют растворы опре­деляемых низкомолекулярных веществ различной концентрации. Напри­мер, для определения свободного, не связанного с белками, сахара крови проводят ее диализ против изотонического солевого раствора, содержащего различные концентрации сахара. В том растворе, где концентрация сахара равна концентрации свободного сахара в сыво­ротке крови, в ходе диализа концентрация сахара не изменяется. Этот метод позволил выявить присутствие в крови глюкозы и мочевины в свободном состоянии.

Гемодиализ – внепочечное очищение крови. Аппарат «искусственная почка» фильтрует кровь через особую мембрану, очищает ее от воды и токсичных продуктов жизнедеятельности организма. Он работает вместо почек, когда те не в состоянии выполнять свои функции.

Гемодиализ необходим людям с острой почечной недостаточностью, отравлением лекарственными средствами, спиртами, ядами. Но больше всего в гемодиализе нуждаются люди с хронической почечной недостаточностью. Аппарат берет на себя функции неработающих почек, что позволяет продлить жизнь таких больных на 15-25 лет.

Аппарат для гемодиализа отфильтровывает из крови токсины, мочевину, избавляет от лишней жидкости, нормализует электролитный баланс, артериальное давление и восстанавливает кислотно-щелочное равновесие.

Искусственная почка — аппарат для временного замещения выделительной функции почек.

25.Свойства дисперсных систем: молекулярно кинетические (броуновское движение, диффузия, колигативные свойства), оптические свойства (эффект Тиндаля) Электро-кинетические свойства коллоидных систем. Электроосмос и электрофорез. Их применение в медико-биологических исследованиях.

БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ (брауновское движение) - беспорядочное движение малых частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под действием ударов молекул окружающей среды. Исследовано в 1827 P. Броуном (Браун; R. Brown), к-рый наблюдал в микроскоп движение цветочной пыльцы, взвешенной в воде. Наблюдаемые частицы (броуновские) размером ~1 мкм и менее совершают неупорядоченные независимые движения, описывая сложные зигзагообразные траектории. Интенсивность Б. д. не зависит от времени, но возрастает с ростом темп-ры среды, уменьшением её вязкости и размеров частиц (независимо от их хим. природы).

ДИФФУЗИЯ (от лат. diflusio - распространение, растекание, рассеивание), перенос частиц разной природы, обусловленный хаотич. тепловым движением молекул (атомов) в одно-или многокомпонентных газовых либо конденсир. средах.

Коллигативные свойства – это свойства растворов, зависящие от числа частиц растворенного вещества. К коллигативным свойствам растворов относят:1) понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором,2) понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов по сравнению с температурами замерзания и кипения чистых растворителей.3) осмотическое давление.

1 закон Рауля. Давление насыщенного пара растворителя над раствором пропорционально мольной доле растворителя.

,где Р – давления насыщенного пара растворителя над раствором, Па;

Р0 – давления насыщенного пара над растворителем, Па;

c(р-ля) – мольная доля растворителя;

n(раств. в-ва) – количество растворенного вещества, моль;

n(р-ля) – количество вещества растворителя, моль.

2 закон Рауля. Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов по сравнению с таковыми для чистого растворителя пропорциональны моляльной концентрации растворенного вещества:

где Dtкип – повышение температуры кипения раствора, °С;

Dtзам – понижение температуры замерзания раствора, °С;

Кэ – эбуллиоскопическая константы растворителя, (кг×°С)/моль;

Кк – криоскопическая константы растворителя, (кг×°С)/моль;

b – моляльная концентрация, моль/кг;

n(раств. в-ва) – количество растворенного вещества, моль;

m(р-ля) – масса растворителя, кг;

m(раств. в-ва) – масса растворенного вещества, г;

М(раств. в-ва) – молярная масса растворенного вещества, г/моль.

Закон Вант-Гоффа. Осмотическое давление раствора равно газовому давлению, которое производило бы растворенное вещество, находясь в газообразном состоянии и занимая объем, равный объему раствора.

где Росм – осмотическое давление, кПа;

с – молярная концентрация растворенного вещества, моль/л;

R – универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/(моль×К);

Т – абсолютная температура, К;

V(р-ра) – объем раствора, л.

ТИНДАЛЯ ЭФФЕКТ -свечение оптически неоднородной среды вследствие рассеяния проходящего через неё света. арактерен для коллоидных систем (напр., гидрозолей, табачного дыма) с низкой концентрацией частиц дисперсной фазы, имеющих показатель преломления, отличный от показателя преломления дисперсионной среды.

Электро-кинетические свойства коллоидных систем относится электроосмос и электрофорез.

Электроосмос – перемещение дисперсионной среды относительно неподвижной дисперсной фазы (капиллярно-пористых материалов, диафрагм) по действием внешнего электрического поля в сторону одного из электродов. Электроосмос-это движение частиц дисперсной срды во внешнем электрическом поле.

Электроосмос используется, например, для обезвоживания древесины, грунта, продуктов питания.Все электрокинетические явления связаны с относительным перемещением дисперсной фазы или дисперсионной среды, осуществляемой по границе скольжения. Их интенсивность определяют значением дзета-потенциала. Поэтому данную величину используют для оценки электрокинетических явлений.

Электрофорез — это процесс направленного движения частиц, диспергированных в жидкости в постоянном электрическом поле. Электрофорез-движение частиц дисперсной фазы во внешнем электрическом поле.

Электрофорез используют для получения новых материалов, нанесения покрытий, очистки веществ от примесей. В медицине электрофорез используют для введения лекарств. На кожу пациента накладывают тампон, смоченный раствором лекарственного препарата, а сверху электроды, к которым приложен безопасный для организма ток.