Очистка масла от коллоидных веществ называется. Методы очистки: диализ, электродиализ, ультрафильтрация, центрифугирование. Бактерицидная активность коллоидного раствора серебра

Очистка коллоидных систем

В золях, полученных тем или иным методом, помимо мицелл, электролита-стабилизатора и растворителя содержатся низкомолекулярные примеси. К примеру, золь AgNO 3 , полученный в результате взаимодействия AgNO 3 и KJ, всœегда содержит значительное количество индифферентного электролита KNO 3 . Примеси могут попадать в коллоидные системы вследствие загрязненности исходных веществ или по другим причинам.

Чужеродные электролиты понижают стабильность полученного золя, и их приходится очищать. Низкомолекулярные примеси можно удалить из лиозолей с помощью диализа, электродиализа и ультрафильтрации.

Диализ основан на способности молекул малых размеров или ионов проходить через полупроницаемые пленки (мембраны). Крупные частицы золя через мембраны пройти не могут. Простейший диализатор представляет собой мешочек из полупроницаемого материала, в который заливается очищаемый золь. Мешочек опускается в сосуд с водой.

Сегодня существует много усовершенствованных конструкций диализаторов, обеспечивающих более быстрый процесс диализа. Интенсификация процесса достигается путем увеличения поверхности, через которую идет диализ, уменьшением слоя диализируемой жидкости, частой или непрерывной сменой внешней жидкости (к примеру воды) и нагреванием.

Природа мембраны исходя из системы, подвергаемой диализу, должна быть различной. Ранее в качестве мембран использовали бычий пузырь или пергамент. Сегодня часто используют мембраны, приготовленные из раствора нитрата целлюлозы. Οʜᴎ удобны, так как их можно изготовить с порами любого диаметра.

Длительный диализ обусловливает не только удаление из раствора примесей, но и вывод стабилизатора, что может привести к коагуляции.

Электродиализ . В тех случаях, когда примеси являются электролитами, диализ можно ускорить путем наложения электрического поля. Схема простого электродиализатора состоит из трех камер, отделœенных друг от друга полупроницаемыми перегородками. В боковых камерах установлены электроды, и в них непрерывно подается и отводится дистиллированная вода, являющаяся внешней жидкостью средней камеры, в которую подается очищаемый золь. Электродиализ особенно эффективен после предварительной очистки путем обычного диализа, когда скорость диффузии из-за падения градиента концентрации электролитов между золем и водой мала и можно применять электрическое поле большого напряжения, не боясь сильного нагревания золя.

Ультрафильтрация . Это диализ, проводимый под давлением. Ультрафильтрация по существу не метод очистки золей, а метод их концентрирования, причем повышается концентрация только дисперсной фазы, состав же дисперсионной среды остается практически постоянным.

В случае если после частичной ультрафильтрации золь разбавить чистым растворителœем до прежнего содержания дисперсионной среды, он будет содержать меньше низкомолекулярных веществ, но также меньше и стабилизирующих электролитов.

Применяя ультрафильтры различной пористости, можно разделить коллоидную систему на более монодисперсные фракции и определить дисперсность этих фракций.

Существует много устройств для ультрафильтрации. Так как ультрафильтрация проводится под давлением, то мембрана либо накладывается на пластинку с меньшими отверстиями, служащую для нее опорой, либо непосредственно получается на стенках неглазурованного сосуда.

Очистка коллоидных систем - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Очистка коллоидных систем" 2017, 2018.

Диализ – самый важный из них. Сущность метода: два сосуда разделённых полупроницаемой мембраной (коллодий, целлофан, пергамент, полисилоксан, полихлорвинил, полиэтилен). В одном сосуде - очищаемый коллоидный раствор, в другом – чистый растворитель. За счет диффузии все ионы из коллоидного раствора, способные пройти через отверстия мембраны, будут переходить в растворитель, а более крупные коллоидные частицы останутся в растворе. Достоинство метода: простота и дешевизна. Недостаток: время диализа - несколько суток. Скорость можно увеличить за счёт температуры, но очень незначительно.

Но скорость можно увеличить за счёт направленного движения ионов в электрическом поле. Диализатор оборудован дополнительной камерой с электродами (постоянное напряжение). Время диализа составит несколько часов или даже минут. Этот метод широко применяется в биохимии, фармации, медицине, при очистке воды и производстве продуктов питания.

Часто используют и еще одну разновидность диализа – компенсационный.Сущность метода компенсационного диализа (вивидиализ)состоит в том, что дисперсная система омывается не чистым растворителем, а растворами с различной концентрацией определенного вещества (или веществ). Например: определение сахара в сыворотке крови. Сыворотку крови омывают изотоническим раствором сахара. Концентрация сахара во внешнем растворе не будет изменяться, если она равна концентрации сахара в крови. На вивидиализе основана работа искусственной почки (гемодиализ). Искусственную почку используют для освобождения крови от продуктов обмена, коррекции электролитно-водного и кислотно-щелочного балансов при острой и хронической почечной недостаточности, а также для выведения диализирующихся токсических веществ при отравлениях и избытка воды при отёках.

Одной из самых перспективных областей применения диализа является пролонгация действия лекарственных препаратов. Срок действия контролируемого выделения находится в интервале от 2-х дней до нескольких лет, обеспечивая равномерное поступление препарата. Обычный способ применения лекарств – инъекции или в виде таблеток – резко увеличивает их концентрацию в организме, что может вызвать нежелательные побочные эффекты. Так, лекарства, содержащие гормоны, при традиционном “импульсном” вводе могут вызвать эндокринные нарушения. Поэтому применяют лекарства, покрытые мембранным слоем. Через короткое время после приема скорость поступления лекарства в организм становится постоянной и может быть задана толщиной мембраны.

Ультрафильтрация - это баромембранный процесс, заключающийся в том, что жидкость не фильтруется самопроизвольно, а под давлением «продавливается» через полупроницаемую перегородку. Этот метод называют иногда сухим диализом, в том смысле, что с другой стороны мембраны нет растворителя. Размер отверстий (пор) ультрафильтрационных мембран лежит в пределах от 5 нм до 0,05–0,1 мкм. В качестве материала для изготовления ультрафильтрационных мембран в основном используются полимерные вещества – ацетат целлюлозы, полисульфон, полиамид, полиимид и т.д.. Большинство мембран состоят из тонкого селективного слоя толщиной несколько десятков мк и пористой подложки, которая обеспечивает механическую прочность. Большинство современных полимерных мембран устойчивы к воздействию микроорганизмов и химических соединений в широком диапазоне рH, обладают высокой селективностью и производительностью, допускают кратковременное воздействие сильных окислителей: свободного хлора, озона. Для производства ультрафильтрационных мембран также используют неорганические (керамические и металлокерамические) материалы на основе окислов Al 2 O 3 , TiO 2 , ZnO. Керамические мембраны характеризуются долговечностью, высокой физической, химической и бактериальной стойкостью, что позволяет им работать в самых жестких условиях. В промышленности ультрафильтрацией чистят сточные воды, отделяют продукты микробиологического синтеза, концентрируют биологически активные вещества. В последнее время ультрафильтрацию применяют для очистки крови от токсинов и выведения избытка жидкости из организма.

Ультрацентрифугирование - метод разделения и исследования частиц размером менее 100 нм в поле центробежных сил, т.е. при быстром движении по окружности. Он позволяет разделять смеси частиц на фракции или индивидуальные компоненты, находить их молекулярную массу и др.
Осуществляется с помощью ультрацентрифуг. Различают так называемое аналитическое центрифугирование (применяется при анализе растворов), исследуемые объемы - от 0,01 до 2 мл при массе частиц от нескольких мкг до мг; и препаративное центрифугирование (используют для выделения компонентов из сложных смесей), объем жидкости и масса исследуемого образца м. б. на несколько порядков больше, чем при аналитическом ультрацентрифугировании. Центробежные ускорения в ультрацентрифугах достигают 500 000 g. Первая аналитическая ультрацентрифуга была создана Т. Сведбергом (1923; 5000g).

5. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем принципиально не отличаются от свойств истинных растворов. Для них тоже свойственны диффузия, осмос и т.д., но все эти явления имеют особенности. Диффузия – т.к. коллоидные частицы по размерам и массе значительно больше молекул и ионов, то скорость их теплового движения меньше, следовательно, скорость диффузии тоже во много раз меньше. На 1 см коллоидная частица продвигается за сутки, иногда - недели; в истинных растворах – за часы.

Осмотическое давление. Известно, что P=CRT. Но концентрация частиц в коллоидных растворах маленькая даже при высокой массовой доле растворенного вещества, поэтому осмотическое давление в коллоидных растворах низкое. (В 1%-ом растворе сахара – 79, 46 кПа, в 1%-ом растворе желатина – 1 кПа, а в коллоидном растворе сульфида мышьяка всего 0,0034 кПа.) Не удивительно, что такое осмотическое давление трудно обнаружить. К тому же оно не постоянно. На осмотическое давление биополимеров существенно влияет температура и рН раствора. Температура – т. к. усиливается диссоциация, следовательно, увеличивается число частиц в растворе. Влияние рН связано с изменением соотношения между положительно и отрицательно заряженными группами. В изоэлектрической точке осмотическое давление будет минимальным, при смещении рН в кислую или щелочную сторону от ИЭТ оно будет увеличиваться. Осмотическое давление крови вычисляют криоскопическим методом с помощью определения депрессии (точки замерзания раствора), которая для крови составляет 0,56-0,58°С наже нуля. Осмотическое дав­ление крови равно приблизительно 7,6 атм. Осмотическое давление крови зависит в основном от растворен­ных в ней низкомолекулярных соединений, главным образом солей. Около 60% этого давления создается NaCl. Осмотическое давление в крови, лимфе, тканевой жидкости, тканях приблизительно оди­наково и отличается постоянством. Даже в случаях, когда в кровь поступает значительное количество воды или соли, осмотическое давление не претерпевает существенных изменений. При избыточ­ном поступлении в кровь вода быстро выводится почками и переходит в ткани и клетки, что восстанавливает исходную величину осмо­тического давления. Если же в крови повышается концентрация солей, то в сосудистое русло переходит вода из тканевой жидкости, а почки начинают усиленно выводить соли. Продукты переваривания белков, жиров и углеводов, всасывающиеся в кровь и лимфу, а также низкомолекулярные продукты клеточного метаболизма могут изменять осмотическое давление в небольших пределах. Поддержание постоянства осмотического давления играет чрез­вычайно важную роль в жизнедеятельности клеток.

Часть осмотического давления крови, которая за­висит от содержания крупномолекулярных соединений (белков) в растворе, называется онкотическим давлением . Хотя концентрация белков в плазме довольно велика, общее количество молекул из-за их большой молекулярной массы относительно мало. Поэтому онкотическое давление не пре­вышает 30 мм рт.ст. Онкотическое давление в большей степени зависит от альбуминов (80% онкотического давления создают аль­бумины), что связано с их относительно малой молекулярной массой и большим количеством молекул в плазме. Онкотическое давление играет важную роль в регуляции водного обмена. Белки хорошо гидратируются и удерживают воду в кровяном русле. Чем больше величина онкотического давления, тем больше воды удерживается в сосудистом русле и тем меньше ее переходит в ткани и наоборот. Онкотическое давление влияет на образование тканевой жидкости, лимфы, мочи и всасывание воды в кишечнике. Поэтому кровезамещающие растворы должны содержать в своем составе биополимеры, способные удерживать воду. При снижении концентрации белка в плазме развиваются отеки, так как вода перестает удерживаться в сосудистом русле и переходит в ткани.

Седиментация – т.к. на частицы действует не только диффузия, но и гравитационное поле, под действием силы тяжести частицы с достаточной массой могут оседать (седиментировать). Скорость оседания частиц зависит от их массы (при прочих равных условиях). При анализе крови определяют суспензионную устойчивость крови (скорость оседания эритро­цитов - СОЭ). Кровь представляет собой суспензию, или взвесь, так как форменные элементы ее находятся в плазме во взвешенном состоянии. Взвесь эритроцитов в плазме поддерживается гидрофиль­ной природой их поверхности, а также тем, что эритроциты (как и другие форменные элементы) несут отрицательный заряд, благо­даря чему отталкиваются друг от друга. Если отрицательный заряд форменных элементов уменьшается, что может быть обусловлено адсорбцией таких положительно заряженных белков, как фибрино­ген, γ-глобулины, парапротеины и др., то снижается электростати­ческий «распор» между эритроцитами. При этом эритроциты, склеиваясь друг с другом, образуют так называемые монетные столбики. Такие «монетные столбики», застре­вая в капиллярах, препятствуют нормальному кровоснабжению тка­ней и органов. Если кровь поместить в пробирку, предварительно добавив в нее вещества, препятствующие свертыванию, то через некоторое время можно увидеть, что кровь разделилась на два слоя: верхний состоит из плазмы, а нижний представляет собой форменные элементы, главным образом эритроциты.

Особые свойства коллоидных систем. Для коллоидных систем характерным оптическим свойством является рассеивание света и этим они существенно отличаются от свойств истинных растворов.Явление рассеивания света (опалесценции) обнаружено Фарадеем (1857) и Тиндалем (1864). Они наблюдали образование светящегося конуса при пропускании луча света через коллоидный раствор при боковом освещении. Согласно теории светорассеяния Релея при прохождении световой волны через коллоидные системы электромагнитное поле вызывает поляризацию дисперсных частиц. Возникающие диполи являются источниками нового излучения.

Уравнение Релея :

Где: I o –интенсивность падающего света, V- объем частиц, K- отношение показателей преломления дисперсной фазы и дисперсной среды, - концентрация дисперсной фазы - длина волны.

Т.к. интенсивность обратно пропорциональна длине волны в четвертой степени, значит, при прохождении луча белого света преимущественно должны рассеиваться наиболее короткие волны (т.е. синие и фиолетовые). Поэтому для систем с неокрашенным веществом дисперсной фазы при боковом освещении характерна голубая опалесценция. Этим объясняется голубой цвет горящего газа, табачного дыма, неба, снятого молока. Наоборот, в проходящем свете мы наблюдаем красные оттенки, связанные с потерей синей части спектра. Именно потому красный цвет выбран как сигнал опасности – он не рассеивается и поэтому далеко виден. Коллоидные растворы также могут поглощать определенную часть спектра. Например, высокодисперсные золи золота поглощают зеленую часть спектра и окрашены в красный цвет. С увеличением размера частиц окраска раствора смещается в холодную область. С явлениями поглощения и рассеяния света связана окраска ряда минералов, драгоценных камней и самоцветов (аметист, сапфир, рубин).

Нефелометрия – метод анализа основаный на явлении светорассеяния. Приборы, предназначенные для определения концентрации и размера частиц (по уравнению Релея), называются нефелометры. Обычно в этих приборах сравнивают интенсивность света рассеянного стандартным и исследуемым раствором. Нефелометрами определяют мутность, т.е. концентрацию коллоидных частиц, в различных растворах при очистке воды или производстве соков и вина…

Ультрамикроскопия. В обычном микроскопе коллоидные частицы невидимы. Но если осветить коллоидные системы боковым светом на темном фоне, то можно увидеть светящиеся точки, т.к. каждая частица становиться источником рассеянного света. Прибор, позволяющий видеть коллоидные частицы на темном фоне при боковом освещении, называется ультрамикроскоп. Видны частицы размером до 3 нм. Такой микроскоп был сконструирован в 1903 г Зидентопфом и Зигмонди. Именно с его помощью подтвердили теорию броуновского движения и определили число Авогадро. Но надо понимать, что мы видим не сами частицы, а отсветы от них на экране. Поэтому можно определить концентрацию частиц, но нельзя определить их размеры или форму.

Электрокинетические явления в коллоидных системах – это группа свойств, которые отражают связь, существующую между движением частиц дисперсной системы относительно друг друга и электрическими свойствами границы раздела этих фаз. Различают четыре вида электрокинетических явлений: электроосмос, электрофорез, потенциал течения и потенциал оседания (седиментации).

Электроосмос – это перемещение жидкой фазы относительно неподвижной твердой фазы под действием электрического тока (1808 г, МГУ, Рейсе). При пропускании постоянного тока через U-образную трубку, заполненную кварцевым песком и водой, в колене с отрицательным электродом (катодом) вода поднималась выше, а в другом опускалась. Т.е. жидкая фаза двигалась под действием электрического тока.

Электрофорез – перемещение твердой фазы относительно неподвижной жидкой фазы под действием электрического тока. При пропускании постоянного тока (100В) через прибор, состоящий из двух наполненных водой стеклянных трубок, погруженных в мокрую глину, Рейсе обнаружил, что частицы глины, отрываются от поверхности глины и двигаются вверх (против силы тяжести!) к положительному полюсу (аноду). Т.е. твердая фаза двигалась под действием электрического поля.

Потенциал течения – явление обратное электроосмосу. Квинке в 1859г обнаружил, что при фильтрации воды через пористую мембрану возникает разность потенциалов между двумя ее сторонами. Квинке предположил, что поверхность твердого тела заряжается одним знаком, а прилегающий слой жидкости - другим. В дальнейшем эта идея привела к открытию удивительного явления на поверхности раздела фаз - двойного электрического слоя. Потенциал оседания – явление обратное электрофорезу. В высокий цилиндр с водой сыпали кварцевый песок. При оседании частиц кварца в воде регистрировалась разность потенциалов между электродами расположенными на разной высоте.

Открытый профессором Рейссом электрофорез, а также другие электрокинетические явления послужили основой для создания методов изучения двойного электрического слоя на поверхности коллоидных частиц изучения строения коллоидных частиц вообще. Согласно современным представлениям, на поверхности любого тела в результате протекания ОРВ, процессов диссоциации, избирательной ионной адсорбции и т.д. образуется двойной электрический слой (ДЭС) – два слоя противоположно заряженных ионов, расположенных в пространствев непосредственной близости друг от друга . ДЭС состоит из двух частей: внутренней - плотной и внешней - диффузной. Плотный слой составляют потенциалопределяющие ионы, прочно связанные с твердой поверхностью и часть противоионов, притянутая благодаря электростатическому притяжению и силам специфической адсорбции. Этот внутренняя часть ДЭС называется адсорбционным слоем. Сумма зарядов потенциалопределяющих ионов и протиоионов в адсорбционном слое не равна нулю, противоионов обычно меньше. Некоторое количество противоионов, недостающее для компенсации зарядов потенциалопределяющих ионов, располагается во внешнем, диффузном слое. Диффузный слой образован противоионами, которые притянулись к поверхности из раствора, благодаря электростатическому взаимодействию, но с поверхность связаны очень слабо.При движении раствора происходит разрыв между адсорбционным слоем (прочно закрепленным на поверхности) и диффузным слоем (ионами находящимися в слое раствора). У нас появляется направленное движение заряженных частиц – электрический ток. И наоборот,в электрическом поле гранулы (твердая фаза) двигаются в одну сторону, а противоионы диффузного слоя (жидкая фаза) – в другую, т.е. происходит движение фаз коллоидных систем.

Например: Если к раствору иодида калия (т.е. он в избытке) добавлять по каплям раствор нитрата серебра, то осадок иодида серебра не выпадает; в растворе мало ионов серебра, нужных для роста кристалла. И соединяться маленькие кристаллы тоже не будут, потому что на них есть одинаковый заряд. Т.е. начавшийся процесс кристаллизации не приводит к образованию осадка, если в растворе есть электролит-стабилизатор. Образуется коллоидный раствор иодида серебра с частицами, строение которых принято выражать особыми «мицелярными» формулами.:

{ m nI - (n-x)K + } x - xK + , где m – ядро, т.е. маленький кристалл малорастворимого иодида серебра;

m nI - (n-x)K + - адсорбционный слой, состоящий из потенциалопределяющих ионов иода, которые избирательно адсорбировались на кристалле (они находились в растворе в избытке) и некоторого количества противоионов калия, прочно связаных с ионами иода; xK + - подвижный диффузионный слой ионов калия; { m nI - (n-x)K + } x - - гранула коллоидной частицы, которая будет самостоятельно двигаться в электрическом поле. Заряд гранулы определяет величину и заряд (дзета)- потенциала (электро-кинетического потенциала) на поверхности коллоидной частицы.

В биосистемах ДЭС может возникать тоже за счет избирательной адсорбции или ионизации поверхностных функциональных групп. Адсорбция происходит в основном на полисахаридах, липидах, холестерине, а на белках ДЭС возникает обычно вследствие диссоциации карбоксильной и амминогруппы. Известно, что аминокислоты в зависимости от рН среды существуют в растворах в виде нейтральных би-ионов, катионной либо анионной формы белка.

Потенциал уменьшается по мере увеличения числа противоионов в адсорбционном слое и может стать равен нулю, если общий заряд противоионов станет равен заряду потенциалопределяющих ионов (изоэлектрическое состояние). Это может произойти при повышенииконцентрации противоионов в растворе. Чем больше - потенциал, тем более устойчивой является КС, т.к. наличие заряда препятствует слипанию частиц.

Величину - потенциала нельзя измерить, его можно рассчитать по уравнению Гельгольца- Смолуховского:

Где - вязкость среды, - диэлектрическая проницаемость среды, - расстояние между электродами, U – скорость электрофореза, E- разность потенциалов.

Применение электрокинетических явлений. Через семьдесят лет, после того как Рейсе открыл электрокинетические явления (еще в 19 веке), электроосмос был применен на практике для сушки торфа, а затем и для сушки древесины. С 60-х годов 20 века электроосмос используют для сушки и укрепления грунтов при постройке зданий, для борьбы с оползнями при строительстве плотин, для понижения уровня грунтовых вод, для ремонта железнодорожного полотна и осушки зданий.

В земной коре через грунты и горные породы текут подземные воды, а им сопутствуют так называемые потенциалы течения, которыми пользуются геофизики для поиска полезных ископаемых, картографии подземных вод и отыскания путей просачивания воды через плотины. Потенциалы течения возникают при транспортировке жидкого топлива, при заполнении резервуаров, цистерн, нефтеналивных судов, бензобаков самолетов. Когда по трубам течет топливо, на концах трубопроводов возникают достаточно высокие разности потенциалов, из-за которых на нефтеналивных судах случались грандиозные пожары. Есть еще потенциалы оседания (это тоже течение, т.е. движение) капелек воды в облаках - причина грозовых разрядов в атмосфере.

Широко пользуются электрохимическими методами медицина. Когда кровь течет через капилляры кровеносной системы, возникают потенциалы течения, являющиеся одним из источников биопотенциалов. Установлено, к примеру, что один из пиков электрокардиограммы обусловлен возникновением потенциалов течения крови в коронарных сосудах сердца. Эти потенциалы измеряют в кардиологических клиниках и лабораториях.

Электрофорез используют как метод определения и разделения белков (и др. электрически заряженных частиц)) в растворе путем пропускания через этот раствор электрического тока. Скорость движения коллоидных частиц в электрическом поле зависит от их заряда и массы, поэтому они постепенно разделяются, отходя к различным полюсам электрода. С помощью электрофореза можно получать лекарственные препараты и БАВ.

Электрофорез можно использовать и для анализа состава коллоидных систем .Электрофорез, как и хроматографию, можно выполнять на бумаге. Электрофореграммы белков плазмы крови для всех здоровых людей почти одинаковы. При патологии они приобретают характерный, причем специфический для каждого заболевания вид. Электрофорез широко используется для исследований химического состава тканей организма. Например, для анализа различных белков и липопротеинов в сыворотке крови, анализа состава белков в моче и т.д.

Электрофорез очень часто используют для терапевтических целей. Например: для введение лекарственных препаратов через кожу (лекарства представляют из себя коллоидные растворы); ускорение миграции лейкоцитов к очагу воспаления (при воспалениях происходит разрушение клеточных структур с образованием продуктов кислотного характера, в этом случае поверхность тканей приобретает положительный заряд); или ускорения движения эритроцитов к страдающим от гипоксии тканям (потенциал эритроцитов человека величина стабильная и равна -16,3мВ).

Большее распространение в клинике терапевтической стоматологии получил электрофорез как один из методов обезболивания. С этой целью применяются 5 - 10%-ные растворы новокаина, дикаина, тримекаина, никотиновой кислоты.

Проблема устойчивости КС – одна из основных в коллоидной химии. Растворы ВМС и некоторые лиофильные коллоиды (глины, мыла) являются термодинамически устойчивыми, они образуются самопроизвольно. При образовании лиофобных КС диспергирование (измельчение) происходит за счет механической или другой работы, у этих процессов G> 0, т.е. образуются системы темодинамически неустойчивые. Но, тем не менее, такие системы могут существовать достаточно длительное время.

Различают кинетическую и агрегативную устойчивость коллоидных систем. Подкинетической устойчивостью понимают способность дисперсной фазы находиться во взвешенном состоянии и не выпадать в осадок. Кинетически более устойчивы высокодисперсные системы, т.е. чем меньше частица, тем быстрее она двигается, и тем меньше на нее действует сила тяжести. Поэтому золи кинетически более устойчивы, чем классические эмульсии и суспензии. На кинетическую устойчивость влияет также плотность и вязкость среды. В вязких жидкостях оседание даже крупных частиц происходит медленно. В газообразной среде плотность и вязкость очень малы, поэтому в газовых средах могут существовать системы только с очень маленькими частицами – аэрозоли.

Агрегативная устойчивость – это способность системы сохранять определенную степень дисперсности, т.е. не объединяться в более крупные частицы.

Что способствует агрегативной устойчивости КС ? Или: Что препятствует слипанию частиц?

Наличие заряда у частиц. Заряд появляется на частицах в результате избирательной ионной адсорбции. (см.строение коллоидных частиц, двойной электрический слой). Это происходит обычно в водных растворах электролитов.

Адсорбция на частицах ПАВ. Этот процесс приводит к уменьшению поверхностного натяжения и уменьшая общую энергию системы, делает ее более стабильной. Но это тоже происходит в основном в растворах.

Гидратация коллоидных частиц. Это явление наблюдается в водных растворах, но только у лиофильных коллоидов, например, в растворах белков.

Нарушение агрегативной устойчивости, происходящее вследствие слипания частиц в крупные агрегаты и выпадения их в осадок, называетсякоагуляцией.

Часто в полученных дисперсных системах, кроме мицелл, стабилизатора и растворителя содержатся низкомолекулярные вещества (примеси). Они снижают устойчивость ДС (могут нейтрализовать заряд коллоидных частиц, что ведет к коагуляции и разрушению коллоидных систем). Для очистки коллоидных систем от низкомолекулярных примесей используют диализ, электродиализ и ультрафильтрацию.

Диализ (предложен и назван Т.Грэмом) основан на пропускании коллоидного раствора через полупроницаемую мембрану. Простейший диализатор (рис.5) представляет собой мешочек из полупроницаемого материала, в который заливается коллоидный раствор, а мешочек опускается в сосуд с водой (растворителем). За счет малых размеров отверстий полупроницаемые мембраны задерживают коллоидные частицы, а низкомолекулярные проходят через мембрану в растворитель. В результате происходит удаление низкомолекулярных веществ из коллоидного раствора. Раньше в качестве полупроницаемой мембраны использовали стенки мочевого или желчного пузыря, кишечник, пергамент. В настоящее время – мембраны из коллодия (раствора нитрата целлюлозы) – целлофан. Они очень удобны, т.к. можно изготовить мембраны с любым размером отверстий.

Рис. 5. Диализаторы Т.Грэма.

Следует отметить, что длительный диализ, кроме удаления примесей из рас-твора может привести к коагуляции системы в результате удаления стабилизатора.

Электродиализ. Поскольку низкомолекулярные примеси в золях являются элек-тролитами, диализ можно ускорить путём наложения электрического тока. Для этого коллоидный раствор помещают между двумя мембранами, снаружи которых

Диализ применяется в биотехнологии и фармацевтике для очистки белков, ВМС от примесей солей, при получении ценных лекарственных препаратов – глобулина, флокулянтов и др. Диализ используется в клинике как метод лечения («гемодиализ») больных с заболеваниями печени, почек, синдромом длительного давления, при острых отравлениях. При этом кровь больного пропускают через аппарат «искусственная почка». Он представляет собой систему с мембраной, одна сторона которой промывается солевым (физиологическим) раствором, имеющим такой же состав, как и плазма крови, а другая – кровью больного. В ходе гемодиализа низкомолекулярные продукты обмена веществ покидают кровь через мембрану, а белки остаются в крови (из-за большого размера). Необходимые организму соли также сохраняются, т.к. отсутствует градиент их концентрации между кровью и физиологическим раствором.

Ультрафильтрация применяется также, как и диализ и электродиализ, в част-ности для очистки культуральной жидкости от тел бактерий – продуцентов анти-биотиков, отделения белков и стериализации их растворов. При этом бактерии, вирусы остаются на фильтре, а из фильтрата выделяют необходимые лекарственные вещества (сыворотки, вакцины).

Лекция № 5. Теории двойного электрического слоя

Так как коллоидные системы занимают промежуточное положение между грубодисперсными системами и истинными растворами, то их можно получать двумя различными путями: из грубодисперсных систем путем дробления – это методы диспергирования ; или из истинных растворов в результате объединения атомов и молекул в агрегаты коллоидной степени дисперсности – методы конденсации .

Методы диспергирования

Механическое измельчение - заключается в энергичном и длительном растирании, размалывании или распылении дисперсной фазы и смешивании его с дисперсионной средой. Для устойчивости образующегося золя добавляется стабилизатор. Дробление осуществляют с помощью коллоидных мельниц, вальцов, ступок и т.п.

Электрическое диспергирование – состоит в получении золей металлов при контакте двух металлических электродов при пропускании через них тока силой 5 – 10 Аи напряжением на электродах 100 В. В области возникшей дуги отрываются частицы от электродов, поступают в среду и образуют золь. Так получают гидрозоли серебра, платины, золота. Их используют в медицине как антисептические лекарственные вещества.

Диспергирование ультразвуком – используют для дробления непрочных веществ с помощью ультразвуковых колебаний с частотой выше 20000 Гц.

Пептизация – переход в коллоидный раствор осадков под влиянием дисперсионной среды, содержащей пептизатор . Пептизации поддаются только свежие осадки, они легко переходят в золь, а старые, как правило, не пептизируются. Пептизацию можно наблюдать при "восстановлении" сухого молока, где пептизатором является белок.

Конденсационные методы

Метод замены растворителя (физическая конденсация ) – основан на замене одного растворителя другим. Если истинный раствор поваренной соли в этиловом спирте по каплям добавлять в эфир, то образуется золь поваренной соли в эфире. При этом ионы Na + и Cl־ образуют коллоидные частицы из-за плохой растворимости хлорида натрия в эфире.

Метод химической конденсации сводится к образованию молекул нерастворимых веществ с последующей их конденсацией до размеров коллоидных частиц. При этом могут использоваться реакции обмена, гидролиза, окисления – восстановления.

После получения золей коллоидных растворов их необходимо очищать от электролитов, которые понижают их устойчивость и мешают изучению их свойств.

Вопрос

Методы очистки коллоидных систем: диализ, электродиализ, ультрафильтрация

Очистку золей проводят методом диализа , а используемые для этого устройства называют диализаторами . В них имеется полупроницаемая перегородка, через которую проходят ионы и молекулы низкомолекулярных веществ, но задерживаются крупные по размеру коллоидные частицы. Для ускорения этого процесса применяют электрическое поле и устройства называются электродиализаторами . Диализ применяют для очистки пищевого желатина, клея, красителей, целлюлозы, для удаления солей из молочной сыворотки с целью сохранения в ней лактозы и протеинов. Диализ наблюдается при вымачивании соленого мяса и рыбы.

Метод отделения дисперсной фазы от дисперсионной среды фильтрованием коллоидных растворов через полупроницаемые мембраны называетсяультрафильтрацией . Для этих целей используют также центрифуги и ультрацентрифуги. Центрифугирование, например, применяется для сепарирования молока, отделения мелкокристаллических осадков и т.п.

Удаление из коллоидных растворов низкомолекулярных примесей, которые часто обладают астабилизирующим действием, может быть осуществлено с помощью диализа, электродиализа и ультрафильтрации.

Диализ – самый простой метод очистки коллоидных систем. Простейший диализатор представляет собой мешочек из полупроницаемого материала, в который заливается диализируемая жидкость. Мешочек опускается в сосуд с водой. При диализе растворенное кристаллическое вещество проходит через мембрану, а коллоидные частицы, неспособные проникать через полупроницаемую перегородку, остаются в виде очищенного коллоидного раствора. Природа перегородки может быть различной (бычий пузырь, пергамент, коллодий, целлофан и др.)

Электродиализ – усложненный вариант диализа. Если примеси являются электролитами, их переход через перегородку может быть ускорен путем наложения на диализируемую жидкость электрического поля. Электродиализ целесообразен при небольших концентрациях примесей в коллоидном растворе (при больших концентрациях происходит сильный разогрев золя).

Ультрафильтрация – диализ, проводимый под давлением. Ультрафильтрация чаще используется не для очистки коллоидных растворов, а для их концентрирования. При ультрафильтрации происходит лишь повышение концентрации дисперсной фазы, а состав дисперсионной среды остается практически постоянным. Однако если после частичной ультрафильтрации полученный золь разбавить чистым растворителем до прежнего содержания дисперсной фазы, он будет содержать меньше низкомолекулярных продуктов.

Похожая информация.

1Примеси коллоидных 0 1систем 0.................................. 1

1Диализ 0..................................................... 1

1Электродиализ 0.............................................. 2

1Ультрафильтрация 0........................................... 3

1Компенсационный диализ и вивидиализ 0, 1значение методов

1очистки 0 1коллоидных систем в медицине 0....................... 4

2Примеси коллоидных систем.

При получении коллоидных растворов с помощью различных мето-

дов, особенно с помощью химических реакций, является невозможным

использовать эквимолярные соотношения реагентов. По этой причине в

образовавшихся золях может присутствовать избыточное количество

электролитов, что в значительной степени снижает устойчивость кол-

лоидных растворов. Приготовленный каким-либо способом коллоидный

раствор может содержать, помимо электролитов, и другие вещества,

например стабилизаторы, ВМВ и др.

Все эти примеси могут содержаться в коллоидном растворе также

в следствие загрязненности исходных продуктов или по другим причи-

1. Вследствие взаимодействия металлов с водой и гидролиза об-

разующихся солей при использовании диспергационного метода получе-

ния золей - электрораспыления.

2. Внесение электролита при использовании пептизации осадков

электролитами.

3. Частичное растворение (диссоциация) осадка при использова-

нии пептизации промыванием.

4. Внесение электролитов при использовании химической пепти-

5. Внесение ПАВ при пептизации ими.

6. Образование побочных продуктов при получении коллоидных

систем с помощью химических реакций.

Как можно заметить, все виды нежелательных примесей представ-

лены в основном низкомолекулярными веществами, а поэтому очистка

коллоидных систем преследует своей целью освобождение коллоидных

систем от низкомолекулярных примесей.

Диализ является простейшим методом очистки коллоидных систем.

Очистка коллоидных методом диализа заключается в том, что с по-

мощью полупроницаемой перегородки (мембраны) коллоидные мицеллы

могут быть отделены от примесей растворенных в дисперсионной среде

низкомолекулярных веществ. При диализе молекулы растворенного низ-

комолекулярного вещества проходят через мембрану, а коллоидные

частицы, неспособные диализировать (проникать через мембрану), ос-

таются за ней в виде очищенного коллоидного раствора. Явление диа-

лиза для коллоидных систем возможно благодаря тому, что размер ми-

целл гораздо больше размера молекул низкомолекулярных веществ.

Простейшим прибором для диализа - диализатором - является

мешочек из полупроницаемого материала (коллодия), в который поме-

щается диализируемая жидкость. Мешочек опускается в сосуд с раст-

ворителем (водой). Периодически или постоянно меняя растворитель в

диализаторе можно практически полностью удалить из коллоидного

раствора примеси электролитов и низкомолекулярных неэлектролитов.

Недостатком метода является большая длительность процесса очистки

(недели, месяцы). Отчасти также недостатком диализа является факт,

что длительный диализ обусловливает не только удаление из раствора

примесей, но и стабилизатора, что может повлечь за собой коагуля-

цию коллоидного раствора.

В настоящее время существует много усовершенствованных конс-

трукций диализаторов, ускоряющих процесс диализа. Интенсификация

процесса достигается увеличением поверхности, через которую идет

диализ, непрерывной заменой растворителя и нагреванием, ускоряющем

Процесс диализа обусловлен процессами осмоса и диффузии, что

объясняет методы интенсификации процесса диализа.

2Электродиализ.

Электродиализ - процесс диализа, ускоряемый действием элект-

рического тока. Электродиализ применяют для очистки коллоидных

растворов, загрязненных электролитами. В случае необходимости

очистки коллоидных растворов от низкомолекулярных неэлектролитов,

процесс электродиализа малоэффективен. В принципе, процесс элект-

родиализа мало отличается от обычного диализа. Существенное отли-

чие заключается в том, что с помощью внешнего электрического поля

удается более быстро и полно отделить катионы и анионы электроли-

тов от коллоидного раствора.

Простейший электродиализатор представляет собой сосуд, разде-

ленный на 3 камеры. В среднюю камеру, снабженную мешалкой, налива-

ют подлежащий очистке коллоидный раствор. В боковые камеры помеще-

ны электроды, подключенные к источнику постоянного тока и трубки

для подвода и отвода растворителя (воды). Под действием электри-

ческого поля происходит перенос катионов из средней камеры в ка-

тодную камеру, а анионов - в анодную.

Преимуществом электродиализа перед обычным диализом является

малое количество времени, необходимое для очистки (минуты, часы).

Следует отметить, что электродиализ особенно эффективен толь-

ко после предварительной очистки с помощью обычного диализа, когда

скорость диффузии из-за падения градиента концентрации электроли-

тов между золем и водой мала и можно применять электрическое поле

большого напряжения, не боясь сильного разогревания золя.

2Ультрафильтрация 0.

Ультрафильтрация - фильтрование коллоидных растворов через

полупроницаемую мембрану, пропускающую дисперсионную среду с низ-

комолекулярными примесями и задерживающую частицы дисперсной фазы

или макромолекулы. Для ускорения процесса ультрафильтрации ее про-

водят при перепаде давления по обе стороны мембраны: под вакуумом

или повышенным давлением. То есть, ультрафильтрация есть ничто

иное, как диализ, проводимый под давлением.

Ультрафильрация позволяет скорее отделить от коллоидного

раствора электролиты и другие примеси (низкомолекулярные неэлект-

ролиты), чем это происходит при диализе.

При ультрафильтрации достигают высокой степени очистки золя,

периодически разбавляя последний водой. При разбавлении водой золь

и стабилизаторов.

На конечной стадии путем отсасывания дисперсионной среды мож-

но сконцентрировать коллоидный раствор. При этом важно, что повы-

шается концентрация только дисперсной фазы, состав же дисперсион-

ной среды остается практически постоянным.

Ультрафильтрация может применяться в сочетании с электродиа-

лизом (электроультрафильтрация), благодаря чему значительно уско-

ряется удаление электролитов из коллоидного раствора.

Применение мембран с определенным размером пор позволяет раз-

делить коллоидные частицы на фракции по размерам и ориентировочно

определить эти размеры.

Предложено много приборов для проведения ультрафильтрации.

Так как ультрафильтрация всегда проходит под давлением, то во всех

приборах для ультрафильтрации мембрана либо накладывается на плас-

тинку с мелкими отверствиями, служащую для нее опорой, либо непос-

редственно получается на стенках неглазурованного фарфорового со-

суда. Например, ультрафильтры Бехгольда получают путем нанесения

на стенки пористого фарфорового сосуда разбавленного коллодия и

последующего его высушивания.

Все это говорит о том, что ультрафильтрация является не толь-

ко методом очистки коллоидных систем, но и может быть использована

для дисперсионного анализа и препаративного разделения дисперсных

2Компенсационный диализ и вивидиализ, значение методов

2очистки коллоидных систем в медицине 0.

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 опре-

деляемых низкомолекулярных веществ различной концентрации. Напри-

мер, для определения свободного, не связанного с белками, сахара

крови проводят ее диализ против изотонического солевого раствора,

концентрация сахара равна концентрации свободного сахара в сыво-

ротке крови, в ходе диализа концентрация сахара не изменяется.

Этот метод позволил выявить присутствие в крови глюкозы и мочевины

в свободном состоянии.

К этому методу близок метод вивидиализа для прижизненного оп-

ределения в крови низкомолекулярных веществ. Для проведения анали-

за в концы перерезанного кровеносного сосуда вставляют стеклянные

канюли, разветвленные части которых соединены между собой трубками

из полупроницаемого материала, и всю систему помещают в сосуд, за-

полненный физиологическим раствором соли или водой. Таким методом

было обнаружено, что в крови помимо глюкозы находятся свободные

аминокислоты.

Принцип компенсационного вивидиализа был использован при соз-

дании аппарата, названного "искусственной почкой". С помощью него

можно очищать кровь больного от различных низкомолекулярных ве-

ществ - продуктов обмена, замещая временно функцию больной почки

при таких показаниях, как острая почечная недостаточность в ре-

зультате отравлений, при тяжелых ожогах и т.п.

2Библиография.

1. Ребиндер П.А. О термодинамически равновесных двухфазных

дисперсионных системах. Коллоидн. ж., 1970, т.32, стр. 480.

2. К.И. Евстратова и авт. Физическая и коллоидная химия - М:

Высш. шк., 1990, стр. 420.