Молекулярно-кинетические свойства.

Отличия от истинных растворов

Коллоидные (ультрамикрогетерогенные) системы

· Прозрачные, опалесцирующие – рассеивают свет, дают конус Тиндаля. Видимы в ультрамикроскоп.

· Фильтруются через бумажный фильтр

· Частицы задерживаются ультрафильтратами (целлофаны, пергамент)

· Гетерогенные

· Относительно устойчивы, расслаиваются со временем

Молекулярные и ионные (истинные) растворы

· Прозрачные, неопалесцирующие, конус Тиндаля не наблюдается. Частицы не видимы в ультрамикроскоп.

· Частицы проходят через бумажный фильтр

· Частицы проходят через ультрафильтраты (мембраны)

· Гомогенные

· Устойчивы кинетически и термодинамически, не расслаиваются

КЛАССИФИКАЦИЯ

1. По размерам частиц

2. По агрегатному состоянию (границе раздела фаз)

3. По характеру взаимодействия дисперсной фазы
с дисперсионной средой:

4. По структурно-механическим свойствам

По природе дисперсионной среды

 Жидкая - лиозоли

 Воздух - аэрозоли      

Твердая – солидозоли

Способы получения золей

I. Дисперсионные - из грубодисперсных систем (измельчение)

a) Механическое дробление - осуществляют с помощью шаровых и коллоидных мельниц в присутствии жидкой дисперсионной среды и стабилизатора.

b) Электрическое диспергирование - используют для получения золей металлов. При получении органозолей (дисперсионная среда – органический растворитель) применяют высокочастотный искровой заряд.

c) Измельчение с помощью ультразвука (дробление почечных камней)

d) Пептизация - раздробление свежеприготовленных рыхлых осадков на отдельные коллоидные частицы при добавлении небольшого количества электролита - пептизатора. Пептизация имеет биологическое значение: рассасывание атероскле-ротических бляшек, почечных и печеночных камней, действие антикоагулянтов при тромбофлебитах сводится, в сущности, к явлению пептизации

II. Конденсационные – из истинных растворов (укрупнение).

a) Физические - метод замены растворителя.

Раствор вещества прибавляют к жидкости, в которой растворенное вещество мало растворимо и выделяется в виде высокодисперсной фазы. Золи серы, холестерина и канифоли получают добавлением спиртовых растворов этих веществ к воде.  

b) Химические

1) Реакции восстановления

Формула мицеллы золя золота

2) Реакции окисления

 мицелла MnO2 (при электрофорезе движется к аноду)

3) Реакции двойного обмена

4) Реакции гидролиза

Гидролиз используют для получения золей гидроксидов тяжелых металлов, повышая температуру и с увеличивая разведение.

Молекулярно-кинетические свойства.

1. Броуновское движение

При рассматривании в микроскоп тонкой суспензии (мастика) или эмульсии (разбавленное водой молоко) наблюдается хаотическое, беспорядочное движения частиц.

Броуновское движение в коллоидах отражает характер и законы теплового движения обычных молекул и описывается уравнением А.Эйнштейна - М.Смолуховского (1906):

2. Диффузия

Процесс направленного движения вещества из области бóльших концентраций в область меньших.

Закон Фика

Масса диффундирующего вещества прямо пропорциональна коэффициенту диффузии, площади поперечного сечения, градиенту концентрации и времени.

Формула Стокса-Эйнштейна

По коэффициенту диффузии (D) можно определить размер коллоидных частиц и величину макромолекул

3. Седиментация

Процесс оседания частиц дисперсной фазы в жидкой или газообразной среде под действием силы тяжести

Закон Стокса

Исследование седиментационного равновесия проводят в ультрацентрифугах, которые позволяют превышать ускорение силы тяжести в сотни тысяч раз.

Формула Сведберга

Способность к седиментации выражают константой Сведберга (S) – отношением скорости оседания к ускорению свободного падения.

Единица измерения – Сведберг : S=1Сб=10^-13 сек

Ультрацентрифуги широко используются в химии белков, нуклеиновых кислот, вирусов и других клеточных структур для определения размера частиц и их фракционного состава.

Скорость оседания эритроцитов ( СОЭ )– один из методов клинического анализа крови.

Проба свежей крови выдерживается в вертикально расположенном капилляре. Скорость оседания наблюдается визуально по перемещению окрашенной границы между слоями.

В норме СОЭ не превышает 10-12 мм/ч

При патологии СОЭ возрастает в связи с уменьшением агрегативной и седиментационной устойчивости крови.

4. Осмотическое давление

Величина, измеряемая минимальным гидравлическим давлением, которое нужно приложить к раствору, чтобы осмос прекратился.

Движущая сила осмоса - стремление к выравниванию концентраций.

Растворитель устремляется в область повышенной концентрации вещества. Процесс прекращается, когда давление становится равным атмосферному.

Закон Вант-Гоффа

Осмотическое давление пропорционально числу частиц растворенного вещества в единице объема раствора и не зависит от природы и массы частиц.

Осмотическое давление вещества в растворе равно тому давлению, которое оно оказывало, если бы находилось в том же объеме, будучи в газообразном состоянии.

Для 1М раствора любого вещества при T = 273 К; Р_осм = 2,27·10⁶ Па (22,4 атм.).    

Осмотическое давление коллоидных растворов незначительно и проводить наблюдения в обычных условиях очень трудно.

Коллоидная частица по сравнению с обычной молекулой обладает очень большой массой,поэтому при одинаковой массовой концентрации в коллоидном растворе содержится во много раз меньшее число частиц коллоида, чем в истинном растворе.

1%-ый коллоидный раствор золя золота с частицами в 1 ммкм имеет осмотическое давление, примерно в 20 раз меньше, чем 1%-ого раствора сахара при этих же условиях.

Лизис, плазмолиз, гемолиз.

· Лизис - разрыв клетки при введении гипотонического по отношению к крови раствора.

· Гемолиз - разрыв эритроцитных оболочек при введении гипотонического по отношению к крови раствора.

· Плазмолиз - обезвоживание эритроцитов при введениигипертонического по отношению к крови раствора.

Осмотическое давление крови человека составляет 7.4-7.8 атм.

Начальная стадия гемолиза происходит при местном снижении осмотического давления до 3,5–3,9 атм, а полный гемолиз при 2,5- 3,0 атм.

Закон Рэлея

I и I₀ - интенсивности рассеянного и падающего света,

v - число частиц в 1 м³ золя

V - объем отдельной частицы,

К - константа, зависящая от коэффициентов преломления фазы и среды.

Из уравнения следует, что короткие волны (синяя и фиолетовая часть спектра) рассеиваются сильнее, чем длинные волны (желто-красная часть спектра).

Опалесценция-явление рассеяния света мутной средой, обусловленное её оптической неоднородностью.

 Наблюдается матовое свечение (чаще всего голубоватых оттенков) при освещении большинства коллоидных растворов.

Конус Тиндаля

В основе эффекта лежит рассеяние видимого света коллоидными частицами, которое связано с размерами коллоидных частиц и длиной волны падающего света.

Частицы, размеры которых соизмеримы с длиной полуволны r=1/2λ, а именно такими являются коллоидные частицы, рассеивают свет во все стороны: световые волны, наталкиваясь на подобные частицы, огибают их, и луч отклоняется от прямой линии (явление дифракции света).

Конус Тиндаля тем ярче, чем выше концентрация и больше размер частиц. Интенсивность светорассеяния резко увеличивается с уменьшением длины световой волны.

Высокодисперсные системы рассеивают более короткие световые волны и поэтому имеют голубоватую окраску.

Нефелометрия

Нефелометр имеет два одинаковых цилиндрических сосуда, один из которых наполняется исследуемым коллоидным раствором, а другой стандартным. Сосуды освещаются сбоку сильным пучком параллельных лучей, при этом наблюдается явление Фарадея–Тиндаля.

Интенсивность рассеянного света прямо пропорциональна числу частиц в единице объема, поэтому отношение высот обратно пропорционально числу частиц в единице объема:

h₁, h₂ — высота жидкости в сосудах;

С₁ и С₂ — концентрация золей.

Ультрамикроскопия

Дифракционное светорассеяние коллоидных систем используется в ультрамикроскопе. В обычном микроскопе луч света попадает в глаз наблюдателя, в ультрамикроскопе - лучи от источника света падают на исследуемый раствор под прямым углом к тубусу, не попадая в глаз.

Строение коллоидных частиц

Схема мицеллы золя гидроксида железа Схема мицеллы золя сульфида мышьяка

Мы поможем в написании ваших работ!