Как сделать коллоидный раствор
Обновлено: 07.07.2024
Коллоиды как основные компоненты биологических образований, их свойства, распространение в природе. Дисперсионные и конденсационные методы получения коллоидов, способы очистки. Применение коллоидных систем в медицине, косметологии, пищевой промышленности.
| Рубрика | Химия |
| Вид | лабораторная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 10.04.2014 |
| Размер файла | 677,4 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Государственное бюджетное образовательное учреждение города
Свойства и применение коллоидных систем
Выполнила: Назарова Д.В.
ученица 9-1 класса
учитель Белоусова М.Н.
1. Виды коллоидных растворов
1.1 Способы получения
1.2 Основные свойства коллоидов
1.3 Способы очистки: а) диализ б) ультрафильтрация
2. Практическая часть
Чистые вещества в природе встречаются очень редко. Коллоидные системы занимают промежуточное положение между грубодисперсными системами и истинными растворами. Они широко распространены в природе.
Глобальная роль коллоидов в естествознании заключается в том, что они являются основными компонентами таких биологических образований как живые организмы. Весь наш организм состоит из коллоидных систем. Существует целая наука - коллоидная химия. Передо мной сразу встал вопрос, почему природа отдает предпочтение именно коллоидному состоянию?
В связи с этим вытекают следующие цель и задачи:
Цель работы: выяснить, что такое коллоидные системы, какими свойствами они обладают.
Задачи: 1. Провести экспериментальные опыты по изучению свойств коллоидных растворов.
2. Ответить на вопрос: почему природа отдает предпочтение именно коллоидному состоянию.
1. Виды коллоидных растворов
Частицы коллоидных размеров могут иметь различную внутреннюю структуру. Выделяют несколько основных видов коллоидных систем:
1) дым -- устойчивая дисперсная система, состоящая из мелких твёрдых частиц, находящихся во взвешенном состоянии в газах. Дым -- аэрозоль с размерами твёрдых частиц от 10?7 до 10?5 м. В отличие от пыли -- более грубодисперсной системы, частицы дыма практически не оседают под действием силы тяжести
2) аэрозоль -- дисперсная система, состоящая из взвешенных в газовой среде, обычно в воздухе, мелких частиц. Аэрозоли, дисперсная фаза которых состоит из капелек жидкости, называются туманами, а в случае твёрдых частиц, если они не выпадают в осадок, говорят о дымах (свободнодисперсных аэрозолях), либо о пыли (грубодисперсной аэрозоли).
3) эмульсия -- дисперсная система, состоящая из микроскопических капель жидкости (дисперсной фазы), распределенных в другой жидкости. Самым распространенным представителем этого вида коллоидной системы является молоко.
4) пена -- дисперсные системы с газовой дисперсной фазой и жидкой или твердой дисперсионной средой.
5) гель -- системы, состоящие из высокомолекулярных и низкомолекулярных веществ. Из-за наличия трёхмерного полимерного каркаса (сетки) гели обладают некоторыми механические свойства твёрдых тел (отсутствие текучести, способность сохранять форму, прочность и способность к деформации (пластичность и упругость).
6) суспензия -- это грубодисперсная система с твёрдой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой.
Вот некоторые примеры коллоидных систем (рис.1-8).
1.1 Получение коллоидов
Коллоидные системы по степени дисперсности занимают промежуточное положение между молекулярными и грубодисперсными системами. Это определяет два возможных пути их получения:
1) Дисперсионные методы
2) Конденсационные методы.
Дисперсионные методы основаны на раздроблении твердых тел до частиц коллоидного размера и образовании таким образом коллоидных растворов. Процесс диспергирования осуществляется различными методами: механическим размалыванием вещества в т.н. коллоидных мельницах, электродуговым распылением металлов, дроблением вещества при помощи ультразвука.
Вещество, находящееся в молекулярно-дисперсном состоянии, можно перевести в коллоидное состояние при замене одного растворителя другим - т.н. методом замены растворителя. В качестве примера можно привести получение золя канифоли, которая не растворяется в воде, но хорошо растворима в этаноле. При постепенном добавлении спиртового раствора канифоли к воде происходит резкое понижение растворимости канифоли, в результате чего образуется коллоидный раствор канифоли в воде. Аналогичным образом может быть получен гидрозоль серы.
1.2 Основные свойства коллоидов
- Главная особенность коллоидных частиц - их малый размер от 1 до 100 нм.
- Коллоидные частицы не препятствуют прохождению света.
- Частицы коллоидных систем не выпадают в осадок за счет Броуновского движения.
- В прозрачных коллоидах наблюдается рассеивание светового луча (эффект Тиндаля).
- Дисперсные частицы не выпадают в осадок
1.3 Способы очистки коллоидов
Существуют три основных способа очистки коллоидов.
1) Диализ. Простейшим прибором для диализа - диализатором - является мешочек с полунепроницаемой мембраной (коллодий), в который помещается диализируемая жидкость. Мешочек опускается в сосуд с растворителем (водой). Меняя растворитель, можно добиться практически полной очистки от нежелательных примесей. Скорость диализа обычно крайне низка. Ускоряют процесс диализа, увеличивая площадь мембраны и температуру, непрерывно меняя растворитель. Материал, прошедший через мембрану называется диализат.
2) Ультрафильтрация - фильтрование коллоидных растворов через полупроницаемую мембрану, пропускающую дисперсионную среду с примесями и задерживающую частицы дисперсной фазы или макромолекулы. Для ускорения процесса ультрафильтрации ее проводят при перепаде давления по обе стороны мембраны: под вакуумом или повышенным давлением.
Ультрафильтрация есть не что иное, как диализ, проводимый под давлением.
1.4 Применение
Коллоидные системы широко распространены в природе: почва, глина, природные воды, многие минералы, драгоценные камни. Биологические жидкости: кровь, плазма, лимфа, спинномозговая жидкость, ядерный сок, цитоплазма. С химической точки зрения организм в целом - это совокупность многих коллоидных систем. В состав любого живого организма входят твердые, жидкие и газообразные вещества, находящиеся в сложном взаимоотношении с окружающей средой. Цитоплазма клеток обладает свойствами, характерными, как для жидких, так и студнеобразных веществ.
Большое значение имеют коллоидные системы не только для биологии, но и для медицины, косметологии, пищевой промышленности.
Свойства коллоидов необходимо учитывать при их использовании, например явление синерезиса (самопроизвольного уменьшения объема геля, сопровождающееся отделением жидкости) определяет сроки годности пищевых, медицинских и косметических веществ: гелей, мазей, мармелада, холодца, киселя. Для теплокровных животных очень важен биологический синерезис, который сопровождает свертывание крови. Под действием факторов растворимый белок крови фибриноген превращается в нерастворимый фибрин, сгусток которого и закупоривает рану. Если этот процесс затруднен, то говорят о возможности заболевания человека гемофилией.
Коллоидная химия играет большую роль в разработке эффективных методов охраны окружающей среды. Одна из главных проблем в этой области - очистка воды от различных загрязнений. Характерный пример - загрязнение водоёмов и рек белковыми веществами, содержащимися в сточных водах предприятий пищевой промышленности.
Особенно эффективная очистка достигается с помощью пен, обладающих определёнными коллоидно-химическими характеристиками. Другой пример - загрязнение поверхности воды нефтью при авариях танкеров. Нефтяное пятно может распространяться на очень большие расстояния от места аварии. Законы коллоидной химии и поверхностных явлений позволяют рекомендовать возможные приёмы блокирования растекания нефти и её сбора.
коллоидный биологический медицина косметология
2. Практическая часть
В ходе работы мною были проведены следующие опыты:
1. Получение коллоидных систем.
Б) AgNO3 + KI = AgI + KNO3
2. Описание работы
3. Эффект Тиндаля
В наших опытах использовались прозрачные емкости - стеклянные цилиндры, химические стаканы, и лампа, дающая направленный пучок света (карманный фонарик).
В результате изучения литературы и проведения практических опытов я могу предположить, природа отдает предпочтение именно коллоидному состоянию потому, что:
Вещество в коллоидном состоянии имеет большую поверхность раздела между фазами. А это способствует лучшему протеканию обмена веществ.
- Биологический синерезис (самопроизвольное уменьшение объема геля, сопровождающееся отделением жидкости) играет важную роль в процессе свертывания крови.
- Явление коагуляции (слипания коллоидных частиц) при изменении кислотно-щелочной среды лежит в основе пищеварения.
Вся природа - организмы животных и растений, гидросфера и атмосфера, земная кора и недра - представляет собой сложную совокупность множества разнообразных и разнотипных грубодисперсных и коллоидно-дисперсных систем. Дисперсное состояние вполне универсально и при соответствующих условиях в него может перейти любое тело.
В практической части проделали опыты, позволяющие познакомиться с эффектом Тиндаля
Из коллоидов, богатых белками соединительной ткани (аминокислоты пролин и глицин), состоят кожа, мышцы, ногти, волосы, кровеносные сосуды, легкие, весь желудочно-кишечный тракт и многое другое, без чего немыслима сама жизнь.
Применение коллоидов находит все большее применение в медицинской практике.
От использования простых коллоидных золей для местной заживляющей терапии и применения солей алюминия и магния для понижения кислотности желудка, до использования гидроокиси алюминия в качестве стабилизатора и носителя лекарственных веществ.
Знания коллоидной химии необходимы и востребованы в наше время, что находит подтверждение в моих словах.
1. Шаде Г., Физическая химия во внутренней медицине, Л.,1930
2. Пасынский А.Г., Коллоидная химия, 3 изд., М., 1968
3. Г.Е. Рудзитис. Химия 11 класс. М., Просвещение, 2009 г.
4. Л.М. Пустовалова, И.Е. Никанорова. Химия, Кнорус.
5. Физколлоидная химия. Учебник для высшей школы. М., Просвещение, 1988 г.
6. Сайт с формулами коллоидов
Примеры коллоидных систем
Рис. 1. Продукты питания
Рис. 3. Коллоидное серебро
Рис. 4. Гели для бритья
Рис. 6. Обработанный алмаз
Кровь является типичными примером ткани организма, где одни коллоиды находятся внутри других. В.А. Исаев дает определение крови как дисперсной системе, в которой форменные элементы - эритроциты, тромбоциты, лейкоциты являются фазой, а плазма - дисперсной средой.
Подобные документы
Коллоидная химия как наука, изучающая физико-химические свойства гетерогенных, высоко-дисперсных систем и высоко-молекулярных соединений. Производство и методы очищения коллоидных растворов. Применение гелей в пищевой промышленности, косметике и медицине.
презентация [6,3 M], добавлен 26.01.2015
Классификация дисперсных систем. Основные факторы устойчивости коллоидных растворов. Методы их получения (диспергирование, конденсация) и очистки (диализ, ультрафильтрация). Мицеллярная теория строения коллоидных частиц. Коагуляция смесями электролитов.
презентация [2,8 M], добавлен 28.11.2013
Сущность и определяющие признаки коллоидных систем. Основные свойства и строение растворов такого типа. Характеристика эффекта Тиндаля. Различия гидрозолей и органозолей. Способы образования коллоидных систем, специфические свойства, сфера применения.
презентация [2,2 M], добавлен 22.05.2014
Способы получения коллоидных систем; факторы, влияющие на скорость отдельных стадий процесса, правила коагуляциии. Астабилизирующее действие низкомолекулярных примесей в коллоидных растворах, методы их удаления: диализ, электродиализ и ультрафильтрация.
презентация [1,1 M], добавлен 17.09.2013
Понятие коллоидной системы. Коллоидная химия. Развитие представлений о коллоидных системах, их типы и свойства. Лиофобные золи. Лиофильные коллоиды и области приминения коллоидов. Коллоидно-химическая физиология человека, клеток и тканей организма.
ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ХИМИИ
Коллоидные растворы (часть 1)
1. Основные понятия. Классификация дисперсных
систем.
2. Методы получения коллоидных растворов.
3. Методы очистки коллоидных растворов.
4. Строение мицеллы гидрофобных систем.
5. Электрокинетический потенциал.
Изоэлектрическое состояние мицеллы.
Лектор: Ирина Петровна Степанова, доктор биологических
наук, профессор, зав. кафедрой химии
3. История развития коллоидной химии
4. История развития коллоидной химии
Николай Петрович Песков основатель современной
коллоидной химии как науки о
поверхностных явлениях и
дисперсных системах.
Ввел понятие об агрегативной и
седиментационной
устойчивости дисперсных
систем.
Н. П. Песков (1880-1940)
11. Бактерицидная активность коллоидного раствора серебра
Медико-биологическое значение темы
Бактерицидная активность коллоидного
раствора серебра
a – клетка E.Coli
b – клетка E.Coli, подвергнутая воздействию наночастиц
серебра
12. Бактерицидная активность коллоидного раствора серебра
Медико-биологическое значение темы
Бактерицидная активность коллоидного
раствора серебра
Популяции of Listeria
До обработки
После обработки
через 1.5 часа
13. Бионаноматериалы
Медико-биологическое значение темы
Бионаноматериалы
Реагент
Продукт
Клетки костной ткани
на пористом кремнии
Сшитые ферменты
14. Наноматериалы
Медико-биологическое значение темы
Наноматериалы
Быстрозастывающая наножидкость состоит из
шестимолекулярных колец, которые формируют
трубчатые структуры. Предполагается, что этой
жидкостью будут лечить переломы.
15. Основные понятия
Два
общих
признака дисперсных
систем: гетерогенность и дисперсность.
Дисперсной системой (ДС) называется
система, в которой одно вещество в более
или менее раздробленном (дисперсном)
состоянии равномерно распределено в
массе другого вещества.
16. Классификация дисперсных систем
Дисперсная фаза (ДФ) представляет собой частицы, а
дисперсионная среда (ДСр) - сплошная среда, в которой
находится раздробленая дисперсная фаза.
Степень дисперсности (D) определяется величиной,
обратной диаметру частиц (d): D = 1 / d.
17. Дисперсные системы
Дисперсная
фаза
Дисперсионная
среда
Поверхность
раздела фаз
Пример: система - глина в воде.
Глина - ДФ, вода - ДСр.
Основные понятия. Классификация дисперсных систем
Количественные характеристики ДФ
Поперечный размер частиц ДФ
Для сферических частиц это диаметр сферы d,
для кубических частиц - ребро куба L (м-1; см-1) или
дисперсность (D
= 1/d, м-1, см-1).
20. Формы дисперсной фазы n
21. Количественные характеристики ДФ
Основные понятия. Классификация дисперсных систем
Количественные характеристики ДФ
Удельная поверхность Syд - это межфазная
поверхность, приходящаяся на единицу объема
ДФ (V) или ее массы (т).
S уд
S
V
4 r 2 3 6
S уд
6D
4 3 r d
r
3
S уд
6l 2 6
3 6D
l
l
• Удельная поверхность
• Удельная поверхность
для сферической
частицы с радиусом r
• Удельная поверхность
для кубической
частицы с ребром куба
Основные понятия. Классификация дисперсных систем
Важным свойством ДС
является наличие большой
межфазной поверхности.
Характерными являются
процессы, протекающие на
поверхности, а не внутри
фазы.
Основные понятия. Классификация дисперсных систем
По степени дисперсности дисперсные
системы классифицируют на:
1.Грубодисперсные (d ˃ 10-5 см).
2.Коллоидно-дисперсные (10-7 ˂ d ˂ 10-5
см).
3.Молекулярно-дисперсные (истинные
растворы) (d ˂ 10-7 см).
Основные понятия. Классификация дисперсных систем
d ˂ 10-7 см
Истинный
раствор
d: 10-5 – 10-7 см
Коллоидный
раствор
d ˃ 10-5 см
Суспензия
Основные понятия. Классификация дисперсных систем
• Грубодисперсные (d ˃ 10-5 см) – не проходят
через тонкие бумажные фильтры, быстро
оседают, видимы в обычный микроскоп.
• Коллоидно-дисперсные (10-7 ˂ d ˂ 10-5 см) –
проходят через бумажные фильтры, но
задерживаются на ультрафильтрах, видимы в
ультрамикроскоп. Структурной единицей
является мицелла.
• Молекулярно-дисперсные (истинные растворы)
(d ˂ 10-7 см) – дискретными единицами в них
являются молекулы или ионы. Образуются
самопроизвольно.
26. Классификация по агрегатному состоянию ДСр и ДФ
ДСр ДФ
Название системы
Г
Г
Ж
Т
-----------Аэрозоли (Туман)
Аэрозоли (Пыль, дым)
Ж
Г
Ж
Т
Пены, газовые эмульсии
Эмульсии
Суспензии, лиозоли
Т
Г
Ж
Т
Твердые пены
------------Твердые золи
27. Суспензии
28. Эмульсии
29. Виды эмульсий
Основные понятия. Классификация дисперсных систем
Виды эмульсий
Масло в воде
Вода в масле
m
Вода
Масло
30. Диаметр частиц эмульсий
31. Эмульсии
Основные понятия. Классификация дисперсных систем
Эмульсии
Текучая
жидкость
Вязкая
жидкость
Гелеобразная
жидкость
32. Эмульсии
33. Эмульсии
34. Пена
35. Аэрозоль
Основные понятия. Классификация дисперсных систем
Если ДСр является вода, то системы соответственно
называются гидрофобными и гидрофильными.
37. Золи и гели
Основные понятия. Классификация дисперсных систем
Золь – бесструктурный коллоидный
раствор, в котором частицы ДФ слабо
взаимодействуют между собой и свободно
передвигаются друг относительно друга
(например, золь серебра – колларгол).
По внешнему виду золи напоминают
истинные растворы.
Основные понятия. Классификация дисперсных систем
Гель – структурированный коллоидный
раствор, в котором частицы ДФ связаны
между собой в пространственные структуры
типа каркасов.
В них коллоидные частицы малоподвижны
и способны совершать только
колебательные движения.
По внешнему виду гели
желеобразны (например, зубная
паста Blend-a-med).
41. Методы получения коллоидных растворов
По способу достижения
коллоидной степени
дисперсности различают
диспергационные и
конденсационные методы
получения.
42. Получение лиофобных коллоидных систем
43. Методы получения коллоидных растворов
Методы диспергирования (от лат. –
измельчать) – получение частиц ДФ путем
дробления крупных частиц на более
мелкие.
Применяют:
•механическое дробление (с помощью
шаровых или коллоидных мельниц)
• ультразвуковое (под действием
ультразвука)
•электрическое (при использовании
электродов).
45. Методы получения коллоидных растворов
46. Методы получения коллоидных растворов
Конденсационные методы (от лат. –
укрупнять) – получение частиц ДФ путем
объединения атомов, молекул, ионов.
Различают физическую и химическую
конденсацию.
47. Методы получения коллоидных растворов
Физическая конденсация – это метод
замены растворителя.
Сначала готовят истинный раствор
вещества в летучем растворителе (например,
канифоль в спирте) и добавляют к жидкости,
в которой вещество нерастворимо (вода).
В результате происходит резкое понижение
растворимости и молекулы вещества
конденсируются в частицы коллоидных
размеров.
48. Методы получения коллоидных растворов
Химическая конденсация – для
получения коллоидных растворов
используют любые реакции, в
результате которых образуются
малорастворимые соединения
(реакции обмена, гидролиза,
восстановления и др.).
49. Химическая конденсация
Чтобы в ходе реакции образовался
коллоидный раствор, необходимо
соблюдение, по крайней мере, трех условий:
•чтобы вещество ДФ было нерастворимо в
ДСр;
•чтобы скорость образования зародышей
кристаллов ДФ была гораздо больше, чем
скорость роста кристаллов;
•чтобы одно из исходных веществ было
взято в избытке, именно оно является
стабилизатором.
50. Примеры реакций химической конденсации
Реакция
восстановления
Ag20 + Н2 → 2Ag↓ + Н20
Реакция
окисления
2H2S + S02 → 3S↓ + 2H20
Реакция
гидролиза
Реакция обмена
100°
FeCl3+ 3H20 → Fe(OH)3 ↓ +
ЗНСl
K4[Fe(CN)6] + 2CuCl2 →
Cu2[Fe(CN)6] ↓ + 4KCl
51. Методы очистки коллоидных растворов
Коллоидные растворы, как и истинные, хорошо
фильтруются через бумажный пористый фильтр, но,
в отличие от истинных, не проходят через
полупроницаемые мембраны.
На этом основана очистка
коллоидных растворов от
низкомолекулярных
веществ (диализ,
фильтрация,
ультрацентрифугирование).
52. Диализ
Методы очистки коллоидных растворов
Диализ
Диализ проводят с помощью прибора диализатора. Он состоит из 2 сосудов,
отделенных полупроницаемой мембраной,
способной пропускать молекулы и ионы
низкомолекулярных веществ.
Во внутренний сосуд наливается раствор
золя, во внешнем – циркулирует вода. Примеси
удаляются через мембрану из раствора золя в
растворитель.
53. Методы очистки коллоидных растворов
54. Диализ
Электродиализ
Для ускорения процесса применяют электродиализ.
Диализуемая
жидкость
Дистиллированная
вода
Дистиллированная
вода
Воронка
Раствор
примесей
Диализная
мембрана
56. Электродиализ
57. Диализ
59. Методы очистки коллоидных растворов
Для очистки коллоидных растворов от
грубодисперсных частиц проводят
фильтрование через обычные бумажные
фильтры. Грубодисперсные частицы
задерживаются на фильтре.
Для отделения ДФ от ДС, применяют
ультрафильтрацию. При этом используют
специальные фильтры, не пропускающие
коллоидные частицы или макромолекулы.
Как правило, ультрафильтрацию проводят
под давлением.
60. Методы очистки коллоидных растворов
61. Методы очистки коллоидных растворов
Для разделения частиц ДФ, имеющих
различную массу, применяют
ультрацентрифугирование.
При этом разделение частиц
происходит в центробежном поле
больших ускорений в центрифугах. Так,
разделяют фракции белков.
Строение мицеллы
гидрофобных систем
Строение коллоидных частиц и
возникновение на них заряда объясняет
мицеллярная теория коллоидных систем.
63. Строение мицеллы
Заряд на коллоидных частицах возникает
либо за счет ионизации молекул,
находящихся на поверхности твердой
фазы, либо в результате избирательной
адсорбции на твердой фазе.
64. Строение мицеллы
Рассмотрим второй случай –
образование мицеллы AgI в KI.
AgNO3 + KI (избыток) = AgI +
KNO3
Осадок AgI находится в избытке
раствора KI.
Избыток электролита выполняет
роль стабилизатора.
65. Строение мицеллы
При этом образуется мицелла, имеющая следующее
строение:
K
K
K
K
I
I
+
+
K
+
I
+
+
агрегат
K
I
+
I
AgI I
I
I I
K
+
ядро
адсорбционный
слой
гранула
мицелла
потенциалопределяющие ионы (п.о.и.)
K
+
K
плотный слой противоионов (п.и.)
+
K
+
диффузный слой противоионов
66. Строение мицеллы
Осадок AgI является агрегатом мицеллы.
На твердой кристаллической поверхности
осадка в соответствии с правилом Панета-Фаянса
будут адсорбироваться ионы I-, достраивая
кристаллическую решетку и сообщая частицам
отрицательный заряд.
Ионы I- называются потенциалопределяющими.
67. Строение мицеллы
Агрегат и потенциалопределяющие ионы
составляют ядро мицеллы.
К отрицательному заряду будут
притягиваться противоионы K+, образуя
плотный слой противоионов.
Потенциалопределяющие ионы и
противоионы плотного слоя вместе
образуют адсорбционный слой.
68. Строение мицеллы
Адсорбционный слой вместе с агрегатом
составляют гранулу (или частицу). Гранула
заряжена, её заряд определятся знаком и
величиной заряда потенциалопределяющих
ионов.
Часть противоионов, не вошедших в
адсорбционный слой, образуют диффузный
слой.
Гранула и диффузный слой составляют
мицеллу.
Мицелла,
таким
образом,
электронейтральна.
69. Строение мицеллы.
Формула мицеллы AgI в KI:
x
ядро
] nI
n
x
K
xK
m[AgI
п .о .и .
плотный
диффузный
агрегат
слой п . и .
слой п . и .
адсорбционный слой
гранула
мицелла
70. Строение мицеллы
Ионы стабилизатора, адсорбируясь на
поверхности агрегата, образуют ионогенную
часть мицеллы, которая по своему строению
и свойствам является двойным
электрическим слоем (ДЭС).
Строение ДЭС мицеллы AgI в KI:
1. Стабильная часть
ДЭС - потенциалопре-деляющие ионы.
2. Плотный слой
противоионов
3. Диффузный слой
противоионов
3
1 2
71. Электрокинетический потенциал
В мицелле выделяют две границы:
Граница раздела фаз - проходит между
потенциалопределяющими ионами и
противоионами плотного слоя.
На границе раздела фаз возникает
электротермодинамический потенциал
мицеллы - φ-потенциал.
72. Электрокинетический потенциал
Граница скольжения - проходит между
гранулой и диффузным слоем.
На границе скольжения возникает
электрокинетический потенциал или
дзета (ξ) -потенциал.
Дзета-потенциал –один из основных
факторов, определяющих поведение
мицеллы в электрическом поле.
Адсорбционный слой
Диффузный слой
агрегат
Граница скольжения
Коллоидная частица
Граница
мицеллы
φ0
ξ
Твёрдая
фаза
Расстояние от
твёрдой поверхности
Потенциалопределяющ
ие ионы (ПОИ)
Противоионы
φ0 Термодинамический
потенциал ДЭС
ξ
Электрокинетический
или
дзета-потенциал
74. Электрокинетический потенциал
Название кинетический связано с тем, что его
рассчитывают по скорости движения частиц
дисперсной фазы при электрофорезе или
дисперсионной среды при электроосмосе.
Величина дзета-потенциала определяется
толщиной диффузного слоя и зависит от
разности между общим числом зарядов
потенциалопределяющих ионов и числом
зарядов противоионов, находящихся в
адсорбционном слое.
76. ξ-Потенциал
77. Электрокинетический потенциал.
Чем больше заряд гранулы и,
соответственно, величина дзета-потенциала,
тем устойчивее коллоидный раствор.
Наличие одноименного заряда
способствует отталкиванию частиц друг от
друга, препятствуя таким образом их
коагуляции (укрупнению) и седиментации
(осаждению).
Изоэлектрическое состояние мицеллы
С увеличением концентрации электролита
часть ионов из диффузного слоя может
перейти в адсорбционный слой.
Толщина диффузного слоя при этом будет
уменьшаться и, следовательно, дзетапотенциал будет уменьшаться.
Если все противоионы перейдут из
диффузного слоя в адсорбционный, дзетапотенциал станет равен нулю.
79. Изоэлектрическое состояние мицеллы
В этом случае говорят об изоэлектрическом
состоянии мицеллы, которое характеризуется
электронейтральным состоянием гранулы.
m AgI nI
nK
0
В изоэлектрическом состоянии гранула не
обладает электрофоретической подвижностью.
80. Изоэлектрическое состояние мицеллы
В изоэлектрическом
состоянии коллоидные
частицы наименее
устойчивы, наиболее
склонны к коагуляции и
седиментации.
81. Вопросы для самоконтроля
1. Какие дисперсные системы называются
коллоидными растворами?
2. Как можно классифицировать методы
получения коллоидных растворов?
3. Какие методы очистки Вы знаете?
4. Каково строение ДЭС?
5. Каково строение мицеллы лиофобного
золя иодида серебра в избытке раствора
нитрата серебра?
Раствор. Отражение света частицами растворенного вещества
Разберёмся сначала, что такое раствор - это гомогенная смесь сложного состава, компоненты которой могут быть разъединены физическим путём. Раствор может состоять из двух или более чистых веществ, смешивание которых приводит к образованию продукта, обладающего иными свойствами, чем свойства всех его компонентов. Так, например, если добавить сахар в воду, то получится раствор, затвердевающий при определённой температуре, которая ниже температуры, необходимой для кристаллизации воды и, соответственно для сахара.
В каждом растворе присутствует растворитель и растворённое вещество. Растворитель - это обычно вещество, которое взято в большем количестве. При этом иногда можно сказать, что растворитель - вещество не меняющее свое агрегатное состояние (например, вода остаётся в жидком состоянии при растворении в ней вещества - соли).
Раствор образуется, если молекулы или ионы растворяемого вещества распространяются среди молекул растворителя до полного перемещения (диффузия). В этом случае вещества называются смешиваемыми, в противном случае - несмешиваемыми.
Абсолютно нерастворимых веществ - не существует! Максимальное количество растворяемого вещества, которое может раствориться в определённом количестве растворителя при данной температуре, называется растворимостью. В случае, если растворённое вещество уже не может больше растворяться в растворителе (при данной температуре), то такой раствор называется насыщенным. Определить, сколько вещества растворяется при определённой температуре в растворителе, можно по специальным графиками растворимости: Графики растворимости соли в воде.
Насыщенный раствор
Если насыщенный раствор медленно охладить, то в нём окажется больше растворимого вещества, чем может вместить в себя растворитель, и раствор оказывается перенасыщенным. Если в такой раствор поместить кристалл, растворяемого вещества или резко встряхнуть его, то часть растворённого вещества выпадает в осадок. Кстати, насыщенный раствор соли широко применяется для выращивания кристаллов.
Если с повышением температуры растворимость твёрдых веществ увеличивается, то с газообразными веществами (например, газами) - наоборот! - растворимость газов увеличивается при понижении температуры! А что касается давления - для газов - чем больше давление, тем лучше растворимость. Для твёрдых тел давление не играет никакой роли!
Коллоидный раствор
Коллоидный раствор
Как уже отмечалось, нерастворимых веществ нет. Даже твёрдые вещества, которые, вроде бы, являются нерастворимыми, - тоже частично растворяются, при этом образуя мельчайшие частицы в растворителе мицеллы. Эти частицы проходят через фильтр. Они настолько мелкие и лёгкие, что не выпадают в осадок. Такие частицы (мицеллы) называют коллоидными. А растворы - коллоидные растворы. Коллоидные частицы можно рассмотреть в растворе с помощью пучка света - лучи отражаются и преломляются, и тогда коллоидные частицы становятся видны невооружённым глазом. (Такое явление называют эффектом Тиндаля). В коллоидных растворах частицы имеют размер от 0,1. 0,001 мкм (микрон).
Ещё одно распространённое название коллоидных растворов - золи. При длительном хранении золи переходят в гель (структура геля отличается от золи положением частиц (мицелл) - в гелях они сгруппированы). Но если гель нагреть, то он снова перейдёт в золь.
Суспензия
Золи, которые переходят в гель, но при этом обратное превращение исключается - называют суспензиями. Если из геля снова получается золь - то это уже эмульсия. Примерами коллоидного раствора могут быть молоко, клей, чернила, майонез, эмульсия фотоплёнок (раствор серебра). Облака - это тоже коллоидные растворы, где воздух - растворитель, а капли воды - коллоидные частицы. Если насыпать в воду песок и взболтать, то песок очень быстро отделится от воды и окажется на дне ёмкости. Если перемешать пыль с водой, то тоже выпадет осадок, но гораздо медленнее. В таких случаях нельзя говорить о растворе, так как частицырастворяемого вещества видны невооруженным глазом или с помощью лупы, или микроскопа. Эта смесь является гетерогенной. Смеси такого типа, в которых компоненты можно отделить друг от друга путём простой фильтрации, также называют суспензиями
Перейти на английский
Solutions. Colloidal solutions
Понимание коллоидных систем важно для общего понимания образования гидроокиси железа в водоочистке и принципов фильтрации. Этот старый советский обучающий фильм отлично рассказывает о том, что такое коллоиды, как они образуются и взаимодействуют с окружающей средой. СМОТРИМ! Если смотреть не получается — читаем.
Они состоят из вещества в мелкораздробленом состоянии — дисперсной фазы и среды в которой эта фаза распределеа и которую называют дисперсионной средой.
Величина частиц и степень их дисперсности может быть различной. Сравнительно большие размеры частиц имеют грубодисперсные системы — взвеси и эмульсии.
В истинных растворах вещество находится в виде молекул или оинов распределенных равномерно среди молекул растворителя.
Частицы грубодисперсных систем хорошо видны в микроскоп. Например, молоко, представляющее эмульсию капелек жира в сыворотке, дым — это множество твердых частиц, взвешенных в воздухе.
Грубодисперсные системы неустойчивы и со временем дисперсная фаза отделяется от дисперсионной среды (выпадает в осадок).
По размеру частиц промежуточной положение между истинными растворами и взвесями занимают коллоидные растворы — золи.
Коллоидные частицы очень малы. И все же они могут состоять из сотен и тысяч молекул.
Свойства коллоидных растворов
Коллоидные частицы настолько малы, что не видны в обычный микроскоп. По внешнему виду коллоидный раствор нельзя отличить от истинного. Однако, если на освещенный коллоидный раствор посмотреть сбоку, то свет луча будет виден, как светлая дорожка, образовавшаяся от рассеивания света частицами. Это явление используют для распознавания коллоидных растворов.
В истинном растворе свет луча не виден, так как молекулы и ионы истинного раствора слишком малы и не рассеивают его.
В коллоидном — свет хорошо заметен. Он образует так называемый конус Тиндаля. Частицы коллоидных растворов под уадарами молекул растворителя совершают непрерывные хаотические перемещения. Это явление носит название Броуновского движения.
Из-за очень малых размеров коллоидные частицы имеют огромную суммарную поверхность.
Поверхность кубика с длинной ребра в 1 см составляет всего 6 квадратных сантиметров.. Но если 1 кубический сантиметр вещества раздробить на части объемом в 1 кубический микрон, то общая их поверхность увеличится в 10 тысяч раз. Поэтому и поглотительные свойства у коллоидных частиц проявляются значительно сильнее, чем у нераздробленного вещества.
Коллоидные частицы адсорбируют на своей поверхности катионы или анионы из окружающей среды. Адсорбированые ионы сообщают коллоидным частицам положительный или отрицательный заряд. В электрическом поле заряженные частицы коллоидных растворов приобретают направленное движение к полюсу противоположного знака. Это явление называют электрофарезом.
Одноименный заряд коллоидных частиц препятствует слипанию их друг с другом и придает коллоидному раствору относительную устойчивость.
Если в коллоидную систему добавить электролит, то заряд нейтрализуется ионами противоположного знака. Лишенные заряда коллоидные частицы слипаются в более крупные образования. Происходит коагуляция коллоида, которая обычно сопровождается выпадением осадка.
Некоторые коллоиды при коагуляции дают осадки, удерживающие большое количество воды. Их называют гидрофильными.
Коллоидные системы можно получать различными способами. При конденсационном способе молекулы нерастворимого вещества, например хлористого серебра (NaCl+AgNO3) слипаются, конденсируются в более крупные образования — коллоидные частицы. Другой пример — наливая раствор хлорного железа в горячую воду (FeCl3+3H2O) получаем золь гидроокиси железа Fe(OH)3+3HCl.
Дисперсионные способы получения коллоидов осуществляют размельчением вещества на различных дробилках, шаровых и других мельницах.
Коллоидные растворы можно получать и при помощи электрической други. Металл превращается в пар, а в результате конденсации образуются коллоидные частицы.
Некоторыми свойствами коллоидов обладают растворы высокомолекулярных веществ — белка, каучука, полиэтелена и многих другах. Они диспергируют до отдельных молекул, как вещества в истинных растворах, но сами эти молекулы настолько велики, что вполне соизмеримы с коллоидными частицами.
Такие молекулярные коллоиды могут быть получены непосредственным растворением. Растворению высокомолекулярных веществ предшествует набухание и образование студнеобразной массы — геля. При набухании студни поглощают ту или иную жидкость из окружающей среды и сильно увеличиваются в объеме, что приводит к огромному повышению давления на стенки сосуда.
В студнях химические реакции протекают своеобразно. Нерастворимые продукты реакции осаждаются не сплошной массой, а в виде концентрических колец. Так называемых колец Лизеганга.
Вещества в коллоидном состоянии являются основой органической жизни на земле. Протоплазма любой живой клетки — это сложная коллоидная система. Мышечные ткани, хрящи, клеточные ткани растений, оболочки эритроцитов — тоже разновидности студней.
Коллоиды почвы играют большую роль в корневом питании растений. Адсорбированные на поверхности частиц почвы ионы калия, кальция и других элементов, в результате ионного обмена переходят в почвенный раствор и всасываются корневой системой.
Некоторые драгоцнные камни, например жемчуг представляют собой колоидную систему, где дисперсионной средой является твердое тело — углекислый кальций, а дисперсной фазой — капельки воды. Окраска драгоценных камней: рубинов, изумрудов, сапфиров зависит от присуствия в них небольших количеств золей тяжелых металлов.
Еще в глубокой древности человек использовал коллоидные процессы. Египтяне забивали в щели скал деревянные клинья. Поливали их водой. Древесина набухала, создавалось огромное давление, которое разрушало самые твердые скальные породы.
Процессы коагуляции коллоидов применяют для очистки природной воды. В бассейн отстойник добавляют электролит и коллоиды осаждаются в виде хлопьев, которые задерживает песчаный фильтр.
Мели и наносы в устьях рек образуются под действием морской воды, приводящие к коагуляции коллоидных частиц, находящихся в реке.
- производство искусственного волокна
- раличных клеящих веществ
- синтетического каучука
- и многих других химических продуктов
Адсорбционные свойства коллоидных частиц положены в основу процесса флотационного обогащения руд. Частицы пустой породы гидрофильны, то есть удерживают на своей поверхности молекулы воды, а частицы руды при добавлении некоторых химических веществ приобретают гидрофобные — водоотталкивающие свойства. При продувании через эту смесь воздуха несмачиваемые частички руды поднимаются на поверхность, а пустая порода опускается на дно.
- простокваша
- кефир
- творог
- желе
- джемы
- и другие
- бумага,
- сплавы металлов,
- цветные стекла,
- пластмассы,
- натуральные и искусственные ткани
Системы состоящие из двух взаимнонесмешивающихся жидкостей, например воды и какого-либо масла при тщательном и длительном перемешивании образуют эмульсии.
Эмульсии широко распространены в природе. Это и сырая нефть и млечный сок растений — каучуконосов и многое другое.
Если дисперсная среда — жидкость, а дисперсная фаза — газ образуется дисперсная система, называемая пеной. Устойчивость пен зависит от прочности пленок, разделящих пузырьки газа. При затвердевании пленок образуются устойчивые твердые пены: пемза, вулканическтий туф.
К твердым пенам относятся и такие искусственные материалы, как пенопласт, поролон, микропористая резина.
Устойчивые пены применяют и при тушении пожаров. Пена, содержащая углекислый газ плотно окутывает горящий предмет, преграждая доступ кислороду. Горение прекращается.
Дисперсной фазой могут быть и твердые вещества. Такие системы называют суспензиями. К ним относят различные краски, цементный раствор, бетон.
Облака, туманы, представляют собой аэрозоли. Дисперсные системы образованные жидкими или твердыми частицами. Аэрозоли нашли широкое применение в быту и технике. Например, топливо в цилиндре двигателя внутреннего сгорания подается в виде аэрозоля — смеси мельчайших капелек бензина с воздухом.
От степени дисперсности вещества зависит скорость протекания химических реакций. При обжиге мелкораздробленное вещество удерживает во взвешенном состоянии поток воздуха. Образуется кипящий слой, в котором газ омывает каждую частицу со всех сторон, а это ускоряет реакцию во много раз.
Как видим дисперсные системы широко распространены в природе, имеют большое значение в народном хозяйстве и нашей повседневной жизни. Их огромное множество. Мы же сейчас познакомились лишь с некоторыми из них.
они видны через световой микроскоп в виде точек, находящихся в беспрерывном движении. Коллоидные растворы легко проходят через обычные фильтры и почти полностью усваиваются организмом. Кколлоидным растворам относятся все внутренние среды организма (кровь, лимфа, внутри- и внеклеточная жидкости).
Вся природа — организмы животных и растений, гидросфера и атмосфера, земная кора и недра — представляет собой сложную совокупность множества разнообразных и разнотипных коллоидных систем. Поэтому коллоидная химия занимает особое положение в естествознании и развивается во взаимодействии со многими, часто не связанными между собой областями науки, промышленности, медицины и сельского хозяйства.
Homo colloidus
Коллоидные системы являются основными компонентами живых организмов, в том числе человека. Из коллоидов, богатых белками, состоят кожа, мышцы, ногти, волосы, кровеносные сосуды, лёгкие, весь желудочно-кишечный тракт и многое другое, без чего немыслима сама жизнь. Кровь — это дисперсная система, в которой ферментные элементы — эритроциты, тромбоциты, лейкоциты — являются частицами, а плазма — дисперсной средой. В науке существует отдельное направление – коллоидно-химическая физиология человека, — изучающее функционирование систем организма, образующих коллоидные соединения. Можно смело сказать, что человек — это коллоидный организм; даже наши кости являются коллоидом, насыщенным кальцием и фосфором.
Мельчайшей структурно-функциональной единицей организма является клетка. Она тоже представляет собой сложный комплекс коллоидных образований, основными из которых являются клеточные мембраны, гиалоплазма, ядро и др. Каждая клетка окружена клеточной стенкой, или мембраной. Коллоидные свойства мембран обеспечивают обменные функции, проникновение питательных веществ в клетку и выведение из неё продуктов метаболизма, а также множество других важнейших функций, обеспечивающих жизнеспособность клеток и нормальное протекание биохимических процессов.
Наиболее изученной является такая коллоидная система организма, как кровь и её основа — плазма. Дисперсной средой крови является вода, а коллоидными частицами — самые разнообразные по химическому составу и молекулярному строению вещества: от молекул аминокислот до крупных белковых молекул (ферментов, гормонов белковой природы, транспортных белков и др.), от простых молекул сахаров и жирных кислот до сложнейших их комплексов.
Соединительная ткань является универсальным материалом организма. Она присутствует практически во всех органах, образуя их каркас (строму). Помимо разнообразия клеточных элементов (более 10 разновидностей клеток) важной составляющей частью соединительной ткани являются волокна. Основные виды волокон — коллагеновые, эластические, гиалиновые и другие. Строительным материалом для них являются белки: коллаген, эластин, гиалин, оссеин. Обладая всеми свойствами коллоидных растворов, они удерживают воду и образуют пространственные структурные сетки. Наиболее богато коллоидные структуры представлены в хрящах, костной ткани, суставно-связочном аппарате, коже.
Практически любая жидкость или ткань организма человека представляет собой коллоидно-дисперсную среду. Таковыми являются, например, лимфа, молоко, содержимое желудочно-кишечного тракта, желчь, спинномозговая жидкость и т. д.
Нарушение коллоидных свойств этих жидкостей приводит к возникновению различных заболеваний. Например, в крови образуются тромбы, и, как следствие, может произойти инсульт или инфаркт. В желчи и моче образуются камни, в суставной ткани — выпадение солей мочевой кислоты (подагра).
Съеденная пища в желудочно-кишечном тракте с помощью пищеварительных соков сначала превращается в коллоидный раствор и только после этого может быть усвоена организмом. Именно при изучении законов коллоидно-химической физиологии человека и возникла идея создания препаратов со свойствами близкими к законам нормальной физиологии человека. В результате была разработана и запатентована принципиально новая технология производства целебных коллоидных растворов, получившая название Advanced Liquid Technology, а затем Компанией ЭД Медицин были созданы коллоидные фитоформулы с целым рядом уникальных свойств. Advanced Liquid Technology позволяет перевести практически любое биологически активное вещество или комплекс веществ в активированную коллоидную форму.
Благодаря этой форме коллоидные фитоформулы практически полностью усваиваются клетками организма. Они обладают максимально близким составом к тем или иным органам и системам организма, что позволяет им восстанавливать его коллоидные структуры и в результате обеспечивать условия для его нормального функционирования.
Преимущества очевидны
Продукция ЭД Медицин создаётся из натуральных природных компонентов, максимально близких человеческому организму. При этом коллоидная форма придаёт им свойства жидкостей и тканей человеческого тела. В результате коллоидные фитоформулы обладают уникальными качествами, позволяющими поставить их в один ряд по эффективности и безопасности с исключительно дорогостоящими препаратами, получаемыми в виде субстратов и вытяжек из живых организмов.
Читайте также: