Кафедра биоорганической и биологической химии Бионеорганическая химия I КУРС ТЕМА: Дисперсные системы. Коллоидно-дисперсные системы ЛЕКЦИЯ №9 ЛЕКТОРА: ПРОФЕССОР А.Д.ДЖУРАЕВ ПРОФЕССОР У.А. БАЛТАБАЕВ ПРОФЕССОР С.С. КАСЫМОВА ДОЦЕНТ Ш.У.АБДУЛЛАЕВ Цель лекции Большинство биологических сред в организме находятся в дисперсном состоянии. Все свойства коллоидных систем свойственны и биологическим средам. Поэтому для полного понимания структуры человеческого организма необходимо изучение строения коллоидных частиц, классификацию способы получения и очистки, свойства, а также факторы, определяющие устойчивость коллоидных систем. Рассматриваемые вопросы Дисперсные системы и их составные части Классификация дисперсных систем Коллоидно-дисперсные системы (золи) Получение и очистка коллоиднодисперсных систем Молекулярно-кинетические и оптические свойства коллоиднодисперсных систем Строение коллоидных частиц Рассматриваемые вопросы Электрокинетические свойства коллоидных систем (электрофорез и электроосмос) Факторы, определяющие устойчивость коллоидных систем Коагуляция и причины её вызывающие Порог коагуляции, правило Шульце-Гарди Коллоидная защита Коллоидные поверхностно-активные вещества Значение коллоидных систем в организме Дисперсные системы и их составляющие части Система, в которой одно вещество равномерно распределено в среде другого вещества называется дисперсной системой. Распределяемое вещество называется дисперсной фазой, Вещество, в среде которого распределяется другое вещество называется дисперсной средой. Наука, изучающая физические и химические свойства дисперсных систем называется коллоидной химией. Классификация дисперсных систем По степени дисперсности дисперсной фазы: Молекулярно-ионные дисперсные системы – размеры частиц до 1 нм или 10-9 м (растворы электролитов и неэлектролитов) Коллоидно-дисперсные системы (золи) – размеры частиц 1-100 нм или 10-9 - 10-7 м (кровь, плазма, раствор белка и др.) Грубо-дисперсные системы – размеры частиц более 100 нм или 10-7 м (суспензии, эмульсии, порошки, пена и др.) Классификация дисперсных систем По агрегатному состоянию фазы и среды: Газ в газе - раствор Газ в жидкости - пена Газ в твёрдом веществе- твёрдая пена (пемза, пенопласт) Жидкость в газе - аэрозоль (туман) Жидкость в жидкости- эмульсия Жидкость в твёрдом веществе -гель Твёрдое вещество в газе - аэрозоль (пыль, порошок) Твёрдое вещество в жидкости – суспензия, золь Твёрдое вещество в твёрдом веществе - сплав Классификация дисперсных систем По степени взаимодействия дисперсной фазы и дисперсной среды: Лиофильные – белки, крахмал, агар-агар Лиофобные – золи металлов (золото, серебро), сульфида железа, хлорида серебра По природе дисперсной среды (растворителя) : Гидрозоли (вода), бензозоли (бензол), алкозоли (спирт), этерозоли (эфир) Способы получения коллоидных систем Дисперсионный способ: Механический способ (в коллоидной мельнице, раздробление крупных частиц до коллоидной степени дисперсности в ступке) Раздробление крупных частиц до коллоидной степени дисперсности при помощи ультразвука Пептизация (химический способ) – перевод свежеприготовленных осадков в состояние золя при помощи электролита (пептизатора) Способы получения коллоидных систем Конденсационный способ (укрупнение частиц): На основе химических реакций –окисления, восстановления, гидролиза, обмена и др.; Способ замены растворителя – при котором частицы растворённого вещества, присутствующие в одном растворителе в виде молекул, в другом растворителе находятся в коллоидном состоянии. Очистка коллоидно-дисперсных систем 1. Диализ –способ, основанный на переходе через полупроницаемую мембрану ионов электролита, взятого в избытке при приготовлении коллоидных растворов, в среду чистого растворителя. 2. Электродиализ – диализ, основанный на увеличении скорости движения ионов электролита, от которых очищается коллоидный раствор под действием электрического поля. 3. Ультрафильтрация – основана на разделении дисперсной фазы от дисперсной среды при помощи специальных ультрафильтров с мелкими порами, с последующим переводом частиц дисперсной фазы в коллоидное состояние. Схема диализатора Золь H2O Схема электродиализатора H2O H2O - + Золь Строение коллоидных частиц Строение золя хлорида серебра, полученного методом конденсации: AgNO3 + KCl = AgCl + KNO3 Избыт.электролит золь mAgCl nAg+ (n-x) NO3- x+ xNO3Ядро противо ионы Адс.слой ПОИ Гранула Мицелла Диф.слой Строение коллоидных частиц Строение золя берлинской лазури, полученного методом конденсации: 4FeCl3 + 3K4[Fe(CN)6] = Fe4[Fe(CN)6]3 + 12KCl Изб. электролит золь mFe4[Fe(CN)6]3 n [Fe(CN)6]4- 4(n-x) K+ 4x- xK+ Ядро ПОИ Противо Диф.слой ионы Адс.слой Гранула Мицелла Строение коллоидных частиц Положительный золь берлинской лазури mFe4[Fe(CN)6]3 n Fe3+ 3(n-x) Cl- 3x+ 3xClЗоль гидроксида железа, полученный методом пептизации mFe(OH)3 n Fe3+ 3(n-x) Cl- 3x+ 3xClЗоль гидроксида железа, полученный методом гидролиза: FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3 + 3HCl Fe(OH)3 + HCl = FeOCl + H2O mFe(OH)3 n FeO+ (n-x) Cl- x+ xCl- Электрокинетические свойства коллоидных систем Строение двойного электрического слоя: + + + + + + + + + + 1 - A - - - - - - B 2 3 - Электрокинетические явления. Электрофорез Перемещение в электрическом поле частиц дисперсной фазы, относительно дисперсной среды в сторону одного из электродов называется электрофорезом. + - - -- + + + - + + + + - + + - + - + + + - Электрокинетические явления. Электроосмос Перемещение в электрическом поле частиц жидкой дисперсной среды относительно неподвижных частиц дисперсной фазы в сторону одного из электродов называется электроосмосом. ////////////////////////////////////////////////////////// - - - - - - + + + + + + + + + + - - - - Жидкость + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - //////////////////////////////////////////////////////// - Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем 1. Броуновское движение – хаотичное и беспрерывное движение частиц дисперсной фазы под воздействием молекул растворителя 2. Диффузия – равномерное распределение коллоидных частиц вследствие действия температуры и броуновского движения 3. Осмотическое давление – несмотря на большие размеры и малые концентрации частиц коллоидные растворы, также как истинные, обладают осмотическим давлением Специфические свойства коллоидных систем 1. Оптические свойства – рассеивание света (Конус Фарадея-Тиндаля) Золь Источник света * Линзы Специфические свойства коллоидных систем 2. Коагуляция – взаимное притяжение и слипание коллоидных частиц с образованием более крупных агрегатов: a) скрытая коагуляция – ступень, в процессе которой происходят изменения не заметные для невооружённого глаза б) явная коагуляция – в растворе наблюдаются изменения (помутнение, изменение цвета, образова ние осадка) заметные для невооружённого глаза Процесс выпадения осадка называется седиментацией. 3. Коллоидные частицы наблюдаются в электронный микроскоп Причины, вызывающие коагуляцию и порог коагуляции 1. Механическое воздействие 2. Резкое изменение температуры 3. Действие света 4. Действие электролитов и неэлектролитов 5. Длительный диализ Минимальное количество электролита в миллимолях, вызывающее через определённый промежуток времени явную коагуляцию 1 литра золя, называется порогом коагуляции. Коагуляция. Правило ШульцеГарди Правило Шульце-Гарди: Коагуляция золей происходит под действием ионов, противоположных по знаку, заряду гранулы. Чем больше заряд иона, вызывающего коагуляцию, тем выше его коагулирующее действие и тем ниже порог коагуляции. Ряд увеличения коагулирующего действия электролитов KCl < K2SO4 < K3[Fe(CN)6] < K4[Fe(CN)6] Коллоидная защита Повышение устойчивости коллоидных растворов к коагуляции при помощи высокомолекулярных соединений называется коллоидной защитой. Количество высокомолекулярного вещества в миллиграммах, необходимое для защиты от коагуляции 10 мл золя называется защитным числом. Органические и неорганические частицы в организме (жиры или холестерин в крови), соизмеримые по размеру с коллоидными частицами, защищены молекулами белков от коагуляции. Коллоидные поверхностно-активные вещества Поверхностно-активные вещества делятся на два типа: 1.Истинно-растворимые – с числом углерод ных атомов до 7 (спирты, кислоты и др.) 2. Коллоидные – с числом углеродных атомов более 7 (мыло, белки и другие). Свойства коллоидных поверхностно-активных веществ: 1. Образование мицелл 2. Пенообразующие и моющие 3. Солюбилизация Мицеллы коллоидных поверхностноактивных веществ: В орган.растворителе В воде Схема солюбилизации