ЛЕКЦИЯ № 1 ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЯВЛЕНИЙ И ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ

ЛЕКЦИЯ № 1

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЯВЛЕНИЙ И ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ

Предмет и основные понятия коллоидной химии

Коллоидная химия — раздел физической химии, изучающий поверхностные явления и дисперсные физико-химические системы.

Поверхностные явления — это процессы, происходящие на границах раздела фаз, составляющих физико-химические системы.

Фаза — однородная по составу и одинаковая по физическим и химическим свойствам часть физико-химической системы, отделенная от других ее частей поверхностями раздела.

Поверхностные явления сильнее всего проявляются в системах с очень большой поверхностью раздела фаз. К таким системам относятся поверхностные слои, пленки, нити, капилляры, мелкие частицы. Их совокупность вместе со средой, в которой они находятся, образует дисперсную коллоидную систему.

Та часть системы, которая находится в измельченном состоянии, называется дисперсной фазой.

Сплошная фаза, в которой распределена дисперсная фаза, называется дисперсионной средой.

Для коллоидных систем характерны два общих признака: гетерогенность и дисперсность.

Гетерогенность, или многофазность, указывает на наличие межфазной поверхности, т. е. на неоднородность системы.

Дисперсность (раздробленность) — определяется степенью измельчения вещества дисперсной фазы, т.е. размерами частиц. Размеры частиц дисперсных систем, изучаемых коллоидной химией, находятся в пределах от 10^–2 до 10^–7 см.

Коллоидные дисперсные системы характеризуются также определенным видом энергии — поверхностной энергией Гиббса Gs.

Гетерогенность предполагает наличие поверхностного натяжения σ.

Дисперсность определяет величину межфазной поверхности S.

Энергия поверхности Gs= σ×S. Чем больше дисперсность, тем больше в системе свободная поверхностная энергия.

Большой запас энергии определяет еще одну характерную особенность дисперсных коллоидных систем — их неустойчивость.

Совокупность свойств типичных коллоидных систем: термодинамическая неустойчивость, высокая лабильнось и неполная воспроизводимость по отношению к биологическим дисперсным системам определяет их эволюцию.

Термодинамика поверхностных явлений

Поверхностные явления протекают на границах раздела фаз и обусловлены особыми свойствами поверхностных слоев.

Состояние молекул или атомов, находящихся в поверхностном слое, иное, чем у молекул или атомов, находящихся в объеме фазы.

Из-за нескомпенсированности сил межмолекулярного взаимодействия со стороны воздуха энергия у молекул поверхностного слоя выше, чем у молекул в объеме фазы.

Суммарный избыток энергии молекул поверхности —свободная поверхностная энергия Гиббса G_s.

Общая энергия системы G — сумма поверхностной энергии Гиббса G_s и энергии Гиббса объемной фазы Gv:

G = G_s + Gv

Пусть имеется гомогенная фаза с площадью поверхности А, тогда:

G_s = A h^σ – TAs^σ,

где h^σ и s^σ — энтальпия и энтропия единицы поверхности, а Ah^σ и As^σ — энтальпия (H_s) и энтропия (S_s) поверхности.

Общая энергия Гиббса системы:

G = Hv – TSv + H_s – TS_s,

где H_s и S_s — избыточные значения термодинамических величин, обусловленные наличием поверхностных слоев.

Поверхностная энтальпия H_s = G_s + TS_s. Если энтропийный фактор незначителен, то H_s = G_s.

Поверхностное натяжение

Поверхностное натяжение (σ) — это мера избытка поверхностной энергии, приходящегося на единицу площади поверхности, который возникает за счет… Зависимость поверхностного натяжения от различных факторов

От природы жидкости

Поверхностное натяжение некоторых жидких веществ на границе с воздухом при температуре 293 К

От температуры

При повышении температуры силы межмолекулярных взаимодействий ослабевают и поверхностное натяжение уменьшается.

При критической температуре исчезает поверхность раздела фаз жидкость—пар, поверхностное натяжение становится равным 0.

От давления

При повышении давления увеличивается взаимодействие поверхностных слоев жидкостей с молекулами газовой фазы и уменьшается избыток энергии молекул на поверхности (сила F становится меньше) –– поверхностное натяжение уменьшается.

Зависимость поверхностного натяжения водных растворов различных веществ от их природы и концентрации

σПАВ σН2О Неионогенные ПАВ — спирты, альдегиды, кетоны, сложные эфиры. Ионогенные ПАВ — органические кислоты, амины и их соли.

Изотермы ПАВ, отличающихся разной длиной углеродной цепи.

Молекулы ПАВ накапливаются на поверхности раздела фаз, понижая поверхностное натяжение.

Образование "частокола Ленгмюра" из молекул ПАВ на границе раздела раствор––воздух.

ПИВ (поверхностно-инактивные вещества) — вещества, повышающие поверхностное натяжение водных растворов (при больших концентрациях). Сильные неорганические электролиты — соли, кислоты, щелочи.

σПИВσН₂О

Ионы ПИВ сильно взаимодействуют с молекулами воды и стремятся уйти с поверхности вглубь жидкости. Появление их на поверхности повышает поверхностное натяжение.

ПНВ (поверхностно-неактивные вещества) — вещества, не изменяющие поверхностное натяжение водных растворов. Многоатомные спирты, углеводы.

Силы межмолекулярных взаимодействий молекул ПНВ с молекулами воды и молекул воды между собой приблизительно равны. ПНВ не изменяют поверхностное натяжение.

Концентрация молекул ПНВ в поверхностном слое и внутри жидкости одинакова.

Изотермы ПИВ и ПНВ

Методы измерения поверхностного натяжения

Сталагмометрический метод

Метод основан на зависимости между числом капель, получаемых из определенного объема жидкости , и поверхностным натяжением.

, где σ — поверхностное натяжение исследуемой жидкости; σ0… Если концентрации веществ малы, то ρ и ρ0 примерно равны и тогда:

ЛЕКЦИЯ № 2

Адсорбция — процесс самопроизвольного перераспределения вещества между поверхностным слоем и объемом фазы. Адсорбент — фаза, на поверхности которой происходит адсорбция. Адсорбат или адсорбтив — вещество, которое адсорбируется на поверхности.

Изотерма гиббсовской адсорбции

и графическое определение поверхностной активности

 

Правило Дюкло—Траубе — поверхностная активность ПАВ одного гомологического ряда на границе водный раствор—газ возрастает в среднем в 3,2 раза при увеличении длины углеводородного радикала на одну группу -СН₂-.

Изотермы адсорбции карбоновых кислот, отличающихся длиной углеводородного радикала

Адсорбция на твердом теле

Основная характеристика — теплота адсорбции Физическая Химическая (хемосорбция) Взаимодействие адсорбента и адсорбата за…

Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра.

Допущения Легмюра:

Поверхность твердого тела состоит из элементарных участков (адсорбционных центров).

Каждый адсорбционный центр может адсорбировать только одну молекулу газа.

Адсорбционные центры энергетически эквивалентны (имеют одинаковое сродство к молекулам газа).

Адсорбированные молекулы не взаимодействуют между собой и не могут перемещаться в поверхностном слое.

В таких условиях образуется мономолекулярный слой адсорбированных молекул.

где а¥ — величина предельной адсорбции, когда вся поверхность адсорбента заполнена адсорбатом, постоянная для всего гомологического ряда… Изотерма адсорбции Ленгмюра Размерность [а] = [моль/единица поверхности] или [моль/единица массы адсорбента].

Затем строят зависимость от ; тангенс угла наклона прямой относительно оси абсцисс равен , а сама прямая отсекает на оси ординат отрезок равный .

Полимолекулярная адсорбция. Теории Поляни и БЭТ

Часто процесс адсорбции заканчивается образованием на поверхности адсорбента не одного слоя молекул адсорбата, а полимолекулярного адсорбционного слоя. В этом случае изотерма отличается от изотермы Ленгмюра и имеет более сложный вид.

 

Изотерма полимолекулярной адсорбции

Основные положения теории Поляни:

● на поверхности твердых адсорбентов существуют адсорбционные силы, действующие на расстояниях, превышающих размеры молекул адсорбата, в результате чего образуется полимолекулярный слой;

● плотность слоя убывает по мере удаления от поверхности адсорбента.

Основные положения теории Брунауэра, Эммета и Теллера (БЭТ)

· на поверхности адсорбента имеется определенное число равноценных в энергетическом отношении активных центров;

· каждая молекула предыдущего слоя представляет собой активный центр для адсорбции молекул следующего адсорбционного слоя;

· взаимодействие соседних адсорбированных молекул в первом и последнем слоях отсутствует;

· предполагается, что все молекулы во втором и более дальних слоях ведут себя подобно молекулам жидкости.

Адсорбированная фаза — цепи молекул, первая из которых связана с поверхностью адсорбента. Цепи энергетически не взаимодействуют между собой

Строение адсорбционного слоя по теории БЭТ

Адсорбция на границе твердое тело — раствор

Процесс осложнен присутствием растворителя. В данном виде адсорбции действуют следующие факторы:

· молекулы растворителя могут конкурировать с молекулами адсорбата за адсорбционные центры;

· молекулы адсобрата взаимодействуют с растворителем;

· возможно электростатическое взаимодействие между поверхностью адсорбента и ионами адсорбата, если последний является электролитом.

Процесс зависит от характера взаимодействия адсорбента с растворителем, от природы адсорбата и адсорбента.

Правило выравнивания полярностей (правилоРебиндера):

Вещество может адсорбироваться на поверхности раздела фаз раствор—адсорбент, если его присутствие в межфазном слое уравнивает разность полярностей этих фаз в зоне их контакта.

Влияние природы растворителя (правило Шилова):

Чем лучше растворяется адсорбат в растворителе, тем хуже он адсорбируется твердым адсорбентом; чем хуже растворяется —тем лучше адсорбируется.

Для экспериментального определения зависимости адсорбции от концентрации растворенного вещества используется уравнение:

 

где с₀ — исходная концентрация вещества; с_равн. — равновесная концентрация, установившаяся после определенного по времени контакта адсорбента с раствором; V — объем раствора и m — масса адсорбента. Размерность [а] = [моль/кг].

Виды адсорбции на границе твердое тело—раствор

Ионная адсорбция — характерна для сильных электролитов: – эквивалентная — оба иона адсорбируются в эквивалентных количествах (слабые… – обменная адсорбция — адсорбция одного из ионов электролита сопровождается одновременным вытеснением с адсорбента…

Правило избирательной адсорбции (Фаянса—Панета)

На поверхности адсорбента преимущественно адсорбируются ионы, которые или входят в состав вещества адсорбента, или изоморфны его ионам и способны достраивать кристаллическую решетку вещества, или образуют с одним из ионов адсорбента труднорастворимые соединения.

Адсорбционная способность ионов зависит от их заряда и радиуса в гидратированном состоянии:

Li⁺ > Na⁺ > K⁺ > Rb⁺ > Cs⁺

Уменьшение радиуса гидратированного иона

Лиотропный ряд адсорбции однозарядных катионов:

катион Cs⁺ Rb⁺ NH₄⁺ K⁺ Na⁺ Li⁺

радиус, Å 1,68 1,48 1,43 1,33 0,95 0,6

Увеличение радиуса гидратированных катионов

Уменьшение адсорбции

Лиотропный ряд адсорбции однозарядных анионов:

анион NO₃^– I^– Br^– Cl^– F^–

радиус, Å 2,5 2,16 1,36 1,81 1,36

Увеличение радиуса гидратированных анионов

Уменьшение адсорбции

Ионообменная адсорбция

Адсорбенты, способные к обмену ионами, называются ионитами.

Иониты имеют сетчатую структуру. С сеткой ковалентно связаны группы атомов R±, несущие положительный или отрицательный заряд (фиксированные ионы).… По типу ионогенных групп иониты делят на катиониты R– M+ (кислотные иониты,… Сильнокислотные катиониты содержат остатки серной, фосфорной и других кислот, слабокислотные — карбоксильные,…

Смачивание

Смачивание — это поверхностное явление, заключающееся во взаимодействии жидкости с твердым или другим жидким телом при наличии одновременного контакта этих двух несмешивающихся фаз с третьей фазой — газом (чаще всего воздухом).

Если на поверхность твердого тела нанесена капля жидкости, то в системе имеются три поверхности раздела фаз: твердое тело—газ, жидкость—газ, жидкость—твердое тело с соответствующими поверхностными натяжениями: σ_тг, σ_тж, σ_гж. Линия пересечения всех трех поверхностей раздела –– линия смачивания; замкнутая линия смачивания образует периметр смачивания. Угол между поверхностями жидкость—газ и твердое тело—жидкость –– краевой угол смачивания.

Смачивание

Несмачивание

Если рассматривать поверхностные натяжения как силы, приложенные перпендикулярно к единице длины периметра смачивания и действующие по касательной к соответствующим поверхностям, то условие равновесия этих сил выражается уравнением Юнга:

σ_тг = σ_тж + σ_жг cosθ или

· если краевой угол острый (θ < 90⁰), т. е. cosθ > 0, то поверхность смачивается жидкостью («ограниченное смачивание»);

· если краевой угол тупой (θ > 90⁰), т. е. cosθ < 0; то поверхность не смачивается («плохое смачивание»)

· если равновесный краевой угол не устанавливается, капля растекается в тонкую пленку — «полное смачивание» или растекание.

Если молекулярная природа жидкости и твердого тела близки, а σ жидкости мало — смачивание и растекание (органические жидкости с малым σ смачивают твердые тела). Жидкие металлы (высокие значения σ) смачивают только поверхности твердых металлов. Вода смачивает оксиды и растекается на некоторых силикатах, но не смачивает парафин.

Характеристика явления — энтальпия смачивания:

ΔН = H_тг –Н_тж

Отношение энтальпий смачивания твердых поверхностей водой (Н_в) и углеводородом (H_у) — характеристика гидрофильности поверхности — коэффициент гидрофильности. Для гидрофильных поверхностей 1, для гидрофобных — β < 1. Для активированного угля β0,4 (гидрофобная поверхность), для кварца β2 (гидрофильная поверхность), для крахмала β20 (сильно гидрофильная поверхность).

В фармацевтической практике изменение смачивания применяется для регулирования гигроскопичности фармацевтических порошков.

Биологическое значение процессов адсорбции

Явления адсорбции широко распространены в природе. Адсорбция играет очень важную роль в жизнедеятельности организма человека и животных. Это обусловлено наличием в организме огромного количества самых разнообразных поверхностей раздела — стенок сосудов, альвеол, поверхностей клеток, клеточных ядер, коллоидных частиц протоплазмы, и, наконец, поверхности раздела между организмом и окружающей средой.

Так, поверхность кожи взрослого человека –– 1.5 – 2.0 м², площадь поверхности альвеол около 1000 м², а площадь внутренней поверхности капилляров –– 2400 м².

Адсорбционные возможности эритроцитов крови, обусловленны в первую очередь величиной суммарной поверхности этих форменных элементов. Эритроциты являются переносчиками различных веществ, в том числе и аминокислот, которые они разносят и передают клеткам и тканям организма. Число эритроцитов в крови взрослого человека примерно 27×10¹²; учитывая, что диаметр эритроцита 7 – 8 мкм, можно подсчитать, что общая поверхность эритроцитов крови одного человека составляет примерно 3200—3400 м².

В медицине широко используется сорбционная детоксикация (Ю. М. Лопухин) — гемосорбция, основанная на избирательной адсорбции токсинов или метаболитов из крови, лимфы или плазмы пациентов, страдающих от острых отравлений, поражений печени и ряда других заболеваний.

ЛЕКЦИЯ № 3

ХРОМАТОГРАФИЯ

Хроматография — физико-химический метод, применяемый для выделения, разделения и идентификации разнообразных веществ природного и синтетического происхождения и качественного и количественного анализа их смесей.

Основной принцип хроматографии

Разделение веществ основано на различии в скоростях движения концентрационных зон веществ, перемещающихся в потоке подвижной фазы (элюента) вдоль слоя неподвижной фазы (адсорбента).

Классификация хроматографических методов

а) По агрегатному состоянию подвижной фазы:

газоваяжидкостная

б) По агрегатному состоянию неподвижной фазы:

в) По доминирующему механизму взаимодействия разделяемых веществ с подвижной и неподвижной фазами:

● адсорбционная — основана на различии в физической адсорбции веществ;

● молекулярно-ситовая — основана на различной проницаемости молекул веществ в неподвижную фазу;

● ионообменная — основана на различной способности веществ к ионному обмену с адсорбентом;

● биоспецифическая — основана на высокой специфичности связывания веществ с неподвижной фазой;

● распределительная — основана на различии коэффициентов распределения веществ между подвижной и неподвижной жидкими фазами.

г) По геометрии неподвижной фазы: колоночная (в том числе капиллярная) и плоскостная (бумажная и тонкослойная).

Описание некоторых хроматографических методов

Колоночная жидкостно-твердофазная хроматография

 

Адсорбент — силикагель или оксид алюминия, элюент —органический растворитель или смесь растворителей.

Применяется для разделения макроскопических количеств веществ, для очистки органических природных и синтетических веществ.

Газо–жидкостная хроматография (ГЖХ)

Схема газо-жидкостного хроматографа

 

Хроматограмма трехкомпонентной смеси

Применяется для анализа и разделения разнообразных смесей веществ с молярной массой до 300 г/моль, в том числе и для анализа газов.

Высокоэффективная жидкостная хроматография высокого давления (ВЭЖХ)

 

Схема жидкостного хроматографа высокого давления

 

ВЭЖ хроматограмма смеси аминокислот

 

Применяется для анализа сложных смесей, в том числе биологических объектов (установления аминокислотного состава белков, анализа нуклеиновых кислот и т.д.).

Молекулярно–ситовая хроматография

Адсорбенты — неионогенные гели — твердые пористые тела (цеолиты, сефадексы, амберлиты и т.д.). Элюент —органический растворитель или вода.

●.— большие молекулы, O — гранулы геля, . — малые молекулы

 

 

Схема проведения молекулярно-ситовой хроматографии

Применяется для разделения смесей белков, нуклеиновых кислот, вирусов, отделения белков от низкомолекулярных примесей.

Ионообменная хроматография

Адсорбент — ионообменные смолы (катиониты или аниониты). Элюент — чаще всего вода.

 

 

 

Пример разделения смеси α-аминокислот на сульфированном полистироле в виде натриевой соли RSO₃^–Na⁺:

Ak⁺ + RSO₃^–Na⁺ RSO₃^–Ak⁺ + Na⁺

 

Применяется для разделения смесей фенолов, карбоновых кислот (на анионитах), аминосахаров, нуклеотидов, нуклеозидов, пуриновых, пиримидиновых и других оснований (на катионитах), аминокислот, белков, нуклеиновых кислот.

Биоспецифическая хроматография

Адсорбент — носитель биоспецифического лиганда, взаимодействующего с выделяемым веществом на основании биологической функции последнего, например, лиганд — антиген, выделяемое вещество — антитело. Элюент — вода.

L — лиганд ;L̅ — иммобилизованный лиганд; M — биологически активное вещество; ML̅ — биоспецифический комплекс; — примеси; — несорбирующиеся компоненты смеси.

Механизм биоспецифической хроматографии

Применяется для выделения специфических нуклеиновых кислот, гормонов, вирусов, антител, антигенов, ферментов, рецепторов лекарственных препаратов, клеток. Позволяет выделять следовые количества веществ.

Распределительная хроматография

Бумажная хроматография

Адсорбент — хроматографическая бумага — носитель неподвижной фазы – воды.

Подвижная фаза — органический растворитель или смесь растворителей.

Тонкослойная хроматография (ТСХ)

Адсорбент — силикагель или другой порошок с развитой поверхностью, закрепленный на алюминиевой фольге.

Подвижная фаза — органический растворитель или смесь растворителей.

Схема анализа смеси веществ с помощью бумажной хроматографии

(на примере восходящей хроматографии)

Применяется для анализа смесей веществ, идентификации и проверки чистоты отдельных веществ, в том числе лекарственных препаратов. Можно использовать микроскопические количества веществ (от 0,001 до 1 мкг)

Применение хроматографии в медицине

Биоспецифическая хроматография применяется при изучении ферментативной активности, для удаления нежелательных белковых компонентов из крови, лимфы и плазмы при клинической детоксикации, например, при лечении различных иммунологических заболеваний, для чего в кровообращение больного включается колонка со специфическим иммуносорбентом.

Наибольшее значение хроматография приобрела в клинической фармаколо­гии и фармакокинетике — для определения минимальных концентраций лекарств в биосредах организма и для исследования путей их метаболизма, что особенно важно в педиатрии и при лечении пожилых больных.

Наконец, исключительно эффективно применение хроматографии при лечении психотропными препаратами, особенно при длительном применении, когда длительный прием их вызывает изменение метаболизма в зависимости от индивидуальных особенностей пациента и требуется дифференциированный подход к больному.

В фармации и фармакологии основное направление использования хроматографии — это идентификация лекарственных веществ, количественное определение биологически активных компонентов в растительном сырье, в полупродуктах, в сложных лекарственных смесях. Хроматография служит для контроля производства лекарств, для изучения стабильности лекарственных форм, для выбора метода оценки стабильности их, а также для контроля качества препаратов

ЛЕКЦИЯ № 4

ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ

Дисперсные системы гетерогенны и состоят из двух фаз — раздробленной дисперсной фазы с размерами частиц от 10^–7 до 10^–2 см и сплошной фазы — дисперсионной среды.

Классификация коллоидных дисперсных систем

По агрегатному состоянию фаз

По структуре

● свободнодисперсные, в которых частицы дисперсной фазы не связаны между собой (суспензии, эмульсии, золи, аэрозоли);

● связнодисперсные, в которых одна из фаз не может перемещаться свободно. К последним системам относятся гели и студни, пены, твердые растворы (сплавы), пористые тела.

По дисперсности

● грубодисперсные, с размером частиц от 10^–3 до 10^–2 см и более (грубые суспензии, порошки, пены);

● микрогетерогенные, с размером частиц от 10^–5 до 10^–4 см (эмульсии, тонкие суспензии, аэрозоли);

● ультрамикрогетерогенные системы, с размером частиц от 10^–7 до 10^–6 см (золи).

По межфазному взаимодействию

В зависимости от интенсивности взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой различают лиофильные и лиофобные системы.

Если дисперсионной средой является вода, то соответствующие системы называются гидрофильными и гидрофобными. В гидрофильных системах дисперсная фаза хорошо взаимодействует с водой, а в гидрофобных — наоборот.

Поверхностные явления в коллоидных дисперсных системах

Большая часть процессов, происходящих на поверхности раздела фаз в дисперсных системах, относится к адсорбционным процессам: образование двойных электрических слоев, пленок из молекул ПАВ или ВМС, образование адсорбционно-сольватных оболочек.

Образование и строение двойного электрического слоя

Адсорбционный механизм. На примере избирательной адсорбции ионов на кристалле AgCl, образовавшемся при взаимодействии водных растворов AgNO3 и… AgNO3 + KCl AgCl↓ + KNO3 Пусть KCl был в избытке. Образовавшиеся кристаллы AgCl находятся в растворе, содержащем ионы K+, Cl– и NO3–.

Влияние индифферентных электролитов

Индифферентные электролиты не содержат ионов, химически взаимодействующих с ионами ДЭС или способных достраивать кристаллическую решетку вещества дисперсной фазы.

а) Электролит содержит ион, одинаковый с противоионами ДЭС, например, KNO₃, если противоионами являются ионы К⁺.

 

При увеличении c_KNO3ионы К⁺ переходят из диффузного слоя в плотный адсорбционный, диффузный слой сжимается, z-потенциал уменьшается, стремясь к 0.

б) Электролит не содержит ионов, одинаковых с противоионами ДЭС, например, NaNO₃, если противоионами являются ионы К⁺.

При увеличении c_NaNO3кроме сжатия диффузного слоя может происходить обмен ионов К⁺ на Na⁺, z-потенциал также уменьшается, стремясь к 0.

Влияние неиндифферентных электролитов

Неиндифферентные электролиты содержат ионы, один из которых способен химически взаимодействовать с ионами ДЭС или достраивать кристаллическую решетку вещества.

а) Электролит содержит ион, одинаковый с потенциалопределяющими ионами, например NaCl, если потенциалопределяющие ионы Cl^–.

При малых концентрациях NaCl за счет адсорбции ионов Cl^- достраивается кристаллическая решетка АgCl, увеличиваются j-потенциал и z-потенциал. При больших концентрациях ионы Na⁺ вызывают сжатие диффузного слоя, z-потенциал падает.

 

Зависимость величины электрокинетического потенциала от концентрации электролита с ионом, одинаковым с потенциалопределяющими ионами ДЭС.

При добавлении AgNO3 ионы Ag+ достраивают кристаллическую решетку, избыточные ионы Ag+ становятся потенциалопределяющими, ионы NO3– — противоионами,…   Изменение j- и z-потенциалов при перезарядке ДЭС в результате введения неиндифферентного электролита с ионами…

Строение частиц дисперсной фазы (коллоидных частиц)

  Мицелла золя AgCl, полученного реакцией AgNO3 с KCl, при соблюдении двух… Внутренняя часть мицеллы — кристаллический агрегат AgCl. Агрегат с потенциалопределяющими ионами (Cl–) — ядро. На его…

ЛЕКЦИЯ № 5

Практически любое вещество может быть получено в коллоидном состоянии при… 1. частицы дисперсных систем доводятся до коллоидных размеров либо раздроблением вещества (дисперсионные методы),…

Образующиеся коллоидные частицы должны обладать плохой растворимостью в дисперсионной среде.

В этих условиях коллоидные частицы приобретают двойные электрические слои, гидратные оболочки, пленки из ПАВ или молекул ВМС, стабилизирующие образующиеся системы.

Дисперсионные методы получения золей

— ультразвуковой –– измельчение под действием быстро сменяющихся сжатий и растяжений; ● электрическое распыление в вольтовой дуге; ● химическое диспергирование (пептизация):

Конденсационные методы получения золей

Ими получают золи из гомогенных растворов. Новая фаза появляется при пересыщении среды, что вызвается физическим процессом или химической реакции.

Химические методы конденсации основаны на реакциях гидролиза, окисления, восстановления, обмена. Реакции гидролиза: FeCl3 + 3 H2O Fe(OH)3↓ + 3 HCl

Методы очистки коллодно-дисперсных систем

Диализ — очистка золей от примесей с помощью полупроницаемых мембран, омываемых чистым растворителем. Низкомолекулярные примеси проходят через мембрану в растворитель (диализат).Частицы дисперсной фазы не могут проникнуть через поры мембраны из-за своих размеров. Очистка идет до тех пор, пока концентрации примесей в золе и диализате не станут почти одинаковыми.

 

 

Схема диализатора

Недостаток –– длительность очистки (недели, месяцы).

Электродиализ — диализ, ускоренный за счет электрического поля. Электродиализатор –– сосуд, разделенный двумя мембранами на три камеры. В среднюю камеру (Б) наливают очищаемый золь. В боковые камеры (А) помещают электроды от источника постоянного тока, создают электрическое поле с падением потенциала от 20 до 250 В/см и обеспечивают подвод и отвод растворителя (воды).

 

 

Схема электродиализатора

Золь очищается от примесей за короткое время (минуты,часы).

Ультрафильтрация — очистка путем продавливания дисперсионной среды вместе с низкомолекулярными примесями через полупроницаемую мембрану (ультрафильтр). Дисперсионная среда и примеси проходят через поры мембраны, а коллоидные частицы остаются на ней. Коллоидные частицы промывают водой, получая чистую дисперсную систему.

 

А — золь; В — воронка; М — мембрана; П — пластина с отверстиями; У — ультрафильтрат

Схема прибора для ультрафильтрации

Медицинское значение диализа

Диализ крови (гемодиализ) –– метод внепочечного очищения крови от веществ с малой и средней молекулярной массой (электролитов, мочевины, мочевой кислоты, креатинина и др.) путем диффузии и ультрафильтрации через синтетические полупроницаемые мембраны. Используется для детоксикации организма при острой и хронической почечной недостаточности, отравлениях диализируемыми ядами, а также в случаеях тяжелых нарушений электролитного состава крови с помощью аппарата «искусственная почка».

ЛЕКЦИЯ № 6

УСТОЙЧИВОСТЬ КОЛЛОИДНЫХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ. КОАГУЛЯЦИЯ. ПЕПТИЗАЦИЯ. КОЛЛОИДНАЯ ЗАЩИТА

Устойчивость дисперсных систем

Седиментационная устойчивость — устойчивость против оседания. Характеризует способность системы сохранять равномерное распределение частиц по объему…   FA – сила Архимеда; V – объем частицы; ρ0 – плотность дисперсионнойсреды; g – ускорение свободного падения;Fg –…

Потеря коллоидными системами агрегативной устойчивости приводит к коагуляции.

Коагуляция –– процесс слипания частиц, в результате нарушается седиментационная устойчивость и система разрушается.

6.2. Основы теории устойчивости гидрофобных коллоидных систем ДЛФО (Дерягин, Ландау, 1937г., Фервей, Овербек, 1946 г.)

Рассматривает существование энергетического барьера как результат конкуренции сил межмолекулярного притяжения и электростатических сил отталкивания между частицами.

 

Кривая изменения энергии притяжения;

Кривая изменения энергии отталкивания;

3 — результирующая кривая энергии взаимодействия частиц (U) с энергетическим барьером.

В агрегативно устойчивых коллоидных системах силы отталкивания преобладают над силами притяжения.

Факторы агрегативной устойчивости

Термодинамические: а) электростатический фактор — уменьшение σ и появление электрического… б) адсорбционно-сольватный фактор — уменьшение σ при взаимодействии частиц со средой (сольватация поверхности или…

Коагуляция коллоидных дисперсных систем

Коагуляция наступает вследствие нарушения агрегативной устойчивости, при этом частицы дисперсной фазы объединяются, укрупняются, нарушается седиментационная устойчивость и происходит разделение фаз.

Коагуляция происходит при старении коллоидных систем, при изменении температуры, механических воздействиях, действии света, ультразвука или проникающего излучения, а также под действием электролитов.

Механизм электролитной коагуляции

а) Нейтрализационная коагуляция — вызывают электролиты с многозарядными ионами, обладающие большой адсорбционной способностью или неиндифферентные… Схема нейтрализационной коагуляции  

Агрегативно устойчивая система;

Частично астабилизованная система;

Система коагулирует.

Правило Шульце – Гарди: коагуляцию вызывают только те ионы, которые несут заряд противоположный заряду гранулы; коагулирующая способность ионов-коагулянтов тем сильнее, чем выше их заряд (приблизительно пропорциональна шестой степени заряда).

Коагулирующая способность ионов с одинаковым зарядом неодинакова и возрастает с увеличением радиуса ионов, т. е. с ростом адсорбционной способности.

Cs⁺ > Rb⁺ > K⁺ > Na⁺ > Li⁺

Лиотропный ряд однозарядных катионов

CNS^– > I^– > NO₃^– > Br^– > Cl^–

Лиотропный ряд однозарядных анионов

– формы частиц — системы с анизодиаметрическими частицами коагулируют быстрее, чем со сферическими; – полидисперсности — полидисперсные коагулируют быстрее, чем монодисперсные; … – концентрации частиц дисперсной фазы — чем выше концентрация, тем быстрее идет коагуляция;

Скорость коагуляции

 

Изменение со временем концентраций частиц разных порядков в коагулирующей системе.

Каждый элементарный акт коагуляции — объединение двух частиц одинаковых или разных порядков –– можно рассматривать как бимолекулярную реакцию. В таком случае скорость коагуляции прямо пропорциональна квадрату концентрации частиц (уравнение Смолуховского):

 

Кинетика коагуляции

 

Кинетическая кривая электролитной коагуляции.

Область скрытой коагуляции — область агрегативно устойчивой системы, признаков коагуляции не видно;

2 — область медленной коагуляции — область астабилизированной системы, появляются и усиливаются признаки коагуляции: изменение окраски, появление мути, хлопьев, выпадение осадка;

Область быстрой коагуляции — скорость коагуляции не зависит от концентрации электролита, происходит разделение фаз.

с_пор. — порог коагуляции — минимальная концентрация электролита, при которой скрытая коагуляция переходит в явную.

V_кс — коагулирующая способность:

 

 

Пептизация.

Пептизация — процесс перехода свежеполученных в результате коагуляции рыхлых осадков в золи при:

– удалении коагулянтов промыванием осадков чистой дисперсионной средой (пептизация промыванием);

– действии веществ, называемых пептизаторами: электролитов или поверхностно-активных веществ (адсорбционная пептизация);

– добавлении кислоты или щелочи к осадку амфотерного гидроксида (диссолюционная пептизация).

Коллоидная защита

Коллоидные дисперсные системы чувствительны к действию электролитов, однако при введении в них некоторых количеств высокомолекулярных соединений или коллоидных ПАВ их устойчивость значительно повышается. Это явление называется коллоидной защитой.

Защитные вещества — белки, полисахариды, коллоидные ПАВ.

Механизм коллоидной защиты

Защитное число S — минимальная масса сухого защищающего вещества в мг, которую необходимо добавить к 10 мл золя, чтобы защитить его от коагуляции 1 мл 10%-го раствора NaCl.

S = с_зв∙ V_зв,

где с_зв — концентрация раствора защищающего вещества, мг/мл, V_зв — объем раствора защищающего вещества, мл.

ЛЕКЦИЯ № 7

МИКРОГЕТЕРОГЕННЫЕ И ГРУБОДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ

Эмульсии

Эмульсии — микрогетерогенные и грубодисперсные системы, состоящие из двух или нескольких несмешивающихся жидкостей.

Полярную жидкость называют “водой”, неполярную — “маслом”.

Классификация эмульсий:

А) По типу фаз

– до 0.1 % — разбавленные; – до 74 % — концентрированные; – более 74 % — высококонцентрированные;

Устойчивость эмульсий

Эмульсии термодинамически неустойчивы, для них характерны седиментационная и агрегативная неустойчивость. Седиментационная неустойчивость –– оседание или всплывание капель. Агрегативная неустойчивость –– слияние капель ––коалесценция.

Время жизни отдельной капли в контакте с другими каплями.

2) Скорость расслоения эмульсий на фазы: через 5 секунд высота столба отслоившейся фазы 2.5 см, тогда скорость расслоения фаз U = 2.5 / 5 = 5 см/с.

3) “Время жизни” эмульсий: высота столба эмульсии 20 см, U = 0.5 см/с; время жизни эмульсии τ = 20 / 0.5 = 40 с.

Эмульсии могут быть устойчивыми только в присутствии стабилизаторов (эмульгаторов): ПАВ, порошков, ВМС.

Стабилизация эмульсий поверхностно-активными веществами

Схемы стабилизации: а) эмульсии масла в воде олеатом натрия С17Н33СООNa и б) эмульсии воды в масле олеатом кальция (С17Н33СОО)2Са. а) Факторы устойчивости: электростатический, адсорбционно-сольватный,… б) Факторы устойчивости: адсорбционно-сольватный, структурно-механический, энтропийный (неионогенные,…

ГЛБ — величина, характеризующая соотношение гидрофильных и липофильных свойств полярной и неполярной частей ПАВ.

HOCH2CH2NH2 — 12 C17H33COONa — 18 Гидрофильные группы Число ГЛБ … Cвойство ГЛБ является аддитивным; и ГЛБ ПАВ определяют как алгебраическую сумму групповых чисел по следующей формуле:…

Гидрофильный эмульгатор превратится в гидрофобный и произойдет обращение фаз.

Стабилизация эмульсий порошками и ВМС

 

Схемы стабилизации порошками: а) эмульсии М/В гидрофильным порошком и б) эмульсии В/М гидрофобным порошком.

Порошки с гидрофильными свойствами (глина, мел) стабилизируют прямые эмульсии. Гидрофобные порошки (сажа, гидрофобизированный силикагель) стабилизируют обратные эмульсии. При стабилизации порошками действует структурно-механический фактор устойчивости.

Особо сильные стабилизаторы –– высокомолекулярные соединения, например, белки. Адсорбируясь на поверхности капель дисперсной фазы, они образуют гидратированные и структурированные пленки, создавая мощный структурно-механический фактор.

Пены

Пены –– это высококонцентрированные дисперсные системы с газовой дисперсной фазой и жидкой или твердой дисперсионной средой.

В пене пузырьки газа плотно прижаты друг к другу и разделены пенными пленками. Пены обладают очень большой полидисперсностью.

Характеристики пен:

– дисперсность — средний диаметр пузырьков газа;

– устойчивость пен — время, в течение которого объем пены уменьшается вдвое (τ_1/2);

– кратность пен — отношение объема пены к объему жидкости, из которой она образовалась.

Пены могут быть устойчивы только в присутствии стабилизаторов: ПАВ, белков и других ВМС (пенообразователей).

Стабилизаторы создают либо электростатический фактор (ионогенные ПАВ), либо структурно-механический фактор устойчивости (неионогенные ПАВ, белки), обеспечивающие расклинивающее давление.

 

Схема образования (а) и стабилизации пены, стабилизированной ионогенным ПАВ (б).

Аэрозоли

Аэрозоли — это дисперсные системы с газовой дисперсионной средой и жидкой (туманы) или твердой (пыли, дымы) дисперсной фазой.

Аэрозоли охватывают большой диапазон дисперсности – от 10^-2 до 10^-6 см, т. е. они могут существовать как в виде микрогетерогенных и грубодисперсных, так и в виде ультрамикрогетерогенных систем.

Аэрозоли характеризуются высокой седиментационной и агрегативной неустойчивостью. Это обусловлено малой плотностью газовой среды и слабым взаимодействием ее с дисперсной фазой. В аэрозолях не могут возникнуть термодинамические факторы устойчивости, так как газовая дисперсионная среда не в состоянии создать поверхностный слой, снижающий поверхностное натяжение, или образовать двойной электрический слой.

7.3.1. Особенности аэрозолей:

Термофорез –– движение частиц аэрозоля в направлении области с более низкой температурой.

Термопреципитация –– осаждение частиц аэрозоля на холодных поверхностях.

Фотофорез –– перемещение частиц при одностороннем освещении.

Порошки и суспензии

Порошки –– это свободно-дисперсные системы с газовой дисперсионной средой и твердой дисперсной фазой с размерами частиц от 10–5 до 10–2 см. Порошки можно рассматривать как осажденные аэрозоли. В зависимости от размеров… Формы частиц в порошках: равноосные, волокнистые и плоские.

Суспензии характеризуются седиментационной неустойчивостью. По своим электрическим свойствам (возникновение ДЭС), агрегативной устойчивости и способности к электролитной коагуляции они имеют много общего с золями.

Физиологическое и медицинское эначение микрогетерогенных грубодисперсных систем

Немалое значение для человека имеют и аэрозоли, особенно биологические, дисперсная фаза которых содержит биологически активный субстрат в виде патогенных микроорганизмов или их токсинов. Такие аэрозоли возникают при испарении жидких или высыхании и подъеме с пылью сухих экскрементов больных животных и человека. Они образуются и при выделении больными воздушно-капельным путем возбудителей инфекционных заболеваний или бацилл. Биологические аэрозоли, содержащие пыльцу или споры растений, могут вызывать аллергические заболевания.

Особую опасность для человека и окружающей среды представляют радиоактивные аэрозоли, образующиеся при ядерных взрывах, технологических или аварийных выбросах в атомной промышленности.

С образованием аэрозолей связаны многие профессиональные заболевания, такие как антракоз (у шахтеров), силикоз (у работников цементного и керамического производства), экзогенный гемосидероз (у сварщиков и металлургов) и ряд других.

Определенное значение в медицинской практике имеют и пены. В частности, они образуются при травмах грудной клетки, сопровождающихся ранением легких. Воздух, выходящий из раненного легкого, вспенивает кровь, образующаяся пена закрывает операционное поле и мешает проведению операции.

Образование пены в легких всегда наблюдается при развитии отека легких, возникающего при левожелудочковой сердечной недостаточности, печеночной недостаточности, аллергическом шоке, травме черепа и других патологических состояниях. Пена вызывает обструкцию (закупорку) альвеол и бронхиол и острую дыхательную недостаточность.

Для гашения пены в легких используется или аэрозольная ингаляция или внутривенное введение 30%‑го этилового спирта и другие методы.

ЛЕКЦИЯ № 8

КОЛЛОИДНЫЕ ПАВ

Коллоидные ПАВ — длинноцепочечные дифильные органические соединения с числом атомов углерода в радикале от 10 до 20.

Классификация коллоидных ПАВ

Ионогеннные:

– анионные (поверхностно-активный анион): C₁₇H₃₃COONa, C₈H₁₇C₆H₄SO₃Na;

– катионные (поверхностно-активный катион): [C₁₈H₃₇NH₃]Cl,;

– амфолитные: NH₂(CH₂)₁₂COOH, в зависимости от рН среды либо анион–, либо катион-активные.

Неионогенные:

R(OCH₂CH₂)_nX, где R от 6 до 18 атомов С, n = 10 – 100, гидрофильная часть — (ОСН₂СН₂)_n, Х = ОН, СООН и др.

Мицеллообразование в растворах коллоидных ПАВ

    Изотермы поверхностного натяжения: I — истинно растворимое ПАВ; II — коллоидное ПАВ. Излом на изотерме II…

Механизм и термодинамика мицеллообразования

После формирования поверхностного слоя на границе раздела фаз раствор––воздух при дальнейшем повышении концентрации раствора начинается ассоциация углеводородных радикалов ПАВ, образующих ядро — практически жидкий углеводород. Полярные группы ПАВ образуют гидрофильную оболочку.

 

 

Образование мицеллы в водном растворе коллоидного ПАВ.

Вокруг радикалов ПАВ, находящихся в неассоциированном состоянии, образуются упорядоченные структуры из молекул воды. При ассоциации радикалов ПАВ… Энергия Гиббса системы DG = DH - TDS при этом уменьшается (DG < 0),… DG на 1 моль групп –СН2– составляет 2600 Дж/моль.

Строение мицелл коллоидных ПАВ в водных растворах

При концентрациях ПАВ, несколько превышающих ККМ, образуются сферические мицеллы с определенным числом агрегации (от 20 до 100), которое зависит от длины радикала и способности полярной части молекул образовывать гидрофильную оболочку мицелллы. Диаметр сферических мицелл примерно равен удвоенной длине молекул ПАВ.

При дальнейшем увеличении концентрации ПАВ выше ККМ мицеллярная система проходит ряд равновесных состояний, характеризуемых определенным числом агрегации и формой мицелл.

 

Переход сферических мицелл (а) в цилиндрические (б); переход упаковки цилиндрических мицелл (в) в пластинчатую мицеллу (г).

Коллоидные ПАВ с двумя углеводородными радикалами, например (С₁₇Н₃₃СОО)₂Са, в области ККМ образуют мицеллы в виде бислоя дифильных молекул (плоского или сферического) с углеводородными радикалами внутри слоя и полярными частями снаружи, обращенными к воде. Плоские мицеллы называются везикулами, а сферические –– липосомами.

Схема строения участка везикулы (а) и липосомы (б).

Строение двойного электрического слоя мицелл ионогенных ПАВ в водных растворах

 

Схема строения мицеллы коллоидного ПАВ.

В целом строение мицелл коллоидных ПАВ и двойных электрических слоев на них аналогичны строению мицелл неорганических золей и схему их строения можно записывать так же, как и для неорганических мицелл.

{[(C₁₇H₃₃COO^-)_n ∙ (n – x) Na⁺] ∙ x Na⁺}

Мицелла олеата натрия с числом агрегации n

Солюбилизация в растворах коллоидных ПАВ

Солюбилизация –– явление растворения веществ в мицеллах ПАВ. В водных мицеллярных системах ПАВ солюбилизируются вещества, практически… Вещество, растворяющееся в мицеллах — солюбилизат.

Способ включения веществ в мицеллу зависит от природы солюбилизата.

 

 

Способы включения органических веществ в мицеллы в водных растворах ПАВ; а) углеводорода в ионную мицеллу; б) полярного вещества в ионную мицеллу; в) фенола в мицеллу неионогенного ПАВ.

Процесс солюбилизации самопроизвольный и обратимый. Данной концентрации ПАВ и температуре соответствует вполне определенное насыщение раствора солюбилизатом.

Количественная характеристика солюбилизации ––относительная солюбилизация S — отношение числа моль солюбилизированного вещества N_сол к числу моль ПАВ, находящегося в мицеллярном состоянии, N_миц: S = N_сол / N_миц.

Мицеллы в биологии, физиологии и медицине

В последние годы при изучении мицеллярных систем, образующихся в организме, была установлена их роль в механизме возникновения проницаемости клеточных мембран для водорастворимых и малорастворимых веществ, в солюбилизации холестерина и белков при включении их в клеточные мембраны, в прямом включении мицеллярной фазы в каталитические реакции (например, с участием ферментов), в транспорте и адсорбции липидов, в процессах усвоения пищевых ингридиентов, в физиологическом действии лекарств, например, таких, как анестетики и транквилизаторы, активность которых обусловлена их дифильной структурой, определяющей взаимодействие их с биологическими мембранами.

Рассмотрим, например, какую роль играют мицеллы в транспорте липидов. В предыдущей лекции мы остановились на рассмотрении образования высокодисперсных эмульсий жиров, что ускоряет их ферментативный гидролиз и всасывание. Однако, основная часть жиров всасывается в тонком кишечнике только лишь после расщепления их ферментом поджелудочной железы на жирные кислоты и моноглицериды. Всасывание этих соединений происходит при участии желчи. Жирные кислоты и моноглицериды образуют с компонентами желчи мицеллы, которые солюбилизируют холестерин и жирорастворимые витамины (A, D, E, K). Таким образом, мицеллярная система обеспечивает растворимость витаминов, липидов и продуктов их распада в водной среде организма и всасывание их в кишечную стенку. Малые размеры мицелл (они примерно в 100 раз меньше самых маленьких капель эмульсий) и гидрофильность их оболочек позволяет мицеллам активно передавать липиды акцепторам клеточных мембран и осуществлять транспорт липидов внутрь клетки.

Биологическая активность и, особенно, специфичность многих биохимических процессов требует соответствующей структурной организации биологически важных компонентов организма. Мицеллообразование обеспечивает один из уровней организации молекул, причем, эта организация обратима. Переход мономер — мицелла в организме может быть одним из регулирующих механизмов, а равновесие между сферическими и плоскими мицеллами рассматривается как способ регуляции свойств биологических мембран.

Наконец, переход липидных бислоев клеточных мембран в сферические мицеллы считается существенным для обеспечения слияния клеток, поскольку липидный бимолекулярный слой представляет собой термодинамически устойчи­вую систему, которая может противостоять слиянию с себе подобными структурами.

В современной медицинской практике существует растущая потребность в "адресных" лекарственных формах, при применении которых может быть осуществлен контроль поступления лекарств к тем клеточным структурам, на которые и направлено действие лекарственного препарата, другие клетки при этом не подвергаются такому воздействию. Использование лекарственных препаратов, солюбилизированых в мицелах колоидных ПАВ, или, как теперь принято называть такие формы, инкапсулированных в мицеллах, дает возможность создавать такие "адресные" лекарства.

Возможность изготавливать лекарственные формы нерастворимых в воде лекарственных веществ:инъекционные растворы гормонов взамен таблеток, водные растворы камфары вместо масляных, растворы барбитуратов, аспирина, каротина.

Снижение дозировки и возможность уменьшения побочного действия вследствие быстрого и полного всасывания лекарственного вещества.

ЛЕКЦИЯ № 9

СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ В ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМАХ И РАСТВОРАХ ВМС. РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗОЛЕЙ И РАСТВОРОВ ВМС

СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ

Гели — коллоидные системы, потерявшие текучесть в результате образования в них внутренних структур; обычно эластичны, но могут быть и хрупкими. Студни — растворы ВМС, потерявшие текучесть в результате образования в них… Гелеобразование — процесс превращения золей в гели.

В частично астабилизованных золях факторы устойчивости ослаблены на выступах, ребрах, углах коллоидных частиц, которыми они контактируют между собой.

Конденсационно-кристаллизационные структуры — возникают либо в результате образования химических связей между частицами, либо вследствие сращивания…    

Образование структур в золях с частицами разной формы

  На гелеобразование влияют: – концентрация золя;

Связи образуются между любыми участками макромолекул, на которых ослаблена или отсутствует гидратная оболочка (оголенные участки).

Структура студня, образованного фибриллярным белком

На застудневание влияют:

– концентрация раствора;

– температура;

– рН среды;

– электролиты.

Особенности гелей и студней

Гели при высыхании уменьшаются в объеме и становятся хрупкими, потом рассыпаются в порошок.

Студни также уменьшаются в объеме, но сохраняют эластичность.

Студни способны к набуханию, гели не набухают.

Синерезис — уменьшение объема эластичного геля или студня за счет усовершенствования контактов между мицеллами и перегруппировки их или увеличения…   Скорость синерезиса увеличивается при незначительном повышении температуры; у белковых студней синерезис идет быстрее…

Биологическое и медицинское зачение структурированных систем

Студни очень широко представлены в растительных и животных организмах, они определяют структуру клеток, водообмен и другие свойства организма. Так, в организме человека студнями являются цитоплазма клеток, водянистое содержимое глазного яблока, вещество мозга.

Мышцы включают студни, содержащие фибриллярный белок миозин. Студни миозина обладают сильно выраженными тиксотропными свойствами. Под влиянием нервных импульсов и вследствие эластичности эти своеобразные студни способны сокращаться, совершать работу и обеспечивать двигательные процессы организма. Протоплазма клеток также тиксотропна. Легкий переход цитоплазмы из студня в раствор и обратно (переход цитоскелет раствор) лежит в основе функционального состояния клеток.

Синерезис белковых студней приводит к уплотнению тканей, что отрицательно сказывается на проницаемости, например, клеточных мембран и цитоплазмы и ведет к нарушению обмена веществ между клеткой и окружающей средой, в результате чего изменяется химический состав среды и усиливается медленная денатурация белковых систем организма.

ВЯЗКОСТЬ ЗОЛЕЙ И РАСТВОРОВ ВМС

Ньютоновские жидкости

Закон Ньютона F = h S, Закон Пуазейля Теория вязкости разбавленных агрегативно устойчивых золей (Эйнштейн) Постулаты Эйнштейна: частицы жесткие; частицы не взаимодействуют между собой; отсутствует “проскальзывание” частиц в…

Вязкость концентрированных растворов ВМС

Неньютоновские жидкости

Ньютоновская жидкость;

Растворы ВМС со сферическими(а)

И вытянутыми (б) макромолекулами;

Структурированная система

η = ηн + ηстр, где ηн — нормальная вязкость ламинарного потока и ηстр — структурная… Аномалии вязкости (аномальная вязкость) — отклонения от законов Ньютона и Пуазейля.