09 Коллоидные растворы


Чтобы посмотреть презентацию с картинками, оформлением и слайдами, скачайте ее файл и откройте в PowerPoint на своем компьютере.
Текстовое содержимое слайдов презентации:

Лекция"Коллоидные растворы.Молекулярно-кинетическиеи оптические свойства.Строение коллоидных частиц." Кафедра общей и медицинской химии Граф структуры Гомогенные и Гетерогенныесистемы Степень дисперсностивещества Получение,очистка и свойствазолей Способы очистки Методы получения Общие свойства Медико-биологическоезначение Диализ Физические Диспер-сионные Конденса-ционные Физические Химические Мельницы,Ультразвук,дуга Пептизация Химические Заменарастворителя Ред-окс,Гидролиз,обмен Электродиализ Ультра-фильтрация Гель-хрома-тография молекулярно-кинетические Оптические Электро-кинетические Диффузия иосмос Седиментация Броуновскоедвижение Электрофорези электроосмос Потенциалыпротекания и седиментации Коллоидные растворы – гетерогенные системы, состоящие из дисперсионной среды (непрерывная фаза), дисперсной фазы (прерывная) и стабилизатора. Зигмонди Рихард Адольф1.06.1865 – 23.09.1929 Разработал (1898) методику получения и ультрафильтрации коллоидных растворов. Сконструировал (1903) ультрамикроскоп для наблюдения броуновского движения. Исследовал свойства и коагуляцию коллоидных растворов. Предложил классификацию коллоидных частиц по их размерам и взаимодействию с дисперсионной средой. Изучал (1911) структуру гелей.Разработал способы получения цветного стекла, в том числе матового. Нобелевская премия (1925г) « за установление гетерогенной природы коллоидных растворов и за разработанные в этой связи методы, имеющие фундаментальное значение в современной коллоидной химии» Устойчивы кинетически и термодинамически, не расслаиваются Относительно устойчивы, расслаиваются со временем Гомогенные Гетерогенные Частицы проходят через ультрафильтраты (мембраны) Частицы задерживаются ультрафильтратами (целлофаны, пергамент) Частицы проходят через бумажный фильтр Фильтруются через бумажный фильтр Прозрачные, неопалесцирующие, конус Тиндаля не наблюдается. Частицы не видимы в ультрамикроскоп. Прозрачные, опалесцирующие – рассеивают свет, дают конус Тиндаля. Видимы в ультрамикроскоп. Молекулярные и ионные (истинные) растворы Коллоидные (ультрамикрогетерогенные) системы Отличия от истинных растворов КЛАССИФИКАЦИЯ I. По размерам частиц Способы достижения коллоидной степени дисперсности Увеличение площади границы раздела фаз в зависимости от размера частиц грубодисперсные системы Истинные растворы-граница раздела фаз исчезла Цветные стекла, рубин, минералы, сплавы, драгоценные камни Жемчуг, почва, слизь, гели, гелевые лекарства Хлеб, пемза, активированный уголь, силикагель Твердое вещество Суспензии, коллоидные растворы, нерастворимые в воде лекарства Молоко, лекарственные эмульсии, мази Мыльная и морская пена,газовые эмульсии Жидкость Пыль, дым, аэрозоли твердых лекарств Аэрозоли, туман, облака, жидких лекарств ---- Газ Твердое вещество Жидкость Газ ФазаСреда 2. По агрегатному состоянию(границе раздела фаз) 3. По характеру взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой: Стабилизатор не требуется Необходим стабилизатор Термодинамически устойчивы Термодинамически неустойчивы Экзэргонический процесс образования Эндэргонический процесс образования Образуются самопроизвольно Образуются за счет затраты энергии извне Сильное взаимодействие между дисперсной фазой и дисперсионной средой (большая гидратная оболочка) Слабое взаимодействие между дисперсной фазой и дисперсионной средой (гидратная оболочка -тонкая) Лиофильные системы:коллоидные растворы ПАВ и ВМС (белки, мыла, глины, крахмал) Лиофобные системы: коллоидные растворы со стабилизатором (золи), суспензии, эмульсии, пены, аэрозоли (протаргол, преднизолон, красители, фибриноген) 4. По структурно-механическим свойствам Дисперсная фаза практически неподвижна, так как образует сплошную структуру (сетку, каркас), внутри которой заключена дисперсионная среда Дисперсная фаза подвижна, обладает текучестью. Представлена отдельными не связанными между собой частицами, относительно равномерно распределенными в объеме дисперсионной среды Связнодисперсные системы:лиогели, студни, волокнистые и пористые капиллярные системы (костная ткань, студни) Свободнодисперсные системы:лиозоли, суспензии, эмульсии, кровь, биологические мембраны,аэрозоли - туманы, дым, пыль 5. По природе дисперсионной среды Жидкая - лиозоли Воздух - аэрозоли Твердая - солидозоли Способы получения золейI. Дисперсионные - из грубодисперсных систем (измельчение) a) Механическое дробление - осуществляют с помощью шаровых и коллоидных мельниц в присутствии жидкой дисперсионной среды и стабилизатора. б) Электрическое диспергирование - используют для получения золей металлов. При получении органозолей (дисперсионная среда – органический растворитель) применяют высокочастотный искровой заряд. Теодор Сведберг(30.08.1884-25.021971) Его исследования были посвящены получению гидрозолей металлов с помощью распыления электрической искрой. Определил коэффициент диффузии коллоидных растворов, блестяще подтвердив теорию Эйнштейна-Смолуховского. Усовершенствовал ультрацентрифугу. Сфотографировал путь коллоидных частиц через ультрамикроскоп. Нобелевская премия (1926) «за работы в области дисперсных систем» в) Измельчение с помощью ультразвука (дробление почечных камней) г) Пептизация - раздробление свежеприготовленных рыхлых осадков на отдельные коллоидные частицы при добавлении небольшого количества электролита - пептизатора. Пептизация имеет биологическое значение: рассасывание атероскле-ротических бляшек, почечных и печеночных камней, действие антикоагулянтов при тромбофлебитах сводится, в сущности, к явлению пептизации. II. Конденсационные – из истинных растворов (укрупнение). а )Физические - метод замены растворителя. Раствор вещества прибавляют к жидкости, в которой растворенное вещество мало растворимо и выделяется в виде высокодисперсной фазы. Золи серы, холестерина и канифоли получают добавлением спиртовых растворов этих веществ к воде. б) Химические 1) Реакции восстановления Формула мицеллы золя золота 2) Реакции окисления мицелла MnO2 (при электрофорезе движется к аноду) 3) Реакции двойного обмена избыток избыток движется к аноду движется к катоду г) Реакции гидролиза Мицелла золя гидроксида железа Гидролиз используют для получения золей гидроксидов тяжелых металлов, повышая температуру и с увеличивая разведение. ( движется к катоду ) Молекулярно-кинетические свойства. 1. Броуновское движение При рассматривании в микроскоп тонкой суспензии (мастика) или эмульсии (разбавленное водой молоко) наблюдается хаотическое, беспорядочное движения частиц. Явление было открыто английским ботаником Р. Броуном (1827) и получило название броуновского движения. Броуновское движение в коллоидах отражает характер и законы теплового движения обычных молекул и описывается уравнением А.Эйнштейна - М.Смолуховского (1906): Мариан Смолуховский(1872-1917) Внес существенный вклад в кинетическую теорию материи, развив статистические идеи Больцмана. Предложил количественную теорию броуновского движения, объяснив его тепловым движением. Проводил теоретические исследования эмульсий и работал над теорией коагуляции. где D - коэффициент диффузии, м2/с. 2. Диффузия – процесс направленного движения вещества из области бульших концентраций в область меньших. Формула Стокса-Эйнштейна По коэффициенту диффузии (D) можно определить размеры коллоидных частиц и величину макромолекул Закон Фика Масса диффундирующего вещества прямо пропорциональна коэффициенту диффузии, площади поперечного сечения, градиенту концентрации и времени. Исследование седиментационного равновесия проводят в ультрацентрифугах, которые позволяют превышать ускорение силы тяжести в сотни тысяч раз. 3. Седиментация – процесс оседания частиц дисперсной фазы в жидкой или газообразной среде под действием силы тяжести Закон Стокса В Нобелевской лекции (1927) Сведберг описал большое потенциальное значение, какое, по его мнению будет иметь ультрацентрифуга для прогресса во многих областях, включая медицину, физику, химию и промышленность. Теодор Сведберг 30.08.1884 -26.02.1971 Формула Сведберга Ультрацентрифуги широко используются в химии белков, нуклеиновых кислот, вирусов и других клеточных структур для определения размера частиц и их фракционного состава. Способность к седиментации выражают константой Сведберга (S) – отношением скорости оседания к ускорению свободного падения. Единица измерения – Сведберг : S=1Сб=10-13 сек Разделение бактерий в ультрацентрифуге Более высокие шансы “прицельного” зачатия дает техника разделения “мальчиковых” и “девочковых” сперматозоидов при помощи ультрацентрифугирования. Отделяя такие «однополые» сперматозоиды, искусственно оплодотворяют яйцеклетки, повышая, таким образом, вероятность рождения малыша заданного пола. Но прибегнув к этой методике, Вам придется отказаться от возможности зачать кроху естественным путем, да еще и расстаться с солидной суммой денег. Проба свежей крови выдерживается в вертикально расположенном капилляре. Скорость оседания наблюдается визуально по перемещению окрашенной границы между слоями.В норме СОЭ не превышает 10-12 мм/ч Скорость оседания эритроцитов ( СОЭ ) – один из методов клинического анализа крови. При патологии СОЭ возрастает.в связи с уменьшением агрегативной и седиментационной устойчивости крови Движущая сила осмоса - стремление к выравниванию концентраций. Растворитель устремляется в область повышенной концентрации вещества. Процесс прекращается, когда давление становится равным атмосферному. 4. Осмотическое давление Осмотическое давление - величина, измеряемая минимальным гидравлическим давлением, которое нужно приложить к раствору, чтобы осмос прекратился. Осмотическое давление пропорционально числу частиц растворенного вещества в единице объема раствора и не зависит от природы и массы частиц. Первая Нобелевская премия по химии (1901год) Теоретические работы Вант-Гоффа внесли существенный вклад в развитие учения о химической кинетике, химическом равновесии, о свойствах растворов. Разработал основы стереохимии. Якоб Гендрик Вант-Гофф(1852–1911) Закон Вант-Гоффа Закон Вант-Гоффа Осмотическое давление вещества в растворе равно тому давлению, которое оно оказывало, если бы находилось в том же объеме, будучи в газообразном состоянии. Для 1М раствора любого вещества при T = 273 К Росм = 2,27·106 Па (22,4 атм.). 1%-ный коллоидный раствор золя золота с частицами в 1 ммкм имеет осмотическое давление, примерно в 20 раз меньше, чем 1%-ного раствора сахара при этих же условиях. Коллоидная частица по сравнению с обычной молекулой обладает очень большой массой, поэтому при одинаковой массовой концентрации в коллоидном растворе содержится во много раз меньшее число частиц коллоида, чем в истинном растворе Осмотическое давление коллоидных растворов незначительно и проводить наблюдения в обычных условиях очень трудно. Лизис, плазмолиз, гемолиз. Лизис - разрыв клетки при введениигипотонического по отношению к крови раствораГемолиз - разрыв эритроцитных оболочек при введениигипотонического по отношению к крови раствора Плазмолиз - обезвоживание эритроцитов при введениигипертонического по отношению к крови раствора Осмотическое давление крови человека составляет 7.4-7.8 атм.Начальная стадия гемолиза происходит при местном снижении осмотического давления до 3,5–3,9 атм, а полный гемолиз при 2,5- 3,0 атм. Оптические свойства коллоидных растворов Закон Рэлея Джон Уильям Стретт, третий барон Рэлей(12.11.1842 – 30.06.1919) Изучал световые и звуковые волны электромагнетизм, механику, капиллярность, термодинамику. Нобелевская премия (1904) «за исследования плотностей наиболее распространенных газов и за открытие аргона в ходе этих исследований». Закон Рэлея I и I0 - интенсивности рассеянного и падающего света, v - число частиц в 1 м3 золяV - объем отдельной частицы,К - константа, зависящая от коэффициентов преломления фазы и среды. Из уравнения следует, что короткие волны (синяя и фиолетовая часть спектра) рассеиваются сильнее, чем длинные волны (желто-красная часть спектра). Опалесценция -явление рассеяния света мутной средой, обусловленное её оптической неоднородностью. Наблюдается матовое свечение (чаще всего голубоватых оттенков) при освещении большинства коллоидных растворов. Джон Тиндаль (1820 –1893) Исследовал явления магнетизма, рассеяние света в мутных растворах, строение и движение ледников в Альпах. Прославился как блестящий лектор, экспериментатор. Автор книги «Фарадей как исследователь». Джон Тиндаль родился в 1820 году к югу от Дублина, в графстве Карлоу. Затем он переехал в Англию, а потом — в Германию, которая в то время считалась лидером по части экспериментальных наук. Среди его учителей был великий химик Роберт Бунзен. В основе эффекта лежит рассеяние видимого света коллоидными частицами, которое связано с размерами коллоидных частиц и длиной волны падающего света. Конус Тиндаля Частицы, размеры которых соизмеримы с длиной полуволны r=1/2λ, а именно такими являются коллоидные частицы, рассеивают свет во все стороны: световые волны, наталкиваясь на подобные частицы, огибают их, и луч отклоняется от прямой линии (явление дифракции света). Конус Тиндаля тем ярче, чем выше концентрация и больше размер частиц. Интенсивность светорассеяния резко увеличивается с уменьшением длины световой волны.Высокодисперсные системы рассеивают более короткие световые волны и поэтому имеют голубоватую окраску. Путем несложного эксперимента легко установить, является ли раствор коллоидным или истинным - молекулярным, ионным. Спектры рассеяния света позволяют изучать размеры и формы коллоидных частиц. Нефелометрия Нефелометр имеет два одинаковых цилиндрических сосуда, один из которых наполняется исследуемым коллоидным раствором, а другой стандартным. Сосуды освещаются сбоку сильным пучком параллельных лучей, при этом наблюдается явление Фарадея–Тиндаля. h1, h2 — высота жидкости в сосудах; С1 и С2 — концентрация золей. Интенсивность рассеянного света прямо пропорциональна числу частиц в единице объема, поэтому отношение высот обратно пропорционально числу частиц в единице объема: Ультрамикроскопия Дифракционное светорассеяние коллоидных систем используется в ультрамикроскопе. В обычном микроскопе луч света попадает в глаз наблюдателя, в ультрамикроскопе - лучи от источника света падают на исследуемый раствор под прямым углом к тубусу, не попадая в глаз. Строение коллоидных частиц Золи имеют мицеллярное строение При электрофорезе золь перемещается к аноду (+) При электрофорезе золь перемещается к катоду (-) Схема мицеллы золя гидроксида железа Схема мицеллы золя сульфида мышьяка Значение коллоидных растворов Не случайно Оствальд назвал коллоидные системы «миром обойденных величин» — в его время коллоидные растворы были мало изучены и плохо использовались человеком. В широком смысле слова коллоидами являются все живые и растительные организмы. Большую часть пищи мы принимаем в коллоидном состоянии. Коллоиды — это разнообразные строительные материалы, многие лекарства, краски. Штамповка печатной краской, которая представляет собой коллоидную систему. Использование коллоидов в промышленности: пищевой, текстильной, резиновой, кожевенной, лакокрасочной, керамической, строительных материалов (цемент, бетон, пенобетон, вяжущие растворы), угольной, торфяной, горнорудной и нефтяной (брикеты угольной и торфяной пыли, суспензии и пены на обогатительных фабриках, нефтяные эмульсии и промывочные растворы при бурении скважин). Обогащение полезных ископаемых(процессы дробления и измельчения, флотации ) Разрушение горных пород. В технологии фотографических процессов, искусственного волокна, пластических масс, смазочных и горючих материалов При приготовлении дезинфицирующих растворов. При образовании дымовых завес, распылении химикатов токсичных дымов и туманов При очистке воздуха (построена на закономерностях, установленных при исследовании аэрозолей) При механической и термической обработке металлов и их сплавов. При очистке питьевой воды (основана на процессах адсорбции и взаимной коагуляции) Коллоидам принадлежит решающая роль в плодородии почв Пектины слизи у растений находятся в коллоидном состоянии Медико-биологическое значение 1. Коллоидные растворы способствуют усвоению пищиХлеб, молоко, масло - коллоидные системы. Тонко раздробленный жир в молоке и сливочном масле усваивается организмом лучше, чем жир в сплошной массе, например, сало. 2. Внутривенное вливание жировых эмульсий на основе хлопкового, соевого и оливкового масел применяются для энергетического обеспечения голодающего или ослабленного организма. Помним, что при введении эмульсионных лекарственных препаратов в организм через кожу используют обратные эмульсии (вода/масло) При введении эмульсионных лекарственных препаратов в организм перорально используют прямые эмульсии (масло/вода) Прямые эмульсии – среда полярна, фаза неполярна (масло/вода) Обратные эмульсии - среда неполярна, фаза полярна (вода/масло) 4. Использование лекарственных веществ в виде суспензий, эмульсий, мазей, кремов , паст.Сильно раздробленные вещества легче проникают через поры кожи, эффективнее действуют на организм 3. Применение антибиотиков в качестве аэрозолей при лечении инфекционных и аллергических заболеваний дыхательных путей и легких. 5. Реконструкция поврежденных костейПористый биокерамический стержень (гидроксиапатит) с введенными в него стволовыми клетками превращается в нормальную костную ткань "Человек – бродячий коллоид" 6. Биологические жидкости- кровь, плазма, лимфа, спинномозговая жидкость представляют собой коллоидные системы, в которых ряд веществ - белки, холестерин, гликоген и многие другие находятся в коллоидном состоянии. Спасибо за внимание!

Приложенные файлы

  • ppt 7438366
    Размер файла: 4 MB Загрузок: 2

Добавить комментарий