Файл: Лпз 3 Дисперсные системы. Получение и свойства лиофобных золей.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.04.2024
Просмотров: 12
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ЛПЗ 3 Дисперсные системы. Получение и свойства лиофобных золей.
1. Дисперсная система. Степень дисперсности.
2. Классификация дисперсных систем:
1) по степени дисперсности коллоидных систем;
2) по степени взаимодействия между дисперсной фазой и дисперсионной средой;
3) по агрегатному состоянию фазы и среды (аэрозоли, лиозоли, солидозоли).
3. Методы получения лиофобных золей по подвижности дисперсной фазы (конденсационные и дисперсионные; физические и химические). Привести примеры. Пептизация.
4. Методы очистки лиофобных золей: диализ, электродиализ, ультрафильтрация, обратный осмос.
5. Строение мицеллы. Механизм возникновения двойного электрического слоя. Селективная адсорбция ионов.
-
Правило Панета – Фаянса. Зависимость адсорбционной способности ионов от заряда, размеров и степени гидратации. -
Электрокинетический потенциал коллоидных частиц, его зависимость от присутствия электролитов; методы определения. -
Электрокинетические свойства. Открытие явлений электрофореза и электроосмоса (работы Рейса). -
Электрофорез. Уравнение Гельмгольца – Смолуховского. Электрофоретическая подвижность. Электрофоретические методы исследования в медицине. Иммуноэлектрофорез. -
Электроосмос и его практическое применение в медицине.
Теоретическая часть
Дисперсная система (ДС) — это система, в которой хотя бы одно вещество находится в раздробленном состоянии.
ДС имеет два характерных признака: гетерогенность и дисперсность. Гетерогенность означает, что система состоит как минимум из двух фаз. Особенность ДС состоит в их дисперсности — одна из фаз обязательно должна быть раздробленной, ее называют дисперсной фазой. Сплошная среда, в которой раздроблена дисперсная фаза, называется дисперсионной средой. Фаза считается дисперсной, если вещество раздроблено хотя бы в одном направлении.
Характерным свойством ДС является наличие большой межфазной поверхности. В связи с этим определяющими являются свойства поверхности, а не частиц в целом. Характерными являются процессы, протекающие на поверхности, а не внутри фазы.
Классификация ДС
Классификация ДС может быть проведена на основе различных свойств.
-
Классификация по степени дисперсности.
ДС делятся на:
- грубодисперсные системы, d > 10 -3 см;
- микрогетерогенные системы, 10-5< d < 10-3 см;
- коллоидно-дисперсные системы или коллоидные растворы, 10-7< d < 10-5 см;
- истинные растворы, d < 10-7 см.
Необходимо подчеркнуть, что самую большую удельную поверхность имеют частицы дисперсной фазы в коллоидных растворах.
2. Классификация по агрегатному состоянию фаз
Классификация по агрегатному состоянию фаз была предложена Вольфгангом Оствальдом. В принципе возможно 9 комбинаций. Представим их в виде таблицы.
3.Классификация по взаимодействию дисперсной фазы и дисперсионной среды (ПО МЕЖФАЗНОМУ ВЗАИМОДЕЙСТВИЮ)
Эта классификация пригодна только для систем с жидкой дисперсионной средой. Фрейндлих предложил подразделить ДС на два вида:
- лиофобные, в них дисперсная фаза не способна взаимодействовать с дисперсионной средой, а, следовательно, и растворяться в ней, к ним относятся коллоидные растворы, микрогетерогенные системы;
- лиофилъные, в них дисперсная фаза взаимодействует с дисперсионной средой и при определенных условиях способна в ней растворяться, к ним относятся растворы коллоидных ПАВ и растворы ВМС.
4. Классификация по межчастичному взаимодействию
Согласно этой классификации ДС подразделяют на:
- свободнодисперсные (бесструктурные);
- связнодисперсные (структурированные).
В свободнодисперсных системах частицы дисперсной фазы не связаны друг с другом и способны независимо передвигаться в дисперсионной среде.
В связнодисперсных системах частицы дисперсной фазы связаны друг с другом за счет межмолекулярных сил, образуя в дисперсионной среде своеобразные пространственные сетки или каркасы (структуры). Частицы, образующие структуру, не способны к взаимному перемещению и могут совершать только колебательные движения.
Методы получения коллоидных растворов (золей)
Все методы получения дисперсных систем сводятся либо к объединению молекул или ионов в агрегаты дисперсной фазы, либо к доведению частиц вещества до определенной степени дисперсности.
Методы получения| Конденсационные | Диспергационные |
|
|
|
|
| |
|
| |
|
| |
|
В соответствии с этим получение дисперсных систем осуществляется конденсацией и диспергированием. В основе этих методов лежат два противоположных процесса – агрегация более мелких частиц (конденсация) и дробление более крупных частиц (диспергирование), приводящих к единому результату – образованию дисперсных систем.
Конденсационные методы получения лиофобных коллоидов
Взаимодействие ионов и молекул с образованием частиц коллоидных размеров может быть достигнуто физическими и химическими методами.
Химическая конденсация
Метод окисления. В результате реакции окисления может быть получен коллоидный раствор, например: 2H2S + SO2 → 3S↓ + 2H2O.
Образующиеся атомы нейтральной серы затем самопроизвольно конденсируются в коллоидные частицы серы:
{[S] m nHS – (n-x) H+ } x– xH + .
Реакция восстановления. На реакции восстановления основан один из наиболее распространенных химических методов получения коллоидных растворов металлов. В качестве восстановителей обычно используются вещества, обладающие восстанавливающими свойствами, как, например, газообразный водород, формалин, танин. Например, реакции получения золя серебра восстановлением разбавленных растворов солей серебра в щелочной среде танином (С76Н52О46 ):
2AgNO3 +K 2CO3 →Ag 2O + 2KNO3 + CO2
3 Ag 2O + С76Н52О46 →6Ag ↓+ С76Н52О49
Строение мицеллы данного золя можно представить следующей схемой: {[Ag] m m Ag2O nAgO – (n-x) K +
} x– xK + .
В медицине применяются коллоидные препараты серебра – колларгол, протаргол.
Красный золь золота, применяемый в медицине, получают восстановлением натриевой соли золотой кислоты формальдегидом:
NaAuO2 + HCOH + Na 2CO3 →Au↓ + HCOONa + H2O.
Строение мицеллы данного золя можно представить следующей схемой:
{[Au] m · nAuO2 – · (n-x) Na + } x– xNa + .
Реакция обмена. В результате реакции обмена образуется новое малорастворимое вещество, способное сохраняться в высокодисперсном состоянии при наличии ряда соответствующих благоприятных условий (концентрация реагирующих веществ, примеси и др.). Примером может служить получение золя сернистого мышьяка:
2H3 AsO3 + 3H2S →As2S3 ↓ + 6H2O,
{[ As2S3]m nНS – · (n-x)Н + } x– xН+
Реакция гидролиза. Гидролизом широко пользуются при получении золей из солей, если в результате реакции гидролиза образуются плохо растворимые вещества. Так, например, нерастворимый гидроксид железа(III) получается при гидролизе хлорида железа(III) при температуре 1000С по уравнению:
FeCl3 + 3H2O →t Fe(OH)3 ↓+ 3HCl.
Образующийся на поверхности его частиц оксохлорид железа(III),
Fe(OH)3 + HCl →FeOCl + 2H2O, диссоциирует на ионы:
FeOCl → FeO + +Cl – , которые образуют двойной электрический слой
вокруг частиц Fe(OH)3 и удерживают их во взвешенном состоянии:
{[Fe(OH)3 ] m nFeO + (n–x)Cl – } x+ xCl – .
Физическая конденсация
Метод замены растворителя. Метод основан на выделении растворенного вещества из раствора в виде высокодисперсной нерастворимой фазы путем замены растворителя. Молекулы растворенного вещества, находящегося в состоянии молекулярной дисперсности в одном растворителе, попадая в условия малой растворимости при замене растворителя, начинают конденсироваться в более крупные коллоидные частицы. Данным методом можно приготовить золи серы, холестерина, канифоли, мастики при вливании спиртовых растворов этих веществ в воду.
Диспергационные методы получения дисперсных систем
Диспергированием называют тонкое измельчение твердых материалов или жидкостей и распределение их частиц в жидкой или газообразной среде, в результате чего образуются порошки, суспензии, эмульсии, аэрозоли.
Механические методы. Для дробления веществ в лабораториях и на производствах применяются устройства, работающие по принципу ударного размельчения и растирания, диспергируемых материалов; к таким устройствам относятся шаровые и коллоидные мельницы.
Ультразвуковой метод. Диспергирующее действие ультразвука связано с тем, что при прохождении звуковой волны в жидкости происходят локальные быстро сменяющиеся сжатия и растяжения, которые создают разрывающее усилие и приводят к диспергированию взвешенных частиц. Таким путем получают высокодисперсные эмульсии и суспензии, в том числе пригодные для внутривенного введения. Кроме того, при действии ультразвука на коллоидные растворы, эмульсии, суспензии происходит их стерилизация, так как кавитация (образование пузырьков) вызывает разрушение тел микроорганизмов и их спор. Кавитация возникает во время ударной волны при липотрипсии и играет важную роль при разрушении камней в почках.
Электрический метод. Метод получения коллоидных растворов при помощи электричества, который предложен Бредигом (1898), можно использовать главным образом, для приготовления гидрозолей благородных металлов. Этот метод основан на получении электрической дуги между электродами, состоящими из диспергируемого металла (серебра, золота). Под воздействием высокой температуры происходит испарение материала электродов в дисперсионной водной среде. Затем пары металла конденсируются в коллоидные частицы, образуя соответствующий золь. Процесс проводят при охлаждении.
Метод самопроизвольного диспергирования. Этот метод может быть использован для получения растворов высокомолекулярных веществ из твердых полимеров диспергированием их в соответствующих растворителях, как, например, при растворении в воде крахмала, гуммиарабика, желатина, сухого белка, агар-агара.
Метод самопроизвольного диспергирования твердого вещества в жидкой среде приводит к образованию двухфазной устойчивой коллоидной системы. Самодиспергирование совершается без внешних механических воздействий на этот процесс; так, например, некоторые масла могут самопроизвольно эмульгироваться в воде при наличии в среде стабилизатора (15 – 35% натриевого мыла).