Файл: Карюхина Т.А. Химия воды и микробиология учебник.pdf

светлый конус (эффект Тиндаля, описавшего это яв­ ление).

Коллоидные растворы можно отделить от истинных, если подобрать пористую Мембрану, через которую сво­ бодно проходят ионы и не проходят коллоидные частицы. Этот способ разделения растворов называется ди­ ализом.

К числу важнейших свойств золей относится нали­ чие электрического заряда на поверхности частиц. Воз­ никновение зарядов объясняется адсорбцией коллоид­ ными частицами ионов из раствора.

§ 10. Устойчивость коллоидных систем. Коагуляция и седиментация

Коллоидные частицы (мицеллы) имеют слож­ ное строение (рис. 3). В частице различают нейтральное ядро, адсорбированные и притянутые ионы. В качестве

примера на рис. 3 приведено строение мицеллы золя кремниевой кислоты (H 2 Si0 3 ), который образуется до­ бавлением к соляной кислоте Н О раствора кремнекисло­

ся декомпенсация зарядов и образование электрокине­ тического потенциала частицы. Заряд на частицах пре­ пятствует их сближению, чем, в частности, и определя­ ется устойчивость коллоидной системы. В целом устойчивость коллоидных систем определяется наличием заряда у гранулы, диффузионного слоя и гидратной обо­ лочки.

22

Объединение коллоидных частиц в более крупные об­ разования называется коагуляцией, а осаждение под действием силы тяжести — седиментацией.

Коагуляция может происходить при добавлении электролита (золя с противоположным знаком заряда частиц) и при нагревании.

При добавлении электролита потенциал на поверхно­ сти частицы снижается за счет притягивания ионов про­ тивоположного заряда. Кроме того, разрушается диф­ фузионный слой в результате дегидратации мицеллы. Взаимная нейтрализация заряда происходит при смеше­ нии двух золей с противоположно заряженными части­ цами.

При нагревании уменьшается способность мицелл . к адсорбции, что снижает заряд частиц и разрушает гидратные оболочки.

Золи обладают способностью образовывать студени­ стую массу, когда в связанном состоянии находится вся

плазма живых клеток, молоко, сок растений. Много зо­ лей находится в почве.

Г л а в a III

ОКИСЛИТЕЛЬНОВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ. ПРОЦЕССЫ АДСОРБЦИИ И КАТАЛИЗА

§ 11. Сущность процесса окисления и восстановления

Окислительно-восстановительными называют­ ся реакции, протекающие с изменением степени окисле­ ния атомов, входящих в состав реагирующих веществ. Окислительно-восстановительные реакции являются са­ мыми распространенными в природе и в технике. Фото-

23

синтез, дыхание, обмен веществ •— все эти процессы ос­ нованы на окислении и восстановлении.

Для описания окислительно-восстановительных реак­ ций введено понятие «степень окисления» взамен поня­ тия валентности. Понятие это условно и не характеризу­

степень окисления (например, степень окисления кисло­ рода почти всегда, за некоторым исключением, —2; фто­ ра — 1 , водорода + 1 ) . Степень окисления молекул про­ стых веществ, а также атомов элементов равна нулю, а

куле всегда равна нулю. Степень окисления может вы­ ражаться не только целым, но и дробным числом (на­ пример, для кислорода она равна — 2 в Н 2 0 , — 1 в Н2О2,

—Ъ в КОо п — Vs в К 0 3 ) .

Во многих случаях степень окисления не совпадает с валентностью. Так, валентность углерода 4, а степень окисления углерода равна —4 в метане СНЦ, —2 в эти­

Окислением называется процесс отдачи атомом, мо­ лекулой или ионом электронов, а восстановлением — процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом.

Атомы, молекулы или ионы, отдающие электроны, являются донорами электронов и называются восстано­ вителями. Во время реакции сами они окисляются. Ато­ мы, молекулы или ионы, присоединяющие ' электроны, являются акцепторами и называются окислителями. Во время реакции они восстанавливаются.

Любое окисление всегда сопровождается восстанов­ лением; в реакциях число отдаваемых электронов всегда равно числу принимаемых.

Существует понятие эквивалента окислителя и вос­ становителя Э, который определяется делением молеку-

24

лярного веса М на число электронов п, полученных или отданных в реакции:

Различают три типа окислительно-восстановительных реакций:

1)если окислитель и восстановитель находятся в раз­ ных веществах, то такие реакции называются межмоле­ кулярными;

2)если один и тот же элемент выступает в роли окис­ лителя и восстановителя, то такие реакции называются реакциями самоокисления или диспропорционирования;

3)если в роли окислителя и восстановителя высту­ пают два разных атома одного и того же вещества, то такие реакции называются реакциями внутримолекуляр­

ного превращения или внутримолекулярного окисления.

§ 12. Адсорбция и катализ

Адсорбцией называется концентрирование га­ зообразных или растворенных веществ (адсорбтивов) на поверхности других веществ (адсорбентов). Наиболее распространенными адсорбентами в технике являются уголь, силикагель, высокомолекулярные смолы, некото­ рые гидроокиси.

Явление адсорбции объясняется особым -состоянием поверхностных слоев твердого вещества, имеющих не­ компенсированные силовые поля, в отличие от внутрен­ них слоев, силовые поля которых полностью уравнове­ шены. На поверхности адсорбента за счет некомпенси­ рованных сил в зависимости от величины'этих сил могут возникать либо мономолекулярные слои адсорбтива (толщиной в одну молекулу), либо бимолекулярные (в две молекулы), либо полимолекулярные (из многих слоев молекул). На свойстве адсорбции основан принцип хроматографического разделения смесей.

Адсорбция является стадией гетерогенного катализа. Катализаторами называются вещества, изменяющие ско­ рость реакции, а изменение скорости реакции при помо­ щи катализаторов называется катализом.

Катализаторы бывают положительные (ускоряющие реакцию) и отрицательные (замедляющие ее). Если на ход реакции воздействуют продукты реакции, то такой вид катализа называется автокатализом.

25

Различают гомогенный и гетерогенный катализ.

При гомогенном катализе реагирующие вещества и катализатор образуют одну фазу. Явления гомогенного

ход реакции в соответствии с законом действующих масс. Существует понятие — энергия активации реакции.

Чтобы реакция прошла самопроизвольно, необходимо,

молекулы веществ Л и В должны перейти энергетиче­ ский барьер реакции Е (рис. 4).

Под действием катализатора у адсорбированных мо­ лекул ослабляются связи между атомами; связи делают­ ся более реакционноспособными. В этом случае, как и в гомогенном катализе, в присутствии катализатора тре­ буется меньшая энергия активации (пунктирная линия на рис. 4). Таким образом, действие катализаторов сво­ дится к снижению высоты энергетического барьера. Об­ разуется активированный комплекс с более низким.уров­ нем энергии, чем без катализатора.

Вещества, снижающие (ингибирующие) действие ка­ тализатора, называют каталитическими ядами. Вещест­ ва, усиливающие действие катализаторов, носят назва­ ние промоторов.

26

Р а з д е л и

САНИТАРНАЯ И ВОДНАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ

Г л а в а IV

ХАРАКТЕРИСТИКА ОТДЕЛЬНЫХ ГРУПП МИКРООРГАНИЗМОВ

Микробиология изучает организмы, относя­ щиеся к различным систематическим группам. Это — бактерии, простейшие, водоросли, грибы, вирусы, риккеттсии. С точки зрения водной и санитарной микробио­ логии наибольшее значение имеют первые три группы, которые и рассматриваются более подробно.

§ 13. Бактерии, их морфологические типы и размеры

Бактерии составляют обширную группу мик­ роорганизмов, широко распространенную в природе и играющую важную роль в практической деятельности че­ ловека, в частности в процессах очистки сточных -вод. У большинства бактерий в составе клетки нет хлорофил­ ла, что существенно отличает их от зеленых растений.

Различают три основные формы бактерий — сфериче­

расположения клеток после деления бактерий различа­

деление клетки происходит в одной плоскости; 3) стреп­ тококки— делятся в одной плоскости, но особи не отде­ ляются друг от другая образуют длинные цепочки: 4) тетракокки — образуют группы из четырех клеток, что обусловлено делением клетки в двух взаимно перпенди­ кулярных плоскостях; 5) сарцины — образуют скопления кубической формы в результате деления в трех взаимно

27

перпендикулярных плоскостях; 6) стафилококки— де­ лятся неправильно в нескольких плоскостях,, их скопле­ ния напоминают кисть винограда (рис. 5). Диаметр ша­ ровидных бактерий не превышает 1—2 мк.

Цилиндрические или палочковидные бактерии, как и кокки, могут быть одиночными, соединяться попарно или в длинную цепочку по три и более клетки. Средняя дли­ на палочковидных бактерий составляет 2—7 мк при ди­ аметре 0,5—1 мк. Однако есть и значительно более круп­ ные формы и очень мелкие, величина которых находится

Рис. 5 Морфологические типы бактерии

на грани видимости в обычные световые микроскопы (0,1—0,2 мк). Вес бактериальной клетки средней вели­ чины составляет приблизительно 4 - Ю - 1 3 г.

Извитые формы бактерий в зависимости от степени изогнутости делятся на вибрионы, имеющие вид запятой, спириллы с одним или несколькими завитками (в виде штопора) и спирохеты — сильно извитые тонкие спираль­ ные бактерии. Среди извитых бактерий самые мелкие — вибрионы. Длина их клеток не превышает 1—3 мк. Дли­ на тела спирилл колеблется от 5 до 30 мк при толщине 0,25—1 мк. Самыми крупными извитыми бактериями яв­ ляются спирохеты. Длина их тонких нитей может дохо­ дить до 200 мк, поперечный размер—до 0,3—0,5 мк. Не­ которые авторы рассматривают спирохеты как отдель­ ный класс организмов.

Несколько особняком стоят нитчатые бактерии, пред­ ставляющие собой длинные нити из соединенных вместе

28