Тема: Физико-химия дисперсных систем. Свойства грубодисперсных систем

1. 
   Особенности в свойствах коллоидно- и грубодисперсных систем.
   
2. 
   Молекулярно-кинетические свойства (диффузия, осмос, осмотическое давление).
   
3. 
   Оптические свойства. Закон Рэлея.
   
4. 
   Использование известных методов получения дисперсных систем для коллоидов, эмульсий, суспензий, аэрозолей.
   

1. 
   Приготовить эмульсию и определить принадлежность к типу м/в, в/м.
   
2. 
   Электрофорез золя гидроксида железа (демонстрационная работа).
   
3. 
   Правило валентности-значности.
   

1. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. /Ю. А. Ершов, В. А. Попков, А. С. Берлянд и др.; Под. ред. Ю. А. Ершова - М.:

Высшая школа, 2003, гл. 12.
3. Слесарев В. И. Химия. Основы химии живого. СПб., 2000, с. 716-726.

2. Основные теоретические положения 2.1. Грубодисперсные системы

Грубодисперсными называются системы, в которых частицы дисперсной фазы имеют размеры не менее 0,1 мкм или от 10"⁷ до 10"⁴м. В большинстве случа­ев частицы дисперсной фазы можно наблюдать в обычный световой микроскоп, поэтому эти системы и названы микрогетерогенными.

К микрогетерогенным системам относятся системы с газообразной дис­персной средой (аэрозоли, порошки) и с жидкой дисперсной средой (суспензии, эмульсии, пены).

Эмульсии - это дисперсные системы, в которых дисперсионная среда и дисперсная фаза являются жидкостями. Образующие эмульсию жидкости не сме­шиваются или ограничено смешиваются. Одна из жидкостей образующих эмуль­сию, полярна, другая - неполярна и называется "маслом". В зависимости от полярности фаз различают два типа эмульсий:

1. 
   прямые (эмульсии первого рода), которые состоят из дисперсионной среды (вода) и неполярной дисперсной фазы (масло); их условно обозначают м/в.
   
2. 
   обратные (эмульсии второго рода) имеют неполярную дисперсионную среду (масло) и полярную дисперсионную фазу (вода); их условное обозначение в/м. В зависимости от концентрации дисперсной фазы эмульсии подразделяют на три группы: 1) разбавленные - с концентрацией дисперсной фазы не более 0,1% от объема эмульсии; 2) концентрированные - с концентрацией дисперсной фазы от 0,1 до 74%о объема; 3) высококонцентрированные - с содержание дис­персной фазы свыше 74% объема. От концентрации дисперсной фазы зависят все основные свойства эмульсий и методы их стабилизации.
   

Гидрофобные эмульгаторы стабилизируют эмульсии типа в/м: их молеку­ла, находящаяся большей своей частью в дисперсионной среде (масло), удержи­

вается на поверхности капелек воды своей гидрофильной группировкой. В ре­зультате вокруг каждой капельки воды образуется плотная оболочка из молекул эмульгатора, препятствующая слиянию дисперсной фазы.

Таким образом, эмульгатор должен обладать сродством к дисперси­онной среде. Примером эмульсий в биологии является молоко, которое представляет собой взвешенные в воде частички жира, эмульгированные белком (казеиногеном). Жиры в крови и лимфе находятся в эмульгирован­ном состоянии (эмульгатор - белки крови). При пищеварении в кишечни­ке образуется жировая эмульсия. Здесь стабилизатором служат соли жел­чных и жирных кислот. Желчные кислоты обладают амфифильными свой­ствами. На поверхности раздела жир - вода они ориентируются таким об­разом, что гидрофобная циклическая часть оказывается погруженной в жир, а гидрофильная боковая цепь - в водную фазу. В результате образует­ся стабильная эмульсия. Эмульгирование жиров увеличивает поверхность раздела фаз. Липаза адсорбируется на поверхности мицелл, где и происходит гидролиз жира. Под действием липазы жирные кислоты отщепляются от триацил-глицерина одна за другой. Жирные кислоты диацилглицерины и моноацилглице-рины также обладают эмульгирующим действием. Всасывание происходит так­же с помощью желчных кислот. Они образуют с жирными кислотами мицеллы.

Поскольку жиры и другие липиды нерастворимы или очень мало раствори­мы в воде и в жидкостях организма, необходимы специальные механизмы для транспорта этих веществ кровью. Транспорт осуществляется в составе особых частиц - липопротеинов. Поверхностная часть липопротеинов образована слоем ориентированных фосфолипидов и белками. Фосфолипиды гидрофильными кон­цами образуют наружную поверхность, гидрофобные концы "растворены" в липидной фазе внутри частиц.

Эритроциты в крови можно по ряду свойств рассматривать также, как час­тички гидрофобной эмульсии. На их поверхности адсорбированы молекулы бел­ков, аминокислот и ионы электролитов. Все они сообщают эритроцитам опреде­ленный отрицательный заряд, а противоионы создают некоторый диффузный слой. При некоторых патологических процессах в организме, когда в крови увели­чивается содержание некоторых видов белков происходит процесс, очень напо­минающий ионообменную адсорбцию: место ионов-электролитов на поверхно­сти эритроцитов занимают белки, заряд которых ниже, чем у суммы замещенных ими ионов. В результате заряд эритроцитов понижается, они быстрее объединя­ются и оседают - увеличивается скорость оседания эритроцитов (СОЭ).

Эмульсии - это также жидкая лекарственная форма, в которой нераствори­мые в воде жидкости (жирные масла, бальзамы) находятся в водной среде во взвешенном состоянии в виде мельчайших капель. Внешне эмульсии имеют сход­ство с молоком. По способу приготовления эмульсии подразделяют на масляни­стые и семенные. Маслянистые эмульсии готовят из жидких масел: касторового, миндального, рыбьего жира. Здесь эмульгатором является желатоза - продукт неполного гидролиза желатина. Семенные эмульсии получают путем растира­ния с водой семян сладкого миндаля, земляного ореха, тыквы и др. В таких семе­

нах содержатся масла и слизистые вещества белковой природы, которые облада­ют эмульгирующими свойствами. В связи с этим при приготовлении этих эмуль­сий специальные эмульгаторы не добавляются.

Дисперсные системы у которых дисперсионной средой является газ, назы­ваются аэрозолями. Диспергированным веществом в аэрозолях могут быть час­тицы твердого вещества или капельки жидкости.

Устойчивость аэрозолей объясняется наличием электрического заряда, воз­никающего на поверхности раздела двух фаз, а кроме того, каждая частичка твер­дого или жидкого вещества адсорбирует на своей поверхности газ, в результате образуется оболочка, которая препятствует их объединению и, следовательно, быстрому оседанию. Различают естественные аэрозоли (облака, туманы, дымы), технические (образующиеся в процессе добычи и переработки руд, угля, получе­ния муки); искусственные (получаемые специально для медицины).

Технические аэрозоли могут быть вредны для здоровья человека. Эти аэро­золи содержат мельчайшие частички оксидов таких металлов как Zn, Pb и Si, которые попадая в легкие нарушают легочную ткань, также понижают сопротив­ляемость организма в отношении легочных инфекций. Подобный пылевой фиб­роз легких может привести к летальному исходу.

В медицинской практике используются аэрозоли, представляющие собой пары летучих жидких и твердых лекарственных веществ. Примером могут слу­жить смеси летучих лекарственных средств, выпускаемых в карманных ингалято­рах для индивидуального пользования. Преимущество аэрозольных упаковок со­стоит в удобстве применения, портативности, защите лекарственного препарата от высыхания, загрязнения.

Для наружного применения используются препараты в форме растворов, линиментов, пены, пластической пленки и др. Такие препараты применяют в дерматологии, хирургии, гинекологии. Например, для лечения ожогов и инфици­рованных ран используют аэрозоли "Легразоль" (содержит антибиотики, анти­септики). Для профилактики гнойничковых заболеваний кожи и при ожогах при­меняют пленкообразующий препарат "Неотизоль", содержащий неомицин, кас­торовое масло и спирт. При лечении инфекционных заболеваний легких, а также при заболеваниях дыхательных путей используются ингаляции аэрозолей различ­ных антибиотиков - пеницилина, стрептомицина. Под действием аэрозолей-анти­биотиков изменяется микрофлора.

По своему строению к эмульсиям приближаются пены. Отдельные пузырь­ки газа диспергированы в жидкости в присутствии стабилизатора т. е. пенообра­зователей. Типичные пенообразователи: ПАВ - спирты, жирные кислоты, мыла, белки.

К грубодисперсным системам могут быть отнесены также суспензии и порошки. В суспензиях дисперсионной средой является жидкость, а дисперсион­ной фазой - твердое вещество. Суспензии - микрогетерогенные системы, мут­

ные, непрозрачные. Их частицы видны в микроскоп, могут быть отфильтрованы. Суспензии неустойчивы, эта неустойчивость связана с большой поверхностной энергией.

Опыт 1. В цилиндр с пробиркой наливают 50 мл воды и добавляют 10 мл бензола. Энергично взбалтывают. Дают постоять. Эмульсия не образуется, быстро наступает расслоение жидкости. После этого добавляют 10 мл 2%-ного раствора мыла и энергично взбалтывают. Образуется эмульсия бензола.

Опыт 2. Отвешивают 4-5 г буры и растворяют ее при нагревании в 95 мл воды. Полученный раствор наливают в мерный цилиндр с притертой пробкой, добавляют 2-3 мл подсолнечного масла и сильно взбалтывают. Получается устойчивая эмульсия. Для установления типа эмульсии наиболее простым является метод окрашивания, для чего применяют маслорастворимый краситель Судан III и водорастворимый метиленовый голубой. На поверхность одной части эмульсии наносят каплю Судана III в керосине или бензоле, а на поверхность другой части - каплю метиленового голубого в воде. Если эмульсия окрашивается Суданом, то перед вами тип в/м, а если метиленовым голубым - то эмульсия типа м/в. 3.2. Электрофорез золя гидроксида железа

U-образную трубку до половины заполняют золем гидроксида железа. В каждое отверстие трубки добавляют по две капли глицерина и раствор переме­шивают легким покачиванием. В оба конца из пипетки, прижав ее к стеклу, насла­ивают на золь 5 капель 1%-ного раствора КС1 и опускают электроды, соединен­ные с источником постоянного тока. Электроды должны соприкасаться только с электролитом. Через 5-6 минут наблюдается отчетливое передвижение окрашен­ной жидкости золя к одному из полюсов. Зная заряд электрода, определить знак заряда гранулы коллоидной частицы. В отчете описать явление электрофореза и полученный результат опыта.

В пять чистых пробирок наливают по 5 мл золя гидроксида железа, а в дру­гие 5 пробирок по 5 мл золя берлинской лазури. Затем в пробирки с золями

каждого ряда приливают по 1 мл раствора электролитов (см. таблицу):

Таблица № 18

1. 
   Приведите принципы, лежащие в основе классификации дисперсных си­стем.
   
2. 
   На чем основан процесс очистки коллоидно-дисперсных систем? Укажи­те современные способы очистки.
   
3. 
   Изложите теорию, объясняющую образование и строение коллоидной частицы.
   
4. 
   Золь йодистого серебра получен при смешивании равных объемов 0,01 М раствора иодида калия и 0,1 М раствора нитрата серебра. Какой электролит выполняет роль стабилизатора? Изобразите схематически строение мицеллы этого золя и укажите знак заряда гранулы.
   
5. 
   На примере получения золя гидроксида железа покажите, где возникает Е-потенциал?
   
6. 
   Как проявляется правило избирательной адсорбции Панетта-Фаянса при получении золей берлинской лазури?
   

доцент, к.б.н. Л. И. Еременко

ст. преподаватель Т. А. Милащенко

ассистент Л. П. Андрусенко

ст. преподаватель, к.х.н. Е. В. Велик

ст. преподаватель, к.б.н. К. С. Эльбекьян

доцент, к.б.н. И. А. Братцева

ассистент В. Н. Игнатова

доцент, к.х.н. О. П. Демидов

доцент, к.х.н. Н. В. Демидова

ЛР № 020326 от 20 января 1997 г.
Сдано в набор . Подписано в печать . Формат 60 х 84 У₁₆.Бумага

типогр. № 1. Печать офсетная. Гарнитура офсетная. Усл. печ. л. 7,2. Уч.-изд. л. 7,6.

Заказ . Тираж 100.

Ставропольская государственная медицинская академия. 355024, г. Ставрополь, ул. Мира, 310.