Микрогетерогенді жүйелер. Коллоидтық ББЗ

Бөлшектерінің мөлшері 10сінде ^-5-10^-7 см-ден әлде қайда жоғары болып келетін жүйелер микрогетерогенді деп аталады. Олардың бөлшектері кәдімгі микроскопен көрінеді, тез тұнбаға түседі (тұнбадан көтеріледі). Оларға аэрозольдер, суспензиялар, эмульсиялар, көбіктер, ұнтақтар жатады.

Аэрозольдерге дисперстік фазаның сұйық немесе қатты бөлшектері газдың көлемінде таралған дисперстік жүйелер жатады. Бөлшектердің мөлшері 100-10000 нм аралығында болатындықтан коллоидтық және ірі дисперстік жүйелерді қамтиды.

Аэрозольдер 2 түрге бөлінеді: газдағы сұйық (с/г) және газдағы қатты зат (қ/г). С/г түріне жататын аэрозольдер тұман, ал қ/г - түтін немесе шаң деп аталады. Өндірістік практикада аралас аэрозольдер жиі кездеседі, олар көк түтін деп аталады (қ, c/г).

Аэрозольдер , басқа дисперстік жүйелер сияқты, конденсациялық және дисперсиялық әдістермен алынады. Мысалы, су буларының ауадан конденсациялануы нәтижесінде табиғи тұмандар және бұлттар пайда болады; жану өнімдері (толық жанбаған көміртегі және су буы) конденсациялағанда өндірістік түтін пайда болады. Аэрозольдер заттардың химиялық әрекеттесуі нәтижесінде де пайда болуы мүмкін, мысалы аммиак және хлор сутегі, күкірттің оксиді және су буы, т.б. Әр түрлі өндірістік процестердің барысында, мысалы материалдар механикалық өңделгенде, аэрозольдер дисперсиялық әдіспен туындайды. Мысалы, тиеу-түсіру, жару және ауыл шаруашылық жұмыстары барысында, цементті үгіткенде, т.б. жағдайларда шаңның пайда болуы.

Арнайы құралдардың (пульверизатор) көмегімен медицинада және ауыл шаруашылығының зиянкестерімен күрес жүргізу үшін қолданылатын аэрозольдер алынады.

Аэрозольдер ББЗ-ң қатысуынсыз алынады, сол себепті агрегатты тұрақсыз, бірақ газды дисперсиялық ортаның ерекшеліктеріне байланысты, жоғары седименттік тұрақтылық көрсетеді.

Аэрозольдердің көптеген қасиеттері коллоидтарға ұқсас: оларға термодинамикалық тұрақтылық, броундық қозғалыс, диффузия, седименттелу, Тиндаль әсері, талғампаз жарық шашырату, электрліфорез, т.б. тән. Бірақ газды дисперсиялық орта ерекшеліктер енгізеді: жарықты шашырату күштірек, броундық қозғалыс және диффузия жылдамырақ жүреді, аэрозольдердің дисперстік жүйелерінің жүйелерінің электрлік заряды өте аз, ал ауа электр тогын нашар өткізетін болғандықтан, электрліфорез нашар жүреді.

Аэрозольдердің айрықша қасиеттеріне термофорез және термопреципитация жатады, яғни аэрозольдердің дисперстік бөлшектерінің ысыған беткейден бөлінуі және суық беткейде тұнуы. Дерягиннің түсіндіруі бойынша газдың молекулалары ыстық беткейден жоғары жылдамдықпен бөлініп, дисперстік бөлшектерді суық кеңістікке қарай «итереді». Тағы да бір айрықша қасиеттеріне фотофорез, яғни аэрозоль бөлшектерінің жарыққа қарай және жарықтан бағытталып, қозғалуы жатады, әсіресе, боялған аэрозольдердің дисперстік бөлшектерінің фотофорезі күштірек.

Аэрозольдердің бөлшектері ауаның конвекциялық ағынына байланысты ұзақ уақыт ілінген күйде болып, кинетикалық тұрақтылық көрсетеді.

Аэрозоль бөлшектерінің қос электр қабаты болмайды, бірақ белгілі бір жағдайларда зарядталады. Тәжірибелік деректер бойынша металдар мен олардың оксидтерінің бөлшектері теріс, ал бей металдардікі оң зарядталады. Мысалы крахмалдың аэрозолі оң, ал ұнның бөлшектері теріс зарядталған.

Аэрозольдердің зарядталуы дисперсиялық әдіспен түзілгенде де пайда болуы мүмкін, ірі және ұсақ бөлшектер қарама-қарсы зарядталады, сол себепті кернеуі жоғары электр өрісі түзіледі. Егер кернеу өте жоғары болса, ауа жарылады, яғни найзағайды бақылауға болады.

Аэрозольдердің жекеленген бөлшектерінің электр заряды үлкен емес, сондықтан аэрозольдердің агрегаттық тұрақтылығына әсер ете алмайды. Дисперстігі және кинетикалық тұрақтылығы жоғары болғанымен, аэрозольдер агрегатты тұрақсыз. Коагуляцияға оңай ұшырайды, әсіресе, аэрозольдер полидисперсті және бөлшектер қарама-қарсы зарядталса, коагуляция өте тез жүреді.

Аэрозольдердің зияны және биологиялық маңызы.

Аэрозольдер – кейбір дерттердің себепшілері болып табылады. Мысалы:

Ұнтақтаушы қондырғылардың жұмысы барысында пайда болатын шаң антисанитариялық жағдайлар туындатады. Кейбір металл оксидтерінің аэрозольдері аса қауіпті болып есептеледі, себебі олар өкпеге түсіп, өкпе ұлпасын зақымдайд뇭 және ағзаның өкпе инфекцияларына төзімділігін төмендетеді. Мұндай өкпенің шаңды фиброзы пневмокониоз деп аталады. Шаңның құрамына байланысты пневмокониоздың сан-алуан түрлері кездеседі, мысалы, силикоз, асбестоз, алюминоз, антракоз, т.б.

Кез келген пневмокониозда тыныс алу мүшелеріне түскен шаңның бөлшектері өздері шектесетін ұлпалармен әрекеттеседі және ол тек қана механикалық емес, сол сияқты физикалы-химиялық сипатты да болып келеді. Оған қосымша, бұл бөлшектер еріп, жалпы лимфоағын мен қан ағымына түсіп, жалпы ағзаның күйіне әсер етеді.

Аэрозольдер, екінші жағынан, дәрілік заттар ретінде қолданылады. Мысалы, биологиялық белсенді заттардың аэрозольдері науқастардың тыныс алу мүшелеріне, ағзаның әртүрлі бөліктеріне және дененің сыртқы кеңістіктеріне жіберілуі физиотерапияның бір әдісіне жатады (аэрозольді терапия). Өкпенің жұқпалы дерттерін, тыныс алу мүшелерін емдегенде әртүрлі антибиотиктердің аэрозольдерінің ингаляциясы қолданылады. Аэрозоль – антибиотиктердің әсерінен микрофлора өзгереді және микробтардың орнында сапрофиттер пайда болады.

Кейбір дәрілік аэрозольдер тері жараларын жуып, шаю үшін қолданылады.

Атропин, адреналин, эфедрин, т.б. аэрозольдері кеңірдекті кеңейткіш ретінде жиі қолданылады. Қақырықты сұйылту және бөлу үшін NaCI, минералды сулар, эфир майларының изотоникалық ерітінділерінің аэрозольдері тағайындалады.

Кейінгі кезде кейбір ферменттердің (трипсин, панкреатин, лидаза) аэрозольдері пайдаланылады. Жергілікті аэрозольді терапия жараларды, күйіктерді, ашық жараларды емдеу үшін, сол сияқты стоматология мен гинекологияда қолданады.

Дисперстік фазаның салыстырмалы мөлшеріне байланысты суспензиялар 3-ке бөлінеді: сұйытылған, концентрленген және аса концентрленген. Соңғылары көбінесе паста деп аталады.

Суспензиялар дисперсиялық және конденсациялық әдістермен алынады. Ұнтақты сүй ықпен араластырғанда, суспензия алынады, қарама-қарсы, суспензияны ақырын кептіргенде ұнтақ пайда болады.

Дисперстік фаза бөлшектерінің мөлшері үлкен болғандықтан суспензияларда броундық қозғалыс болмайды. Сол себепті диффузия жүрмейді, соған байланысты кинетикалық қасиеттер (осмос, седименттік тұрақтылық, т.б.) көрсетпейді.

Cүйытылған суспензияларда седиментация тез жүреді немесе дисперстік фазаның бөлшектері бөлініп, концентрленген суспензия қабатын және ашылған сүйық қабат түзеді. Суспензия ұзақ уақыт тұрғанда, тығыздалып, пастаға айналады.

Дисперстік фазасы мен дисперсиялық ортаның тығыздық бойынша айырмашылықтары аз болғандықтан седиментация нашар жүретін суспензиялар жүзгіндер деп аталады. Суспензиялар, лиофобты зольдер сияқты, дисперсиялық ортаның тұтқырлығына, мицелланың диффузиялық қабатының қалыңдығына, температураға, электролиттерге, т.б. тәуелді болатын агрегаттық тұрақсыздық көрсетеді. Мысалы, электролиттің концентрациясы жоғарылағанда суспензия коагуляцияланып, жүйенің жіктелуі тездейді.

Суспензияларға электрлікинетикалық қасиеттер тән, электрліфорез және электрліосмос алғашқы рет балшықта бақыланған.

Суспензияның дисперстік фазасының бөлшектреін кәдімгі микроскоппен көруге болады, сол себепті Тиндаль құбылысын сұйытылған суспензияларда бақылауға болады, концентрленген суспензияларда, әсіресе пасталарда жарықтың байқау мүмкін емес. Осындай себептерге байланысты дифракцияны да сусепнзияларда байқау мүмкін емес.

Суспензиялардың ерекше қасиетіне олардың құрылымдануы жатады. Ребиндердің түсініктемесі бойынша, дисперстік фазаның бөлшектерінен торша, кеңістіктің пайда болып, оның ілгектерінде дисперсиялық ортаның орналасуы құрылымдану болып есептеледі. Сырттай бұл құбылысты жүйенің өте жоғары тұтқырлығының оның қабаттарының өзара қозғалысының күшеюіне байланысты төмендеп, жүйенің ұзақ уақыт тыныштықта болғанда, қатты күйге-гельге айналуы деп түсіндіруге болады.

Суспензиялардың құрылымдануы вандерваальс немесе электрлістатикалық күштердің арқасында жүреді, егер физикалық күштердің арқасында орындалса, пластикалық гельдер түзіледі. Мұндай гель механикалық әсерден аққыш күйге ауысуы мүмкін, бірақ біраз уақыт тыныштықта тұрса, қайтадан гельге айналады. Бұл құбылыс тиксотропия деп аталады.

Тұрақтылығы жоғары концентрленген эмульсия дайындау үшін табиғаты гидрофобты және гидрофильді болып келген стабилизаторлар (эмульгаторлар) қолданылады.

Биологиялық эмульсияның мысалына майдың бөлшектері суда ілініп орналасқан белокпен (казеинмен) тұрақтандырылған жүйе болып табылатын сүт жатады. Тұрған сүттің бетінде концентрленген эмульсия (қаймақ) пайда болады. Қаймақты араластырғанда, май түзіледі, ол да эмульсияларға жатады, тек қана майдағы су. Мұндай эмульсияларға маргарин, майонездер, балмұздақ, т.б. жатқызуға болады. Адам ағзасында да эмульсияның мысалдары кездеседі, мысалы, қандағы және лимфадағы майлар (эмульгатор-қанның белоктары); ас қорыту барысында ішекте майлы эмульсия пайда болады (стабилизатор өт қышқылдары және олардың тұздары). Қандағы эритроциттерді гидрофобты эмульсияның бөлшектері ретінде қарастыруға болады. Олардың беткейінде адсорбцияланған белоктар, амин қышқылдары эритроциттерді теріс зарядтайды, ал қарсы иондардан диффузиялық қабат түзіледі. Патологиялық процестер барысында ионды алмасуға ұқсас процесс жүреді, сол себепті эритроциттердің заряды төмендеп, олар бірігеді және тұнбаға түседі, эритроциттердің тұну реакциясы (ЭТР) жылдамдайды.

Көбіктер, ұнтақтар. Өздерінің құрлысы бойынша көбіктер эмульсияларға ұқсас болып келеді. Эмульсияларда жекелеген газ көпіршіктері сұйықта орналасқан, ал көбіктер ұяшық түріндегі тұтас құрылыспен және газды дисперстік фазамен сипатталады.

Тұрақтылығы жоғары көбіктер беткейлік белсенді заттардың (сабындар, белоктар, т.б.)қатысуымен алынады.

Көбіктердің тұрақтылығы газ көпіршіктерін бөліп тұрған қабықшалардың беріктігіне байланысты болады. Егер бұл қабықшалар қататын болса, өте берік қатты көбіктер туындайды. Мысалы, қатты көбіктерге пенопласттар жатады. Нан өнімдеріндегі саңылауларды көбейту үшін NaHCO₃ немесе қолданылады:

2 NaHCO₃ Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O

(NH₄)₂CO₃ 2 NH₃ + CO₂ + H₂O

Ашытқымен дайындалатын қамырдың көтерілуі гексозалардың спирттік ашу өнімі СО₂ көмегімен жүреді:

C₆H₁₂O₆ 2 C₂H₅OH + 2 CO₂↑

Көбік түзілуді пайдаланудың қарапайым мысалына, дисперстік фазаның ролін СО₂ атқаратын, өрт сөндіргіштер жатады. Кейбір жағдайларда, мысалы, сабын, ашытқы, қант және т.б. өндірісітерінде көбіктердің туындауы қажет емес, сондықтан да оларды болдырмауға тырысады.