АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Устойчивость и коагуляция коллоидных растворов. Коллоидная защита

Коллоидные растворы – это гетерогенные системы, обладающие большой свободной энергией, то есть они термодинамически неустойчивы. Различают кинетическую и агрегативную устойчивость.

Причиной кинетической устойчивости является броуновское движение, которое противодействует оседанию частиц под действием силы тяжести.

Причиной агрегативной устойчивости является наличие у частиц одноименных зарядов и сольватных оболочек, которые мешают слипанию частиц.

Процесс слипания коллоидных частиц с образованием более крупных (потеря агрегативной устойчивости) с последующей седиментацией (потеря кинетической устойчивости) называется коагуляцией. Коагуляция наступает тогда, когда силы притяжения между частицами превышают силы отталкивания одноименно заряженных частиц, гранул.

Процесс коагуляции могут вызвать различные факторы: изменение температуры, увеличение концентрации, механическое воздействие, добавление электролитов. Наиболее изучена и имеет наибольшее практическое значение коагуляция коллоидов электролитами. Электролиты, с одной стороны, необходимы для стабилизации золей, а с другой стороны, их избыточное добавление ведет к коагуляции золей, а именно при увеличении их концентрации до некоторого значения, называемого порогом коагуляции.

Порог коагуляции (γ) – это минимальное количество электролита (в молях), которое надо добавить к 1 л золя, чтобы вызвать начало коагуляции за определенный промежуток времени. Порог коагуляции рассчитывают по формуле:

, где

γ – порог коагуляции (моль/л)

С – концентрация электролита (моль/л)

V –объем раствора электролита (л)

ω – объем золя (л)

Коагулирующее действие электролитов подчиняется правилу Шульце-Гарди: коагуляцию вызывают ионы с зарядом, противоположным заряду гранулы, и коагулирующая способность тем выше, чем больше заряд коагулирующего иона.

Таким образом, лучшим коагулятором является тот электролит, который имеет наименьший порог коагуляции для данного золя.

Дерягин и Ландау с помощью теоретических расчетов показали, что значения порогов коагуляции для ионов различного заряда относятся как:

, или

1:0,018:0,0013 т.е. коагулирующее действие ионов растет примерно пропорционально шестой степени заряда иона.

Правило Шульце-Гарди носит приближенный характер, так как наряду с величиной заряда имеет значение и природа ионов: чем выше гидратируемость иона, тем меньше его коагулирующее действие. По уменьшению степени гидратации ионы могут быть расположены в следующие ряды (лиотропные ряды Гофмейстера):

C₂O₄^2- > SO₄^2-> CH₃COO^-> Cl^- > NO₃^- > Br^- > J^-> CSN^- > Li⁺ > Na⁺> K⁺ > Rb⁺ > Cs⁺ > Mg²⁺ > >Ca²⁺ > Sr²⁺ > Ba²⁺

Коагулирующее действие ионов электролитов связано, в основном, с уменьшением потенциала коллоидных частиц за счет сжатия диффузного слоя и за счет избирательной и ионообменной адсорбции на коллоидных частицах ионов электролита и зарядом, противоположным заряду гранулы. Коагуляция, как правило, наблюдается при уменьшении потенциала до 25-30 мВ (критический потенциал).

Коагуляция происходит также при смешивании двух золей с различными знаками заряда (взаимная коагуляция) Такой вид коагуляции применяется в санитарно-гигиенической практике при очистке воды от взвешенных коллоидных частиц. При добавлении к воде солей алюминия (или трехвалентного железа) последние образуют положительно заряженные коллоидные частицы гидроксидов, которые соединяются с отрицательно заряженными коллоидными частицами, имеющимися в воде.

Коагулирующая способность электролита зависит и от способа его прибавления к золю. Если добавлять золь малыми дозами, коагуляция наступает позже. Это явление носит название «привыкания» золей. Его следует учитывать при инъекциях.

Многозарядные ионы (например, ионы трех- и четырехвалентных металлов, органические ионы), а также ионы Н₃О⁺ и ОН^- при добавлении их к золям могут вызвать явление «неправильных рядов»(чередование зон устойчивости и коагуляции).

Сначала, по достижению порога коагуляции, они вызывают коагуляцию золя (первая зона коагуляции). Дальнейшее увеличение концентрации ионов стабилизирует золь, и коагуляция отсутствует(зона устойчивости). При еще больших концентрациях вновь наступает коагуляция(вторая зона коагуляции). Явление «неправильных рядов»связано с перезарядкой коллоидных частиц.

Перезарядка золей объясняется тем, что многозарядные ионы обладают большой адсорбционной способностью. При коагуляции золя электролитов можно наблюдать:

а) явление аддитивности – суммирование коагулирующего действия ионов;

б) явление антагонизма – ослабление коагулирующего действия одного иона в присутствии другого;

в) Явление синергизма – усиление коагулирующего действия одного иона в присутствии другого.

Явление коагуляции играет существенную роль в живом организме, так как коллоидные растворы клеток и биологических жидкостей находятся в соприкосновении с электролитами. Поэтому при введении в организм какого-либо электролита надо учитывать не только его концентрацию, но и заряд ионов. Так, физиологический раствор хлорида натрия нельзя заменить изотоническим раствором хлорида магния, поскольку в этой соли имеется двухзарядный ион магния, обладающий высоким коагулирующим действием. При введении смеси солей следует предварительно убедиться, что соли не являются синергистами, чтобы избежать вредной для организма коагуляции.

Решение многих проблем в медицине (например, протезирование кровеносных сосудов, клапанов сердца и т.д.) связано с проблемой свертывания крови. В хирургии во время операций в кровь вводят антикоагулянты (гепарин), а после операции – для повышения коагуляции – протамин-сульфат.

С явлением коагуляции эритроцитов вследствие уменьшения их дзета-потенциала врачи постоянно имеют дело в клинических лабораториях (метод определения СОЭ – скорости оседания эритроцитов). Это явление объясняется тем, что при паталогии в крови увеличивается содержание некоторых видов белков, место ионов электролитов на поверхности эритроцитов занимают белки, заряд которых ниже, чем у суммы замещенных ими ионов. Заряд эритроцитов понижается, они быстрее объединяются и оседают.

При добавлении к золям некоторых высокомолекулярных веществ устойчивость золей к действию электролитов значительно повышается, что выражается в повышении порога коагуляции. Такое явление получило название коллоидной защиты. Защищенный золь поддается концентрированию и даже выпариванию досуха и становится обратимым (т.е. термодинамически устойчивым), он как бы приобретает свойства раствора высокомолекулярного вещества.

Механизм защитного действия зависит от образования адсорбционного слоя введенного вещества вместе с его гидратными оболочками на поверхности частиц гидрофобного золя. Защитными веществами в водной среде могут служить белки, углеводы, пектины. Различные высокомолекулярные вещества защищают слои неодинаково. Мерой защитного действия высокомолекулярных соединений является так называемое «золотое число» - то минимальное количество миллиграммов сухого высокомолекулярного соединения, которое необходимо добавить к 10 мл стандартного (красного) золя золота для того, чтобы предотвратить его коагуляцию (посинение) при введении в систему 1 мл 10%-го раствора хлорида натрия.

Аналогично можно оценить «серебряное число», «рубиновое число», «железное число» и т.д. Более простое и легко доступное «железное число» определяют как минимальное число миллиграммов защищающего высокомолекулярного соединения, способного защитить 10 мл золя гидроксида железа от коагулирующего действия 1 мл 0,005 моль/л раствора сульфата натрия.

Таблица 1. Золотые и железные числа некоторых веществ

Явление защиты играет большую роль в жизни организма. Так, белки крови защищают жир, холестерин, малорастворимые соли кальция и мочевой кислоты от коагуляции и выделения на стенках сосудов. При понижении защитной функции белков возникают заболевания: атеросклероз, кальциноз, подагра, образование камней в почках, печени ит.п.

Способность крови удерживать в растворенном состоянии большое количество газов (кислорода и углекислого газа) также обусловлена защитным действием белков.

В медицине измерением «золотого числа» спинномозговой жидкости пользуются для диагностики некоторых заболеваний, например, менингита.

В фармацевтической промышленности защитные свойства веществ широко используются для получения концентрированных золей серебра, ртути, золота (например, лекарственный препарат колларгол – коллоидный препарат серебра, а протаргол – коллоидный раствор оксида серебра, защищенные высокомолекулярными соединениями).

Цель работы: научиться определять пороги коагуляции, уметь сравнивать коагулирующую способность различных электролитов, определять «железное число» для растворов ВМС.

Исходный уровень знаний. Студентам необходимо знание следующих вопросов:

1.Второе начало термодинамики

2.Строение коллоидной частицы

3.Процесс адсорбции ионов

4.Устойчивость коллоидных растворов.

Учебно-целевые вопросы.

1.Агрегативная и кинетическая устойчивость

2.Коагуляция и факторы, вызывающие ее. Порог коагуляции

3.Коагулирующая способность электролитов

4.Коллоидная защита

5.Биологическая роль коагуляции и коллоидной защиты.

Дата добавления: 2015-10-11 | Просмотры: 2301 | Нарушение авторских прав