Слайд 1
Коллоидные растворы (часть 2)
Электрические свойства
коллоидных растворов
Молекулярно-кинетические свойства коллоидных растворов.
Оптические свойства коллоидных растворов.
Лектор: Ирина Петровна Степанова, зав. кафедрой химии, доктор биологических наук, профессор
ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ХИМИИ
Слайд 2Электрические свойства коллоидных растворов
Наличие электрического заряда на коллоидных частицах впервые было
установлено Ф.Ф. Рейссом (1807г.).
Опыт Рейсса заключался в следующем:
В слой влажной глины помещали две
стеклянные трубки заполненные водой.
В трубки опускали электроды,
подключенные к источнику постоянного
тока.
Слайд 3Электрические свойства коллоидных растворов
Через некоторое время под действием электрического
поля в анодной трубке наблюдалось понижение уровня и помутнение вследствие появления суспензии из частиц глины .
В катодной трубке уровень воды повышался.
Слайд 4Электрические свойства коллоидных растворов
Результаты опыта свидетельствовали о том, что
коллоидные частицы глины несут отрицательный заряд, так как перемещаются к положительно заряженному электроду – аноду.
Слайд 5Электрические свойства коллоидных растворов
Перемещение дисперсной фазы или дисперсионной среды
под действием внешнего электрического поля называют электрокинетическими явлениями.
Причина электрокинетических явлений – образование ДЭС на границе раздела дисперсной фазы и дисперсионной среды и, как следствие, наличие электрического заряда у частиц дисперсной фазы и дисперсионной среды.
Слайд 6а) электрофорез
б) электроосмос
в) потенциал седиментации
мембрана
вода
Электрокинетические явления
Слайд 7Электрические свойства коллоидных растворов
Направленное движение частиц дисперсной фазы относительно неподвижной дисперсионной
среды под действием внешнего электрического поля называют электрофорезом, а перемещение дисперсионной среды относительно неподвижной дисперсной фазы – электроосмосом.
Слайд 9Электрические свойства коллоидных растворов
Электрофорез
Слайд 10
Уравнение Гельмгольца-Смолуховского:
где U0 – скорость электрофореза, м/с;
ε – относительная диэлектрическая
проницаемость среды;
ε0 – электрическая постоянная, 8,9∙10-12 А с/В м;
Δφ – разность потенциалов, В;
ζ – электрокинетический потенциал, В;
k – коэффициент, зависящий от формы частиц;
η – вязкость дисперсионной среды, Н с/м2 ;
l –расстояние между электродами, м;
Слайд 11Электрические свойства коллоидных растворов.
Явления электрофореза и электроосмоса позволяют определять
знак и величину заряда дисперсных частиц.
Установлено что поверхность биомембран несет отрицательный заряд.
Слайд 12Электрические свойства коллоидных растворов
Электрофорез широко используется в биологии и
медицине:
для диагностики многих заболеваний;
разделения аминокислот;
изучения ферментов, антибиотиков и других объектов.
Явления электроосмоса используют:
для снятия отеков;
в технике – для осушения болотистых участков местности.
Слайд 13
Молекулярно-кинетические свойства коллоидных растворов
К ним относятся:
броуновское движение частиц
диффузия
осмос
седиментация
Молекулярно-кинетические свойства
обусловлены хаотическим тепловым движением частиц.
Слайд 14Молекулярно- кинетические свойства
броуновское движение
диффузия
осмос
седиментация.
Слайд 15Броуновское движение – беспрерывное, хаотичное движение частиц. Его интенсивность зависит от
размера частиц, вязкости среды, температуры.
Броуновское движение
Слайд 16Молекулярно- кинетические свойства
Броуновское движение
Слайд 17
Диффузия
Диффузия – процесс самопроизвольного выравнивания концентрации диспергированного вещества под
влиянием теплового хаотичного движения частиц.
Скорость диффузии коллоидных частиц (из-за больших размеров) во много раз меньше скорости диффузии молекул и ионов низкомолекулярных веществ.
Поэтому по скорости диффузии можно определить радиус и степень дисперсности коллоидных частиц.
Слайд 18Осмос
Осмос – это односторонняя диффузия молекул чистого растворителя через полупроницаемую мембрану
из раствора с меньшей концентрацией в более концентрированный раствор.
Слайд 20Oсмотическое давление
Конц. раствор
Разб. раствор
Полупроницаемая
мембрана
Осмотическим давлением раствора измеряется минимальным гидростатическим давлением,
которое нужно приложить к мембране со стороны раствора, чтобы осмос прекратился.
Слайд 22
Осмотическое давление определяется законом Вант-Гоффа:
π = КБ · Сν ·
Т
π – осмотическое давление [Па]
КБ - константа Больцмана,
КБ = 1,38 · 10-23 [Дж· К-1]
Сν - частичная концентрация частиц золя [м-3];
Т - абсолютная температура [К].
Слайд 23Осмотическое давление
Осмотическое давление коллоидных растворов имеет особенности:
- является низким
(из-за больших размеров частиц и низкой концентрации);
- меняется во времени (из-за агрегации коллоидных частиц).
Слайд 24Гемолиз
Плазмолиз
Изотонический
раствор
Гипотонический
раствор
Гипертонический
раствор
Слайд 26Седиментация
Седиментацией называется оседание коллоидных частиц под действием сил разной природы (гравитационной,
центростремительной и др.).
Слайд 27Седиментация
Молекулы растворителя
препятствуют оседанию
Коллоидные частицы
оседают под действием
силы тяжести
Состояние
системы, при котором сила тяжести и сила диффузии уравновешивают друг друга называется седиментационным равновесием.
Слайд 28Седиментационное равновесие
n0 – общее число коллоидных частиц;
nh - число коллоидных частиц
на высоте h;
NA=6,02 ·1023 моль-1; постоянная Авогадро
m – масса частиц [кг];
g – ускорение свободного падения.
g = 9,8 м · c-2;
h – высота [м];
R – универсальная газовая постоянная
T - абсолютная температура [К].
Слайд 29Седиментация
Способность дисперсной системы сохранять равномерное распределение частиц по всему объему называется
седиментационной или кинетической устойчивостью.
Из уравнения следует, что с увеличением высоты концентрация коллоидных частиц уменьшается (более выражена эта зависимость для тяжелых частиц).
Слайд 31Седиментация
Биологические жидкости организма – кровь, спинномозговая жидкость, лимфа, слюна
и др. – это сложные растворы, содержащие ионы электролитов, коллоидные частицы и макромолекулы ВМВ.
Цельную кровь можно рассматривать как дисперсную систему, в которой форменные элементы: эритроциты, лейкоциты, тромбоциты составляют ДФ, а плазма – ДСр.
Слайд 32Седиментация
Эритроциты достаточно крупные частицы.
В норме они седиментируют
с определенной скоростью (СОЭ).
При патологии биохимический состав крови меняется.
Эритроциты сорбируют крупные молекулы белков, их масса увеличивается и поэтому СОЭ возрастает.
Слайд 33
Оптические свойства коллоидных растворов
Для коллоидных растворов диаметр частиц
примерно равен длине волны падающего света.
В этом случае преобладает дифракционное рассеяние света, так как каждая коллоидная частица становится вторичным источником света.
Слайд 35Оптические свойства коллоидных растворов
При боковом освещении коллоидного
раствора образуется светящийся
конус,
получивший название конуса Тиндаля-Фарадея.
Слайд 36
Эффект Тиндаля
Оптические свойства
Слайд 41Коллоидные растворы серебра, золота, серебра-золота
Оптические свойства
Слайд 42Оптические свойства коллоидных растворов
Математически рассеяние света выражают уравнением Рэлея:
I = I0
k Сν V2 / λ4
I - интенсивность рассеяного света;
I0 - интенсивность падающего света;
Сν - частичная концентрация коллоидных частиц [м-3];
V – объем одной коллоидной частицы [м3];
λ – длина волны падающего света [м];
k – константа, зависящая от показателей преломления ДСр и ДФ.
Слайд 43
Оптические свойства коллоидных растворов
Из уравнения Рэлея следует, что интенсивность
светорассеяния обратно пропорционально длине волны.
Какая часть спектра лучше рассеивается?
Ответ: Лучше рассеивается коротковолновая часть спектра (синяя и фиолетовая), хуже – длинноволновая (оранжево-красная).
Слайд 44
Оптические свойства коллоидных растворов
Визуально наблюдают опалесценцию, т.е. окраска коллоидных
растворов в рассеянном свете (при рассмотрении сбоку) и в проходящем свете неодинакова.
Конус Тиндаля при рассмотрении сбоку имеет голубой оттенок, на просвет – красный.
Оптические явления лежат в основе методов изучения дисперсных систем – нефелометрии и ультрамикроскопии.
Слайд 45Оптические свойства коллоидных растворов
Нефелометрия
– метод, используемый для изучения дисперсных систем
по интенсивности рассеянного света, которая прямо пропорциональна частичной концентрации коллоидных частиц.
Слайд 46Оптические свойства коллоидных растворов
Коллоидные частицы видны только в
ультрамикроскоп (прибор, позволяющий наблюдать отсветы частиц на темном фоне при боковом освещении).
Слайд 47Оптические свойства коллоидных растворов
С помощью ультрамикроскопа экспериментально подтверждены
броуновское движение, определено число Авогадро.
Слайд 49Вопросы для самоконтроля
В чем сущность электрофореза и электроосмоса?
В чем состоит сущность
броуновского движения, диффузии, осмоса?
От каких факторов зависит интенсивность каждого из молекулярно-кинетических свойств?
Перечислите факторы, от которых зависит интенсивность рассеянного света.
Охарактеризуйте оптический метод исследования дисперсных систем - нефелометрию?
Слайд 50Рекомендуемая
литература
Основная:
Физическая и коллоидная химия : учебник для фарм.
вузов и фармац. фак. мед. высш. учеб. зав. / Под ред. А. П. Беляева – СПб: ГЭОТАР-Медиа, 2010. - 700 с.
Дополнительная:
Мушкамбаров Н.Н. Физическая и коллоидная химия : учебник для студ. мед вузов / Н. Н. Мушкамбаров. – СПб: ГЭОТАР-Медиа, 2010. - 440 с.
Физическая и коллоидная химия : учебник для студ. фармац. ин-тов и фармац. фак. мед. ин-тов / Под ред. К. И. Евстратовой. – М: Высш. шк., 1990. - 486 с.
