Коллоидные растворы и их свойства.
Промежуточное положение по степени дисперсности и свойствам занимают коллоидные растворы. В них частицы диспергированного вещества представляют собой относительно простые агрегаты с размерами, промежуточными между истинными растворами и взвесями.
С этой точки коллоидные растворы можно рассматривать как микрогетерогенные системы.
Коллоидные растворы иначе называют золями. Размер частиц дисперсионной фазы от 1 до 100 нм. Золи в зависимости от размеров частиц могут иметь различную окраску. Например, золи золота могут быть синими, фиолетовыми, вишневыми, рубиново-красными, чего не наблюдается у истинных растворов.
В отличие от истинных растворов для золей характерен эффект Тиндаля – коллоидные частицы рассеивают свет (при пропускании через золь пучка света появляется светлый конус, видимый в затемненном помещении).
Прохождение луча света через коллоидный раствор:
С А – источники света
В В - линза
А С – коллоидный раствор
На основе эффекта Тиндаля устроен ультрамикроскоп.
Основываясь на различной величине частиц коллоидных и истинных растворов, можно разделить их смесь: подбирают пористую перепонку (пергаментную бумагу, животный пузырь) с таким мелкими порами, через которые коллоидные частицы пройти не могут, а проходят только молекулы и ионы. Такой способ освобождения золя от частиц истинного раствора называется диализом; прибор -диализатор.
Коллоидные частицы называются мицеллами. Они не проходят через оболочку живой клетки, практически не обладают осмотическим давлением, совершают броуновское движение под действием молекул дисперсионной среды.
Строение мицеллы на примере образования раствора йодида серебра:
 |
AgNO3 + KJ = AgJ + KNO3
разб. разб.
Нерастворимые молекулы йодида серебра образуют ядро коллоидной частицы:
[mAgJ]
Ядро адсорбирует на своей поверхности ионы, имеющиеся в растворе, (в данном случае Ag+ или J - ) .
Если коллоидный раствор получают при избытке йодида калия, то адсорбируются ионы йода, достраивают кристаллическую решетку ядра и образуют адсорбционный слой и придают ядру отрицательный заряд (m[Ag]nJ-). Ионы, адсорбирующиеся на поверхности ядра и придающие ему соответствующий заряд, называются потенциалопределяющими ионами.
В растворе находятся также противоионы (противоположные по знаку ионы K+). Они электростатически притягиваются потенциалопределяющими ионами адсорбционного слоя.
Ядро с адсорбционным слоем называется гранулой.
x-
[mAgJ]nJ- (n-x)K+
Оставшаяся часть противоионов образует диффузный слой ионов (хK+)
Х-
[mAgJ]nJ- (n-x)K+ хK+
мицелла
Наличие одноименного заряда у всех гранул данного золя является важным фактором его устойчивости.
Однако частицы дисперсной фазы очень малы, имеют большую удельную поверхность, следовательно, система имеет большой запас свободной поверхностной энергии, которая стремиться к уменьшению, что может стать причиной укрупнения (агрегации) частиц, особенно при наличии дестабилизирующих факторов.
При добавлении к золям электролитов происходит уменьшение зарядов гранул, что приводит к слипанию частиц. Соединение коллоидных частиц в более крупные агрегаты называется коагуляцией. В результате коагуляции частицы могут или выпасть в осадок под влиянием силы тяжести (этот процесс называется седиментацией) или образовать полутвердую упругую массу (гель или студень).
Коагуляцию проводят прибавлением к золю электролита (заряды коллоидных частиц нейтрализуются и золи, содержащие положительно заряженные частицы коагулируют под действием анионов, а золи, содержащие отрицательно заряженные частицы – под действием катионов); прибавлением другого золя, частицы которого имеют противоположительный заряд (заряды частиц нейтрализуются, происходит взаимная коагуляция); проводят нагреванием (нагревание уменьшает адсорбцию ионов коллоидными частицами, уменьшая их заряд, что способствует коагуляции).
Если вокруг коллоидной частицы имеется оболочка, состоящая из молекул дисперсионной среды, такие растворы называют лиофильными (любящими жидкость). Если дисперсионной средой является вода, то из называют гидрофильными. Если коллоидная частица не имеет сродства к дисперсионной среде, то коллоидные растворы называют лиофобными или гидрофобными (не любящими воду). Гидрофобные коллоиды легко коагулируют.
Австрийский химик Р.Зигмонди (1865-1929) установил, что лиофобный коллоид в смеси с раствором лиофильного коллоида более стоек. Это явление названо коллоидной защитой.
По сравнению с суспензиями и эмульсиями устойчивость коллоидных растворов, применяемых в медицине, повышают за счет коллоидной защиты. Защитный слой (например, белок) обеспечивает сольвацию (гидратацию) частиц. Благодаря защите гидрофобных коллоидов путем адсорбции макромолекул ВМВ, они приобретают способность самопроизвольно растворяться и агрегативную устойчивость – способность частиц дисперсной фазе противостоять слипанию, т.е. агрегации.
Большой размер и наличие белковой защитной оболочки приближает свойства растворов защищенных коллоидов к растворам ВМВ.
Процесс, обратный коагуляции, называется пептизацией. Он наблюдается при промывании осадков водой. При этом ионы электролита – коагулянта вымываются, частицы осадка снова преобразуют заряды и переходят в состояние золя. Пептизации легко подвергаются осадки сульфидов.
Значение золей очень велико, они боле распространены, чем истинные растворы. Протоплазма живых клеток, кровь, соки растений – все это коллоидные растворы. Коллоидные растворы широко применяются в различных технологических процессах: в мыловаренной, бумажной, текстильной промышленности, в фармацевтическом производстве.
В аптечной практике коллоидные растворы применяют ограниченно, что в значительной степени связано с их нестабильностью. В таких растворах самопроизвольно может происходить коагуляция (слипание частиц), которая протекает, как правило, в две стадии: скрытая и явная. Коагуляция может быть вызвана добавлением электролитов, веществ, вызывающих дегидратацию (водоотнимающих веществ: спиртов, сиропов и др.), изменением температуры, механическим воздействием, светом, электрическим током, изменением состава дисперсионной среды и другими факторами.
Практическое применение в аптечной практике нашли растворы защищенных коллоидов (колларгола, протаргола, провиаргола, ихтиола), дубильных веществ (танина, этакридина лактата, экстрактов). Коллоидная дисперсия может иметь место и при получении водных извлечений.
Коллоидную защиту применяют при получении в промышленности препаратов серебра: протаргола и колларгола. В этих препаратах серебро находится в неионизированном состоянии.
Протаргол (Protargolum) — коллоидный препарат оксида серебра (содержание серебра 8—9 %).
Колларгол (Collargolum. Argentum colloidale) содержит не менее 70 % серебра.
Типичным защищенным коллоидом природного происхождения является ихтиол, представляющий собой смесь сульфидов, сульфатов и сульфонатов. получаемых из продуктов сухой перегонки битуминозных сланцев (аммониевая соль сульфокислот сланцевого масла). Ихтиол – сиропообразная жидкость, растворимая в воде и частично в этаноле.
Принцип защиты коллоидов заключается в сочетании коллоидно-раздробленного вещества (по своей природе гидрофобного) с высокомолекулярными веществами (гидрофильными). Стабилизирующее действие в растворах колларгола и протаргола оказывают натриевые соли продуктов гидролиза яичного белка, в растворе ихтиола – природные ПАВ.
Растворы колларгола и протаргола применяют в качестве вяжущих, антисептических, противовоспалительных средств местного действия смазывания слизистой оболочки верхних дыхательных путей, промывания мочевого пузыря, гнойных ран, в офтальмологии.
Вопросы для самоконтроля:
1. Что такое дисперсные системы?
2. Как классифицируются дисперсные системы по размеру частиц дисперсной фазы?
3. Классификация растворов по агрегатному состоянию.
4. Какие процессы протекают при растворении веществ в жидких растворителях?
5. Гидратная теория растворов.
6. Коэффициент растворимости.
7. Строение мицеллы.
8. Коагуляция коллоидных растворов.
9. Коллоидная защита раствора.
10. Применение золей в фармации.
Лекция №5
Тема: Способы выражения количественного состава растворов.
План:
1.Классификация способов выражения количественного состава растворов.
2.Массовая процентная концентрация
3.Молярная концентрация.
4.Молярная концентрация эквивалента
5.Титр раствора.