71. Пептизация как физико-химическое дробление осадков до частиц коллоидного размера. Адсорбционная пептизация. Диссолюционная пептизация. Биологическое значение пептизации.

Переход осадка во взвесь под влиянием физико-химичесих воздействий носит название пептизации.

Подвергаемый пептизации осадок должен содержать частицы коллоидных размеров и не требовать затраты энергии на дробление осадка. Пептизацию нельзя отнести к методам диспергирования, пептизация – это нарушение связей между слипшимися частицами осадка и перевод этих частиц в дисперсионную среду. Пептизировать можно только рыхлые, студенистые осадки, особенно свежеприготовленные. Чем слабее связи между частицами в осадке, тем легче происходит пептизация. Для того, чтобы осадок мог быть пептизирован, должны выполняться следующие условия:

• частицы, содержащиеся в осадке, должны сохранить свою индивидуальность и не образовывать прочных агрегатов;

• частицы осадка должны обладать некоторым зарядом или сольватной оболочкой.

Практически пептизация происходит под действием веществ, называемых пептизаторами. Механизм пептизации состоит в повышении электрического заряда частиц и степени их сольватации. В дальнейшем броуновское движение частиц восстанавливает их распределение по всему объему системы.

Различают несколько видов пептизации:

1. адсорбционную пептизацию

2. пептизацию путем промывания осадка

3. пептизацию путем поверхностной диссоциации.

При адсорбционной пептизации к осадку добавляются ионы, которые адсорбируются на частицах, придают им определенный заряд.

Пептизация при промывании осадка заключается в том, что из системы удаляются ионы, вызывающие снижение устойчивости системы. Концентрация в растворе такого электролита уменьшается, силы электростатического отталкивания частиц начинают действовать на более далеких расстояниях и, поэтому, частицы «осадка» переходят в дисперсионную среду – образуется коллоидная система.

Пептизация путем поверхностной диссоциации связана с тем, что добавляемый пептизатор, вызывает образование растворимых соединений на поверхности частиц.

72. Методы очистки коллоидных систем: фильтрация, ультрафильтрация. Диализ, электродиализ, компенсационный диализ (принцип работы аппарата «искусственная почка»).

Коллоидные растворы могут содержать примеси, снижающие их стабильность, вследствие чего производят их очистку. Для этого используют такие методы, как диализ, электродиализ, фильтрация и ультрафильтрация.

Д иализ — удаление низкомолекулярных соединений с помощью мембран, способных задерживать коллоидные частицы и пропускать частицы меньшего размера. Прибор, используемый в этих целях, называют диализатором:

Коллоидный раствор наливают в сосуд, в нижней части которого находится мембрана и помещенный в емкость с водой. В растворитель проникают лишь ионы и молекулы низкомолекулярных примесей.

Процесс диализа протекает медленно и для его ускорения используют электрическое поле.

Э лектродиализ – используется для увеличения скорости диализа посредством электрического поля. Прибор, используемый для проведения электродиализа, называют электродиализатором. Он состоит из трех частей: средняя часть отделена полупроницаемыми мембранами от соседних частей, соединенных с электродами. Коллоидный раствор помещается в среднюю часть электродиализатора. При создании электрического поля, находящиеся в коллоидном растворе катионы, начинают движение через мембрану к катоду, а анионы – к аноду.

Фильтрация и Ультрафильтрация – это процесс отделения примесей от коллоидных частиц путем фильтрования коллоидного раствора через полупроницаемые мембраны под давлением.

Для очистки биологических жидкостей, представляющих собой коллоидные системы, применяют компенсационный диализ, в котором вместо чистого растворителя используют физиологические растворы, содержащие в своем составе те же низкомолекулярные вещества (и в том же количестве), что в норме должны присутствовать в дисперсной системе. В результате из крови удаляются только чужеродные «шлаки», т.е. продукты метаболизма, распада тканей.

Компенсационный диализ используется для исследования состава биологических жидкостей, избирательной очистки их от строго определенных низкомолекулярных примесей. В этом случае омываемый раствор содержит только те вещества, которые нужно сохранить в исходной системе.

С помощью компенсационного диализа можно не только определить природу тех или иных примесей в биологической жидкости, но и установить их концентрацию. Разновидностью компенсационного диализа является вивидиализ, в ходе которого очистку биологической жидкости (крови) осуществляют «вживую». При этом в концы перерезанного кровеносного сосуда вставляются стеклянные канюли. Их разветвленные части соединяются между собой трубочками, стенки которых образованы полупроницаемым материалом. Вся система снаружи омывается физиологическим раствором (рис. 55).

Сочетание вивидиализа и ультрафильтрации используется в аппарате «искусственная почка», предназначенном для очистки крови при острой почечной недостаточности.

Данное устройство оперативным путем подключают к системе кровообращения больного. Кровь под давлением, создаваемым специальным насосом, протекает в узком зазоре между двумя мембранами, омываемыми снаружи физиологическим раствором. Благодаря большой рабочей поверхности мембран (~15 000 см2) «шлаки» достаточно быстро (в течение нескольких часов) удаляются из крови, а жизненно необходимые низкомолекулярные вещества (неорганические соли, глюкоза, аминокислоты и т.п.) остаются в ней.

73. Строение мицеллы. Двойной электрический слой (ДЭС), современные представления о строении ДЭС. Электрокинетический потенциал (или дзетапотенциал) как важнейшая характеристика ДЭС. Факторы, определяющие величину дзета-потенциала.

Мицелла является более широким понятием, чем молекула. В центре коллоидной частицы (мицеллы) находится так называемое ядро (или кристалл). Ядро обычно инертно по отношению к дисперсионной среде, не растворяется в ней и не имеет сольватной оболочки. Ядро довольно сложный агрегат. Количество формульных единиц (условных молекул), образовавших ядро может быть очень большим.

Особенно важна адсорбция ионов на поверхности ядра. На поверхности кристалла могут адсорбироваться те ионы, которые могут продолжать построение кристаллической решетки. Существует правило Фаянса-Панета:

на поверхности ядра мицеллы адсорбируются преимущественно

те ионы, которые имеют с ядром общие химические элементы.

Благодаря адсорбции ионов, ядро приобретает определенный заряд. Поэтому к такому заряженному ядру притягиваются ионы, имеющие противоположный знак заряда за счет сил электростатического взаимодействия. Эти ионы размываются тепловым движением частиц. Но постепенно под действием 2-х противоположных сил – сил притяжения и диффузии устанавливается равновесие и возникает двойной электрический слой (ДЭС).

С адсорбцией ионов тесно связана сольватация поверхности. Ионы являются носителями электрического заряда, поэтому вокруг них ориентируются полярные молекулы воды и образуется гидратная оболочка. При адсорбции на поверхности ядра ионы не теряют своих оболочек. Таким образом, с помощью многочисленных ионов ядро также приобретает суммарную гидратную оболочку, благодаря чему усиливается его связь (взаимодействие) с окружающей дисперсионной средой. Гидратная (сольватная) оболочка является дополнительным и очень важным фактором стабилизации коллоидных частиц.

Рассмотрим в качестве примера образование коллоидной системы хлорида серебра при избытке раствора хлорида калия. Коллоидная частица, образующаяся при взаимодействии нитрата серебра с большим избытком хлорида калия, имеет сложное строение и ее называют мицеллой.

Строение мицеллы можно представить следующей формулой:

В центре мицеллы находится ядро (AgCl). Количество молекул, образующих ядро, обозначают через m. Наличие поверхности раздела у такого агрегата приводит к тому, что ядро вступает в адсорбционное взаимодействие с ионами окружающей среды (в нашем случае это n ионов хлора). На поверхности ядра может идти адсорбция ионов, которые образуют с ионами труднорастворимые частицы или достраивают кристаллическую решетку ядра. Эти ионы придают определенный заряд ядру. Поэтому эти ионы называют потенциалопределяющими ионами. Ионы калия, имеющие противоположный заряд, за счет сил электростатического притяжения собираются около адсорбированных на поверхности ядра ионов хлора. Следовательно, около кристалла (ядра) концентрируются ионы противоположного знака. Эти ионы называются противоионами.

Оставшиеся в растворе ионы калия, имеющие противоположный заряд, притягиваются за счет сил электростатического притяжения между разноименными по заряду ионами и восстанавливают нарушенную электронейтральность системы. Противоионы образуют два слоя: плотный слой противоионов и диффузный (размытый) слой. Количество ионов калия в плотном слое выражают через (n – x), а в диффузном слое через х. Перемещение свободных ионов из диффузной части в плотный слой (сжатие диффузного слоя) ведет к уменьшению величины х и к увеличению величины (n – x). При х = 0 коллоидная частица будет находиться в состоянии, которое называют изоэлектрическим состоянием (заряд коллоидной частицы равен нулю). Это состояние можно записать так:

[(AgCl)m ∙ nCl ‾ ∙ nK⁺]⁰