Получение, устойчивость и коагуляция коллоидных растворов

Пятигорская государственная фармацевтическая академия . Кафедра физической и коллоидной химии Получение, устойчивость и коагуляция коллоидных растворов. Учебное пособие по коллоидной химии для самоподготовки студентов. Пятигорск 2007 УДК 541.183(07) Учебное пособие разработано доцентом, к.ф.н. Мыкоц Л.П. Рецензенты: доцент кафедры физической и коллоидной химии Распопов Е.И., канд. хим. наук; профессор Компанцев В.А., док. фарм. наук, зав. кафедрой неорганической химии. Утверждено на заседании ЦМС ПятГФА « » 2007г. Председатель ЦМС проф. В.И Погорелов Учебное пособие составлено доцентом, зав. кафедрой физической и коллоидной химии Мыкоц Л.П. в соответствии с программой по физической и коллоидной химии для студентов фармацевтических ВУЗов (факультетов) – Москва; ГОУ ВУН МЦ МЗ РФ от 2002г и Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 040500. Пособие содержит сведения по основным теоретическим вопросам методов получения и очистки коллоидных систем, строению мицеллы полученного золя, его устойчивости, коагуляции и защиты от нее. В него включены вопросы для самоконтроля, типовые задачи с решениями и задачи для самостоятельного решения, контроль приобретенных навыков написания формулы мицеллы золя. Пособие предназначено для помощи студентам ΙΙΙ курса очного отделения при подготовке к сдаче зачета по лабораторному практикуму, к сдаче блоков, семинаров, экзаменов и других видов контроля. Оно может быть использовано студентами заочного отделения для выполнения контрольной работы, получения зачета по практике, подготовки к э кзамену. . Пятигорская государственная фармацевтическая академия Кафедра физической и коллоидной химии Учебное пособие к лабораторным занятиям по коллоидной химии. 3 курс семестр 5 Раздел: Получение, устойчивость и коагуляция коллоидных систем. Объем 12 часов. Изучению раздела курса коллоидной химии «Получение, устойчивость и коагуляция коллоидных систем» программой отводится 3 часа лекций. Учебно-целевая программа раздела Структура дисперсных систем. Классификация. Удельная, суммарная поверхность. Методы получения и очистки коллоидных растворов. Строение мицеллы лиофобных золей. Устойчивость и коагуляция коллоидных систем. Кинетическая и термодинамическая устойчивость. Факторы устойчивости. Коагуляция – медленная и быстрая. Порог коагуляции, его определение. Правило Шульце-Гарди. Коагуляция смесями электролитов. Взаимная коагуляция. Защита золей высокомолекулярными веществами. Строение двойного электролитного слоя (ДЭС). Теории строения ДЭС. Явление перезарядки коллоидных частиц. Знания, умения, навыки, которые должен приобрести студент. Студент должен знать: - особенности и свойства дисперсных систем; - классификацию; - методы получения и очистки коллоидных растворов; -факторы устойчивости; причины и виды коагуляции; -особые явления при электролитной коагуляции; -правило Шульце-Гарди; -способы стабилизации и защиты коллоидных систем от коагуляции. Студент должен уметь: - получать коллоидные растворы методами диспергирования и конденсации; -рассчитывать объемы и готовить растворы необходимой концентрации разбавлением расворов более высокой концентрации; - писать формулу мицеллы, знать ее составные части, рисовать схему строения; -проводить электролитную коагуляцию золя; - экспериментально подтверждать правило Шульце-Гарди; -рассчитывать объемы растворов электролита высокой концентрации для получения разбавленных растворов; -рассчитывать порог коагуляции и коагулирующую способность; -стабилизировать коллоидную систему и защищать ее от коагуляции. Студент должен овладеть: -методами получения коллоидных систем, электролитной коагуляции и защиты от нее; -способом написания формул мицелл. Занятие 1. Получение лиофобных коллоидных растворов. План-конспект теоретической самоподготовки. 1.1. Дисперсные системы. Гетерогенные системы, состоящие из двух или более фаз с поверхностью раздела между ними называются дисперсными системами. Фаза, в которой находится раздробленное (диспергированное) вещество в виде частиц (твердых, жидких, газообразных) разных размеров называется дисперсной фазой. Среда , в которой находится раздробленное (диспергированное) вещество называется дисперсионной средой. По характеру взаимодействия между частицами дисперсной фазы и дисперсионной среды системы делят на лиофобные коллоиды и лиофильные коллоиды. К лиофобным коллоидам относятся системы: - со слабым взаимодействием (или его отсутствием) частиц дисперсной фазы с дисперсионной средой; - с низкой смачиваемостью частиц вещества дисперсионной средой; - несамопроизвольностью диспергирования; - устойчивостью лишь в присутствии стабилизатора; - с особой структурой частиц, составляющих дисперсную фазу - мицеллами. К лиофильным коллоидам относятся системы: -образующиеся самопроизвольно; -термодинамически устойчивые; - характеризующиеся сильным межфазным взаимодействием частиц дисперсной фазы с дисперсионной средой. По размерам частиц дисперсной фазы дисперсные системы делят на: - грубодисперсные системы (микрогетерогенные) с размером частиц 10-7-10-4м. - коллоидные системы (ультрамикрогетерогенные) с размерами частиц 10-9-10-7м. По агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды дисперсные системы можно разделить на 8 типов. Сокращенное обозначение типа записываются в виде дроби: в числителе пишется индекс дисперсной фазы, в знаменателе – индекс дисперсионной среды, например, т/ж (твердые частицы в жидкой среде – суспензия). Ультрамикрогетерегенные системы с жидкой средой - это лиозоли, с твердой – солидозоли, с газовой – аэрозоли. Частицы коллоидных растворов малы, значит суммарная поверхность их большая. Суммарная поверхность частиц рассчитывается по формуле: Sсум = n  Sч-цы , где n – число частиц, Sч-цы – площадь частицы, имеющий ту или иную форму частиц. Число частиц можно рассчитать так: n = , где Vд.ф. – объем дисперсной фазы; Vч-цы – объем частицы Vд.ф. = , где m (г) – масса дисперсной фазы;  - плотность или Если частицы сферической формы, тогда Sсум = n  Sч-цы = , где r – радиус частицы Если частицы кубической формы, тогда Sсум = n  Sч-цы = , где – длина ребра куба Если известны размер и форма частиц легко вычислить и удельную поверхность: - для сферических частиц: Sуд (по объему) = Sуд (по массе) = - для кубических частиц: Sуд (по объему) = Sуд (по массе) = 1.2. Методы получения лиофобных коллоидных растворов. Так как по размерам частиц коллоидные системы занимают промежуточное положение между грубодисперсными и молекулярными системами, поэтому их получают либо дроблением крупных частиц (диспергированием), либо ассоциацией (объединением) молекул или ионов в агрегаты (конденсацией). При получении коллоидных систем необходимо соблюдать условия: - вещество дисперсной фазы должно быть нерастворимо в дисперсионной среде; - малая концентрация частиц дисперсной фазы; - наличие стабилизатора. К диспергационным методам относят: - механическое диспергирование (растирание, дробление) при котором используются : - шаровые мельницы (для измельчения тонкодисперсных порошков) и кол- лоидные мельницы позволяющие получать наибольшую степень дисперс- ности твердого вещества (коллоидную степень дисперсности); - ультразвуковое диспергирование, основанное на прохождении ультразву- ковой волны (частота 105 – 106 Гц) через грубосперсную систему и приводящие к кавитации. Кавитация (cavitas – лат. - пустота) – образование в жидкости пузырьков с последующим их захлопыванием, приводящее к разрушению (измельчению) грубодисперсной системы. Ультрозвуковым диспергированием получают коллоидные растворы смол, красителей, серы, крахмала, лекарственных веществ и др.. Преимущество метода в возможности получения стерильных лекарственных форм. - самопроизвольное диспергирование происходит при достаточно сильном взаимодействии между веществом дисперсной фазы и средой, что приво- дит к образованию лиофильных коллоидных систем (золи парафина в угле- водородах, водные растворы углеводородов с большим содержанием ПАВ (до 40%). К конденсационным методам относят: - физическую конденсацию: а) конденсация из пара (образование облаков, тумана) б) метод замены растворителя, в котором образование новой фазы происходит в результате замены «хорошего» растворителя на «плохой», в котором вещество не растворимо. Необходимым условием этого метода является полная смешиваемость «плохого» и «хорошего» растворителя. - химическую конденсацию, основанную на проведении в растворе химических реакций, сопровождающихся образованием нерастворимых или труднорастворимых веществ. При этом стабилизатором обычно служит электролит, взятый в избытке, или образующийся в результате побочной химической реакции. К комбинированным методам, сочетающим в себе и диспергирование и конденсацию относят: - электрические методы, применяемые для получения золей металлов (золота, серебра, платины и др.): а) дуговой метод (метод Бредига), основан на испарении металла электрода в электрической дуге (постоянный ток силой 5-10А) в водной среде в присутствии стабилизатора с последующей конденсацией паров в коллоидные частицы; б) искровой метод (метод Сведберга) основан на использовании переменного тока высокой частоты путем погружения электродов в металлический порошок, лежащий в органической дисперсионной среде. Применяется для получения органозолей металлов. - пептизация – распад агрегатов частиц в дисперсных системах с образованием коллоидных растворов. Используется в случае перевода свежеприготовленных рыхлых (аморфных) осадков в золь. Различают несколько видов пептизации: а) адсорбционная пептизация, (непосредственная) происходящая при физической адсорбции электролита, один из ионов которого способен достраивать кристаллическую решетку дисперсной фазы; б) пептизация под действием ПАВ, способных адсорбироваться на частицах, придавать им заряд или образовывать сольватную оболочку, ослабляющую связь между частицами; в) пептизация при отмывании осадка происходит при удалении из него электролита, вызывающего коагуляцию (объединение частиц осадка); г) химическая (диссолюционная, посредственная) пептизация происходит с образованием золя при взаимодействии реагента с осадком и с образованием электролита (стабилизатора, пептизатора) придающего устойчивость золю; д) пептизация при воздействии ультразвуковой волны, происходящая с высокой скоростью диспергирования. 1.3 Методы очистки коллоидных растворов. Используются различные методы для удаления примесей (в основном электролитов), способных нарушить устойчивость коллоидных систем. Диализ основан на использовании полупроницаемых мембран, через которые диффундируют молекулы и ионы (примеси электролита) в растворитель (воду). Растворитель (под действием осмотических сил) проникает в диализатор и, разбавляя золь, препятствует диффузии коллоидных частиц. Диализ проходит медленно. К факторам, его ускоряющим, относят: повышение температуры, перемешивание, уменьшение количества золя, частая смена растворителя, увеличение площади мембраны и др. Ультрафильтрация – диализ через полупроницаемую мембрану под давлением, или при разрежении под ней. Ультрацентрифугирование – разделение (очистка) под действием центробежных сил, когда коллоидные частицы собираются в нижней части центрифужной пробирки, а низкомолекулярные примеси остаются в верхнем слое дисперсионной среды. Электродиализ диализ с наложением на диализируемую жидкость электрического поля, ускоряющего движение ионов. 1.4 Строение мицеллы лиофобных золей. Элементарная коллоидная частица – мицелла – содержит нерастворимое в данной дисперсионной среде ядро, состоящее из диспергированного твердого вещества (агрегата) с адсорбированными ионами (потенциалопределяющими ионами – ПОИ). По правилу Панета – Фаянса «на поверхности твердого вещества адсорбируются ионы, способные достраивать его кристаллическую решетку, т.е. ионы имеющие общую атомную группировку с агрегатом». Эти ионы и придают поверхности ядра электрический заряд. После возникновения заряда ядро притягивает из раствора ионы с противоположным знаком (противоионы), образуется двойной электрический слой. Часть противоионов прочно притягивается к ядру, образуя адсорбционный слой противоионов. Ядро вместе с адсорбционным слоем называется частицей или гранулой. Гранула характеризуется двойным электрическим слоем, который образуется из потенциалопределяющих ионов и противоионов. Противоионы, которые находятся вне гранулы, образуют диффузный слой противоионов.

Похожие:

	Основные величины, используемые для характеристики поверхностных...		«Определение кислотности среды водных растворов» В представленном уроке учащиеся знакомятся с понятием ионного произведения воды, водородного показателя среды (рН), рассматривают...
	Эдуард Викторович особенности фазовых переходов pbHfO 3, PbZrO 3... ...		Рабочей программы учебной дисциплины (модуля) «Здания, сооружения... Изучение данной дисциплины базируется на знании общеобразовательной программы по следующим предметам: математика; физика; химия;...
	Vii. Оптические свойства коллоидных систем При падении луча света на дисперсную систему могут наблюдаться следующие явления		Программа подготовки: Электроэнергетические системы и сети, их режимы,... Программа подготовки: Электроэнергетические системы и сети, их режимы, устойчивость, надежность и качество электрической энергии
	Реферат поглотительная способность почв почвенный поглощающий комплекс Поглотительной способностью почвы называется ее свойство обменно либо необменно поглощать различные твердые, жидкие и газообразные...		Тип работы Влияние некоторых анальгетиков на устойчивость липидных мембран к осмотическому стрессу
	Урок в 8 классе по химии Тема: Получение чистой воды Задача У: рассмотреть способы получение чистой воды; получить чистую воду экспериментальным путем		Конспект Развить устойчивость и концентрацию внимания, способность переключаться с одного вида деятельности на другой
	3-6 Компьютерные игры в зеркале общественного мнения Приложение Изучение влияния компьютерных игр на устойчивость внимания		Улучшение качества питьевой воды Познакомиться с понятием электрометаллургия, процессом электролиза расплавов и растворов солей
	Курсовая работа Исследование вязкости растворов анионного пав в зависимости от количества добавленной гидротропной соли		Лазерные методы получения и осаждения коллоидных систем на поверхность твердых тел Работа выполнена в Федеральном бюджетном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Владимирский...
	П. А. Иконников устойчивость растений Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 020200. 62 «Биология» бакалавр		"Визитная карточка" проекта Цели: формирование исследовательской компетенции при изучении среды водных растворов электролитов