Очистка коллоидных систем диализ электродиализ ультрафильтрация. Левченков С.И

Так как коллоидные системы занимают промежуточное положение между грубодисперсными системами и истинными растворами, то их можно получать двумя различными путями: из грубодисперсных систем путем дробления – это методы диспергирования ; или из истинных растворов в результате объединения атомов и молекул в агрегаты коллоидной степени дисперсности – методы конденсации .

Методы диспергирования

Механическое измельчение - заключается в энергичном и длительном растирании, размалывании или распылении дисперсной фазы и смешивании его с дисперсионной средой. Для устойчивости образующегося золя добавляется стабилизатор. Дробление осуществляют с помощью коллоидных мельниц, вальцов, ступок и т.п.

Электрическое диспергирование – состоит в получении золей металлов при контакте двух металлических электродов при пропускании через них тока силой 5 – 10 Аи напряжением на электродах 100 В. В области возникшей дуги отрываются частицы от электродов, поступают в среду и образуют золь. Так получают гидрозоли серебра, платины, золота. Их используют в медицине как антисептические лекарственные вещества.

Диспергирование ультразвуком – используют для дробления непрочных веществ с помощью ультразвуковых колебаний с частотой выше 20000 Гц.

Пептизация – переход в коллоидный раствор осадков под влиянием дисперсионной среды, содержащей пептизатор . Пептизации поддаются только свежие осадки, они легко переходят в золь, а старые, как правило, не пептизируются. Пептизацию можно наблюдать при "восстановлении" сухого молока, где пептизатором является белок.

Конденсационные методы

Метод замены растворителя (физическая конденсация ) – основан на замене одного растворителя другим. Если истинный раствор поваренной соли в этиловом спирте по каплям добавлять в эфир, то образуется золь поваренной соли в эфире. При этом ионы Na + и Cl־ образуют коллоидные частицы из-за плохой растворимости хлорида натрия в эфире.

Метод химической конденсации сводится к образованию молекул нерастворимых веществ с последующей их конденсацией до размеров коллоидных частиц. При этом могут использоваться реакции обмена, гидролиза, окисления – восстановления.

После получения золей коллоидных растворов их необходимо очищать от электролитов, которые понижают их устойчивость и мешают изучению их свойств.

Вопрос

Методы очистки коллоидных систем: диализ, электродиализ, ультрафильтрация

Очистку золей проводят методом диализа , а используемые для этого устройства называют диализаторами . В них имеется полупроницаемая перегородка, через которую проходят ионы и молекулы низкомолекулярных веществ, но задерживаются крупные по размеру коллоидные частицы. Для ускорения этого процесса применяют электрическое поле и устройства называются электродиализаторами . Диализ применяют для очистки пищевого желатина, клея, красителей, целлюлозы, для удаления солей из молочной сыворотки с целью сохранения в ней лактозы и протеинов. Диализ наблюдается при вымачивании соленого мяса и рыбы.

Метод отделения дисперсной фазы от дисперсионной среды фильтрованием коллоидных растворов через полупроницаемые мембраны называетсяультрафильтрацией . Для этих целей используют также центрифуги и ультрацентрифуги. Центрифугирование, например, применяется для сепарирования молока, отделения мелкокристаллических осадков и т.п.

Удаление из коллоидных растворов низкомолекулярных примесей, которые часто обладают астабилизирующим действием, может быть осуществлено с помощью диализа, электродиализа и ультрафильтрации.

Диализ – самый простой метод очистки коллоидных систем. Простейший диализатор представляет собой мешочек из полупроницаемого материала, в который заливается диализируемая жидкость. Мешочек опускается в сосуд с водой. При диализе растворенное кристаллическое вещество проходит через мембрану, а коллоидные частицы, неспособные проникать через полупроницаемую перегородку, остаются в виде очищенного коллоидного раствора. Природа перегородки может быть различной (бычий пузырь, пергамент, коллодий, целлофан и др.)

Электродиализ – усложненный вариант диализа. Если примеси являются электролитами, их переход через перегородку может быть ускорен путем наложения на диализируемую жидкость электрического поля. Электродиализ целесообразен при небольших концентрациях примесей в коллоидном растворе (при больших концентрациях происходит сильный разогрев золя).

Ультрафильтрация – диализ, проводимый под давлением. Ультрафильтрация чаще используется не для очистки коллоидных растворов, а для их концентрирования. При ультрафильтрации происходит лишь повышение концентрации дисперсной фазы, а состав дисперсионной среды остается практически постоянным. Однако если после частичной ультрафильтрации полученный золь разбавить чистым растворителем до прежнего содержания дисперсной фазы, он будет содержать меньше низкомолекулярных продуктов.

Похожая информация.

Полученные одним из рассмотренных методов, содержат примеси растворенных низкомолекулярных веществ и грубодисперсных частиц, наличие которых может отрицательно сказываться на свойствах золей, снижая их устойчивость (см. раздел 12.5).

Для очистки коллоидных растворов от примесей используют фильтрацию, диализ, электродиализ, ультрафильтрацию.

Фильтрация (от лат. filtrum — войлок) основана на способности коллоидных частиц проходить через поры обычных фильтров. При этом более крупные частицы задерживаются. Фильтрацию используют для очистки коллоидных растворов от примесей грубодисперсных частиц.

Диализ (от греч. dyalisis — отделение) — удаление с помощью мембран низкомолекулярных соединений из коллоидных растворов и растворов ВМС. При этом используют свойство мембран пропускать молекулы и ионы малого размера и задерживать коллоидные частицы и макромолекулы. Жидкость, подвергаемую диализу, отделяют от чистого растворителя соответствующей мембраной. Малые молекулы и ионы диффундируют через мембрану в растворитель и при его достаточно частой замене почти нацело удаляются из диализуемой жидкости.

Проницаемость мембраны по отношению к низкомолекулярным веществам обусловливается или тем, что малые молекулы и ионы, свободно проходят через капилляры, пронизывающие мембраны, или растворяются в веществе мембраны. В качестве мембран для диализа применяют различные пленки, как естественные— бычий или свиной мочевой пузырь, плавательный пузырь рыб, так и искусственные—из нитроцеллюлозы, ацетилцеллюлозы, целлофана, желатина и других материалов.

Существует большое разнообразие диализаторов — приборов для проведения диализа. Все диализаторы построены по общему принципу: диализируемая жидкость («внутренняя жидкость») находится в сосуде, в котором она отделена от воды или другого растворителя («внешняя жидкость») мембраной (рис. 12.3). Скорость диализа возрастает с увеличением поверхности мембраны, ее пористости и размера пор, с повышением температуры, интенсивности перемешивания диализируемой жидкости, скоростью смены внешней жидкости и уменьшается с ростом толщины мембраны.

Электродиализ используют для увеличения скорости диализа низкомолекулярных электролитов.

С этой целью в диализаторе создают постоянное электрическое поле с падением потенциала, 20—250 В/см и выше. Принципиальная схема электродиализа-, тора представлена на рис. 12.4. Проведение диализа в электрическом поле позволяет ускорить очистку коллоидного раствора в несколько десятков раз.

Компенсационный диализ применяют, когда необходимо освободить коллоидный раствор лишь от части низкомолекулярных примесей. В диализаторе растворитель заменяют раствором низкомолекулярных веществ, которые необходимо оставить в коллоидном растворе.

Ультрафильтрация (от лат. — ultra — сверх, filtrum — войлок) применяется для очистки систем, содержащих частицы коллоидных размеров (золи, растворы ВМС, взвеси бактерий и.вирусов) . В основе метода лежит продавливание разделяемой смеси через фильтры с порами.

Растворов.

Мотивация изучения темы : «Жизнь – это особая коллоидная система,… это особое царство природных вод» (). Дисперсные системы, в частности коллоидные растворы, широко распространены в природе. Почва, глина, воздух, облака, дым, многие минералы – все это коллоидные системы.

Дисперсными являются все живые системы. Биологические жидкости, кровь, лимфа, спинномозговая жидкость представляют собой коллоидные системы, в которых белки, холестерин, гликоген, фосфаты, липиды и другие вещества находятся в коллоидном состоянии. В настоящее время особый интерес представляет разработка моделей клеток, живых мембран, нервных волокон, действующих по законам коллоидной химии . Примером сочетания диализа и ультрафильтрации является аппарат «искусственная почка».

Важнейшие пищевые продукты – хлеб, молоко, масло – коллоидные системы. От величины капелек жира может зависеть скорость их всасывания через стенки пищеварительных органов. Тонко раздробленный жир в молоке и сливочном масле усваивается организмом лучше, чем жир в сплошной массе, например, сало.

Цель: Научиться получать коллоидные растворы методом конденсации, очищать их от примесей низкомолекулярных веществ, записывать схему строения (формулу) мицеллы.

Задачи изучения:

1. Научиться характеризовать общие свойства дисперсных систем и классифицировать их.

2. Знать природу и общие свойства коллоидных растворов, методы их получения и очистки, строение мицелл, методы определения формы и размеров коллоидных частиц.

3. Знать строение двойного электрического слоя, влияние электролитов на электрокинетический потенциал.

Продолжительность занятия - 165 минут (135 учебного времени и 30мин перерыв).

Место проведения занятия - учебный практикум (кафедра общей химии)

Задания для самостоятельной работы студента во внеучебное время (самоподготовка).

А. Контрольные вопросы

1. Дисперсные системы и их классификация.

2. Методы получения коллоидных растворов: диспергирование и конденсация.

3. Методы очистки коллоидных растворов: фильтрация, диализ, электродиализ, компенсационный диализ, ультрафильтрация.

4. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных растворов: броуновское движение, осмотическое давление, диффузия , седиментация, седиментационная устойчивость и равновесие.

5. Оптические свойства коллоидно-дисперсных систем: рассеяние сета (конус Тиндаля, закон светорассеяния Рэлея), опалесценция.

6. Электрические свойства дисперсных систем. Какие явления называют электрокинетическими?

7. Электрофорез и электроосмос.

8. Потенциалы: протекания, седиментации, электрокинетический или ζ-потенциал.

1. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учебник для ВУЗов/ , и др. - 2 изд. - М.: ВШ, 2000.

2. Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов./под ред. , - М.: ВШ, 2006.

3. , Филиппова задач и упражнений по общей химии. - М.: ВШ, 2007.

4. Практикум по общей и биоорганической химии /под ред. – 3-е изд.-М.: изд. центр «Академия», 2008.-240с

В. Обучающий материал.

Коллоидные растворы относятся к коллоидно-дисперсным системам с жидкой дисперсионной средой. Для получения коллоидных растворов необходимы следующие условия: достаточно малая растворимость дисперсной фазы в дисперсионной среде, определенная степень дисперсности (размер частиц м) и наличие в системе стабилизатора (электролита или высокомолекулярного соединения), препятствующего слипанию коллоидных частиц, сообщающего устойчивость коллоидным частицам.

Существуют два метода получения коллоидных систем: диспергирование и конденсация. Диспергирование – дробление крупных частиц до коллоидной степени дисперсности. Конденсационные методы разделяют на физические и химические. В основе химических конденсационных методов лежат химические реакции, приводящие к образованию труднорастворимых веществ в присутствии тех или иных стабилизаторов.

Реакцией гидролиза получают золи гидроксида железа(III) и алюминия , применяемые для очистки воды:

FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3 + 3HCl

Стабилизатором этого золя является частично образующийся при реакции оксохлорид железа: Fe(OH)3 + HCl = FeOCl + 2H2O

Золь серы, используемый в медицине для лечения кожных заболеваний, получают реакцией окисления:

2H2S-2 + O20 = 2S0 + 2H2O-2

Коллоидные растворы серебра также получают окислительно-восстановительной реакцией:

Ag2+1O + H20 = 2Ag0 + H2+1O

Многие золи получают реакцией ионного обмена, например, золь иодида серебра:

AgNO3 + KI = AgI + KNO3

Коллоидные растворы всегда содержат примеси электролитов и других низкомолекулярных веществ. Их можно отделить от коллоидных частиц путем диализа, электродиализа или ультрафильтрацией.

Процесс ультрафильтрации лежит в основе функции почек. Пример сочетания диализа и ультрафильтрации – аппарат «искусственная почка», предназначенный для временной замены функции почек при острой почечной недостаточности. Аппарат оперативным путем подключают к системе кровообращения больного: кровь под давлением, создаваемым пульсирующим насосом («искусственное сердце»), протекает в узком зазоре между двумя мембранами, омываемыми снаружи физиологическим раствором. Благодаря большой рабочей площади мембран (≈ 15000см2) из крови достаточно быстро (3-4часа) удаляются продукты обмена и распада тканей (мочевина, креатинин, ионы калия и др.)

Всякий золь (коллоидный раствор) состоит из мицелл (дисперсная фаза) и интермицеллярной жидкости (дисперсионная среда). Мицелла имеет сложное строение:

{m[Формульные единицы]n Потенциалопреде - (n-x)Противоионы}х Противоионы

ляющие ионы

агрегат адсорбционный слой диффузный слой

коллоидная частица (гранула)

Золи, образующиеся в результате обменной реакции, могут отличаться знаком заряда частиц дисперсной фазы. Например, золь гексацианоферрата (II) меди (II) можно получить по реакции:

2CuSO4 + K4 → 2K2SO4 + Cu2(тв)

либо в условиях избытка сульфата меди(II), либо гексацианоферрата (II) калия.

Золь полученный при избытке сульфата меди(II) имеет положительно заряженные частицы. CuSO4 → Cu2+ + SO42-

стабилизатор

В соответствие с правилом Панета - Фаянса кристаллическую решетку гексациано-феррата (II) меди (II) из присутствующих в растворе ионов могут достроить только ионы меди (II). Они и сообщают поверхности агрегатов положительный заряд. Противоионами в рассматриваемом примере являются сульфат-ионы. Строение мицеллы золя гексацианоферрата (II) меди (II) записывают следующим образом:

{m]nCu2+(n-x)SO42-}2x+xSO42-

Золь, полученный при избытке гексацианоферрата (II) калия, имеет отрицательно заряженные частицы.

K4 → 4K+ + 4-

стабилизатор

Схема строения мицеллы:

{m]n4- 4(n-x)К+}4x-4xК+

В этих формулах m означает количество молекул Cu2 в агрегате, n - число потенциалопределяющих ионов, адсорбированных на поверхности агрегата, (n-x) – число противоионов в адсорбционном слое, х - их число в диффузном слое.

Г. Обучающие задачи

Задача №1. Изобразите строение мицеллы гидрозоля сульфата бария, который получается в результате реакции между растворами хлорида бария и сульфата натрия методом химической конденсации.

Решение. Записываем уравнение химической реакции между растворами хлорида бария и сульфатом натрия: BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4(тв.) + 2NaCl

а) Пусть в избытке взят хлорид бария:

BaCl2⇄ Ba2+ + 2Cl -

стабилизатор

Труднорастворимый сульфат бария образует кристаллический агрегат, состоящий из m формульных единиц BaSO4 . на поверхности агрегата адсорбируется n ионов Ba2+. С поверхностью ядра связано 2(n-x) хлорид-ионов Cl-. Остальные (2х) противоионы распределяются в диффузном слое:

{mnBa2+2(n-x)Cl-}2x+2xCl - 1- агрегат, 2- потенциалопределяющие ионы,

противоионы

Ядро адсорбционный диффузный

Слой слой

Б) строение мицеллы золя барий сульфата, полученного при избытке натрия сульфата, записывают следующим образом:

{mnSO42-2(n-x)Na+}2x-2xNa+ 1- агрегат, 2- потенциалопределяющие ионы,

противоионы

Ядро адсорбционный диффузный

Слой слой

Задача 2. Золь иодида серебра получен смешиванием раствора нитрата серебра объемом 20мл с С(AgNO3) = 5,0·10-3 моль/л и раствора иодида калия объемом 30мл с С(KI)=6,0·10-3 моль/л. Назовите метод получения золя. Определите знак заряда коллоидных частиц. Представьте строение мицеллы гидрозоля иодида серебра.

Решение. Золь получен методом химической конденсации в результате реакции обмена: AgNO3 + KI = AgI(тв.) + KNO3 . Знак заряда коллоидных частиц зависит от того, какой электролит взят в избытке. Это определяют, рассчитав взятые количества вещества реагентов: n(X) = C(X)·V(X).

n(AgNO3) = 5,0·10-3 моль/л· 2·10-2 л = 1,0·10-4 моль;

n(KI) = 6,0·10-3 моль/л·3,0·10-3 л = 1,8·10-4 моль/л

n(KI)> n(AgNO3) KI = K+ + I-

После образования иодида сербра в избытке иодида калия в растовре останутся ионы К+, NO3-, I-. По правилу Панет-Фаянса на агрегатах AgI избирательно адсорбируются потенциалопределяющие ионы I-, обусловливающие отрицательный знак заряда коллоидных частиц.

Строение мицеллы золя иодида серебра:

{mnI-(n-x)K+}x-xK+ 1- агрегат, 2- потенциалопределяющие ионы,

противоионы

Ядро адсорбционный диффузный

Слой слой

Задача 3. при электрофорезе частицы золя хлорида серебра, полученного смешиванием равных объемов раствора нитрата серебра с концентрацией 0,005моль/л и хлорида натрия, перемещаются к катоду. В каком диапазоне находилось значение концентрации раствора хлорида натрия?

Решение. 1) Из анализа результатов электрофореза можно сделать вывод, что гранула мицеллы заряжена положительно.

2) стабилизатором является AgNO3

AgNO3→ Ag+ + NO3-

Формула мицеллы с положительным зарядом имеет вид:

{mnAg+(n-x)Cl-}x+xCl-

3) Чтобы образовалась мицелла подобного строения, хлорид натрия должен быть в недостатке. Так как объемы смешиваемых растворов одинаковы, то концентрация NaCl должна быть меньше концентрации AgNO3, т. е. меньше 0,005М

Ответ: С(NaCl)< 0,005 моль/л

Д. Задачи для самостоятельного решения.

Задача 1. Как можно получить гидрозоли сульфата кальция с различным знаком заряда коллоидных частиц, имея растворы CaCl2 и K2SO4? Напишите схемы строения мицеллы золя для каждого случая.

Задача 2. Золь гексацианоферрата (II) железа (III) получен смешиванием раствора хлорида железа (III) объемом 25мл с концентрацией FeCl3 равной 6,0·10-3моль/л и раствора гексацианоферрата (II) калия объемом 40мл с концентрацией K4 равной 2,0·10-3 моль/л. Назовите метод получения золя. Определите знак заряда коллоидных частиц. Напишите схему строения мицеллы золя гексацианоферрата(II)железа(III)калия. Какое вещество служит стабилизатором? (Ответ: стабилизатор - FeCl3)

Задача 3. Золь кремниевой кислоты получили при взаимодействии растворов K2SiО3 и HCl. Напишите формулу мицеллы золя и определите, какой из электролитов был в избытке, если противоионы в электрическом поле движутся к катоду?(Ответ: в избытке был K2SiО3)

Поскольку коллоидные системы по размеру частиц занимают промежуточное положение между грубодисперсными системами и истинными растворами, то методы их получения можно разделить на две группы: диспергационные и конденсационные.

Диспергационные методы основаны на измельчении дисперсной фазы. Диспергирование с образованием лиофильных коллоидных систем происходит самопроизвольно за счет теплового движения. Образование лиофобных коллоидных систем требует затрат энергии. Для достижения требуемой степени дисперсности применяют:

механическое дробление с помощью шаровых или коллоидных мельниц;

измельчение с помощью ультразвука;

электрическое диспергирование (для получения золей металлов);

химическое диспергирование (пептизацию).

Диспергирование, как правило, проводят в присутствии стабилизатора. Это может быть избыток одного из реагентов, ПАВ, белки, полисахариды.

Конденсационные методы состоят во взаимодействии молекул истинных раствор с образованием частиц коллоидных размеров, что может быть достигнуто как физическими, так и химическими методами.

Физическим методом является метод замены растворителя (напрмер, к истинному раствору канифоли в спирте добавляют воду, затем спирт удаляют).

Химическая конденсация состоит в получении коллоидных растворов путем химических реакций с образованием труднорастворимых соединений:

AgNO 3 + KI = AgI (т) + KNO 3

2HАuCl 4 + 3H 2 O = 2Au (т) + 8HCl + 3O 2

Исходные растворы должны быть разбавленными и содержать избыток одного из реагентов.

3. Методы очистки коллоидных растворов

Если коллоидные растворы содержат примеси растворенных низкомолекулярных веществ и грубодисперсных частиц, то их наличие может отрицательно сказываться на свойствах золей, снижая их устойчивость.

Для очистки коллоидных растворов от примесей используют фильтрацию, диализ, электродиализ, ультрафильтрацию.

Фильтрация основана на способности коллоидных частиц проходить через поры обычных фильтров. При этом более крупные частицы задерживаются. Фильтрацию используют для очистки коллоидных растворов от примесей грубодисперсных частиц.

Диализ - удаление с помощью мембран низкомолекулярных соединений из коллоидных растворов и растворов ВМС. При этом используют свойство мембран пропускать молекулы и ионы малого размера и задерживать коллоидные частицы и макромолекулы. Жидкость, подвергаемую диализу, отделяют от чистого растворителя соответствующей мембраной. Малые молекулы и ионы диффундируют через мембрану в растворитель и при его достаточно частой замене почти нацело удаляются из диализуемой жидкости. Проницаемость мембраны по отношению к низкомолекулярным веществам обусловливается или тем, что малые молекулы и ионы свободно проходят через капилляры, пронизывающие мембраны, или растворяются в веществе мембраны. В качестве мембран для диализа применяют различные пленки, как естественные - бычий или свиной мочевой пузырь, плавательный пузырь рыб, так и искусственные - из нитроцеллюлозы, ацетилцеллюлозы, целлофана, желатина и других материалов.

Искусственные мембраны имеют преимущество по сравнению с естественными, так как их можно готовить с различной и хорошо воспроизводимой проницаемостью. При выборе материала для мембраны часто необходимо принимать во внимание заряд мембраны в том или ином растворителе, который возникает в результате или диссоциации самого вещества мембраны, или избирательной адсорбции на ней ионов, или неравномерного распределения ионов по обе стороны мембраны. Наличие заряда у мембраны иногда может быть причиной коагуляции при диализе коллоидных растворов, частицы которых несут заряд, противоположный по знаку заряду мембраны. Поверхность целлофановых и коллодиевых мембран в воде и водных растворах обычно заряжена отрицательно. Белковые мембраны в среде с рН, меньшим изоэлектрической точки белка, заряжены положительно, а в среде с большим рН - отрицательно.

Существует большое разнообразие диализаторов - приборов для проведения диализа. Все диализаторы построены по общему принципу: диализируемая жидкость («внутренняя жидкость») находится в сосуде, в котором она отделена от воды или другого растворителя («внешняя жидкость») мембраной. Скорость диализа возрастает с увеличением поверхности мембраны, ее пористости и размера пор, с повышением температуры, интенсивности перемешивания диализируемой жидкости, скоростью смены внешней жидкости и уменьшается с ростом толщины мембраны.

Рис.31.1. Диализатор: 1 - диализуемая жидкость; 2 - растворитель; 3 - диализная мембрана; 4 - мешалка

Электродиализ используют для увеличения скорости диализа низкомолекулярных электролитов. С этой целью в диализаторе создают постоянное электрические поле. Проведение диализа в электрическом поле позволяет ускорить очистку коллоидного раствора в несколько десятков раз.

Компенсационный диализ применяют, когда необходимо освободить коллоидный раствор лишь от части низкомолекулярных примесей. В диализаторе растворитель заменяют внешним раствором низкомолекулярных веществ, которые необходимо оставить в коллоидном растворе.

Одной из разновидностей компенсационного диализа является гемодиализ – очистка крови с помощью аппарата искусственная почка . Венозная кровь контактирует через мембрану с внешним раствором, содержащим в одинаковой с кровью концентрации вещества, которые необходимо сохранить в крови (сахар, ионы натрия). При этом происходит очистка крови от шлаков (мочевины, мочевой кислоты, билирубина, аминов, пептидов, избытка ионов калия), которые уходят через мембрану во внешний раствор. Свободный сахар в сыворотке крови определяют компенсационным диализом сыворотки против изотонического солевого раствора, к которому добавляют различные количества сахара. Концентрация сахара в солевом растворе не меняется при диализе лишь в том случае, когда она равна концентрации свободного сахара в крови.

Ультрафильтрация применяется для очистки систем, содержащих частицы коллоидных размеров (золи, растворы ВМС, взвеси бактерий и вирусов). В основе метода лежит продавливание разделяемой смеси через фильтры с порами, пропускающими только молекулы и ионы низкомолекулярных веществ. В определенной степени ультрафильтрацию можно рассматривать как диализ под давлением. Ультрафильтрацию широко используют для очистки воды, белков, нуклеиновых кислот, ферментов, витаминов, а также в микробиологии при определении размеров вирусов и бактериофагов.

1Примеси коллоидных 0 1систем 0.................................. 1

1Диализ 0..................................................... 1

1Электродиализ 0.............................................. 2

1Ультрафильтрация 0........................................... 3

1Компенсационный диализ и вивидиализ 0, 1значение методов

1очистки 0 1коллоидных систем в медицине 0....................... 4

2Примеси коллоидных систем.

При получении коллоидных растворов с помощью различных мето-

дов, особенно с помощью химических реакций, является невозможным

использовать эквимолярные соотношения реагентов. По этой причине в

образовавшихся золях может присутствовать избыточное количество

электролитов, что в значительной степени снижает устойчивость кол-

лоидных растворов. Приготовленный каким-либо способом коллоидный

раствор может содержать, помимо электролитов, и другие вещества,

например стабилизаторы, ВМВ и др.

Все эти примеси могут содержаться в коллоидном растворе также

в следствие загрязненности исходных продуктов или по другим причи-

1. Вследствие взаимодействия металлов с водой и гидролиза об-

разующихся солей при использовании диспергационного метода получе-

ния золей - электрораспыления.

2. Внесение электролита при использовании пептизации осадков

электролитами.

3. Частичное растворение (диссоциация) осадка при использова-

нии пептизации промыванием.

4. Внесение электролитов при использовании химической пепти-

5. Внесение ПАВ при пептизации ими.

6. Образование побочных продуктов при получении коллоидных

систем с помощью химических реакций.

Как можно заметить, все виды нежелательных примесей представ-

лены в основном низкомолекулярными веществами, а поэтому очистка

коллоидных систем преследует своей целью освобождение коллоидных

систем от низкомолекулярных примесей.

Диализ является простейшим методом очистки коллоидных систем.

Очистка коллоидных методом диализа заключается в том, что с по-

мощью полупроницаемой перегородки (мембраны) коллоидные мицеллы

могут быть отделены от примесей растворенных в дисперсионной среде

низкомолекулярных веществ. При диализе молекулы растворенного низ-

комолекулярного вещества проходят через мембрану, а коллоидные

частицы, неспособные диализировать (проникать через мембрану), ос-

таются за ней в виде очищенного коллоидного раствора. Явление диа-

лиза для коллоидных систем возможно благодаря тому, что размер ми-

целл гораздо больше размера молекул низкомолекулярных веществ.

Простейшим прибором для диализа - диализатором - является

мешочек из полупроницаемого материала (коллодия), в который поме-

щается диализируемая жидкость. Мешочек опускается в сосуд с раст-

ворителем (водой). Периодически или постоянно меняя растворитель в

диализаторе можно практически полностью удалить из коллоидного

раствора примеси электролитов и низкомолекулярных неэлектролитов.

Недостатком метода является большая длительность процесса очистки

(недели, месяцы). Отчасти также недостатком диализа является факт,

что длительный диализ обусловливает не только удаление из раствора

примесей, но и стабилизатора, что может повлечь за собой коагуля-

цию коллоидного раствора.

В настоящее время существует много усовершенствованных конс-

трукций диализаторов, ускоряющих процесс диализа. Интенсификация

процесса достигается увеличением поверхности, через которую идет

диализ, непрерывной заменой растворителя и нагреванием, ускоряющем

Процесс диализа обусловлен процессами осмоса и диффузии, что

объясняет методы интенсификации процесса диализа.

2Электродиализ.

Электродиализ - процесс диализа, ускоряемый действием элект-

рического тока. Электродиализ применяют для очистки коллоидных

растворов, загрязненных электролитами. В случае необходимости

очистки коллоидных растворов от низкомолекулярных неэлектролитов,

процесс электродиализа малоэффективен. В принципе, процесс элект-

родиализа мало отличается от обычного диализа. Существенное отли-

чие заключается в том, что с помощью внешнего электрического поля

удается более быстро и полно отделить катионы и анионы электроли-

тов от коллоидного раствора.

Простейший электродиализатор представляет собой сосуд, разде-

ленный на 3 камеры. В среднюю камеру, снабженную мешалкой, налива-

ют подлежащий очистке коллоидный раствор. В боковые камеры помеще-

ны электроды, подключенные к источнику постоянного тока и трубки

для подвода и отвода растворителя (воды). Под действием электри-

ческого поля происходит перенос катионов из средней камеры в ка-

тодную камеру, а анионов - в анодную.

Преимуществом электродиализа перед обычным диализом является

малое количество времени, необходимое для очистки (минуты, часы).

Следует отметить, что электродиализ особенно эффективен толь-

ко после предварительной очистки с помощью обычного диализа, когда

скорость диффузии из-за падения градиента концентрации электроли-

тов между золем и водой мала и можно применять электрическое поле

большого напряжения, не боясь сильного разогревания золя.

2Ультрафильтрация 0.

Ультрафильтрация - фильтрование коллоидных растворов через

полупроницаемую мембрану, пропускающую дисперсионную среду с низ-

комолекулярными примесями и задерживающую частицы дисперсной фазы

или макромолекулы. Для ускорения процесса ультрафильтрации ее про-

водят при перепаде давления по обе стороны мембраны: под вакуумом

или повышенным давлением. То есть, ультрафильтрация есть ничто

иное, как диализ, проводимый под давлением.

Ультрафильрация позволяет скорее отделить от коллоидного

раствора электролиты и другие примеси (низкомолекулярные неэлект-

ролиты), чем это происходит при диализе.

При ультрафильтрации достигают высокой степени очистки золя,

периодически разбавляя последний водой. При разбавлении водой золь

и стабилизаторов.

На конечной стадии путем отсасывания дисперсионной среды мож-

но сконцентрировать коллоидный раствор. При этом важно, что повы-

шается концентрация только дисперсной фазы, состав же дисперсион-

ной среды остается практически постоянным.

Ультрафильтрация может применяться в сочетании с электродиа-

лизом (электроультрафильтрация), благодаря чему значительно уско-

ряется удаление электролитов из коллоидного раствора.

Применение мембран с определенным размером пор позволяет раз-

делить коллоидные частицы на фракции по размерам и ориентировочно

определить эти размеры.

Предложено много приборов для проведения ультрафильтрации.

Так как ультрафильтрация всегда проходит под давлением, то во всех

приборах для ультрафильтрации мембрана либо накладывается на плас-

тинку с мелкими отверствиями, служащую для нее опорой, либо непос-

редственно получается на стенках неглазурованного фарфорового со-

суда. Например, ультрафильтры Бехгольда получают путем нанесения

на стенки пористого фарфорового сосуда разбавленного коллодия и

последующего его высушивания.

Все это говорит о том, что ультрафильтрация является не толь-

ко методом очистки коллоидных систем, но и может быть использована

для дисперсионного анализа и препаративного разделения дисперсных

2Компенсационный диализ и вивидиализ, значение методов

2очистки коллоидных систем в медицине 0.

Компенсационный диализ и вивидиализ - методы, разработанные

для исследования биологических жидкостей, представляющих собой

коллоидные системы.

Принцип метода компенсационного диализа состоит в том, что в

диализаторе вместо чистого растворителя используют растворы опре-

деляемых низкомолекулярных веществ различной концентрации. Напри-

мер, для определения свободного, не связанного с белками, сахара

крови проводят ее диализ против изотонического солевого раствора,

концентрация сахара равна концентрации свободного сахара в сыво-

ротке крови, в ходе диализа концентрация сахара не изменяется.

Этот метод позволил выявить присутствие в крови глюкозы и мочевины

в свободном состоянии.

К этому методу близок метод вивидиализа для прижизненного оп-

ределения в крови низкомолекулярных веществ. Для проведения анали-

за в концы перерезанного кровеносного сосуда вставляют стеклянные

канюли, разветвленные части которых соединены между собой трубками

из полупроницаемого материала, и всю систему помещают в сосуд, за-

полненный физиологическим раствором соли или водой. Таким методом

было обнаружено, что в крови помимо глюкозы находятся свободные

аминокислоты.

Принцип компенсационного вивидиализа был использован при соз-

дании аппарата, названного "искусственной почкой". С помощью него

можно очищать кровь больного от различных низкомолекулярных ве-

ществ - продуктов обмена, замещая временно функцию больной почки

при таких показаниях, как острая почечная недостаточность в ре-

зультате отравлений, при тяжелых ожогах и т.п.

2Библиография.

1. Ребиндер П.А. О термодинамически равновесных двухфазных

дисперсионных системах. Коллоидн. ж., 1970, т.32, стр. 480.

2. К.И. Евстратова и авт. Физическая и коллоидная химия - М:

Высш. шк., 1990, стр. 420.

2Оглавление. 1Примеси коллоидных 0 1систем 0.................................. 1 1Диализ 0..................................................... 1 1Электродиализ 0................