Министерство здравоохранения Республики Беларусь

Учреждение образования

«Гомельский государственный медицинский университет»

Кафедра общей и биоорганической химии

Обсуждено на заседании кафедры ___________________

Протокол №_____________________________________

Методическая разработка

для проведения занятия со студентами I курса

лечебного факультета по общей химии

Тема № 16: Физико-химия дисперсных систем

Время: 3 часа

1. УЧЕБНЫЕ И ВОСПИТАТЕЛЬНЫЕ ЦЕЛИ:

Познакомить студентов-медиков со строением, способами получения и физико-химическими свойствами дисперсных систем, обратив особое внимание на биологическое значение коллоидных растворов in vivo.

МОТИВАЦИЯ ДЛЯ УСВОЕНИЯ ТЕМЫ:

Микрогетерогенные дисперсные системы с частицами размером от 10ˉ⁷ до 10ˉ⁹ м (1-100 Нм) называются коллоидными растворами. Коллоидные растворы играют большую роль в процессах жизнедеятельности организмов.

Протоплазма живых организмов представляет собой коллоидную систему. В ней содержатся различные лиофильные вещества (белки, гликоген, фосфолипиды), молекулы которых прочно удерживают воду (связанная вода). Когда, под влиянием каких-либо причин, изменяется структура коллоида, возможно выделение части связанной воды. Это явление называется синерезисом. Примером синерезиса является выделение сыворотки при образовании сгустков крови.

Соли желчных кислот, находящиеся в пищеварительном тракте, стабилизируют водно-масляные эмульсии, в результате чего облегчается прохождение этих эмульсий через стенки кишечника.

Многие лекарственные препараты представляют собой коллоидные растворы. Для повышения устойчивости к ним добавляют стабилизаторы.

Белки – важнейшая составная часть всех живых клеток и организмов. Они составляют главную массу сухого вещества тканей человека и всех животных. Белки находятся в организме в коллоидном состоянии.

Ферменты – биологические катализаторы, образующиеся в живых клетках, представляют собой вещества белковой природы. Ферменты проявляют свою высокую каталитическую активность в коллоидном состоянии.

ТРЕБОВАНИЯ К ИСХОДНОМУ УРОВНЮ ЗНАНИЙ:

а) понятие о дисперсных системах;

б) истинные и коллоидные растворы.

В результате проведения занятия студент должен:

1) знать:

• понятие о дисперсных системах, их классификацию;

• способы получения и очистки коллоидных растворов;

• термодинамику образования лиофильных и лиофобных золей;

• строение мицеллы лиофобных золей, стабилизированных электролитами;

• молекулярно-кинетические и оптические свойства коллоидных систем;

• электрокинетические явления в частности электрофорез, электроосмос и их применение и значение в биологии и медицине;

• теоретические основы устойчивости и коагуляции лиофобных золей, закономерности коагуляции под действием электролитов;

• теоретические основы кинетики коагуляции, понятие о пороге коагуляции, правило Шульце-Гарди.

2) уметь:

• давать характеристику коллоидных систем по сравнению с грубодисперсными и истинными растворами;

• составлять формулы мицеллы лиофобных золей, объяснять причину их устойчивости;

• указывать направления движения коллоидной частицы при электрофорезе;

• излагать теоретические основы устойчивости и коагуляции лиофобных золей;

• определять, какой ион электролита-коагулятора будет оказывать коагулирующее действие на золь;

• сопоставлять коагулирующую способность электролитов;

• уметь рассчитывать порог коагуляции электролита в соответствии с правилом Шульце-Гарди.

• уметь готовить коллоидные растворы железа (III) гидроксида реакцией гидролиза и берлинской лазури реакцией обмена;

• проводить коагуляции полученных золей под действием электролитов.

2. СВЯЗЬ СО СМЕЖНЫМИ ДИСЦИПЛИНАМИ:

Теоретические основы знаний о строении и свойствах дисперсных систем и коллоидной защиты потребуются студентам при изучении курсов мед. физики и биологии, хирургических болезней, патологической анатомии с курсом судебной медицины.

3. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ ЗАНЯТИЯ:

3.1 Дисперсные системы. Их классификация.

3.2 Характеристика коллоидных систем. Отличие их от суспензий и истинных растворов.

3.3 Методы получения и очистки коллоидных растворов.

3.4 Электроповерхностные явления. Строение двойного электрического слоя. Электрокинетические явления. Электрофорез, электроосмос. Применение электрофореза в биологических и медицинских исследованиях.

3.5 Строение коллоидных частиц лиофобных золей.

3.6 Устойчивость и коагуляция лиофобных золей. Основные закономерности коагуляции под действием электролитов. Кинетика коагуляции. Порог коагуляции. Правило Шульце-Гарди.

4. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ЗАНЯТИЯ:

Лабораторная работа № 1

Получение коллоидных растворов гидроксида железа (III)

и берлинской лазури

1. Получение золя Fe(OH)₃ реакцией гидролиза

В конической колбе (250 мл) на электроплитке нагревают до кипения 150 мл дистиллированной воды (мерным цилиндром). Не снимая колбы, плитку выключают и небольшой струей вливают в воду пипеткой 5 мл концентрированного раствора железа (III) хлорида. Происходит гидролиз FeCl₃, в результате чего образуется коллоидный раствор железа (III) гидроксида интенсивного красно-коричневого цвета, стабилизированный FeCl₃.

Полученный золь охлаждают под краном до комнатной температуры. Если необходимо, то фильтруют через складчатый фильтр. Золь должен быть прозрачным в проходящем свете!

2. Получение золя берлинской лазури реакцией обмена

В коническую колбу (250 мл) наливают 25 мл дистиллированной воды и добавляют микропипетками (1 мл и 2 мл) 0,2 мл концентрированного раствора FeCl₃ и 2 мл насыщенного раствора желтой кровяной соли при перемешивании. В результате реакции обмена образуется нерастворимая в воде берлинская лазурь (железа (III) гексацианоферрат (II)) Fe₄[Fe(CN)₆]₃ в виде густого геля. К образовавшемуся гелю берлинской лазури добавляют 150 мл дистиллированной воды, встряхивают и фильтруют золь через складчатый фильтр, смоченный дистиллированной водой. Золь должен быть совершенно прозрачным в проходящем свете и иметь интенсивно синюю окраску!

В данном случае золь берлинской лазури, для которого стабилизатором является желтая кровяная соль, образуется в результате пептизации геля.

Результаты данной работы зависят от умения обращаться с пипетками.

Лабораторная работа № 2

Определение порога коагуляции полученных золей Fe(OH)₃ и Fe₄[Fe(CN)₆]₃

Чтобы определить, какой ион электролита-коагулятора должен оказывать коагулирующее действие на золь, нужно определить знаки зарядов коллоидных частиц золей Fe(OH)₃и Fe₄[Fe(CN)₆]₃.

Сопоставление коагулирующей способности электролитов необходимо производить при одинаковом анионе, если ионом-коагулятором является катион и наоборот, при одинаковом катионе, если ион-коагулятор – анион.

Чтобы определить пороги коагуляции золя железа (III) гидроксида, готовят раствор электролитов с убывающей концентрацией. Для этого берут три ряда пробирок по 6 штук. В пробирки каждого ряда наливают из бюретки заданный объем дистиллированной воды и растворы электролитов в соответствии с таблицей 1. Растворы электролитов отмеряют пипеткой (5 мл).

Разведение раствора электролита в 3-х рядах одинаково, поэтому, чтобы рационально использовать время, рекомендуется заполнять пробирку так: взяв в руки одновременно вторые пробирки всех 3-х рядов, наливают в них по 1 мл дистиллированной Н₂О; в третьи – по 2 мл дистиллированной воды и т.д. Затем в пробирки каждого ряда пипеткой добавляют объемы раствора заданного электролита в убывающем количестве 5, 4, 3, 2, 1 и 0,5.

Заполнение пробирок золем производится из бескрановой бюретки (100 мл). Передвигая под бюреткой штатив с пробирками, добавляют по 5 мл золя по возможности одновременно во все пробирки каждого ряда. Содержимое пробирок перемешивают встряхиванием, записывают время начала опыта и оставляют на 30 мин. для прохождения явной коагуляции.

Готовят контрольный раствор золя железа (III) гидроксида сливанием в пробирку 5 мл дистиллированной воды и 5 мл золя.

Методика для определения порога коагуляции золя берлинской лазури точно такая же, в соответствии с таблицей 2. Контрольный раствор готовят сливанием 5 мл дистиллированной воды и 5 мл исходного раствора берлинской лазури. Коагуляцию отличают, сопоставляя контрольную и исследуемую пробирки, для чего их ставят на лист чистой белой бумаги и наблюдают помутнение золя сверху через всю толщу раствора или наблюдают образование укрупненных агрегатов в проходящем свете при сопоставлении контрольной и исследуемой пробирок.

В таблицах 1 и 2 отмечают коагуляцию знаком "+", отсутствие коагуляции знаком "–".

ФОРМА ОТЧЕТА:

1. Написать уравнения реакций получения золей Fe(OH)₃ и Fe₄[Fe(CN)₆]₃.

2. Изобразить формулу строения мицеллы золя Fe(OH)₃, стабилизированного железа (III) хлоридом.

3. Изобразить формулу строения мицеллы золя берлинской лазури, стабилизированного желтой кровяной солью.

4. Каков знак заряда коллоидных частиц железа (III) гидроксида и берлинской лазури?

5. Какие ионы электролита-коагулятора должны оказать коагулирующее действие на золи Fe(OH)₃ и Fe₄[Fe(CN)₆]₃?

6. Рассчитать порог коагуляции золей Fe(OH)₃ и Fe₄[Fe(CN)₆]₃ для каждого электролита-коагулятора.

Суммарный объем растворов в каждой пробирке 10 мл, следовательно, концентрация золя во всех пробирках одинакова. Если С – молярная концентрация раствора электролита, V – минимальное число мл этого электролита, достаточное для коагуляции 10 мл золя, то СV – это число миллимолей электролита, добавленного к 10 мл золя.

Для пересчета на 1 л золя СVнадо умножить на 100, тогда порог коагуляции равен:

γ = СV∙100 ммоль/л

Таблица 1