Metod_Medical_chem_1_Stomat

4.Налити в кювету золь невідомої концентрації (задачу) і знову виміряти ЕРС.

5.Одержані результати звести в таблицю

			Таблиця
Результати визначення концентрації золів
Розведення золю	Концентрація золю С, %		ЕРС, мВ
Початковий золь
2
4
8
Задача

7.Побудувати графік залежності величини ЕРС, пропорційної інтенсивності розсіяного світла Ір (вісь ординат) від концентрації золю С (вісь абсцис).

8.Користуючись одержаним графіком і маючи ЕРС для задачі, знайти концентрацію досліджуваного золю (задачі).

9.Зробити висновки:

1)яка залежність ЕРС, а отже і інтенсивності розсіяного світла Ір від концентрації золю С?

2)Чи узгоджується ця залежність із рівнянням Релея?

Завдання 6. Визначити знак заряду гранул та величину дзета– потенціалу частинок гідрофобного золю ... (за вказівкою викладача).

1.У прилад для електрофорезу налити в одне з колін (див. рисунок) проміжну рідину для даного золю до рівня на 3–5 мм вище верхнього зрізу крану К. Кран при цьому повинен бути відкритий, щоб через нього виходило повітря.

2.Закрити кран К і в обидва коліна вставити електроди Е, але не щільно, щоб з-під них могла витікати проміжна рідина.

3.Налити досліджуваний золь через лійку В.

4.За допомогою дротинки прочистити нижній кінець трубки під лійкою В та видалити можливі бульбашки повітря.

5.Злегка відкрити кран К, щоб золь з лійки повільно витікав вниз U-подібної трубки і сформувалася чітка межа поділу між золем та проміжною рідиною.

6.Додавши в лійку ще трохи золю, вивести межу поділу між ним і проміжною рідиною напроти цифрових поділок на шкалі.

7.Закрити кран К і записати положення межі золю в обох колінах (вони можуть не співпадати).

8.Увімкнути прилад. Коли вольтметр покаже напругу між електродами, відмітити час початку електрофорезу.

81

Рис. Схема приладу для електрофорезу
А –	проміжна рідина; Б – золь; В – лійка;
	Е1 і Е2 – електроди; К – кран.

9.Записати величину напруги Е за прямими показниками вольтметра, або розрахувати її, якщо шкала цього приладу має умовні поділки.

10.Закінчити електрофорез приблизно через 5–10 хвилин, коли межа золю в одному з колін зміниться на 5–7 мм. Записати час закінчення електрофорезу та визначити тривалість проходження струму t.

11.За різницею положень межі золю визначити зміщення частинок золю (S).

Встановити до якого з електродів зміщувалася межа золю під час електрофорезу. Зробіти висновок про знак заряду гранул досліджуваного колоїдного розчину.

12.Після вимкнення струму виміряти відстань l між електродами (за ходом струму в U-подібній трубці).

13.Вилити розчин з U-подібної трубки і промити її водою.

14.Коротко описати хід виконання роботи.

15.Перевести усі виміряні величини в одиниці СI, підставити їх у формулу Гельмгольца-Смолуховського і обчислити z– потенціал:

z = S × l × h t × E × D × e

Крім згаданих уже величин 1 (м), S (м), t (с), Е (В), взяти в’язкість h=10–3 Па · с та діелектричну константу D=81 для води, а також абсолютну діелектричну проникність вакууму e= 8,85 · 10–12 Ф/м.

82

16.Зробити висновок про знак заряду гранул досліджуваного золя та встановити його стійкість, порівнявши одержане значення дзетапотенціалу з критичним значенням (30 мВ).

IV. Обговорення результатів лабораторної роботи і зарахування теми.

	Заняття № 12
Тема: Коагуляція	колоїдних розчинів. Фізико-хімія розчинів
біополімерів
Значення матеріалу теми. Величина		електрокінетичного	(дзета-)

потенціалу ліофобних золів є найважливішою характеристикою їх стійкості. Методом електрофорезу та електроосмосу користуються для визначення величини електрокінетичного потенціалу частинок дисперсної фази, для очистки і розділення білків, ферментів, лікарських та інших речовин.

Стабілізація лікарських форм, що використовуються у вигляді суспензій, золів, емульсій і мазей, досягається після набуття частинками дисперсної фази одноіменних зарядів, або за допомогою інших факторів. У ряді випадків у боротьбі з забрудненням навколишнього середовища, необхідно порушити стійкість дрібних нейтральних частинок, тобто здійснити коагуляцію.

Коагуляція є важливим колоїдно– хімічним процесом як в технології, так і в біологічних явищах (виділення каучуку із латексів, осадження білків, утворення відкладень в кровоносних судинах, нирках та ін.).

Важливим фізіологічним явищем живого організму є фактор колоїдного захисту, що запобігає утворенню каміння в органах. У практичній діяльності колоїдний захист допомагає стабілізувати золі срібла, ртуті, радіоактивних ізотопів та ін.

Мета заняття: засвоїти методику вимірювання величини електрокінетичного потенціалу і встановлення знаку заряду гранул колоїдних частинок. Навчитися визначити поріг коагуляції електролітів, розраховувати коагулюючу здатність електролітів з іонами-коагуляторами різної валентності та визначати захисне число ВМС.

Форма заняття: лабораторно-практичне.

83

Домашня підготовка до заняття

І. Засвоїти основний матеріал навчальної програми

Кінетична (седиментаційна) та агрегативна стійкість дисперсних систем. Фактори стійкості. Коагуляція. Механізм коагулюючої дії електролітів. Поріг коагуляції. Правило Щульце-Гарді. Взаємна коагуляція. Процеси коагуляції при очистці питної води та стічних вод. Колоїдний захист.

Дисперсні системи з газоподібним дисперсійним середовищем. Класифікація аерозолей, методи одержання та властивості. Застосування аерозолей в клінічній практиці. Негативний вплив промислових аерозолів на здоров’я людини.

Грубодисперсні системи з рідинним дисперсійним середовищем. Суспензії, методи одержання та властивості. Пасти, їх медичне застосування.

Емульсії, методи одержання та властивості. Типи емульсій. Емульгатори. Застосування емульсій в клінічній практиці. Біологічна роль емульгування.

Напівколоїдні мила, детергенти. Міцелоутворення у розчинах напівколоїдів.

Високомолекулярні сполуки - основа живих організмів. Глобулярна та фібрилярна структура білків. Порівняльна характеристика розчинів високомолекулярних сполук, істинних та колоїдних розчинів.

Набухання та розчинення полімерів. Механізм набухання. Вплив рН середовища, температури та електролітів на набухання. Роль набухання в фізіології організму. Драглювання розчинів ВМС. Механізм драглювання. Вплив рН середовища, температури та електролітів на швидкість драглювання. Тиксотропія. Синерезис. Дифузія в драглях. Висолювання біополімерів з розчинів. Коацервація та її роль у біологічних системах.

Аномальна в'язкість розчинів ВМС. В'язкість крові. Мембранна рівновага Доннана.

Ізоелектричний стан білка. Ізоелектрична точка.

II. Дати письмові відповіді на контрольні запитання

1.Що таке коагуляція? Які фактори викликають коагуляцію ліофобних золей?

2.На які періоди можна поділити процес коагуляції? Чим вони відрізняються?

3.Що таке поріг коагуляції? В яких величинах виражають його значення?

4.Сформулюйте правило Шульце-Гарді.

5.Що таке ізоелектричний стан гранул в золях ?

6.Яке явище називають колоїдним захистом? Що є кількісною мірою захисної дії? Яка роль колоїдного захисту в живих організмах?

84

7.За допомогою яких реакцій одержують ВМС? Приклади природних і синтетичних полімерів.

8.Спільні та відмінні властивості розчинів ВМС, справжніх розчинів і ліофобних золів.

9.Який механізм і стадії набрякання гелів? Обмежене та необмежене набрякання.

10.Ступінь набрякання і залежність його від різних факторів (температури, природи електролітів, рН середовища).

11.Поліелектроліти. Амфотерність білків. Заряд білкової молекули в залежності від рН середовища. Ізоелектрична точка білків

12.Особливість в’язкості розчинів ВМС. Віскозиметричний метод визначення молекулярної маси полімерів. Рівняння Штаудінгера. В’язкість крові.

13.Біологічне значення ВМС, процесів набрякання і старіння гелів.

14.Що називається емульсіями? Класифікація емульсій, способи їх одержання та властивості.

15.Будова і механізм дії емульгатора. Вплив емульгатора на тип утвореної емульсії. Правило Банкрофта.

16.Причини руйнування емульсій та способи їх усунення. Що називається оберненням фаз емульсій і як його здійснити?

III. Розв’ язати задачі

а) Алгоритм розв’язання типових задач

Задача 1. Для коагуляції 2 см3 золю AgI необхідно було додати 0,4 см3 0,005 М розчину ВаСl2. Знайти поріг коагуляції.

Алгоритм розв’язання.

1.Розраховуємо кількість ммоль ВаСl2, що міститься в 0,4 см3 0,05 М розчину.

n=0,05 моль/л × 0,4 см3=0,05 ммоль/ см3 × 0,4 см3=0,02 ммоль. 2. Загальний об’єм розчину після коагуляції:

V=2+0,4=2,4 см3=2,4 × 10–3 л

3.Знайдемо поріг коагуляції, що являє собою мінімальну кількість ммолів ВаСl2, яка необхідна для коагуляції 1 л золю:

n	= П =	0,02 ммоль	= 8,3 ммоль /л.
V		2,4 ×10−3‘

Задача 2. У скільки разів зменшиться поріг коагуляції, якщо для коагуляції

золю As S	3	замість 0,5 М розчину NаСl (його потрібно 1,2 см3 на 10
2
см3 золю)		використати 0,4 см3 0,036 М розчин MgCl2 або
		85

0,1 см3 0,01 М розчину АlСl3 на досягнення коагуляції тих же 10 см3 золю.

Алгоритм розв’язання.

1. Кількість ммоль (n) кожного із електролітів, що витрачаються на коагуляцію 10 см3 золю As2S2:

n1=C1 ×V1=0,5моль/л × 1,2 см3=0,5 ммоль/см3 × 1,2 см3= =0,6 ммоль NaCl;

n2=C2 × V2=0,036 моль/л × 0,4 см3=0,036 ммоль/см3 × 0,4 см3= =0,0144 ммоль MgCl2;

n3=C3 × V3=0,01 моль/л × 0,1 см3=0,01 ммоль/см3 × 0,1 см3= =0,001 ммоль AlCl3.

2. Загальні об’єми золю та розчину електроліта коагулянту (V):

V1=Vзолю+V1=10+1,2=11,2 см3=11,2 × 10–3 л V2=Vзолю+V2=10+0,4=10,4 см3=10,4 × 10–3 л; V3=10,1 × 10–3 л. 3. Пороги коагуляції для кожного з електролітів:

П1

=

n1

=

0,6 ммоль

= 53,6 ммоль /л NaCl

V1

11,2 ×10−3 л

1

П2

=

n 2

=

0,0144 ммоль

= 1,4 ммоль /л MgCl

2

V1

10,4 ×10-3 л

2

П3

=

n 3

=

0,001 ммоль

= 0,1 ммоль /л AlCl3

V1

10,1×10−3 л

3

4. У скільки разів пороги коагуляції електролітів MgCl2 і AlCl3 менші, ніж для

NaCl?

П1		=		53,6		= 38,3 рази для MgCl2
П2		1,4
П1		=	53,6		= 536 рази для AlCl3
П3		0,1

Задача 3. До 10 см3 0,03% розчину NaCl додали 25 см3 0,001 М розчину AgNO3. Для вивчення процесу коагуляції до отриманого золю додали такі електроліти: KBr; Ba(NO3)2; K2CrO4; MgSO4; AlCl3; K3PO4. Який із добавлених електролітів має найменший поріг коагуляції, який має найменшу коагулюючу здатність ?

Алгоритм розв’язання.

1.Перераховуємо в молярну концентрацію 0,03 % розчин NaCl, враховуючи r=1 г/ см3 і Mn (NaCl)=58,5.

86

C1 = 0,003×100 = 0,00513 ммоль/см3 58,5

2.Розраховуємо кількість ммоль (n) кожної із реагуючих солей:

n1=C1 × V1=0,00513 ммоль/см3 × 10 см3=0,0513 ммоль NaCl; n2=C2 × V2=0,001 ммоль/см3 × 25 см3=0,025 ммоль AgNO3.

3.Згідно реакції:

NaCl + AgNO3 ® AgCl + NaNO3

0,0513 0,025

в надлишку буде сіль NaCl і, отже, виступатиме стабілізатором золю AgCl: {[(m AgCl) n Cl– ]n– × (n–x ) Na+}x– × x Na+

4.У відповідності з правилом Шульце-Гарді, коагуляцію цього золю будуть викликати катіони К+, Ba2+, Mg2+, Al3+, причому поріг коагуляції тим

нижчий, чим вищий заряд катіонів. Отже, для солі АlСl3 поріг коагуляції мінімальний. При однаковій нормальності розчинів KBr, K2CrO4 і K3PO4 їх коагулююча здатність найменша.

Задача

4.

Зразок вулканізованого

каучуку

об’ємом

1,12×10–3 м3 (V0)

помістили у тетрахлорметан. Через

5 год об’єм зразка став

5,15×10–3 м3 (V). Вирахувати ступінь набрякання полімеру (в %).

Алгоритм розв’язання

Ступінь набрякання полімеру у % вираховуємо за формулою:

i =

V - V0

×100% =

DV

×100%

V0

V0

515,×10−3

- 112, ×10−3

i =

×100% = 359,82 %

112,

×10−3

Задача

5.

Альбумін (рНІЕТ

= 4,8)

знаходиться у буферному розчині з

[H+] = 10–6 моль/л. До якого з електродів будуть рухатися частинки

білка при електрофорезі?

Алгоритм розв’язання.

Вираховуємо рН буферного розчину, у якому [H+] = 10–6

моль/л:

pH = –lg[H +] = –lg10 –6

= 6

Оскільки рН буферного розчину більше від ІЕТ, то частинки альбуміну

	матимуть від’ємний заряд:
		NH +	–	NH OH
	R	3		3
		COO–	+ OH ® R	COO–

Тому під час електрофорезу вони рухатимуться до позитивно зарядженого електрода – анода.

87

б) Задачі для самостійного розв’язання

1.Як зміниться величина порогу коагуляції, якщо до 10 см3 золю AgI замість

1,5 см3 1 М розчину KNO3 витратили 0,5 см3 0,1 М розчину Ca(NO3)2 або

0,2 см3 0,01 М розчину Al(NO3)3 ?

Відповідь: поріг коагуляції зменшиться в 22,75 і 665,5 рази відповідно.

2.Коагуляція від'ємно заряджених гранул золю сульфіду миш’яку (III)

викликана електролітами KNO3, MgCl2 і AlCl3, пороги коагуляції яких складають відповідно 50, 0,72 і 0,093 ммоль/л. Як співвідносяться між

собою коагулюючі здатності катіонів різної валентності. Відповідь: співвідношення 1 : 50 : 537,6

3.Яке захисне число крохмалю для золю гідроксиду заліза (III), якщо на захист 2,0 см3 цього золю від коагуляції 0,2 см3 10% NaCl витратили 5,0 мг порошкоподібного крохмалю ?

Відповідь: 25 мг

4.Зразок синтетичного каучуку масою 4,233×10–3 кг помістили в мазут. Через 10 год. витримування при 100 0С маса зразка стала 19,909×10–3 кг. Вирахувати ступінь набрякання (в %).

Відповідь: 370,33 %.

5.Як зміниться ступінь набрякання полівінолу у воді при додаванні: а) хлориду натрію; б) роданіду калію; в) сульфату калію? Відповідь обгрунтувати.

6.Желатина, рНІЕТ якої дорівнює 4,7, поміщена у розчин, в якому [H+] у 1000 разів більша, ніж у воді. Який заряд частинок желатини в розчині? Відповідь: позитивний.

ЛІТЕРАТУРА

1.Евстратова К.И., Купина Н.А., Малахова Е.Е. Физическая и коллоидная химия. – М:Высшая школа, 1990.

2.Красовський И.В., Вайль Е.И., Безуглый В.Д. Физическая и коллоидная химия. – К:Высшая школа, 1983

3.Мороз А.С., Ковальова А.Г. Фізична та колоїдна хімія.– Львів:Світ, 1994. -

С.205-230.

Зміст і методика проведення заняття

I. Уточнення і пояснення незрозумілих питань теми.

Звернути увагу на розуміння понять "поріг коагуляції" і "кількісна міра захисної дії" (захисне число).

II. Пояснення методики виконання лабораторної роботи. III. Лабораторна робота.

88

Завдання 1. Визначення порогів коагуляції електролітів.

Робота полягає у визначенні порогів коагуляції трьох електролітів, що містять одно-, двота тривалентні іони-коагулятори.

а) Для коагуляції золю Fe(OH)3 необхідно використати розчини електролітів з аніонами різної валентності (2,5 М розчин КСl, 0,1 М розчин

K2SO4 та 0,01 М розчин K3[Fe(CN)6]).

Записати будову міцели золю Fe(OH)3 і пояснити чому в даному випадку іонами– коагуляторами є аніони.

В три пробірки відміряти по 5,0 см3 золю Fe(OH)3 і додавати до нього із бюретки по краплях при інтенсивному перемішуванні один із трьох розчинів електролітів до перших ознак коагуляції: помутніння розчину, зміни забарвлення, випадання осаду. Одержані дані занести в таблицю 1.

						Таблиця 1
	Вплив природи електролітів на коагуляцію золю
№	Формула,	Концен-	Коагулю-	Об’єм розчину		Поріг
про-						коагуляції
бірки	електроліту	трація	ючий іон та	електроліту,			C × V
		електроліту	його заряд	V, см3		П =
							V3 + V
		С, ммоль/л
1.
2.

Зробіть висновок з одержаних даних: який електроліт має найбільшу коагулюючу дію і чому? Розрахуйте відношення порогів коагуляції для іонів різної валентності.

б) Для коагуляції золю з негативно зарядженими гранулами (срібла, MnO2, коларголу) необхідно використати розчини електролітів з катіонами різної валентності (2,5 М розчин NaCl 0,1 М розчин BaCl2 та 0,01 М розчин

AlCl3, або K3[Fe(CN)6]).

Дослід провести аналогічно попередньому, скласти відповідну таблицю і зробити висновок.

Завдання 2. Визначення захисної дії ВМС.

В 4 пробірки відміряти по 2,0 см3 золю, що вказаний викладачем. Для коагуляції взяти дві пробірки, вибрати відповідні два електроліти, що мають дво- і тривалентні іони-коагулятори; титрувати із бюретки кожну пробірку різним розчином електроліту. В третю і четверту пробірки додаємо на початку по 1,0 см3 0,5 % розчину ВМС (желатину, крохмалю або ін.) і аналогічно проводимо коагуляцію тими ж електролітами, що і в перших двох пробірках. Порівняти кількості витрачених розчинів. Результати занести в

таблицю 2.

Таблиця 2.

Вплив ВМС на коагуляцію золю

89

	Концентрація	Пішло на коагуляцію		Поріг коагуляції
Формула	розчину	V, см3		П, ммоль/л
електроліту	електроліту	без ВМС	у присутн.	без ВМС	у присутн.
	С, ммоль/л		ВМС		ВМС

Розрахувати пороги (П) коагуляції за формулою:

П =	C × V	, де
	Vзоля + V + V
	ВМС

С - концентрація електроліту, ммоль/л;

Vзолю; VВМС; V – об’єми розчинів золю, ВМС і електроліта відповідно, см3. Як пояснити, що в присутності ВМС витратилося більше електроліту на

коагуляцію золю, ніж при його відсутності?

Завдання 3. Взаємна коагуляція золів.

Налити в пробірку 2,0 см3 золю Fe(OH)3 з позитивно зарядженими гранулами (запишіть будову міцели, якщо стабілізатором виступає FeCl3). В пробірку додати 2,0 см3 золю берлінськрї блакиті з від’ємно зарядженими гранулами (складіть формулу міцели, якщо стабілізатор – K 4[Fe(CN)6]. Що спостерігається після змішування двох золів? Дайте цьому явищу пояснення.

Завдання 4. Визначення захисного числа желатини.

Взяти 5 пробірок, в першу налити піпеткою 2,0 см3 свіжовиготовленого розчину желатини (0,5 %), а в інші додати по 1,0 см3 дистильованої води. Потім послідовно перенести по 1 см3 розчину із першої пробірки у другу, із другої – в третю і т.д., а з останньої вилити в раковину. Отриманий таким чином ряд розчині, в яких зменшується концентрація желатини. Далі в кожну пробірку додати по 1 см3 золю Fe(OH)3 та 1 см3 1% розчину NaCl, змішати і через 5 хвилин відмітити, в якій з пробірок відбулася коагуляція.

Результати спостережень занести в таблицю 3.

Таблиця 3

Результати захисної дії желатини

№№ пробірок

1

2

3

4

5

6

7

Примітка

Маса желатини

Захист (+) або (–)

Відмітити знаком

(+) наявність

коагуляції,

знаком (–)

–

її відсутність,

розрахувати захисне число желатини.

Завдання 5. Масо-об’ємний метод визначення ступеня набрякання гелів: а) желатини у воді; б) каучуку в бензолі;

в) поліакрилової кислоти у воді.

90