Поверхностные явления на границе раздела фаз

				жидкость – твердое тело
Уравнения адсорбции			Адсорбция из растворов						Применение твердых
Лэнгмюра и			твердыми адсорбентами						адсорбентов в медицине
Фрейндлиха									и фармации
Молекулярная адсорбция					Адсорбция электролитов
неэлектролитов
				Адсорбция		Избирательная				Ионообменная
Правило выравнивания
полярностей Ребиндера				слабых		адсорбция				адсорбция
				электролитов		Правило Панета-Фаянса

Адсорбция уксусной кислоты на активированном угле

6. ОРИЕНТИРОВОЧНАЯ КАРТОЧКА ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ (самостоятельная внеаудиторная работа студентов).

Содержание и последовательность дей-	Указания к учебным действиям
ствий
1. Поверхностные явления на границе	1.1. Понятие об активных центрах на
раздела фаз жидкость – твердое тело.	поверхности адсорбента.
2. Адсорбция из растворов твердыми	2.1. Особенности адсорбции из растворов.
адсорбентами.	2.2. Уравнение адсорбции Лэнгмюра и
	Фрейндлиха, особенности их применения.
	2.3. Применение твердых адсорбентов в меди-
	цине и фармацевтической промышленности. Ад-
	сорбционная терапия.
3. Молекулярная адсорбция из раство-	3.1. Адсорбция неэлектролитов. Правило вырав-
ров.	нивания полярностей Ребиндера.
4. Адсорбция из растворов электроли-	4.1. Избирательная адсорбция. Правило Панета-
тов.	Фаянса.
	4.2. Ионообменная адсорбция. Ионообменники.
	4.3. Особенности адсорбции слабых электроли-
	тов.
5. Адсорбция уксусной кислоты на ак-	5.1. Методика исследования адсорбции уксусной
тивированном угле.	кислоты и построение изотермы адсорбции.
	5.2. Определение коэффициентов в уравнении
	Фрейндлиха для адсорбции уксусной кислоты
	расчетно-графическим методом.

7.ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ (самостоятельная внеаудиторная работа студентов).

1)Указать факторы, от которых зависит адсорбция на границе раздела фаз жидкость – твердое тело.

а) природа адсорбента, давление, температура; б) природа адсорбента, природа жидкости, давление, температура;

87

в) природа адсорбента, природа жидкости, температура; г) давление, температура.

2)Указать, из какого растворителя активированный уголь (неполярный адсорбент) будет лучше адсорбировать поверхностно-активное вещество. Диэлектрическая проницаемость растворителей указана в скобках.

а) из воды (80); б) из этанола (25,2); в) из ацетона (20,7); г) из гексана (1,9).

3)Указать, выполняется ли правило Дюкло-Траубе при адсорбции дифильных молекул из растворов на твердом адсорбенте.

а) не выполняется; б) выполняется только для неполярных адсорбентов;

в) выполняется только для неполярных адсорбентов при адсорбции из полярных растворителей;

г) выполняется только для неполярных адсорбентов при адсорбции из полярных растворителей и для полярных адсорбентов при адсорбции из неполярных растворителей.

4)Указать, какие из приведенных факторов влияют на адсорбцию ионов твердым адсорбентом из водного раствора:

1)	заряд иона,	2) степень гидратации иона, 3) природа иона
4)	природа адсорбента, 5) масса адсорбента,			6) общее давление.
	а) 1 – 4;	б) 1 – 6;	в) 1, 3, 4;	г) 1, 4, 5.

5) Выбрать ионы, которые по правилу Панета-Фаянса способны адсорбироваться на поверхности кристаллического йодида серебра.

а) Ag+;

б) I-;

в) NO3-;

г) Na+.

6) Выбрать ионы, которые по механизму ионообменной адсорбции могут быть адсорбированы катионами в Н+- форме.

а) Cl-;

б) Са2+;

в) NO3-;

г) Na+.

ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ.

1) Правильный ответ в).

Адсорбция на границе раздела фаз жидкость - твердое тело зависит от природы адсорбента и адсорбата (жидкость), температуры и практически не зависит от давления, поскольку жидкости почти не сжимаются.

2)Правильный ответ а).

Уголь является неполярным гидрофобным адсорбентом. Согласно правилу вырав-

нивания полярностей Ребиндера, поверхностно-активное вещество лучше будет адсорбироваться на угле из полярного растворителя, занимая тем самым промежуточное по полярности место между растворителем и адсорбентом. Наиболее полярным раствори-телем. из приведенных в ответах, является вода.

3)Правильный ответ в).

Правило Дюкло-Траубе выполняется только при адсорбции поверхностно-активных

веществ на гидрофобных адсорбентах из водных растворов или растворов на основе полярных растворителей, и при увеличении углеводородного радикала (гидрофобной части дифильной молекулы) адсорбция молекул ПАВ увеличивается. При адсорбции ПАВ из неполярных растворителей на гидрофильных адсорбентах наблюдаются результаты, об-

88

ратные правилу Дюкло-Траубе: увеличение гидрофобной цепи дифильной молекулы приводит к уменьшению адсорбции.

4)Правильный ответ а).

Адсорбция ионов тем больше, чем больший они имеют заряд и меньшую степень гид-

ратации. Чем более близки по природе ионы и адсорбент, тем лучше идет адсорбция ионов. Масса адсорбента не влияет на адсорбцию ионов, которая количественно зависит от площади поверхности адсорбента. Роль давления при адсорбции на границе раздела фаз жидкость - твердое тело обсуждалась раньше.

5)Правильные ответы а), б).

По правилу Панета-Фаянса кристаллическую решетку AgI могут достраивать ионы Ag+

и І-, следовательно, только они будут адсорбироваться на поверхности кристалликов AgI в зависимости от того, какой ион находится в избытке.

6)Правильные ответы б), г).

Катионит в Н+ - форме способен обменивать свои подвижные ионы Н+ на катионы,

находящиеся в растворе. Следовательно, пропуская раствор с катионами кальция или натрия через слой такого катионита, можно полностью освободить раствор от этих катионов, заменив их катионами водорода.

8.УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ СТУДЕНТОВ НА ЗАНЯТИИ.

8.1.Приготовление начальных растворов уксусной кислоты.

Вчетыре пронумерованные колбы внести по 50,0 см3 дистиллированной воды. В первую колбу прибавить 50,0 см3 исходного раствора уксусной кислоты с концентрацией приблизительно 0,8 моль/дм3. Содержание первой колбы перемешать, перенести 50,0 см3

этого раствора во вторую колбу. Содержание второй колбы также перемешать и перенести 50,0 см3 этого раствора в третью колбу. Из третьей колбы таким же образом переносят 50,0 см3 в четвертую, из которой после перемешивания 50,0 см3 выливают прочь. Таким образом, концентрация уксусной кислоты в первой колбе будет вдвое меньше, чем концентрация исходного раствора, а концентрация каждого поледующего из исходных растворов будет вдвое меньше, чем предыдущего.

8.2.Проведение адсорбции уксусной кислоты на угле.

К каждому из четырех начальных растворов прибавить по 1г активированного угля.

Выдержать колбы 20 минут при регулярном перемешивании смесей. На протяжении этого времени происходит адсорбция уксусной кислоты на угле, и устанавливается адсорбционное равновесие.

8.3.Определение точной концентрации уксусной кислоты в начальных растворах.

Сначала определить точную концентрацию исходного раствора уксусной кислоты.

Для этого 5,0 см3 исходного раствора оттитровать рабочим раствором NaOH по фенолфталеину и рассчитать концентрацию уксусной кислоты в исходном растворе по формуле:

Сисх(CH3COOH) =	V (NaOH )xC(NaOH )	, моль/дм3, где:
	V (СНзСООН)

C (NaOH) – концентрация рабочего раствора NaOH, моль/дм3;

V (NaOH) – средний объем титранта, см3;

89

V (CH3COOH) – объем исходного раствора уксусной кислоты, взятый на титрование, см3.

Затем рассчитать концентрацию уксусной кислоты в каждом из четырех начальных рас-

творов – С0 исх.

Значения занести в таблицу.

8.4.Определение равновесных концентраций уксусной кислоты после адсорбции.

Приготовить четыре чистых сухих колбы с лейками и сухими фильтрами.

По окончании адсорбции профильтровать все четыре раствора, отбрасывая первые порции фильтратов.

В колбу для титрования последовательно отбирать по 10,0 см3 каждого из фильтратов и титровать рабочим раствором NaOH по фенолфталеину. Рассчитать концентрацию уксусной кислоты в каждом фильтрате – Сисх.

Результаты занести в таблицу.

№

Начальная

Равновесная

Количество ад-

Величина

Константы

п/п

концентрация

концентрация

сорбированной

адсорбции

lg

lg

в уравнении

уксусной

уксусной

уксусной кис-

Хисх

моль

Cисх

Хисх

Фрейндлиха

кислоты

кислоты

лоты

m

кг

К

1/n

C0исх,моль/дм3

Сисх.,

Хисх, моль

моль/дм3

1

2

3

4

8.5. Проведение расчетов.

Определить количество адсорбируемой уксусной кислоты по формуле:

Xисх = (C0исх – Cисх)·

V

,

моль

1000

где:

С0исх, Сисх – соответственно начальная и равновесная концентрации

уксусной кислоты, моль/дм3;

V – объем раствора уксусной кислоты, взятый для ад-

сорбции, см3 .

Рассчитать величину адсорбции уксусной кислоты на 1кг адсорбента по формуле:

Хисх =

X исх

· 1000,

моль/кг

m(уг.)

m

где: m(уг.) – масса активированного угля, взятого для адсобции, г;

m(уг.)= 1г.

X исх

Определяют значение :

lg Cисх

и lg

.

m

Результаты всех расчетов заносят в таблицу.

8.6. Построение графиков и определение констант в уравнении Фрейндлиха для адсорбции уксусной кислоты.

На базе экспериментальных и расчетных данных построить графики изотермы адсорбции Фрейндлиха в обычной (А, рис.3.1) и линейной (В, рис.3.2) формах:

90

	А :	Xi	= K · Cі1/n	B : lg	Xi	= lgK +	1 lgCі
		m			m
							n

X исх		lg X исх
m
		m	j
		M
о	Cі	O о	lg Cі
	Рис. 3.1.	Рис.3.2.

Для нахождения величины К в уравнении Фрейндлиха определить величину отрезка ОМ (рис. 3.2.) с учетом масштаба по оси ординат.

Потом определить антилогарифм величины отрезка, потому что lg K = ОМ. Константу 1/n находят, определяя значение tg j (рис. 3.2.) с учетом масштабов по осям, потому что 1/n = tg j.

Значение констант К и 1/n занести в таблицу и записать уравнение Фрейндлиха для адсорбции уксусной кислоты на угле.

8.7. Оформление протокола лабораторной работы.

В тетрадь записать необходимые расчеты, построить графики, заполнить таблицу, сделать вывод.

9.ЛИТЕРАТУРА.

1.Садовничая Л.П., Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я. Биофизическая химия. -Киев: Высшая школа, 1986.-С.166 – 174.

2. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия. -М.: Высшая школа, 1975. –С. 158 – 158.

ЗАНЯТИЕ № 7.

1.ТЕМА. Ионный обмен. Хроматография.

2.ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ. Хроматография как физико-химический метод анализа широко применяется в научной и лабораторной практике. Методами хроматографического анализа разделяют и идентифицируют аминокислоты, белки, нуклеиновые кислоты, липиды и другие биоорганические соединения; они применяются для определения состава промышленных газообразных и жидких выбросов. В комплексе с другими методами физико - химического анализа хроматография является важнейшим методом исследования в биологии, медицине и фармации, методом экологического контроля и мониторинга.

3.ЦЕЛЬ. Сформировать представление о видах, особенностях и возможностях хроматографии, направлениях ее применения в биохимическом, лабораторном, санитар- но-гигиеническом анализе. Приобрести практические навыки проведения распредели-

91

тельной бумажной хроматографии и адсорбционной хроматографии на твердом адсорбенте.

Студент должен знать:

-суть хроматографического анализа;

-классификацию хроматографических методов по типам физико-химического процесса;

-основные виды хроматографии по технике выполнения;

-возможности применения хроматографии в биологии, медицине, экологии;

уметь:

- проводить качественную колоночную адсорбционную хроматографию;

овладеть навыками:

- разделения и качественного определения веществ методом распределительной бумажной хроматографии.

4. ОСНОВНЫЕ БАЗОВЫЕ ЗНАНИЯ, УМЕНИЯ И НАВЫКИ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ УСВОЕНИЯ ТЕМЫ.

1)Понятие о гидрофильности (полярности) и гидрофобности (неполярности) соединений.

2)Понятие об адсорбции, распределении веществ между двумя не смешивающимися фазами.

3)Понятие о гетерогенном равновесии на границе раздела фаз. (Материал предыдущих занятий по химии).

5.ГРАФ ЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ.

Хр о м а т о г р а ф и я

Классификация хроматографических методов по типам физико-химического процесса и по технике выполнения

Применение хроматографии в биологии, медицине фармации и экологии

Распределительная бумажная	Адсорбционная колоночная хроматография
хроматография аминокислот	на твердом адсорбенте

6. ОРИЕНТИРОВОЧНАЯ КАРТОЧКА ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ (самостоятельная внеаудиторная работа студентов)

Содержание и последовательность дей-	Указания к учебным действиям
ствий
1. Суть хроматографического	1.1. Разделение смесей и идентификация ком-
метода анализа.	понентов. Качественный и количественный
	анализ.
2. Классификация хроматографических	2.1. Адсорбционная хроматография.
методов по типу физико-химического	2.2. Распределительная хроматография.
процесса, на котором они базируются.	2.3. Ионообменная хроматография.
	2.4. Осадочная хроматография.
	2.5. Гель-фильтрация.
3. Виды хроматографического анализа	3.1. Газовая и газово-жидкостная хромато-
по технике выполнения.	графия..
	3.2. Бумажная и тонкослойная хроматогра-
	фия.
	3.3. Колоночная хроматография.
4. Возможности применения хромато-
графии в биологии, медицине, фарма-
ции, экологии.
	92

5. Методика разделения аминокислот с

помощью распределительной бумажной хроматографии.

7.ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ (самостоятельная внеаудиторная работа студентов).

1)Выбрать процессы, которые лежат в основе хроматографических методов исследования:

1	– ионный обмен, 2 – растворение в воде, 3 – адсорбция
4	– испарение, 5 – кристаллизация, 6 – распределение между двумя фазами.
	а) 1, 3, 4;	б) 2, 3, 4, 6;	в) 1, 3, 6;	г) 2, 4, 5.

2) Выбрать методы хроматографического анализа, которые базируются на распределении компонентов смеси между двумя жидкими фазами:

1	– газово-адсорбционная хроматография, 2 – бумажная хроматография
3	– гельхроматография, 4 – адсорбционная колоночная хроматография
5	– тонкослойная хроматография, 6 – ионообменная хроматография.
	а) 2, 5;	б) 4, 6;	в) 1, 3;	г) 1, 2.

3) Указать, какое вещество является неподвижной фазой в бумажной хроматографии а) органический растворитель; б) вода; в) целлюлоза; г) в бумажной хроматографии неподвижной фазы нет.

4) Указать параметры бумажной хроматографии, которые необходимо стандартизировать при точном определении факторов удерживания компонентов разделяемой смеси:

1-температура, 2-давление,		3-количество подвижной фазы, 4-вид бумаги,
5-размер и форма бумаги,		6-вид растворителя.
а) 3,5;	б) 4,6;	в) 1,3; г) 2,4.

5)Указать, что характеризует величина фактора удерживания в бумажной хроматографии. а) отношение растворимостей компонентов в растворителе; б) отношение растворимостей компонентов в неподвижной фазе; в) отношение скоростей движения компонентов смеси; г) отношение скоростей движения компонента и растворителя.

6)Указать вид хроматографии, которая имеет общий механизм действия с методом получения пресной или деминерализованной воды.

а) адсорбционная; б) распределительная; в) ионообменная; г) осадочная.

ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ.

1) Правильный ответ в).

Растворение, испарение и кристаллизация не принадлежат к процессам, на которых основывается хроматография.

2) Правильный ответ а).

Из приведенных видов хроматографии только в бумажной и тонкослойной хроматографиях компоненты смеси распределяются между неподвижной фазой и растворителем (подвижная фаза), который постепенно двигается от стартовой точки к краю бумаги. Не-

93

подвижной фазой в бумажной хроматографии является влага фильтра, а в тонкослой-ной хроматографии – жидкость, которой предварительно пропитывают слой адсорбента.

3)Правильный ответ б).

Вода, точнее влага бумаги, является неподвижной фазой в бумажной хроматографии.

Специальная хроматографическая бумага содержит более 20% влаги.

4)Правильный ответ б).

От вида бумаги (а не ее размеров и формы), вида растворителя зависят значения факто-

ров удерживания данных компонентов. Давление и количество растворителя, который всегда берется в избытке для данных размеров бумаги, на значение факторов удерживания не влияют. Температура тоже не стандартизируется, а берется немного выше комнатной.

5)Правильный ответ г).

6)Правильный ответ в).

Ионообменная хроматография, так же, как и получение деминерализованной или пресной воды, базируется на ионном обмене между ионами жидкой фазы (воды, раство-ра) и подвижными ионами ионообменной смолы. В ионообменной хроматографии применяются преимущественно или катионит (обменивается катионами) или анионит (обменивается анионами), а при получении деминерализованной воды ее пропускают последовательно через катионит и анионит, заменяя катионы и анионы, которые содержатся в воде,

на катионы Н+ и анионы ОН-.

8.УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ СТУДЕНТОВ НА ЗАНЯТИИ.

8.1.Проведение адсорбционной хроматографии катионов на оксиде алюминия. Разделение катионов Fe3+ и Сu2+ проводят с помощью адсорбционной колоночной

хроматографии. Подготовить колонку для хроматографии таким образом: взять сухую стеклянную трубку длиной 12 – 15 см с внутренним диаметром около 1 см, и оттянутым узким концом.

В этот конец затолкать немного ваты, а затем заполнить трубку порошком оксида алюминия на 4 – 5 см по высоте, периодически постукивая по трубке, чтобы предотвра-тить образование пустот. Подготовленную колонку вертикально закрепить в штативе. Отобрать приблизительно по 3 см3 растворов хлорида железа (III) и сульфата меди с одинаковой молярной концентрацией эквивалента и смешать эти растворы в пробирке. Полученный раствор осторожно перелить в колонку. Снизу подставить пустую колбочку.

Через некоторое время верхний слой адсорбента окрасится в желтый цвет (к атионы Fe3+), а ниже образуется голубой слой (катионы Сu2+).

После того, как через адсорбент пройдет весь раствор, для большей наглядности опыта нужно промыть адсорбент небольшим количеством воды, а затем пропустить через ко-

лонку проявитель – разбавленный раствор желтой кровяной соли K4[Fe(CN)6]. Тогда верхний слой окрасится в темносиний цвет, а слой катионов меди – в коричневый.

Сделать вывод о зависимости адсорбции катионов на оксиде алюминия от заряда катиона. Колонку с окрашенными слоями катионов зарисовать в протоколе работы.

8.2. Проведение распределительной хроматографии аминокислот на бумаге.

Готовый фильтр или круг фильтровальной бумаги диаметром 12 см расчертить карандашом на 4 сектора: в трех секторах на расстоянии 0,5 см от центра карандашом наметить места старта, а в четвертом секторе вырезать узкий язычок, доходящий почти до центра (рис.3.3). На краях фильтра в трех секторах сделать отметки: “гл” - глицин, “см” - смесь аминокислот, “лей” - лейцин.

94

Гл

Смесь

	Фронт
	раствори
Лейцин	теля
Глицин	+
Место старта

Рис.3.3. Рис.3.4.

Затем на места старта нанести капли соответствующих растворов: глицина, лейцина и смеси этих аминокислот. Капли не должны быть больше, чем 3-4 мм в диаметре. Нанести по 3-4 капли постепенно, подсушивая предыдущее влажное пятно перед нанесением следующей капли.

В чашку Петри налить растворитель, положить фильтр таким образом, чтобы отогнутый язычок был погружен в растворитель. Сверху бумагу накрыть второй чашкой Петри и поставить в термостат с температурой 45-500С. Когда растворитель дойдет почти до края фильтра, вынуть бумагу, подсушить ее в с ушильном шкафу и обработать проявителем – раствором нингидрина.

Хроматограмму подсушить в термостате – на ней проявятся цветные пятна аминокислот. С помощью хроматограммы определить факторы удерживания аминокислот глицина и лейцина. Линейкой измерить расстояние от места старта до середины пятна каждой из

аминокислот и от места старта к линии фронта растворителя (рис. 3.4.).
Рассчитать факторы удерживания (Rf) аминокислот по формулам:
Rf(глицина)= r1/rp,	Rf(лейцина)= r2/rp,

Где: r1 – расстояние от точки старта до середины пятна глицина, см; r2 – расстояние от точки старта до середины пятна лейцина, см; rp – расстояние от точки старта до линии фронта растворителя, см.

Зарисовать хроматограмму, записать результаты расчетов и на их основе сделать вывод о распределении аминокислот в зависимости от полярности молекул.

8.3. Оформление протокола лабораторной работы.

В тетради зарисовать необходимые рисунки, формулы, расчеты, сделать выводы по каждому опыту.

9.ЛИТЕРАТУРА.

1.Садовничая Л.П., Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я. Биофизическая химия. -Киев: Вища школа, 1986.-С.183 - 186.

2. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия. -М.: Высшая школа, 1975. –С. 168 - 174.

ЗАНЯТИЕ № 8.

95

1.ТЕМА. Получение, очистка и свойства коллоидные растворов.

2.ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ. Живой организм можно рассматривать как сложную совокупность дисперсных систем. Низкомолекулярные электролиты и неэлектролиты находятся в биологических жидкостях в виде истинных растворов; белки, липиды, нуклеиновые кислоты, полисахариды образуют коллоиднодисперсные системы; клетки, форменные элементы крови, бактерии образуют грубодисперсные системы. Изменение физи- ко-химического состояния дисперсных систем в организме может привести к патологии. Осаждение крови, перенесение липидов и водонерастворимых соединений, образование холестериновых бляшек в сосудах – эти и другие жизненно важные процессы базируются на свойствах дисперсных систем.

Исследование дисперсных систем способствовало внедрению в медицинскую практику таких современных инструментальных методов диагностики и лечения как электрофорез, компенсационный и вивидиализ, аппарат “искусственная почка”.

Следовательно, будущему врачу, безусловно, необходимо иметь базовые понятия о строении и свойствах дисперсных систем и коллоидных растворов в частности.

3.ЦЕЛЬ. Сформировать представление о методах получения и очистки, свойствах коллоидных растворов, их использовании в клинической, фармацевтической и сани- тарно-гигиенической практике. Приобрести практические навыки в получении коллоидных растворов и очистке их методом диализа.

Студент должен знать:

-классификацию дисперсных систем по агрегатному состоянию и размерам частиц дисперсной фазы;

-основные методы получения коллоидных растворов;

-мицеллярную теорию строения гидрофобных золей;

-молекулярно-кинетические, электрические и оптические свойства коллоидных растворов;

-суть и практическое применение электрофореза в медико-биологических исследованиях;

-основные виды очистки коллоидных растворов;

уметь:

-проводить сравнительный анализ дисперсных систем по их физико-химическим свойствам;

-составлять формулу мицеллы гидрофобного коллоидного раствора;

-выбирать метод очистки коллоидного раствора в зависимости от вида примесей;

овладеть навыками:

-лабораторного получения коллоидных растворов разными методами (гидролиза, двойно-

го обмена, замены растворителя, пептизации); - очистки коллоидных растворов методом диализа.

4.ОСНОВНЫЕ БАЗОВЫЕ ЗНАНИЯ, УМЕНИЯ И НАВЫКИ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ УСВОЕНИЯ ТЕМЫ.

1)Понятие о растворах.

2)Основные типы химических реакций. Реакции обмена и гидролиза. (Материал школьной программы по химии).

3)Понятие о гомогенных и гетерогенных системах.

4)Понятие об избирательной адсорбции. (Материал предыдущих занятий по химии).

5.ГРАФ ЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ.

96

					Дисперсные системы
Гомогенные (истинные растворы)									Гетерогенные
				Коллоидные растворы							Грубодисперсные
											системы
Получение			Строение коллоидных				Свойства				Очистка
				частиц
Конден-	Дисперга-					Элек-					Оптические
									Молеку-
сационные	ционные					трические			лярно-
методы	методы								кинетические
	Пептизация			Строение ДЭС			Электрофорез и его применение в
								медицине и биологии

6. ОРИЕНТИРОВОЧНАЯ КАРТОЧКА ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ (самостоятельная внеаудиторная работа студентов).

Содержание и последовательность	Указания к учебным действиям
действий
1. Дисперсные системы и их класси-	1.1. Состав дисперсных систем. Дисперсная
фикация.	фаза и дисперсионная среда.
	1.2. Классификация по агрегатному состоянию.
	1.3. Классификация по размеру частиц дис-
	персной фазы: истинные растворы, коллоидные
	растворы, грубые дисперсии.
2. Методы очистки коллоидных рас-	2.1 Диализ, электродиализ, компенсационный
творов.	диализ, вивидиализ, принцип работы аппарата
	“искусственная почка”.
	2.2. Ультрафильтрация.
	2.3. Фильтрация.
3. Строение мицеллы как структур-	3.1. Ядро мицеллы и избирательная адсорбция
ной единицы коллоидного раствора.	ионов на ядре.
	3.2. Ионы в структуре мицеллы.
	3.3. Мицелла как электронейтральная частица
	коллоидного раствора.
4. Свойства коллоидных растворов.	4.1. Молекулярно-кинетические свойства: бро-
	уновское движение, диффузия, осмос.
	4.2. Оптические свойства. Эффект Тиндаля.
	4.3. Электрические свойства. Строение ДЭС
	коллоидной частицы.
5. Электрофорез и его применение в	5.1. Электрокинетические явления.
медико-биологических исследовани-	5.2. Электрокинетический потенциал.
ях.	5.3. Электрофорез. Скорость движения частиц
	при электрофорезе.
	5.4. Применение электрофореза в медико-
	биологических исследованиях.

7. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПРОРАБОТКИ (самостоятельная внеаудиторная работа студентов).

97

1)Выбрать правильное определение коллоидных растворов: а) это дисперсные системы с разной дисперсионной средой;

б) это дисперсные системы с размером частиц дисперсной фазы от 1 до 100 нм; в) это дисперсные системы с твердой дисперсной фазой;

г) это дисперсные системы, которые по размеру частиц дисперсной фазы принадлежат к гомогенным системам.

2)Указать, какие ионы адсорбируются на поверхности ядра при образовании мицеллы: а) ионы, имеющие заряд, противоположный заряду ядра; б) ионы, концентрация которых в данном растворе максимальна; в) ионы, не входящие в состав ядра;

г) ионы, которые способны достраивать кристаллическую решетку ядра.

3)Обосновать формулу мицеллы золя, который образуется при смешивании 15,0 мл раствора с молярной концентрацией КСl 0,025 моль/дм3 и 85,0 мл раствора с молярной концентрацией АgNO3 0,005 моль/дм3.

4)Объяснить, какие процессы лежат в основе пептизации:

а) в основе пептизации лежит гидролиз пептидных связей под действием дисперсионной среды;

б) в основе пептизации лежит химическое растворение осадка в результате реакции с добавляемым электролитом;

в) в основе пептизации лежит образование коллоидной частицы в результате адсорбции ионов электролита на частицах осадка;

г) в основе пептизации лежит образование коллоидных частиц в результате адсорбции ионов, которые являются продуктами взаимодействия части осадка с электролитом.

5)	Указать, какой метод лучше применить для очистки коллоидного раствора от примесей
глюкозы:
	а) фильтрация;	б) диализ;	в) электродиализ;	г) вивидиализ.
6)	Указать, на каком методе очистки коллоидных растворов основывается работа аппарата
“искусственная почка”.
	а) ультрафильтрация;	б) диализ;	в) электродиализ;	г) компенсационный диализ.

ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ.

1) Правильный ответ б).

Согласно с классификацией дисперсных систем, коллоидные растворы – это микрогетерогенные системы с размером частиц дисперсной фазы от 1 до 100 нм.

2)Правильный ответ г).

На поверхности ядра мицеллы адсорбируются ионы, которые по правилу избирательной

адсорбции Панета-Фаянса способны достраивать кристаллическую решетку ядра. Это – ионы, которые входят в состав ядра, или ионы, изоморфные тем, которые образуют кристаллическую решетку, или ионы, которые содержат те же элементы, которые образуют решетку ядра. Такие ионы называются потенциалопределяющими, они обусловливают знак заряда коллоидной частицы.

3) Сначала определим, какое из веществ, которые реагируют, будет в избытке:

AgNO3 + KCl = AgCl¯ + KNO3

98

Количество вещества KCl: 0,015 дм3 · 0,025 моль/дм3 · 103 = 0,375 ммоль Количество вещества AgNO3: 0,085дм3 · 0,005моль/дм3 · 103=0,425 ммоль

Следовательно, в избытке будет AgNO3. Это значит, что на поверхности ядра будут адсорбироваться катионы Ag+, которые обусловливают положительный заряд гранулы. Противоионами будут нитрат-ионы.

Формула мицеллы будет иметь такой вид:

{[m AgCl] · n Ag+ · (n – x) NO3- }x+ · x NO3-

ядро адсорбционный слой ионов диффузный слой ионов г р а н у л а м и ц е л л а

В целом мицелла электронейтральна.

4) Правильные ответы в) и г).

Пептизация – это процесс перехода свежеобразованного осадка в коллоидное состояние. Такое явление может происходить при добавлении к осадку электролита, содержащего ионы, способные адсорбироваться на частицах осадка по правилам избирательной адсорбции (адсорбционная пептизация).

Пептизация происходит и тогда, когда к осадку добавляют небольшое количество электролита, который, реагируя с поверхностью частиц осадка, образует способные к избирательной адсорбции ионы (химическая пептизация).

Пептизация возможна также в определенных случаях при промывании осадка раствором, если осадок содержал значительную концентрацию одного из исходных реагентов, потому что не был тщательным образом отмыт.

5)Правильный ответ б).

Поскольку примеси не являются электролитами, лучше применить простой диализ.

6)Правильный ответ г).

Аппарат “искусственная почка” работает по принципу компенсационного вивидиализа

(прижизненного). Кровь больного проходит по трубкам с полупроницаемыми стенками. Они омываются физиологическим раствором, содержащим жизненно необходимые вещества, которые не должны выходить из крови.

8. УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ СТУДЕНТОВ НА ЗАНЯТИИ.

8.1.Получение золя методом замены растворителя.

Налить в пробирку 10 см3 дистиллированной воды и прибавить 1 см3 раствора серы в

этиловом спирте, полученный длительным настаиванием. Сера растворяется в спирте, образуя истинный раствор, и не растворяется в воде, образуя коллоидную систему.

8.2.Получение золя гидроксида железа (III) методом гидролиза.

Налить в коническую колбу 50 см3 дистиллированной воды и довести ее до кипения.

Отобрать мерной пробиркой 5 см3 раствора FeCl3 (w = 5%) и постепенно влить этот раствор в кипящую дистиллированную воду.

При условии высокой температуры происходит полный гидролиз хлорида железа (ІІІ):

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

Продукты гидролиза частично реагируют между собой:

Fe(OH)3 + HCl + FeOCl + 2 H2O

Образовавшийся хлорид оксоферума FeOCl становится стабилизатором коллоидных частиц.

Формула мицеллы золя Fe(OH)3 имеет такой вид:

{[m Fe(OH)3] · n FeO+ · (n – x) Cl-} x+ · x Cl-

99

Образуется прозрачный золь красно-коричневого цвета.

8.3. Получение золя берлинской лазури реакцией двойного обмена.

Налить в пробирку 10 см3 раствора желтой кровяной соли К4Fe[(CN)6] (w = 0,10%) и прибавить 1-2 капли раствора хлорида ферума (ІІІ) (w = 2%).

Образуется голубой прозрачный коллоидный раствор берлинской лазури Fe4[Fe(CN)6]3. Написать уравнение реакции взаимодействия желтой кровяной соли с хлоридом ферума (ІІІ). Написать и обосновать формулу мицеллы полученного золя, учитывая, что

гранула имеет положительный заряд.

8.4.Получение золя гидроксида железа (ІІІ) методом пептизации.

Отмерить в колбу 50 см3 дистиллированной воды и прибавить 2 см3 раствора FeCl3

(w = 5%). Потом постепенно добавлять раствор аммиака (w = 5%) до получения стойкого запаха аммиака. В результате реакции образуется бурый осадок Fe(OH)3.

После отстаивания осадка верхний слой жидкости осторожно слить, пытаясь не замутить раствор (декантация). К осадку прибавить приблизительно 30 см3 дистиллированной воды, взболтать, дать отстояться и опять слить раствор над осадком. Такое промывание осадка (декантацию) проделать трижды. Взять две небольшие порции промытого осадка (объемом приблизительно 1см3) и поместить в две пробирки. В первую пробирку прибавить 10 см3 воды, а в другую – 3 см3 воды и 2 см3 раствора FeCl3 (w = 5%).

Написать уравнение реакции получения осадка гидроксида железа. Составить формулу мицеллы золя, образовавшегося в результате пептизации во второй пробирке.

8.5.Очистка дисперсии крахмала методом диализа.

Налить в целлофановый мешочек небольшое количество раствора крахмала с массо-

вой долей 1% и еще меньшее количество раствора сульфата натрия с массовой долей 2%. Поместить мешочек в колбу с дистиллированной водой так, чтобы уровень воды в колбе немного превышал уровень жидкости в мешочке. Через 20 минут провести анализ воды, которая была в колбе, на наличие ионов сульфата и молекул крахмала. Для этого отлить приблизительно по 2 см3 воды в две пробирки. В первую пробирку прибавить несколько капель раствора Люголя (йод, растворенный в водном растворе йодида калия) – качественная реакция на наличие в воде крахмала. Во вторую пробирку прибавить 2-3 капли раствора хлорида бария – качественная реакция на сульфатион.

Объяснить, о чем свидетельствует отрицательная реакция в первой пробирке и положительная реакция во второй. Сделать вывод о сути диализа.

9.ЛИТЕРАТУРА.

1.Садовничая Л.П., Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я. Биофизическая химия. -Киев: Вища школа, 1986.-С.187-222.

2. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия.

-М.: Высшая школа, 1975. –С. 132-152, 175-179.

ЗАНЯТИЕ № 9

1.ТЕМА. Коагуляция коллоидных растворов.

2.ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ. Все биологические жидкости организма: кровь, внутриклеточная жидкость, лимфа, моча, спинномозговая жидкость и др. – являются сложными дисперсными системами. Для них очень важными факторами являются постоянство электролитного и белкового состава, рН. Изменение этих параметров может привести к началу коагуляционных процессов коллоидных фаз, оседанию эритроцитов и белков. Не-

100

значительное изменение качественного состава электролитов в организме может вызывать коагуляцию коллоидных компонентов, потому что ионы с разным зарядом имеют различный порог коагуляции. Коагуляционные процессы происходят и при оседании крови – комплексе ферментативных реакций, которые, с одной стороны, обеспечивают минимальную потерю крови, а с другой – вызывают образования тромбов в кровеносных сосудах.

Во многих случаях в клинических лабораториях выполняют комплекс анализов по исследованию оседания крови (коагуляционный гомеостаз), а в состав общего клинического анализа крови входит СОЭ (скорость оседания эритроцитов). Будущий врач, безусловно, должен представлять, насколько важными являются коагуляционные процессы для жизнедеятельности организма, хранения и консервирования крови, применения современных тромборезистентных материалов.

3. ЦЕЛЬ. Сформировать представление об устойчивости коллоидных систем, механизме коагуляции и факторах, ее вызывающих. Осознать важность коагуляционных процессов для жизнедеятельности организма и медицинской практики.

Студент должен знать:

-факторы устойчивости коллоидных систем;

-причины и механизм коагуляции коллоидов;

-особенности коагуляции золей электролитами, правило Шульце-Гарди;

-роль коагуляции в биологических системах;

-сопутствующие коагуляционные процессы (чередование зон коагуляции, привыкание золей, взаимная коагуляция);

уметь:

-рассчитывать порог коагуляции электролитов;

-оценивать коагуляционную способность электролитов по правилу Шульце-Гарди;

овладетьь навыками:

-проведение коагуляции коллоидных систем электролитами.

4.ОСНОВНЫЕ БАЗОВЫЕ ЗНАНИЯ, УМЕНИЯ И НАВЫКИ,

НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ УСВОЕНИЯ ТЕМЫ.

1)Характеристика ионов (заряд, радиус, гидратная оболочка). (Материал школьной программы по химии).

2)Строение мицеллы золя.

3)Поверхностная энергия границы раздела фаз в гетерогенной системе. (Материал предыдущих занятий).

5. ГРАФ ЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ.

Устойчивость коллоидных систем

Коагуляция и факторы, ее вызывающие

Теория и механизм	Коагуляция		Коагуляция в биологических
коагуляции	электролитами		системах
Сопутствующие			Коагуляция
	Правило
коагуляционные	Шульце-Гарди		смесями
процессы			электролитов

Определение порога коагуляции золя электролитами

6. ОРИЕНТИРОВОЧНАЯ КАРТОЧКА ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ (самостоятельная внеаудиторная работа студентов).

101

Содержание и последовательность дей-	Указания к учебным действиям
ствий

1. Устойчивость коллоидных растворов. 1.1. Кинетическая (седиментационная) устой-

чивость.

1.2. Агрегативная устойчивость.

2. Коагуляция коллоидов.

2.1. Факторы, вызывающие коагуляцию.

2.2.Кинетика коагуляции.

2.3.Теория Дерягина-Ландау-Фервея-Овербека.

2.4.Коагуляция в биологических системах.

3.Коагуляция электролитами. 3.1. Понятие о концентрационной и нейтрали-

зационной коагуляции электролитами.

3.2.Порог коагуляции и коагулирующая способность электролитов.

3.3.Зависимость порога коагуляции и коагулирующей способности от заряда и радиуса гидратированного иона. Лиотропные ряды катионов и анионов.

3.4.Коагуляция смесями электролитов: аддитивность, синергизм и антагонизм ионов при коагуляции.

3.5.Сопутствующие коагуляционные явления:

чередование зон коагуляции, привыкание золей, взаимная коагуляция.

4. Определение порога коагуляции золя

гидроксида железа (ІІІ) электролитами с разными зарядами коагулирующего иона.

7.ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПРОРАБОТКИ (самостоятельная внеаудиторная работа студентов).

1)Указать факторы, которые предопределяют устойчивость коллоидных растворов:

1	– знак заряда частицы;		2 – величина заряда частицы;
3	– толщина диффузного слоя; 4 – вид ионов в диффузном слое;
5	– броуновское движение коллоидных частиц;
6	- величина электрокинетического потенциала.
а) 1, 2, 3, 6;		б) 2, 3, 5, 6;		в) 1, 2, 4, 5;	г) 1, 3, 4, 5.
2) Выбрать факторы, которые вызывают коагуляцию золя:
1	– изменение температуры; 2 – добавление растворителя;
3	– изменение давления;		4 – добавление электролита;
5	– добавление водоотнимающих средств.
а) 1, 2, 3;		б) 1, 3, 4;		в) 1, 4, 5;	г) 2, 3, 5.

3) Выбрать факторы, от которых зависит порог коагуляции и коагулирующая способность ионов:

а) концентрация иона;	б) степень гидратации иона;
в) заряд иона;	г) температура.

102

4) Выбрать электролит, для которого порог коагуляции золя с отрицательным зарядом частиц будет минимальным:

а) Na2CO3; б) K3PO4; в) CaCl2; г) Al(NO3)3 .

5) Указать, к какому электроду будут двигаться частицы золя при электрофорезе, если при исследовании коагуляции этого золя получены такие значения порогов коагуляции для электролитов (ммоль/дм3):

K3PO4 – 0,02;	MgSO4 – 1,50;	FeCl3 – 201,3.
а) к катоду;		б) частицы не двигаются;
в) к аноду;		г) определить невозможно.

6)Выбрать правильную характеристику явления антагонизма ионов при коагуляции: а) невозможность ионов существовать одновременно в одном растворе в результате

реакции между ними; б) снижение растворимости ионов при общем присутствии в растворе;

в) снижение порогов коагуляции ионов при общей коагуляции; г) снижение коагулирующей способности ионов при общей коагуляции.

ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ.

1) Правильный ответ б).

Устойчивость коллоидных растворов обусловливают факторы агрегативной устойчивости: величина заряда, толщина диффузного слоя (гидратной оболочки), величина дзетапотенциала, и фактор кинетической устойчивости – броуновское движение частиц. От знака заряда частицы и природы ионов диффузного слоя устойчивость коллоидных растворов не зависит.

2)Правильный ответ в).

Изменение температуры, добавление электролита и водоотнимающих средств, а также

сильные механические вмешательства могут изменить величины факторов устойчивости коллоидных систем, способствовать коагуляции. Изменение давления почти не влияет на состояние жидких систем, а добавление растворителя, в подавляющем большинстве случаев, повышает стабильность коллоидных систем, потому что при этом уменьшается концентрация дисперсной фазы.

3)Правильные ответы б) и в).

Порог коагуляции определяется количеством эквивалентов электролита, которое вызы-

вает коагуляцию 1 л золя (ммоль/л), а коагулирующая способность является величиной, обратной порогу коагуляции. Следовательно, оба показателя не зависят от концентрации ионов в растворе, потому что при коагуляции будет изменяться объем этого раствора. Сила иона, как коагулянта, определяется зарядом иона и степенью гидратации (радиусом гидратированного иона). Причем, чем больший заряд и меньше степень гидратации (радиус гидратированного иона), тем меньше порог коагуляции и больше коагулирующая способность иона. Температура в одинаковой степени влияет на коагуляционную способность всех ионов, то есть на коагуляцию в целом.

4)Правильный ответ г).

Поскольку частицы золя имеют отрицательный заряд, коагуляцию этого золя будут вы-

зывать катионы. Согласно правилу Шульце-Гарди, наименьшее значение порога коагуляции будет иметь катион с максимальным зарядом, то есть катион алюминия. Следовательно, для нитрата алюминия порог коагуляции будет наименьшим.

103

5)Правильный ответ а).

Сделаем предположение, что коагуляцию вызывают катионы, тогда максимальный по-

рог коагуляции имел бы фосфат калия (заряд катиона +1), а минимальный порог коагуляции – хлорид железа (ІІІ) (заряд катиона +3). Это предположение не отвечает полученным данным и должно быть отброшено. Проанализируем предположение, что коагуляцию вызывают анионы, тогда фосфат калия (заряд аниона –3) должен иметь наименьшее значение порога коагуляции, а хлорид железа (ІІІ) (заряд аниона –1) – больше всего. Это предположение подтверждается результатами исследования.

Следовательно, коагуляцию золя вызывают анионы, а заряд частиц золя положительный. При электрофорезе эти частицы будут двигаться к катоду (отрицательно заряженному электроду).

6)Правильный ответ г).

Явление антагонизма ионов при коагуляции проявляется в том, что при общей коагуля-

ции этих ионов порог коагуляции иона будет большим, чем при индивидуальном действии, а, соответственно, коагулирующая способность – меньше. Однозначного теоретического обоснования такого явления нет.

8.УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ СТУДЕНТОВ НА ЗАНЯТИИ.

8.1.Приготовление разбавленных растворов электролитов.

Подготовить три серии пробирок по 5 штук в каждой, в которых будет исследоваться

коагулирующее действие электролитов:

І серия – раствор с молярной концентрацией эквивалента КСl 2,0 моль/л; ІІ серия – раствор с молярной концентрацией эквивалента К2СrO4

0,1 моль/л;

ІІІ серия – раствор с молярной концентрацией эквивалента К4Fe(CN)6

0,01 моль/л.

Приготовить разбавленные растворы электролитов.

Для этого налить в первую пробирку 10 см3 раствора электролита, а в четыре другие пробирки серии – по 9 см3 дистиллированной воды. Перенести1 см3 раствора из первой пробирки в другую, после перемешивания из второй пробирки 1 см3 раствора перенести в третью, из третьей – в четвертую, потом из четвертой – в пятую. Из последней пробирки, после перемешивания, 1 см3 раствора вылить прочь. Таким образом, получены пять растворов электролита, концентрация которых постепенно уменьшается в 10 раз.

8.2.Проведение коагуляции.

Прибавить ко всем растворам электролитов по 1,0 см3 золя гидроксида железа (ІІІ),

перемешать. Через 5-10 минут отметить пробирки, в которых состоялась коагуляция – растворы стали мутными, или образовался осадок.

Определить наименьшую концентрацию раствора электролита, которая вызвала коагуляцию.

8.3.Расчет порога коагуляции электролита.

Определить величину порога коагуляции для каждого электролита по формуле:

Спор. =V × C min×1000	, ммоль/л;
Vз
где: Спор. – порог коагуляции, ммоль/л;		Vз - объем золя, см3.
V - объем раствора электролита, см3;

Сmin - минимальная молярная концентрация эквивалента электролита, моль/дм3; 8.4. Определение зависимости между величиной порога коагуляции и зарядом иона. Результаты исследования и расчетов занести в таблицу

104

№ се-	Электролит	Исходная	Пробирки, где	Сmin	Спор.,	Заряд когу-
рии		концентрация	состоялась	моль/л	ммоль/л	лирующего
		моль/л	коагуляция			иона
І	KCl	2,0
ІІ	K2CrO4	0,1
ІІІ	K4[Fe(CN)6	0,01

Сделать вывод о виде коагулирующего иона (анион или катион) и о зависимости величины порога коагуляции от заряда иона, вызывающего коагуляцию.

8.5. Оформление протокола лабораторной работы.

В тетради записать необходимые расчеты, заполнить таблицу, записать вывод..

9.ЛИТЕРАТУРА.

1.Садовничая Л.П., Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я. Биофизическая химия. -Киев: Высшая школа, 1986.-С.222-233.

2. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия.

-М.: Высшая школа, 1975. –С. 132-152, 175-179.

ЗАНЯТИЕ № 10.

1.ТЕМА. Коллоидная защита.

2.ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ. Явление коллоидной защиты имеет большое значение для нормального функционирования живого организма. Белки, полисахариды, некоторые другие естественные полимеры адсорбируются на поверхности коллоидных гидрофобных частиц, увеличивают их гидрофильность и повышают стабильность, защищая от коагулирующего действия электролитов. Частички жира, холестерина, нерастворимых фосфатов, уратов, оксалатов кальция находятся в жидкостях организма в таком “защищенном” состоянии. Защитное действие белков способствует повышению концентрации нерастворимых веществ: протеины сыворотки крови увеличивают “растворимость” карбоната кальция почти в пять раз, высокое содержание в молоке фосфата кальция также связано с защитным действием белков. Некоторые патологические процессы, старение организма изменяют концентрацию и защитные свойства белков, полисахаридов, что приводит к образованию холестериновых бляшек на стенках сосудов, камней в почках, мочевом и желчном пузырях.

Явление коллоидной защиты используется при изготовлении лекарственных средств. В медицине широко применяют золи серебра (колларгол, протаргол, лизергин), золота, ртути, радиоактивных изотопов, защищенных альбумином, казеином, желатиной, декстрином, пектинами.

3.ЦЕЛЬ. Сформировать представление о механизме защитного действия природных высокомолекулярных соединений, биологической роли и применении коллоидной защиты.

Студент должен знать:

-суть явления коллоидной защиты;

-механизм защитного действия высокомолекулярных соединений (ВМС);

-биологическую роль коллоидной защиты и её применение в медицине;

уметь:

105

-рассчитывать защитное число природного полимера;

овладеть навыками;

-исследования явления коллоидной защиты;

-определения защитного числа желатины.

4.ОСНОВНЫЕ БАЗОВЫЕ ЗНАНИЯ, УМЕНИЯ И НАВЫКИ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ УСВОЕНИЯ ТЕМЫ.

1)Понятие о полимерах. Белки и полисахариды как естественные полимеры. (Материал школьной программы).

2)Адсорбция на поверхности раздела фаз.

3)Строение коллоидных частиц.

4)Коагуляция коллоидных систем. (Материал предыдущих занятий).

5.ГРАФ ЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ.

Влияние ВМС на стабильность гидрофобных коллоидных систем

Особенности Коллоидная защита Флокуляция строения ВМС

Защитное число ВМС Биологическая роль коллоидной защиты

6. ОРИЕНТИРОВОЧНАЯ КАРТОЧКА ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ (самостоятельная внеаудиторная работа студентов).

Содержание и последовательность	Указания к учебным действиям
действий
1. Высокомолекулярные соединения	1.1. Особенности строения ВМС.
(полимеры).	1.2. Полимеры в организме человека.
2. Влияние высокомолекулярных	2.1. Коллоидная защита.
соединений на стабильность	2.2. Защитное число ВМС.
гидрофобных коллоидных систем.	2.3. Биологическая роль коллоидной защиты.
	2.4. Флокуляция.
3. Определение защитного числа
желатины для золя гидроксида
железа (ІІІ) – железного числа
желатины.

7.ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПРОРАБОТКИ (самостоятельная внеаудиторная работа студентов).

1)Выбрать ответ, который правильно объясняет суть защитного действия ВМС:

а) молекулы ВМС адсорбируются на поверхности коллоидных частиц и увеличивают их размеры, повышая стабильность коллоидной системы;

б) молекулы ВМС, одновременно адсорбируясь на нескольких коллоидных частицах, способствуют образованию больших по размерам агрегатов;

106

в) молекулы ВМС адсорбируют на своей поверхности ионы электролитов, предотвращая коагуляцию коллоидной системы;

г) молекулы ВМС, адсорбируясь на поверхности коллоидных частиц, способствуют образованию большей по размерам гидратной оболочки.

2) Определить защитное число белка, если при добавлении к 2 см3 золя

0,5 см3 раствора с массовой долей белка 0,5% (r = 1 г/см3) наблюдалось явление коллоидной защиты.

а) 2,5 мг;

б) 2,5 мг;

в) 10,0 мг;

г) 50,0 мг.

3) Выбрать вещества, имеющие в организме человека защитное действие:

а) электролиты; б) холестерин; в) белки; г) полисахариды.

4) Выбрать факторы, от которых зависит защитное действие ВМС:

1 – природа ВМС, 2 – степень полимеризации ВМС; 3 – природа коллоидного раствора; 4 – природа электролита, вызывающего коагуляцию.

а) 1, 2, 3;

б) 2, 3, 4

в) 1, 3, 4;

г) 1, 2, 4.

5)Указать, как называется процесс снижения устойчивости коллоидного раствора при добавлении небольшого количества ВМС, недостаточного для защитного действия, что сопровождается осаждением дисперсной фазы.

а) седиментация;

б) флокуляция;

в) флотация;

г) взаимная коагуляция.

ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ.

1)Правильный ответ г).

Гидрофильные молекулы ВМС, например, молекулы белка на липидных частицах в

крови, адсорбируются на поверхности коллоидных частиц. При этом частица, которая образуется, хотя и становится больше по размерам и принципиально менее стойкой, за счет большой гидратной оболочки приобретает большую стабильность. Оболочка предотвращает слипание коллоидных частичек под действием сил притягивания при их взаимном приближении. В целом гидрофобный золь становится гидрофильным.

2)Правильный ответ б).

Определим массу белка в растворе:

	m(белка)=	m( раствора) ×W (белка)	=	0,5 ×1× 0,5%	= 0,0025 г = 2,5 мг
		100%		100%

Рассчитаем защитное число (З.Ч.), которое равняется массе белка (мг), что защищает от коагуляции 10 см3 золя:

	З.Ч. =	m(белка)×10мл		=	2,5мг×10мл		= 12,5 мг
		2	мл		2	мл

3) Правильные ответы в) и г).

107

В организме человека защитное действие выполняют такие высокомолекулярные соединения: белки, полипептиды, полисахариды. Они адсорбируются на гидрофобных частицах фосфата и карбоната кальция, липидов, других труднорастворимых в воде соединений, намного повышая их гидрофильность, а, значит, и устойчивость.

4)Правильный ответ а).

Защитное действие ВМС зависит от многих факторов. В первую очередь, это природа

полимера и коллоидного раствора, которая больше всего влияет на процесс адсорбции. Кроме того, защитное действие полимеров зависит от степени полимеризации ВМС, степени дисперсности частиц дисперсной фазы, а для белков и полипептидов – от рН коллоидного раствора. Природа электролита, вызывающего коагуляцию, является вторичным фактором, который влияет на процесс коагуляции, а защитного действия адсорбируемых молекул ВМС почти не изменяет.

5) Правильный ответ б).

При добавлении к коллоидным растворам некоторых видов ВМС (в первую очередь, полиэлектролитов с линейными молекулами) в небольших количествах, недостаточных для защитного действия, происходит явление, которое называется флокуляцией. В таких случаях полимерные макромолекулы отдельными частями цепи адсорбируются на разных коллоидных частицах, объединяя их в единственный агрегат. Устойчивость таких агрегатов намного меньше, чем отдельных коллоидных частиц, потому наблюдается образование осадков – флокулятов.

8.УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ СТУДЕНТОВ НА ЗАНЯТИИ.

8.1.Проверка защитного действия желатины.

Отмерить в две колбочки по 10 см3 золя Fe(OH)3. Прибавить в первую ко лбочку из

бюретки раствор с молярной концентрацией сульфата аммония 0,02 моль/л до первых признаков коагуляции (легкое помутнение) и определить объем электролита, необходимый для коагуляции. Во вторую колбочку прибавить 1см3 раствора желатины с массовой долей 0,5%, а затем – такой же объем раствора сульфата аммония, что и в первую колбочку. Отметить, образовался ли мутный раствор, то есть состоялась ли коагуляция. Сделать вывод о защитном действии желатины.

8.2.Определение защитного числа желатины.

Приготовить растворы желатины в 7 пробирках. Для этого в первую пробирку налить

2 см3 раствора желатины с массовой частицей 1%, а в другие шесть пробирок – по 1 см3 дистиллированной воды. Потом из первой пробирки перенести 1 см3 раствора во вторую пробирку, после перемешивания 1 см3 раствора из второй пробирки перенести в третью пробирку и так далее, а из седьмой пробирки, после перемешивания, 1 см3 раствора вылить прочь. Таким образом, в пробирках образуются растворы желатины с концентрациями, которые постепенно уменьшаются вдвое.

Прибавить в каждую пробирку по 1 см3 золя Fe(OH)3, а после перемешивания – по 1 см3 полунасыщенного раствора КСl.

Определить, в каких пробирках произошла коагуляция (образование мути или осадка), а в каких наблюдается защитное действие желатины (отсутствие помутнения). Результаты наблюдения занести в таблицу, отметив знаком “+ ” явление, которое произошло, и знаком “-“ явление, которое не произошло.

Определить массу желатины (мг) в каждой пробирке. Допустив, что плотность раствора желатины равняется 1 г/см3, рассчитать массу желатины в первой пробирке по формуле:

m(желатины)= m( раствора) ×W (желатины) ×1000 , мг

100%

108