Адсорбция из растворов (молекулярная).

В процессе адсорбции из растворов участвуют три вещества: адсорбат, адсорбент и растворитель. Процесс в этом случае осложняется тем, что на адсорбенте может адсорбироваться не только адсорбат, но и растворитель, тем самым, снижая адсорбцию адсорбата.

По правилу выравнивания полярностей, на полярных адсорбентах лучше адсорбируется полярные адсорбаты, из малополярных растворителей, на неполярных адсорбентах лучше адсорбируется неполярные адсорбаты, из полярных растворителей. То есть подобное растворяется в подобном, но труднее из него адсорбируется. Все гидрофильные вещества (силикагель, глина, оксид магния, гидроксид алюминия) хорошо адсорбируют полярные вещества из неполярных жидкостей. Все гидрофобные вещества (уголь, графит, парафин, целлюлоза, крахмал) хорошо адсорбируют неполярные вещества из полярных жидкостей.

Механизм молекулярной адсорбции лежит в основе гемосорбции – очистки крови от токсических веществ с помощью различных адсорбентов.

В случае ионно-обменной адсорбции раствор электролита и адсорбент обмениваются в эквивалентных количествах одноименно заряженными ионами. Адсорбентами могут быть природные алюмосиликаты (цеолиты) или синтетические ионно-обменные смолы, которые представляют собой органические вещества, в состав которых входит Н⁺, тогда соединение называют катионит, ОН^- - анионит, и Н⁺ и ОН^- - амфолит. Эти вещества способны обменивать ионы водорода и гидроксид ионы на катионы и анионы, находящиеся в растворе.

Явление адсорбции лежит в основе многих физико-химических методов исследования, в том числе и хроматографии.

№ 74 и 75. Дисперсные системы. Классификация дисперсных систем. Условия и методы получения суспензий, эмульсий, коллоидных растворов. Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем: броуновское движение, диффузия, осмотическое давление, седиментационное равновесие. Оптические свойства дисперсных систем: рассеивание света. Закон Рэлея.

Дисперсной называют систему, состоящую из дисперсной фазы - совокупности раздробленных частиц и непрерывной дисперсионной среды, в которой во взвешенном состоянии находятся эти частицы.

По степени дисперсности различают 2 группы систем: грубодисперсные и коллоидно-дисперсные.

Если в коллоидной системе существуют устойчивые связи между частицами дисперсной фазы, то такие системы называют связаннодисперсными (гели), в случае отсутствия связей – свободнодисперсными (коллоидные растворы).

Броуновское движение – видимое в микроскоп хаотическое перемещение очень малых частиц вещества под действием ударов молекул.

Диффузия – процесс переноса материи или энергии из области с высокой концентрации в область с низкой концентрацией.

Осмотическое давление - π – сила, обуславливающая осмос, отнесенная к единице поверхности мембраны. На практике осмотическое давление определяют как:

π = h∙ρ∙g

h – высота поднятия жидкости;

ρ – плотность раствора;

g – ускорение свободного падения.

Величину осмотического давления определяют теоретически по закону Вант-Гоффа:

π = С(х)∙R∙T (кПа)

C(х) – молярная концентрация растворенного вещества (моль/л);

R – универсальная газовая постоянная = 8,314 Дж/мольК;

T – абсолютная температура раствора (К).

π = (n(х)/V_р-ра) ∙R∙T,

π = (m(х)/(M(х) ∙V_р-ра ))∙R∙T,

где m(х) – масса растворенного вещества;

n(х) – количество растворенного вещества;

М(х) – молярная масса растворенного вещества;

V_р-ра – объем раствора.

Седиментационное равновесие характеризуется плавным падением концентрации частиц (имеющих более высокую плотность, чем среда)с высотой.

Закон Рэлея: интенсивность упруго рассеянного света пропорциональна интенсивности падающего света, частичной концентрации золя и шестой степени радиуса коллоидной частицы и обратно пропорциональна четвертой степени длины волны падающего света.

Для получения коллоидных растворов необходимо:

1) Достичь коллоидный степени дисперсности;

2)Подобрать дисперсионную среду, в которой нерастворимо вещество дисперсной фазы;

3)Подобрать третий компонент – стабилизатор, сообщающий коллоидной системе устойчивость.

Оптические свойства дисперсных систем: Если диаметр дисперсной фазы приблизительно равен длине волны падающего света через дисперсную систему , то преобладает дифракционное рассеивание света, когда каждая коллоидная частица становится вторичным источником света.

№ 76. Строение коллоидной частицы. Мицелла, гранула, адсорбционный и диффузный слой. Устойчивость и коагуляция коллоидных систем. Порог коагуляции. Явление коллоидной защиты и пептизации в медицине.

Мицелла – отдельная частица коллоидной системы с жидкой дисперсионной средой. Состоит из электронейтрального агрегата и ионогенной фазы.

Гранула – агрегат вместе с адсорбционным слоем.

Адсорбционный слой образуется из потенциалопределяющих ионов вместе со связными противоионами. Толщина этого слоя невелика и измеряется несколькими ионными диаметрами.

Потенциалоопределяющие ионы – это ионы, определяющие заряд ядра.

Диффузный слой – оставшаяся часть противоионов с убывающей концентрацией.

Противоионы – ионы противоположного знака.

Под устойчивостью дисперсных систем понимают их способность сохранять свое состояние и свойства неизмененными с течением времени.

Различают 3 вида ДС:

1. Кинетическая устойчивость характеризует способность частиц ДФ оставаться во взвешенном состоянии.

2. Агрегативная устойчивость характеризует способность частиц ДФ противостоть их агрегации.

3. Конденсационная устойчивость характеризует способность ДС сохранять неизменную с течением времени удельную поверхность.

Коагуляция – потеря коллоидными системами агрегативной устойчивости.

Процесс коагуляции включает 2 стадии:

Скрытой коагуляцией называется стадия агрегации, при которой не наблюдается каких-либо внешних изменений золя.

Явная коагуляция – процесс агрегации коллоидных частиц, который можно обнаружить невооруженным глазом.

Порог коагуляции – минимальная концентрация электролита, по достижении которой начинается коагуляция.

№ 77. Методы очистки коллоидных растворов. Диализ, электродиализ, ультрафильтрация. Принцип работы искусственной почки.

Методы очистки коллоидных растворов:

1)Диализ – удаление с помощью мембран низкомолекулярных соединений из коллоидных растворов и растворов ВМС. При этом используют свойство мембран пропускать ионы и молекулы малого размера и задерживать коллоидные частицы и макромолекулы.

2) Электродиализ используют для увеличения скорости диализа низкомолекулярных электролитов.

3)Ультрафильтрация применяется для очистки систем, содержащих частицы коллоидных размеров (золи, растворы ВМС, взвеси бактерий и вирусов). Используют для очистки вод, белков, нуклеиновых кислот, ферментов, витаминов ).

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

Одной из разновидностей компенсационного диализа является вивидиализ. На этом принципе основано действие искусственной почки. Диализирующий раствор содержит в одинаковых с кровью концентрациях вещества, которые необходимо сохранить в крови.

№78. Классификация высокомолекулярных соединений. Химическое строение и пространственная форма молекул.

1. По пространственной структуре: а) линейны.

б) разветвленные.

в) лестнечные

г) сетчатые

2. по характеру мономеров: а) полимеры

Б) гетерополимеры

3. по природе мономеров: неорг., орг.

Химическая связь между мономерами:

- ковалентная: - пептидная,

- гликозидная

- по обменному механизму

- водородная

- ионная

- вандервальсовые взаимодействия

Нековалентные связи во многом определяют пространственную структуру ВМС.

№80. Устойчивость растворов биополимеров. Застудневание, высаливание, коацервация растворов ВМС.

Устойчивость ДС – способность сохранять свое состояние и свойства неизмененными с течением времени.

Виды устойчивости:

1. Кинетическая характеризует способность частиц ДФ оставаться во взвешенном состоянии.

2. Агрегативная характеризует способность частиц ДФ противостоять их агрегации.

3. Конденсационная характеризует способность ДС сохранять с течением времени удельную поверхность.

Нарушение устойчивости растворов ВМС

1. Застудневание: в результате ограниченного набухания ВМС или частичного испарения растворителя из раствора ВМС образуются студни. Таким образом, студень можно рассматривать как ограниченно набухший полимер или концентрированный раствор полимера.

2. Высаливание: выделение ВМС из раствора при введении ионов или растворов электролитов.

3. Коацервация- образование новой жидкой фазы, обогащенной полимерами. Коацервация происходит при изменении температуры или состава раствора и обусловлена понижением взаимной растворимости компонентов раствора. Используют при мирокапсулировании лекарств.