Filtracija koloidnih raztopin. Priprava in metode čiščenja koloidnih sistemov. Splošne predstave o razpršenih sistemih

6. Metode čiščenja solov: dializa, elektrodializa, ultrafiltracija

Dializa. Sol, ki ga čistimo, vlijemo v posodo, katere dno je membrana, ki zadržuje koloidne delce ali makromolekule in prepušča molekulam topil in nizkomolekularnim nečistočam. Zunanji medij v stiku z membrano je topilo. Nizkomolekularne primesi, katerih koncentracija je večja v pepelu ali makromolekularni raztopini, prehajajo skozi membrano v zunanje okolje (dializat). Čiščenje se nadaljuje, dokler se koncentraciji nečistoč v pepelu in dializatu ne zbližata. Če posodobite topilo, se lahko skoraj popolnoma znebite nečistoč.

Ta uporaba dialize je primerna, kadar je namen čiščenja odstraniti vse snovi z nizko molekulsko maso, ki prehajajo skozi membrano. Vendar se lahko v nekaterih primerih naloga izkaže za težjo - znebiti se je treba le določenega dela nizkomolekularnih spojin v sistemu. Nato se kot zunanje okolje uporabi raztopina tistih snovi, ki jih je treba ohraniti v sistemu. Prav to je naloga, ki se postavlja pri čiščenju krvi nizkomolekularnih odpadkov in toksinov (soli, sečnina itd.). Če po vrsti odstranimo vse nizkomolekularne komponente krvi, se začne uničenje celic, kar lahko posledično povzroči smrt telesa.

elektrodializa. Odstranjevanje elektrolitov lahko znatno pospešimo z delovanjem uporabljene potencialne razlike (elektromigracija). Ta metoda čiščenja se imenuje elektrodializa. Uporablja se za čiščenje različnih bioloških predmetov (raztopine beljakovin, krvni serum itd.).

Ultrafiltracija. Ultrafiltracija je metoda čiščenja koloidnih sistemov s potiskanjem disperzijskega medija skupaj z nečistočami z nizko molekulsko maso skozi ultrafiltre. Ultrafiltri so membrane enakega tipa, kot se uporabljajo za dializo. Očiščen sol ali raztopina visokomolekularne snovi se vlije v ultrafiltrsko vrečko. Tlak, ki je presežek atmosferskega tlaka, se uporablja za sol. Disperzijski medij obnovimo z dodatkom čistega topila v sol.

Ultrafiltracija se uporablja ne samo za odstranjevanje nizkomolekularnih komponent zmesi, temveč tudi za koncentriranje sistemov in ločevanje snovi z različnimi molekulskimi masami. S to metodo očistimo odpadno vodo, ločimo kulturne tekočine od produktov mikrobiološke sinteze in koncentriramo biološko aktivne snovi: beljakovine, encime, antibiotike itd.

V zadnjih letih je ultrafiltracija skupaj z dializo postala razširjena v kliniki za obdelavo krvi. Ta metoda se uporablja za odstranjevanje strupenih snovi iz telesa in po potrebi za odstranjevanje odvečne tekočine.

II. Oddelek "Optične lastnosti koloidnih sistemov"

1. Optične lastnosti koloidnih sistemov. Opalescenca in fluorescenca

Prehod svetlobe skozi koloidni sistem povzroči tri optične učinke: absorpcijo, odboj in sipanje žarkov. Absorpcija je značilna za vse sisteme, medtem ko je refleksija bolj značilna za grobe sisteme (emulzije in suspenzije), kjer je velikost delcev večja od valovne dolžine obsevanja. Zato za razliko od molekularnih in ionskih raztopin, ki nimajo fazne ploskve in so optično homogene, koloidne raztopine sipajo svetlobo.

To se pri osvetlitvi s stransko svetlobo kaže kot opalescenca v obliki modrikastega mat sijaja. Pri prehodu vzporednega žarka svetlobe skozi koloidno raztopino opazimo stožec razpršene svetlobe – Tyndallov učinek. Na podlagi sposobnosti sipanja svetlobe lahko določimo koncentracijo koloidnih delcev v raztopini – metoda nefelometrije.

Opalescenco (sipanje svetlobe) opazimo le, če je valovna dolžina svetlobe večja od velikosti delcev dispergirane faze. Če je valovna dolžina svetlobe veliko krajša od premera delca, pride do odboja svetlobe, kar se kaže v motnosti.

Difuzna svetloba ima to posebnost, da se širi v vse smeri. Intenzivnost razpršene svetlobe v različnih smereh je različna.

Opalescenca je po videzu podobna fluorescenci, ki je značilna za prave raztopine nekaterih barvil. To je v tem, da ima raztopina, opazovana v odbiti svetlobi, drugačno barvo kot v prepuščeni svetlobi in v njej lahko vidimo enak Tyndallov stožec kot v tipičnih koloidnih sistemih. Vendar pa gre v bistvu za popolnoma različne pojave. Opalescenca se pojavi kot posledica sipanja svetlobe, valovna dolžina razpršene svetlobe pa je enaka vpadni svetlobi. Fluorescenca je intramolekularni pojav, ki sestoji iz selektivne absorpcije svetlobnega žarka s strani molekule snovi in ​​njegove transformacije v svetlobni žarek z drugo, daljšo valovno dolžino.

2. Absorpcija svetlobe z razpršenimi sistemi. Odvisnost absorpcije od koncentracije. Bouguer-Lambert-Beerov zakon

Leta 1760 Lambert in še prej Bouguer sta ugotovila naslednje razmerje med intenzivnostjo prepuščene svetlobe in debelino medija, skozi katerega je ta svetloba prešla:

kje je jakost prepuščene svetlobe;

Intenzivnost vpadne svetlobe;

Absorpcijski koeficient;

Debelina absorbiranja svetlobe.

Po Bouguer-Lambertovem zakonu vsaka naslednja plast absorbira enak delež prepuščene svetlobe kot prejšnja.

Beer je pokazal, da je absorpcijski koeficient raztopin s popolnoma brezbarvnim in prozornim topilom sorazmeren z molsko koncentracijo topljenca: .

Z uvedbo vrednosti molskega absorpcijskega koeficienta v Bouguer-Lambertovo enačbo dobimo Bouguer-Lambert-Beerov zakon:

Zakon določa odvisnost jakosti prepuščene svetlobe od debeline plasti in koncentracije raztopljene snovi.

Z logaritemom enačbe dobimo:

kjer je optična gostota raztopine;

Prepustnost svetlobe raztopine.

Če, potem,

Če raztopina ne adsorbira svetlobe, ima Bouguer-Lambert-Beerov zakon obliko:

tiste. jakost prepuščene svetlobe bo enaka jakosti vpadne svetlobe.

Molarni absorpcijski koeficient je odvisen od valovne dolžine adsorbirane svetlobe, temperature in narave topljenca in topila in ni odvisen od koncentracije raztopine.

Bouguer-Lambert-Beerov zakon velja za visoko dispergirane sole, če plast tekočine ni predebela in koncentracija raztopine ni previsoka.

Za kovinske sole mora enačba absorpcije svetlobe upoštevati disperzijo sistema:

,

... "micel" in "micelarna raztopina". Te izraze je uporabil za označevanje sistemov, ki jih tvorijo nestehiometrične spojine v vodnem okolju. Glavni prispevek k razvoju koloidne kemije kot znanosti pripada T. Grahamu. Kot je navedeno zgoraj, je bil ta znanstvenik tisti, ki je prišel na idejo o uvedbi izraza "koloid", ki izhaja iz grške besede "kolla", kar pomeni "lepilo". Med početjem ...

In še veliko več, brez česar si življenja samega ni mogoče zamisliti. Celotno človeško telo je svet delcev, ki so v stalnem gibanju strogo v skladu z določenimi pravili, ki se podrejajo človeški fiziologiji. Koloidni sistemi organizmov imajo številne biološke lastnosti, ki so značilne za določeno koloidno stanje: 2.2 Koloidni sistem celic. Z vidika koloidno-kemijske fiziologije...

Kovine z beljakovinami, nukleinske kisline, lipidi. Njegova praktična uporaba je povezana s sintezo farmakoloških zdravil, katerih delovanje določajo kompleksni kovinski ioni. Bioorganska kemija Preučuje odnos med strukturami organskih snovi in ​​njihovimi biološkimi funkcijami, pri čemer uporablja predvsem metode organske in fizikalne kemije, pa tudi fizike in matematike. ...

1. Klasifikacija disperznih sistemov.

2. Metode pridobivanja koloidnih sistemov.

3. Metode čiščenja koloidnih raztopin.

8. Stabilnost in koagulacija koloidnih sistemov.

Klasifikacija disperznih sistemov

Razpršena imenujemo sistem, sestavljen iz dispergirane faze - zbirke zdrobljenih delcev in neprekinjenega disperzijskega medija, v katerem so ti delci suspendirani.

Za karakterizacijo razdrobljenosti disperzne faze je bil uveden koncept stopnje disperzije d, ki se meri z recipročno vrednostjo povprečnega premera ali za nesferične delce z recipročno vrednostjo povprečnega ekvivalentnega premera. d(m -1):

Kasneje je bilo predlagano, da se kot merilo razdrobljenosti uporabi specifična površina (m -1):

kjer je S df površina dispergirane faze, Vdf- prostornina dispergirane faze.

Po stopnji disperznosti jih ločimo na grobo disperzne in koloidno disperzne.

Razvrstitev disperznih sistemov po stopnji razpršenosti

Prosto razpršeno:

1) ultramikroheterogena ( pravi koloidni) 10 –7 – 10 -5cm (od 1 do 100 µm) –– (t/t);

2) mikroheterogena 10 –5 – 10 -3 cm. (od 0,1 do 10 µm) t/f, w/f, g/f, t/g.

3) grobo > 10 -3 cm; t/leto.

Kohezivno razpršeni sistemi:

1) mikroporozna: pore do 2 mm;

2) prehodno porozen: od 2 do 200 mm;

3) makroporozna: nad 200 mm.

Glede na agregatno stanje dispergirane faze je predlagano razlikovati osem vrst koloidni sistemi

Razvrstitev disperzij po agregatnem stanju

G. Freundlich je predlagal, da imenujemo sisteme s šibko interakcijo med razpršeno fazo in disperzijskim medijem liofobni koloidi (soli), z močno interakcijo - liofilne.

Če je disperzijski medij voda, se sistemi ustrezno imenujejo hidrofoben in hidrofilna.

Nazaj na začetku 20. stoletja. Ugotovljeno je bilo, da so liofobni koloidi nepovraten(po odstranitvi disperzijskega medija se ne morejo spontano razpršiti in proizvesti sol), in liofilne - reverzibilen sistemi (sposobni spontanega raztapljanja).

Če v koloidnem sistemu obstajajo stabilne povezave med delci dispergirane faze, se takšni sistemi imenujejo povezane razpršene(geli), v odsotnosti vezi - prosto razpršeni(koloidne raztopine).

2. Metode pridobivanja koloidnih sistemov

Ker koloidni sistemi zasedajo vmesni položaj v velikosti delcev med grobimi sistemi in pravimi raztopinami, lahko metode za njihovo pripravo razdelimo v dve skupini: disperzijo in kondenzacijo.

Disperzijske metode ki temelji na mletju disperzne faze. Disperzija s tvorbo liofilnih koloidnih sistemov se zgodi spontano zaradi toplotnega gibanja. Tvorba liofobnih koloidnih sistemov zahteva energijo. Da bi dosegli zahtevano stopnjo disperzije, uporabite:

Mehansko drobljenje s krogličnimi ali koloidnimi mlini;

Ultrazvočno brušenje;

Električna disperzija (za pridobivanje kovinskih solov);

Kemična disperzija (peptizacija).

Disperzija se običajno izvaja v prisotnosti stabilizatorja. To je lahko presežek enega od reagentov, površinsko aktivnih snovi, beljakovin, polisaharidov.

Kondenzacijske metode sestojijo iz interakcije molekul prave raztopine s tvorbo delcev koloidnih velikosti, kar je mogoče doseči s fizikalnimi in kemičnimi metodami.

Fizikalna metoda je metoda zamenjave topila (na primer pravi raztopini kolofonije v alkoholu se doda voda, nato se alkohol odstrani).

Kemična kondenzacija je sestavljena iz pridobivanja koloidnih raztopin s kemičnimi reakcijami s tvorbo težko topnih spojin:

AgNO 3 + KI = AgI (s) + KNO 3

2HAuCl 4 + 3H 2 O = 2Au (t) + 8HCl + 3O 2

Začetne raztopine morajo biti razredčene in vsebovati presežek enega od reagentov.

3. Metode čiščenja koloidnih raztopin

Če koloidne raztopine vsebujejo nečistoče raztopljenih nizkomolekularnih snovi in ​​grobih delcev, lahko njihova prisotnost negativno vpliva na lastnosti solov in zmanjša njihovo stabilnost.

Za čiščenje koloidnih raztopin pred nečistočami uporabite filtracija, dializa, elektrodializa, ultrafiltracija.

Filtracija temelji na sposobnosti koloidnih delcev, da prehajajo skozi pore običajnih filtrov. V tem primeru se zadržijo večji delci. Filtracija se uporablja za čiščenje koloidnih raztopin pred nečistočami grobih delcev.

Dializa- odstranjevanje nizkomolekularnih spojin iz koloidnih raztopin in raztopin IUD z uporabo membran. V tem primeru se uporablja sposobnost membran, da prehajajo skozi majhne molekule in ione ter zadržujejo koloidne delce in makromolekule. Tekočina za dializacijo je ločena od čistega topila z ustrezno membrano. Majhne molekule in ioni difundirajo skozi membrano v topilo in se, ko ga dovolj pogosto zamenjamo, skoraj popolnoma odstranijo iz dializirane tekočine. Prepustnost membrane za snovi z nizko molekulsko maso je določena z dejstvom, da majhne molekule in ioni prosto prehajajo skozi kapilare, ki prodrejo v membrano, ali pa so raztopljeni v membranski snovi. Kot membrane za dializo se uporabljajo različne folije, tako naravne - goveji ali svinjski mehur, ribji plavalni mehur, kot umetne - iz nitroceluloze, celuloznega acetata, celofana, želatine in drugih materialov.

Umetne membrane imajo prednost pred naravnimi, saj jih je mogoče pripraviti z različno in visoko ponovljivo prepustnostjo. Pri izbiri materiala za membrano je pogosto treba upoštevati naboj membrane v določenem topilu, ki nastane bodisi kot posledica disociacije same membranske snovi bodisi zaradi selektivne adsorpcije ionov na njej, ali neenakomerna porazdelitev ionov na obeh straneh membrane. Včasih je lahko vzrok prisotnost naboja na membrani koagulacija med dializo koloidnih raztopin, katerih delci nosijo naboj, ki je v predznaku nasproten naboju membrane. Površina celofanskih in kolodijevih membran v vodi in vodnih raztopinah je običajno negativno nabita. Proteinske membrane so v okolju s pH nižjim od izoelektrične točke proteina pozitivno nabite, v okolju z višjim pH pa negativno.

Obstaja velika paleta dializatorjev – naprav za dializo. Vsi dializatorji so zgrajeni po istem principu: tekočina, ki se dializira (»notranja tekočina«), je v posodi, v kateri je z membrano ločena od vode ali drugega topila (»zunanja tekočina«). Hitrost dialize se poveča s povečanjem površine membrane, njene poroznosti in velikosti por, s povečanjem temperature, intenzivnosti mešanja dializirane tekočine in hitrostjo spreminjanja zunanje tekočine ter upada z večanjem debeline membrane. .

Sl.31.1 . Dializator: 1 - tekočina za dializo; 2 - topilo; 3 - dializna membrana; 4 - mešalnik

elektrodializa uporablja se za povečanje hitrosti dialize elektrolitov z nizko molekulsko maso. V ta namen se v dializatorju ustvari konstantno električno polje. Izvajanje dialize v električnem polju omogoča več desetkrat pospešitev čiščenja koloidne raztopine.

Kompenzatorna dializa uporablja se, kadar je treba koloidno raztopino osvoboditi le dela nečistoč z nizko molekulsko maso. V dializatorju se topilo nadomesti z zunanjo raztopino nizkomolekularnih snovi, ki jih je treba pustiti v koloidni raztopini.

Ena od vrst kompenzacijske dialize je hemodializa– čiščenje krvi z aparatom umetna ledvica. Venska kri pride skozi membrano v stik z zunanjo raztopino, ki v enaki koncentraciji kot kri vsebuje snovi, ki jih je treba ohraniti v krvi (sladkor, natrijevi ioni). V tem primeru se kri očisti toksinov (sečnine, sečne kisline, bilirubina, aminov, peptidov, odvečnih kalijevih ionov), ki prehajajo skozi membrano v zunanjo raztopino. Prosti sladkor v krvnem serumu določamo s kompenzacijsko dializo seruma proti izotonični fiziološki raztopini, ki ji dodamo različne količine sladkorja. Koncentracija sladkorja v fiziološki raztopini se med dializo ne spremeni le, če je enaka koncentraciji prostega sladkorja v krvi.

Ultrafiltracija uporablja se za čiščenje sistemov, ki vsebujejo delce koloidne velikosti (soli, raztopine IUD, suspenzije bakterij in virusov). Metoda temelji na prisilnem ločevanju zmesi skozi filtre s porami, ki prepuščajo le molekulam in ionom nizkomolekularnih snovi. Do neke mere lahko ultrafiltracijo razumemo kot tlačno dializo. Ultrafiltracija se pogosto uporablja za čiščenje vode, beljakovin, nukleinskih kislin, encimov, vitaminov, pa tudi v mikrobiologiji za določanje velikosti virusov in bakteriofagov.

4. Molekularno-kinetične lastnosti koloidnih sistemov

Molekularno-kinetična so lastnosti, ki so povezane s kaotičnim toplotnim gibanjem delcev. Tej vključujejo - Brownovo gibanje, difuzija, osmotski tlak, sedimentacija. Te lastnosti so določene z velikostjo delcev in njihovo frakcijsko sestavo.

Brownovo gibanje - kaotično gibanje delcev disperzne faze pod vplivom udarcev delcev disperzijskega medija. Ta vrsta gibanja je značilna za delce z dimenzijami< 10 -6 м. Если размеры частиц дисперсной среды больше, то частицы лишь колеблются. Интенсивность броуновского движения зависит от размера частиц, температуры, вязкости дисперсионной среды.

Difuzija – proces spontanega prenosa snovi zaradi toplotnega gibanja, ki vodi do izenačitve koncentracij oziroma vzpostavitve ravnotežnih koncentracij. Difuzija ima določeno hitrost, ki jo določa Fickov zakon:

Hitrost difuzije je neposredno sorazmerna z razliko v koncentraciji in površini, skozi katero poteka difuzija.

, Kje

– hitrost difuzije, kg/s

S – površina,

– koncentracijski gradient, kg/m 4

D – koeficient difuzije, m 2 /s

D – eksperimentalno določena vrednost.

kjer k b – Boltzmannova konstanta;

r – polmer delca;

h je viskoznost medija.

Osmotski tlak upošteva van't Hoffov zakon:

, Kje

C n je delna koncentracija, m -3 je število delcev na prostorninsko enoto, določeno z razmerjem med maso dispergirane faze in maso koloidnega delca.

Osmotski tlak koloidnih raztopin je 1000-krat manjši od osmotskega tlaka pravih raztopin.

Sedimentacija – proces usedanja delcev disperzne faze pod vplivom gravitacije ali centrifugalnih sil.

Hitrost usedanja delcev pod vplivom gravitacije lahko ocenimo s formulo:

, Kje

u – stopnja posedanja

r – polmer delca disperzne faze

h – srednja viskoznost

r, r 0 – gostote disperzne faze oziroma disperzijskega medija.

Tako je stopnja posedanja neposredno sorazmerna z r 2 . Delci grobih sistemov se usedajo z opazno hitrostjo. Zato grobi sistemi niso sedimentacijsko stabilni. Delci koloidnih velikosti se praktično ne usedejo pod vplivom gravitacije in so sedimentacijsko stabilni. Na primer, čas, potreben za delce kremena s polmerom 10~8 m, da se usedejo na razdalji 10~2 m v vodi, je 359 dni.

Ultracentrifugiranje se uporablja za usedanje koloidnih delcev. Tako proučujejo sedimentacijo beljakovin in virusov.

Osnova je določitev stopnje posedanja analiza sedimentacije, s katerim lahko določite velikosti delcev in njihovo frakcijsko sestavo – število delcev različnih velikosti. Sedimentacijska analiza se pogosto uporablja za kvalitativno oceno funkcionalnega stanja eritrocitov. Stopnja sedimentacije eritrocitov (ESR) se pri različnih boleznih močno razlikuje in omogoča zdravniku, da sklepa o stanju bolnikovega telesa.

5. Optične lastnosti disperznih sistemov

Odvisno od razmerja med premerom 2 r delcev disperzne faze in valovne dolžine l, ki prehajajo skozi disperzni sistem, se spremenijo optične lastnosti sistema.

Če je 2r bistveno večji l, Pojavlja se predvsem odboj, lom in absorpcija svetlobe. Zaradi tega so grobi sistemi motni tako v prepuščeni svetlobi kot ob stranski osvetlitvi.

Za koloidne disperzne sisteme 2r » l vpadna svetloba. V tem primeru prevladuje difrakcijsko sipanje svetlobe, ko vsak koloidni delec postane sekundarni vir svetlobe. Vizualno opazujte opalescenca. Ta pojav je v tem, da barva koloidnih raztopin v razpršeni svetlobi (gledano s strani) in v prepuščeni svetlobi ni enaka.

Opalescenco sta leta 1857 neodvisno prvič opazila M. Faraday in leta 1868 J. Tyndall (1820-1893). Zato se pojav imenuje Faraday-Tyndallov učinek. Pri pogledu s strani (a) je jasno viden opalescentni stožec, imenovan tudi Faraday-Tyndallov stožec (1 – vir svetlobe, 2 – koloidna raztopina (na sliki črna), 3 – smer opazovanja).

Intenzivnost sipanja svetlobe je odvisna od številnih dejavnikov in je kvantitativno izražena z enačbo, ki jo je izpeljal Rayleigh:

kjer I, I 0 - intenzivnost razpršene in vpadne svetlobe, W/m 2;

kp je Rayleighova konstanta, odvisna od razmerja lomnih količnikov disperzne faze in disperzijskega medija, m 3;

c n - delna koncentracija sola, m;

l - valovna dolžina vpadne svetlobe, m;

r - polmer delcev, m.

Iz Rayleighove enačbe sledi, da je intenziteta razpršene svetlobe premo sorazmerna z jakostjo vpadne svetlobe, delno koncentracijo sola in kvadratom prostornine koloidnega delca ter je reverzibilno sorazmerna s četrto potenco valovne dolžine. vpadne svetlobe.

Pojav difrakcijskega sipanja svetlobe je osnova zasnove ultramikroskopa. Ultramikroskop je optična naprava, ki vam omogoča zaznavanje delcev velikosti do 10 -9 m, nevidnih v običajnem mikroskopu (do 10 -7 m). Opazovanja potekajo v smeri, ki je pravokotna na smer svetlobnega snopa, tj. v razpršeni svetlobi. V ultramikroskopu niso vidni sami delci, temveč velike uklonske lise svetlobe na njih. Ultramikroskopija se uporablja za preučevanje plazme in seruma, limfe in cepiv.

6. Električne lastnosti disperznih sistemov

Elektrokinetične lastnosti koloidnih sistemov so lastnosti, ki jih določa prisotnost naboja v disperzijskem mediju in delcih dispergirane faze ter nastanejo, ko se premikajo relativno drug proti drugemu.

elektroforeza– gibanje delcev dispergirane faze glede na stacionarni disperzijski medij pod vplivom zunanje potencialne razlike.

Elektroforeza je podobna elektrolizi. Razlike so kvantitativne: pri elektroforezi se premaknejo bistveno večje količine snovi. Uporaba elektroforeze: ločevanje proteinov in nukleinskih kislin; določanje naboja delcev disperzne faze in elektrokinetičnega potenciala.

Sedimentacijski potencial– potencialna razlika, ki nastane pri gibanju delcev disperzne faze pod vplivom gravitacije ali centrifugalnih sil.

Elektroosmoza- gibanje delcev disperzijskega medija glede na stacionarno dispergirano fazo pod vplivom zunanje potencialne razlike.

Elektroosmozo opazimo v vezanih disperznih sistemih, ko je disperzna faza porozno telo, tanke kapilare, ki so napolnjene s tekočim disperzijskim medijem. Uporaba elektroosmoze: dehidracija poroznih teles.

Trenutni potencial– potencialna razlika, ki nastane, ko tekočina teče v kapilarah ali poroznih telesih ob uporabi razlike v tlaku.

7. Zgradba koloidnih delcev – micelov

Koloidni delci so kompleksne tvorbe - milella . Oglejmo si strukturo delcev sola AgI, pridobljenih z reakcijo srebrovega nitrata s presežkom kalijevega jodida.

Micel je sestavljen iz električno nevtralnih enota in ionogenega dela. Ionski del micela delimo na adsorpcija in difuzijo plasti. Zaradi selektivne adsorpcije ionov ali ionizacije površine dobi agregat naboj. Ioni, ki določajo naboj agregata, se imenujejo določanje potenciala. Agregat in ioni, ki določajo potencial, tvorijo jedro. Določeno število ionov nasprotnega znaka je stabilno povezano z nabito površino jedra - protiioni. Ioni, ki določajo potencial, in nekateri protiioni tvorijo adsorpcijsko plast. Enota skupaj z adsorpcijsko plastjo se imenuje zrnca. Nastane drugi del protiionov difuzijo plast, katere gostota pada z oddaljenostjo od jedra. Naboj zrnca je enak vsoti nabojev nasprotnih in ionov, ki določajo potencial.

Posledično se na površini micele pojavi dvojna električna plast in potencialna razlika med delci disperzne faze in disperzijskim medijem. Ta potencial se imenuje elektrotermodinamični potencial.

Ko se dispergirana faza premakne glede na disperzijski medij, poteka drsna površina vzdolž vmesnika med adsorpcijsko in difuzijsko plastjo. Hitrost gibanja je odvisna od medsebojnih faz in je določena z vrednostjo potenciala na drsni površini, ki se imenuje elektrokinetični ali x (zetta) potencial. Vrednost x-potenciala je odvisna od vrednosti splošnega elektrotermodinamičnega potenciala in od debeline difuzijske plasti. Debelina difuzijske plasti je odvisna od koncentracije elektrolita v koloidni raztopini: z naraščajočo koncentracijo elektrolita se protiioni izrivajo iz difuzijske plasti v adsorpcijsko plast. Debelina difuzijske plasti se zmanjša in x-potencial se zmanjša. Pri določeni koncentraciji elektrolita se vsi protiioni izpodrinejo v adsorpcijsko plast. V tem primeru postane x-potencial enak 0 in naboj koloidnega delca je enak 0. To stanje koloidnega delca imenujemo izoelektrično stanje.

8. Stabilnost in koagulacija koloidnih sistemov

Koloidni sistemi so termodinamsko nestabilni, saj imajo presežek površinske Gibbsove energije. Pod določenimi pogoji pa so koloidni sistemi stabilni, tj. velikost in koncentracija koloidnih delcev lahko ostaneta nespremenjeni. Obstajata dve vrsti stabilnosti koloidnih sistemov: sedimentacija in agregativen.

Sedimentacijska stabilnost (kinetični) – odpornost koloidnih delcev na usedanje. Ta stabilnost je odvisna od velikosti delcev in viskoznosti medija.

Agregatna stabilnost – sposobnost delcev disperzne faze, da se upirajo koagulaciji (zlepljeni v večje agregate). Zmanjšanje agregatne stabilnosti pomeni zmanjšanje sedimentacijske stabilnosti.

Liofobni koloidni sistemi so agregatno nestabilni, liofilni pa stabilni. Liofobiki lahko obstajajo, če so stabilizirani. Obstajata dva glavna dejavnika za stabilizacijo liafobnih koloidnih sistemov: električni faktor in strukturno-mehanski dejavnik.

Električni faktor stabilizacija je povezana z obstojem dvojne električne plasti na vmesniku. Čeprav je micela kot celota električno nevtralna, imajo koloidni delci podobne naboje, difuzijske plasti pa enake naboje. Prisotnost podobno nabitih plasti preprečuje, da bi se delci približali na takšno razdaljo, na kateri začnejo delovati privlačne sile. V skladu s tem zmanjšanje debeline difuzijske plasti moti električno stabilizacijo in delci se približajo na takšno razdaljo, na kateri je možna njihova privlačnost, kar vodi do adhezija in koagulacija. Električna stabilizacija je motena, ko koloidnim raztopinam dodamo elektrolite.

Minimalna koncentracija elektrolita, ki povzroči koagulacijo koloidne raztopine, se imenuje koagulacijski prag. Koagulacijski prag je odvisen od velikosti naboja koagulacijskega iona, ki ima naboj nasproten naboju koloidnega delca.

Pravilo Schultz-Hardy: Koagulacijska sposobnost elektrolita se poveča z naraščanjem naboja koagulacijskega iona

kjer je C p koagulacijski prag (najnižja koncentracija elektrolita, pri kateri pride do koagulacije);

z je naboj koagulacijskega iona.

Ko pomešamo dve koloidni raztopini z nasprotno nabitimi delci, medsebojna koagulacija v primeru, da se njuni skupni naboji med seboj nevtralizirajo.

Strukturno-mehanski dejavnik stabilizacija koloidnih sistemov nastane kot posledica adsorpcije na površini koloidnih delcev površinsko aktivnih snovi ali visokomolekularnih spojin (proteini, polisaharidi). Adsorbirani delci (površinsko aktivne snovi ali polimerne molekule) tvorijo mehansko močno plast, ki preprečuje zlepljanje delcev. Te snovi tudi naredijo površino delcev liofilno. Ta metoda stabilizacije koloidnih sistemov se imenuje koloidno zaščito, snovi, ki se uporabljajo za stabilizacijo, pa so zaščitni koloidi.

Biološke tekočine vsebujejo zaščitne koloide, ki preprečujejo obarjanje slabo topnih snovi, kot sta kalcijev fosfat in karbonat ter nekaterih netopnih metabolitov. To preprečuje odlaganje soli pri aterosklerozi, protinu ter nastajanje ledvičnih in žolčnih kamnov.

Tvorbo koloidne raztopine iz oborine imenujemo peptizacija, in snovi, ki povzročajo peptizacijo - peptizatorji. Kot peptizatorji se uporabljajo elektroliti ali površinsko aktivne snovi. Ioni ali molekule peptizatorjev, adsorbirane na površini delcev usedline, tvorijo dvojno električno plast ali solvatno lupino, kar vodi do premagovanja sil medmolekularne privlačnosti med njimi.

9. Liofilni koloidni sistemi. Koloidne površinsko aktivne snovi

Pri raztapljanju difilnih površinsko aktivnih molekul z dolgim ​​ogljikovodikovim radikalom (C 10 - C 22) v vodi se vzpostavi ravnovesje med pravo in koloidno raztopino.

Površinsko aktivne snovi, ki lahko tvorijo micele v raztopini, se imenujejo koloidne površinsko aktivne snovi. Ravnotežje med pravo in koloidno raztopino je odvisno od koncentracije površinsko aktivne snovi.

Najnižjo koncentracijo, pri kateri je mogoča tvorba micelov, imenujemo kritična koncentracija micelov (CMC).

CMC je odvisna od temperature, dolžine ogljikovodikove verige in koncentracije elektrolitov v raztopini. Z naraščanjem temperature se CMC povečuje, z večanjem dolžine ogljikovodikove verige se zmanjšuje, z večanjem koncentracije elektrolita v raztopini pa tudi pada.

Med micelizacijo se lastnosti raztopin močno spremenijo, odvisno od števila delcev: osmotski tlak, električna prevodnost. Ostra sprememba teh lastnosti omogoča določitev CMC.

Vprašanja za samokontrolo

1. Metode za proizvodnjo razpršenih sistemov s fizično kondenzacijo vključujejo .... (tvorbo rahlo topne snovi, zamenjava topila, fino mletje trdih materialov , kondenzacija pare)
2. Enosmerno difuzijo molekul topila skozi polprepustno membrano v koloidno raztopino imenujemo ... (raztapljanje, osmotski tlak, dializa, osmoza)
3. Med disperzne sisteme s tridimenzionalno disperzno fazo spadajo... instant kava, mleko, oljni film na površini vode, les.
4. Značilna lastnost predmetov, ki jih preučuje koloidna kemija, je ... heterogenost.
5. Primer sistema, v katerem sta disperzijski medij in disperzna faza tekočini, je (megla, aerosol, majoneza, žele)
6. Do tvorbe koloidne raztopine pride... disperzija in kondenzacija
7. Za čiščenje koloidnih raztopin iz ionskih nečistoč se uporablja metoda..... elektrodializa
8. Če odpadna voda vsebuje anionsko površinsko aktivno snov, bo imela raztopina (aluminijev sulfat, natrijev fosfat, kalcijev klorid, amonijev sulfat) največjo koagulacijsko sposobnost.
9. V naravi pride do disperzije snovi, ki jo spremlja nastanek razpršenih sistemov ... med zamrzovanjem rezervoarjev, v obdobjih poplav, med vulkanskim izbruhom, med padavinami
10. Adsorpcijska plast protiionov v formuli micela srebrovega jodida……………( (n-x)K +, m, nI - , xK +)
11. Kvantitativne značilnosti disperznih sistemov vključujejo ...razpršenost(ne število delcev na enoto volumna)
12. Koloidni delec, dobljen z reakcijo kalijevega sulfata s presežkom barijevega klorida, ima naboj … (pozitivno)
13. Koloidni delec, ki nastane z interakcijo srebrovega nitrata in presežka kalijevega jodida v električnem polju; se bo premaknil na katodo, do anode, se ne premika, niha.
14. S povečanjem naboja koagulacijskega iona se njegova koagulacijska sposobnost...( zmanjša, poveča, ne spremeni, spremeni se dvoumno)
15. Postopek flotacije temelji na različnih ______________________snovih in tekočinah ( obarjanje, izhlapevanje, raztapljanje, vlaženje)
16. Po teoriji zgradbe koloidnih raztopin kombinacija koloidnega delca in difuzijske plasti ionov tvori električno nevtralen delec, ki ga imenujemo ..... micel.
17. Ion, ki ob dodajanju koloidnemu sistemu povzroči njegovo uničenje, imenujemo.... Koagulacijski.
18. Pojav prenosa delcev disperzne faze v konstantnem električnem polju imenujemo …. Elektroosmoza, elektroliza, pretočni potencial, elektroforeza.
19. Največji koagulacijski učinek pri tvorbi eola AgI iz enakih volumnov 0,02 M raztopine AgNO 3 in 0,01 M raztopine KI ima ion.... (K +, Ca 2+, SO 4 2-, Cl -)
20. Za sol, dobljen z reakcijo 2Na 2 SiO 3 (g) + 2HCl = H 2 SiO 3 + 2NaCl, bo najboljši koagulacijski učinek ion ... (Cu 2+, Fe 3+, K +, Zn 2+ )

– Koloidne raztopine. Metode priprave – Agregatna stabilnost in koagulacija solov – Elektrokinetični pojavi – Sedimentacija solov – Čiščenje koloidov. Optične lastnosti solov

4.2.6 Čiščenje koloidnih sistemov

Nekatere molekularno kinetične lastnosti koloidnih sistemov se uporabljajo za čiščenje solov iz elektrolitov in molekularnih nečistoč, s katerimi so nastali soli pogosto onesnaženi. Najpogostejše metode čiščenja koloidnih sistemov so dializa, elektrodializa in ultrafiltracijo , ki temelji na lastnostih določenih materialov - ti. polprepustne membrane (kolodij, pergament, celofan itd.) – prepuščajo majhnim ionom in molekulam prehod ter zadržujejo koloidne delce. Vse polprepustne membrane so porozna telesa, njihova neprepustnost za koloidne delce pa je posledica dejstva, da je difuzijski koeficient za koloidne delce bistveno (za nekaj velikostnih redov) manjši kot za ione in molekule z veliko manjšo maso in velikostjo.

Naprava za čiščenje solov z dializo se imenuje dializator; Najenostavnejši dializator je posoda, katere spodnja luknja je prekrita s polprepustno membrano (slika 4.17). Sol vlijemo v posodo in slednjo postavimo v posodo z destilirano vodo (običajno tekočo); ioni in molekule nečistoč difundirajo skozi membrano v topilo.

Dializa je zelo počasen proces; Za hitrejše in popolnejše čiščenje solov se uporablja elektrodializa. Elektrodializator je sestavljen iz treh delov; Sol se vlije v srednji del, ki je od ostalih dveh ločen s polprepustnimi membranami, za katerimi so nameščene elektrode (slika 4.18). Ko je na elektrode priključena potencialna razlika, kationi elektrolitov, ki jih vsebuje pepel, difundirajo skozi membrano do katode, anioni pa do anode. Prednost elektrodialize je zmožnost odstranitve celo sledi elektrolitov (ne smemo pozabiti, da je stopnja čiščenja omejena s stabilnostjo koloidnih delcev; odstranitev stabilizatorskih ionov iz sola bo povzročila koagulacija).

Druga metoda za čiščenje solov je ultrafiltracija - ločevanje disperzne faze od disperzijskega medija s filtriranjem pod pritiskom skozi polprepustne membrane. Pri ultrafiltraciji na filtru (membrani) ostanejo koloidni delci.

4.2.7 Optične lastnosti koloidnih sistemov

Posebne optične lastnosti koloidnih raztopin so posledica njihovih glavnih lastnosti: disperzija in heterogenost . Na optične lastnosti disperznih sistemov v veliki meri vplivata velikost in oblika delcev. Prehod svetlobe skozi koloidno raztopino spremljajo pojavi, kot so absorpcija, odboj, lom in sipanje svetlobe. Prevlada katerega koli od teh pojavov je določena z razmerjem med velikostjo delcev dispergirane faze in valovno dolžino vpadne svetlobe. IN grobi sistemi predvsem opazili refleksija svetloba s površine delcev. IN koloidne raztopine velikosti delcev primerljive z valovno dolžino vidne svetlobe, ki določa razpršenost svetloba zaradi uklona svetlobnih valov.

Sipanje svetlobe v koloidnih raztopinah se kaže v obliki opalescenca– mat sijaj (običajno modrikasti odtenki), ki je jasno viden na temnem ozadju, ko je sol osvetljen s strani. Vzrok opalescence je sipanje svetlobe na koloidnih delcih zaradi uklona. Opalescenca je povezana s pojavom, značilnim za koloidne sisteme - Tyndallov učinek : pri prehodu svetlobnega žarka skozi koloidno raztopino iz smeri, ki so pravokotne na žarek, opazimo v raztopini nastanek svetlečega stožca.

Opisan je proces difrakcijskega sipanja svetlobe na delcih, katerih velikost je bistveno manjša od valovne dolžine. Rayleigheva enačba , ki povezuje jakost I svetlobe, razpršene na enoto prostornine, s številom delcev na enoto prostornine ν, prostornino delcev V, valovno dolžino λ in amplitudo A vpadnega sevanja ter lomne količnike disperzne faze in disperzijskega medija n 1 in n 2 oziroma:

(IV.24)

Iz enačbe (IV.18) je razvidno, da čim krajša je valovna dolžina vpadnega sevanja, tem večje bo sipanje. Če torej na delec vpade bela svetloba, bosta modra in vijolična komponenta doživeli največ sipanja. Zato bo koloidna raztopina v prepustni svetlobi obarvana rdečkasto, v stranski, odbiti svetlobi pa modro.

S primerjavo intenzivnosti sipanja svetlobe solov, od katerih ima eden znano koncentracijo (stopnjo disperzije), temelji metoda za določanje koncentracije ali stopnje disperzije sola, imenovana nefelometrija. Temelji na uporabi Tyndallovega učinka ultramikroskop - naprava, ki omogoča opazovanje koloidnih delcev, večjih od 3 nanometrov, v razpršeni svetlobi (v klasičnem mikroskopu lahko zaradi omejitev, povezanih z ločljivostjo optike, opazujete delce s polmerom najmanj 200 nm).

Avtorske pravice © S. I. Levchenkov, 1996 - 2005.

Razpršeni sistemi

Razpršene sisteme so proučevali F. Selmi, M. Faraday, T. Grem, I. G. Borščov, Vo. Ostwald, G. Freundlich, A.V. Dumansky, N.P. Peskov in drugi.

1. Vrste disperznih sistemov: T/L soli, T/L suspenzije, T/G ali L/G aerosoli (T ali L/G), L/L emulzije, G/L pene, T/G praški Razlika med suspenzijami in soli je v velikosti razpršene faze. Praški se od aerosolov razlikujejo po tem, da imajo veliko večjo koncentracijo trdnih delcev.

2. Razvrstitev disperznih sistemov:

I) po agregatnem stanju Za disperzno fazo in disperzijski medij poznamo 8 sistemov.

Tabela 1

Po Zsigmondyju: solidozoli– sistemi s trdnim disperzijskim medijem; liosoli(soli) – s tekočim disperzijskim medijem; aerosoli– s plinastim disperzijskim medijem.

II) glede na stopnjo disperzije(glede na velikost delcev dispergirane faze). To so heterogeni sistemi in so nestabilni.

a) grobi z velikostjo delcev več kot 10 -7 m - suspenzije, emulzije, praški, pene; To so heterogeni sistemi in so nestabilni.

b) koloidni sistemi z velikostjo delcev od 10 -7 – 10 -9 m - solov; To so ultramikroheterogeni sistemi (heterogenost se zazna le s pomočjo ultramikroskopa) in so precej stabilni.

V tem razdelku tradicionalno za primerjavo upoštevamo prave rešitve:

ü molekularno razpršeni sistemi z delci reda 10 -10 m To so praviloma raztopine neelektrolitov (alkohol, glukoza, sečnina) in šibki elektroliti (ocetna kislina);

ü ionsko razpršeni sistemi z delci manj kot 10 -10 m so raztopine elektrolitov (raztopina natrijevega klorida.

Rešitve so homogeni sistemi, so stabilne.

III) na medfazni interakciji. Glede na intenzivnost interakcije med disperzno fazo in disperzijskim medijem ločimo sisteme:

- liofilne– močna interakcija med disperzno fazo in disperzijskim medijem (disperzna faza je dobro omočena, nabrekne ali se raztopi). Primer liofilnih sistemov so raztopine mila (natrijeve in kalijeve soli višjih karboksilnih kislin), alkaloidov (organske baze naravnega izvora, ki vsebujejo dušik), taninov (ali taninov - fenolnih spojin rastlinskega izvora, ki vsebujejo veliko število –OH skupin). ), in nekaj barvil. Nastanejo spontano in so reverzibilne. Termodinamično stabilen.

- liofobne– šibka interakcija med disperzno fazo in disperzijskim medijem (disperzni delci so slabo omočeni, ne nabreknejo in se ne raztopijo.). Liofobni - koloidi slabo topnih snovi: kovine, železov (III) hidroksid, v bioloških sistemih - netopne soli kalcija, magnezija, holesterola. Liofobni soli lahko dolgo časa obstajajo samo v prisotnosti stabilizatorjev in so ireverzibilni. Termodinamično nestabilna.

Če je disperzijski sistem voda, se ustrezni sistemi imenujejo hidrofilni ali hidrofobni.

IV) po strukturi: vezano razpršeno, prosto razpršeno sl.

Prosto razpršeno– delci disperzne faze med seboj niso povezani – suspenzije, emulzije, soli, aerosoli, medicinske paste (cinkova pasta).

Povezano razpršeno– delci dispergirane faze tvorijo prostorsko mrežo in se faza ne more prosto gibati – geli (»želatinasto« stanje, pridobljeno iz solov) in želeji (VMS), pene, biološke membrane, trdne raztopine (zlitine), porozna telesa.

Delitev je pogojna. Procesi nastajanja strukture, ki potekajo v prosto razpršenih sistemih, lahko povzročijo nastanek vezanih razpršenih sistemov. Sol se spremeni v gel. In obratno. Opazovano tiksotropnost– reverzibilna sprememba fizikalnih in mehanskih lastnosti sistema.

3. Metode pridobivanja koloidnih sistemov(Metodološki vodnik k delavnici splošne kemije, str. 161-163).

A. Priprava suspenzij.

Suspenzije, tako kot vse druge disperzne sisteme, lahko dobimo z dvema skupinama metod: s strani grobo disperznih sistemov, z disperzijskimi metodami, s strani pravih raztopin in s kondenzacijskimi metodami.

Ker so suspenzije suspenzije praškov v tekočini, je tako v industriji kot v vsakdanjem življenju najenostavnejši in najbolj razširjen način za pridobivanje razredčenih suspenzij stresanje ustreznega praška v primerno tekočino z uporabo različnih mešalnih naprav (mešala, mešalniki itd.). Da bi dobili koncentrirane suspenzije (paste), ustrezne praške zmeljemo z majhno količino tekočine.

Suspenzije nastanejo tudi kot posledica koagulacije liosolov. Posledično so metode za izvajanje koagulacije hkrati metode za pridobivanje suspenzij.

B. Priprava emulzij.

Sistem dveh nemešljivih tekočin bo v termodinamično stabilnem stanju, če je sestavljen iz dveh neprekinjenih plasti: zgornje (lažja tekočina) in spodnje (težja tekočina). Takoj ko začnemo eno od neprekinjenih plasti drobiti v kapljice, da dobimo emulzijo, se medfazna površina poveča, posledično prosta površinska energija in sistem postane termodinamično nestabilen. Več energije kot je porabljene za tvorbo emulzije, bolj nestabilna bo. Za emulgiranje relativno stabilnost, uporabite posebne snovi - stabilizatorje, imenovane emulgatorji. To so površinsko aktivne snovi ali ogljikovodiki, ki se absorbirajo na mejni površini in zmanjšajo površinsko Gibbsovo energijo (mejna napetost); Posledično nastane mehansko močan vpojni film. Skoraj vse emulzije (z izjemo nekaterih, ki nastanejo spontano) nastanejo samo v prisotnosti emulgatorjev.

Emulzije so najmanj trikomponentni sistemi, sestavljeni iz polarne tekočine, nepolarne tekočine in emulgatorja. V tem primeru je ena od tekočin v obliki kapljic. Kapljice zahtevane velikosti je mogoče pridobiti na dva različna načina: kondenzacijsko metodo, ki jih raste iz majhnih središč nastajanja kapljic, in disperzijsko metodo, z drobljenjem velikih kapljic.

Najpogostejše tako v laboratorijski kot industrijski praksi so disperzijske metode.

Metode čiščenja koloidnih sistemov.

Za več informacij si oglejte metodološki priročnik (stran 163.)

a) Filtracija (latinsko filtrum - klobučevina),

b) Dializa (grško dialysis - oddelek). Kompenzatorna dializa. elektrodializa.

c) Ultrafiltracija (latinsko ultra - nad).

d) Reverzna osmoza.

5. Nastanek, struktura in naboj koloidnega delca. Micelna formula. Struktura dvojne električne plasti. Elektrokinetični potencial.

Glej tudi metodološki vodnik (str. 164-165.)

Pri pripravi koloidnih raztopin po eni ali drugi metodi, zlasti z uporabo kemičnih reakcij, je skoraj nemogoče natančno napovedati zahtevano količinsko razmerje reagentov. Zaradi tega lahko nastali soli vsebujejo prevelik presežek elektrolitov, kar zmanjša stabilnost koloidnih raztopin. Za pridobitev zelo stabilnih sistemov in za preučevanje njihovih lastnosti se soli očistijo iz elektrolitov in vseh vrst drugih nizkomolekularnih nečistoč.

Najpogostejše metode čiščenja koloidnih sistemov so dializa, elektrodializa in ultrafiltracijo, ki temelji na lastnostih določenih materialov - ti. polprepustne membrane (kolodij, pergament, celofan itd.) – prepuščajo majhnim ionom in molekulam prehod ter zadržujejo koloidne delce. Vse polprepustne membrane so porozna telesa, njihova neprepustnost za koloidne delce pa je posledica dejstva, da je difuzijski koeficient za koloidne delce bistveno (za nekaj velikostnih redov) manjši kot za ione in molekule z veliko manjšo maso in velikostjo. Naprava za čiščenje solov z dializo se imenuje dializator; najenostavnejši dializator je posoda, katere spodnja luknja je prekrita s polprepustno membrano (slika 6).V posodo vlijemo sol in le-to postavimo v posodo z destilirano vodo (običajno tekočo); ioni in molekule nečistoč difundirajo skozi membrano v topilo.

Dializa je zelo počasen proces; Za hitrejše in popolnejše čiščenje solov se uporablja elektrodializa. Elektrodializator je sestavljen iz treh delov; Sol se vlije v srednji del, ki je od ostalih dveh ločen s polprepustnimi membranami, za katerimi so nameščene elektrode (slika 4.18). Ko je na elektrode priključena potencialna razlika, kationi elektrolitov, ki jih vsebuje pepel, difundirajo skozi membrano do katode, anioni pa do anode. Prednost elektrodialize je zmožnost odstranitve celo sledi elektrolitov (ne smemo pozabiti, da je stopnja čiščenja omejena s stabilnostjo koloidnih delcev; odstranitev stabilizatorskih ionov iz sola bo povzročila koagulacija).

Druga metoda za čiščenje solov je ultrafiltracija - ločevanje disperzne faze od disperzijskega medija s filtriranjem pod pritiskom skozi polprepustne membrane. Pri ultrafiltraciji na filtru (membrani) ostanejo koloidni delci.

Sol in raztopine spojin z visoko molekulsko maso (HMC) vsebujejo spojine z nizko molekulsko maso kot nezaželene nečistoče. Odstranijo se z naslednjimi metodami.

Dializa. Dializa je bila zgodovinsko prva metoda čiščenja. Predlagal ga je T. Graham (1861). Diagram najpreprostejšega dializatorja je prikazan na sl. 3 (glej prilogo). Sol, ki ga je treba prečistiti, ali raztopina IUD, se vlije v posodo, katere dno je membrana, ki zadržuje koloidne delce ali makromolekule in prepušča molekulam topila in nizkomolekularnim nečistočam. Zunanji medij v stiku z membrano je topilo. Nizkomolekularne primesi, katerih koncentracija je večja v pepelu ali makromolekularni raztopini, prehajajo skozi membrano v zunanje okolje (dializat). Na sliki je smer toka nečistoč z nizko molekulsko maso prikazana s puščicami. Čiščenje poteka, dokler se koncentraciji nečistoč v pepelu in dializatu ne zbližata (natančneje, dokler se kemični potenciali v pepelu in dializatu ne izenačijo). Če posodobite topilo, se lahko skoraj popolnoma znebite nečistoč. Ta uporaba dialize je primerna, kadar je namen čiščenja odstraniti vse snovi z nizko molekulsko maso, ki prehajajo skozi membrano. Vendar se lahko v nekaterih primerih naloga izkaže za težjo - znebiti se je treba le določenega dela nizkomolekularnih spojin v sistemu. Nato se kot zunanje okolje uporabi raztopina tistih snovi, ki jih je treba ohraniti v sistemu. Prav to je naloga, ki se postavlja pri čiščenju krvi nizkomolekularnih odpadkov in toksinov (soli, sečnina itd.).

Ultrafiltracija. Ultrafiltracija je metoda čiščenja s potiskanjem disperzijskega medija skupaj z nečistočami z nizko molekulsko maso skozi ultrafiltre. Ultrafiltri so membrane enakega tipa, kot se uporabljajo za dializo.

Najenostavnejša naprava za čiščenje z ultrafiltracijo je prikazana na sl. 4 (glej prilogo). Očiščen sol ali raztopina IUD se vlije v vrečko iz ultrafiltra. Na sol deluje previsok tlak v primerjavi z atmosferskim. Ustvari se lahko bodisi z uporabo zunanjega vira (cilinder stisnjenega zraka, kompresor itd.) bodisi z velikim stolpcem tekočine. Disperzijski medij obnovimo z dodatkom čistega topila v sol. Da bi zagotovili dovolj visoko hitrost čiščenja, se posodobitev izvede čim hitreje. To se doseže z uporabo znatnega presežnega tlaka. Da bi membrana zdržala takšne obremenitve, se nanese na mehansko podlago. Takšno podporo zagotavljajo mrežice in plošče z luknjami, stekleni in keramični filtri.

Mikrofiltracija. Mikrofiltracija je ločevanje mikrodelcev velikosti od 0,1 do 10 mikronov s pomočjo filtrov. Delovanje mikrofiltrata je odvisno od poroznosti in debeline membrane. Za oceno poroznosti, to je razmerja med površino por in celotno površino filtra, se uporabljajo različne metode: stiskanje tekočin in plinov, merjenje električne prevodnosti membran, sistemi za stiskanje, ki vsebujejo kalibrirane delce disperzijske faze itd.

Mikroporozni filtri so izdelani iz anorganskih snovi in ​​polimerov. S sintranjem praškov lahko dobimo membrane iz porcelana, kovin in zlitin. Polimerne membrane za mikrofiltracijo so najpogosteje izdelane iz celuloze in njenih derivatov.

elektrodializa. Odstranjevanje elektrolitov je mogoče pospešiti z uporabo zunanje vsiljene potencialne razlike. Ta metoda čiščenja se imenuje elektrodializa. Njegova uporaba za čiščenje različnih sistemov z biološkimi predmeti (raztopine beljakovin, krvni serum itd.) se je začela kot rezultat uspešnega dela Doreja (1910). Naprava najpreprostejšega elektrodializatorja je prikazana na sl. 5 (glej prilogo). Predmet, ki ga želite očistiti (sol, raztopina IUD), se postavi v srednji prekat 1, medij pa se vlije v oba stranska prekata. V komorah katode 3 in anode 5 ioni prehajajo skozi pore v membranah pod vplivom uporabljene električne napetosti.

Elektrodializa je najprimernejša za čiščenje, kadar je mogoče uporabiti visoke električne napetosti. V večini primerov sistemi na začetni stopnji čiščenja vsebujejo veliko raztopljenih soli in imajo visoko električno prevodnost. Zato lahko pri visokih napetostih nastanejo znatne količine toplote in lahko pride do nepopravljivih sprememb v sistemih, ki vsebujejo beljakovine ali druge biološke komponente. Zato je smiselno uporabiti elektrodializo kot končno metodo čiščenja, najprej z dializo.

Kombinirane metode čiščenja. Poleg posameznih metod čiščenja - ultrafiltracije in elektrodialize - je znana njihova kombinacija: elektroultrafiltracija, ki se uporablja za čiščenje in ločevanje beljakovin.

Koncentracijo sola ali raztopine IUD lahko očistite in hkrati povečate z metodo, imenovano elektrodekantacija. Metodo je predlagal W. Pauli. Do elektrodekantacije pride, ko elektrodializator deluje brez mešanja. Solni delci ali makromolekule imajo svoj naboj in se pod vplivom električnega polja premikajo v smeri ene od elektrod. Ker ne morejo skozi membrano, se njihova koncentracija na eni od membran poveča. Gostota delcev se praviloma razlikuje od gostote medija. Zato se na mestu, kjer je sol koncentriran, gostota sistema razlikuje od povprečne vrednosti (običajno gostota narašča z naraščajočo koncentracijo). Koncentrirani sol teče na dno elektrodializatorja, v komori pa pride do kroženja, ki se nadaljuje, dokler delci niso skoraj popolnoma odstranjeni.

Koloidne raztopine in še posebej raztopine liofobnih koloidov, prečiščene in stabilizirane, lahko kljub termodinamični nestabilnosti obstajajo neomejeno dolgo. Raztopine solov rdečega zlata, ki jih je pripravil Faraday, še niso doživele vidnih sprememb. Ti podatki kažejo, da so lahko koloidni sistemi v metastabilnem ravnovesju.