1 / 35

Dispersní soustavy a koloidní systémy

Dispersní soustavy a koloidní systémy. Jana Novotná Ústav lék. chemie a biochemie. Typy disperzních soustav. Disperzní soustava = rozptýlená látka v rozpouštědle. Spojité disperzní prostředí: kapalné, plynné, tuhé. Podle velikosti částic se dělí: roztok pravý (částice < 1 nm)

feleti
Download Presentation

Dispersní soustavy a koloidní systémy

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Dispersní soustavy a koloidní systémy Jana Novotná Ústav lék. chemie a biochemie

  2. Typy disperzních soustav • Disperzní soustava =rozptýlená látka v rozpouštědle. • Spojité disperzní prostředí: • kapalné, plynné, tuhé. • Podle velikosti částic se dělí: • roztok pravý (částice < 1 nm) • roztok koloidní • suspenze (pevné částice)

  3. dispergování hrubá disperze > 500 (1000) nm koloidní disperze 1 – 500 (1000) nm pravý roztok < 1 nm mikroheterogenní systémy (plazma, půdní a makromo-lekulární roztoky) homogenní systémy roztoky solí, kyselin a bází heterogenní systémy (krev, mléko) koagulace(flokulace) kondenzace,agregace Typy disperzních soustav

  4. Typy disperzních soustav Disperzní Dispergované částice prostředí plynné kapalné tuhé Typ disperze Plyn ─ déšť, mlha kouř, prach hrubá ─ aerosol aerosol koloidní Kapalina pěna emulze suspenze hrubá pěna emulze lyosol (sol) koloidní Pevná látka tuhá pěna inkluze tuhá směs hrubá tuhá pěna  tuhý sol koloidní

  5. Vlastnosti disperzních soustav

  6. Vlastnosti disperzních soustav

  7. Hrubé disperze • Suspenze – vzniká rozptýlením tuhé (nerozpustné) látky v kapalině • připravují se rozmělňováním • v povrchových vodách, plavení hlíny v keramickém průmyslu • Emulze – dvě kapaliny vzájemně nemísitelné (omezeně mísitelné) • připravují se roztřepáním • olej/voda – mléko, voda/olej - máslo

  8. Koloidní soustavy • Soly  kapalné, disperzní podíl nespojitý, volně pohyblivý • Gely  koagulující soly, částice jsou v kontaktu, rosolovité útvary, disperzní podíl spojitý • Soly • lyofilní • molekulové • micelární (asociativní) • lyofobní • Soly (podle skupenství disperzního prostředí) • aerosoly • lyosoly • hydrosoly • organosoly • tuhé soly

  9. Vlastnosti koloidních roztoků • Částice pozorovatelné pouze ultramikroskopem, elektronovým mikroskopem – Brownův pohyb. • Nesedimentují, průchod běžnými filtry (ne semipermeabilní membránou). • Rozptylují procházející světlo (opalizují – Tyndallův efekt). • Vyvolávají osmotický tlak.

  10. Vlastnosti koloidních roztoků • Koloidy jsou všudypřítomné : • lidském těle, • v koupelně jako prací prášek, mýdlo, zubní pasta apod., • mnohé potraviny (jogurt, máslo, mléko), • nanotechnologie vycházejí z koloidní chemie • Koloidní systémy se dělí na homogenní koloidní systém – lyofilní a heterogenní systém – lyofobní

  11. Lyofilní soustavy • Lyofilní částice je obklopena orientovanými molekulami rozpouštědla - solvátový obal • solvátový obal částice stabilizuje, brání jejich shlukování do větších celků • Buňky - obsahují roztok lyofilních koloidů

  12. Lyofobní soustavy • Koloidní částice nemají afinitu k molekulám rozpouštědla • Většinou shluky částic anorganických, částice nemají afinitu k rozpouštědlu • Příprava umělým rozptylováním -Fe(OH)3, As2S3

  13. Záporný náboj S2- nebo HS- je kompenzován opačným nábojem z roztoku (H+) Přidáním elektrolytu se hydrofobní koloid shlukne do větších celků – flokulace, koagulace (vločky)

  14. Aerosoly • Nejméně stabilní koloidní soustavy – dispergované částice nemají ochranný obal • disperze kapalin v plynu  mlha • disperze tuhých látek v plynu  kouř • srážky částic vedou ke koagulaci • zanikají • zahříváním • ultrazvukem • elektrostatickým srážením (filtry)

  15. Emulze • Stabilní disperzní soustava jedné kapaliny v druhé (drobné kapičky). • Emulgátor – obklopuje jednu kapalinu, zabraňuje spojování kapiček a) micelární koloidy (mýdla, obklopují nečistotu) b) makromolekulární látky, obklopují dispergovanou tekutinu (polysacharidy, bílkoviny – smáčeny z obou stran oběma tekutinami) c) tuhé nerozpustné emulgátory – pevné, drobné částice – rozmístěny ve fázovém rozhraní obou kapalin (smáčeny z obou stran oběma tekutinami)

  16. Základní mechanismus čisticího účinku mýdel • Nepolární (hydrofobní) dlouhá část molekuly je alifatická, zakončená CH3. • Polární (hydrofilní) menší část je zakončena karbonylovou skupinou (neutrální –COOH, nebo –COO−) - „propojovací můstek“ mezi částečkami hydrofobních látek (tuků, olejů) a hydrofilním prostředím (vodou), • tvoří stabilní emulze nebo nepravé roztoky.

  17. Gely • Vznikají postupným zahušťováním lyofilních solů. • Koloidní částice solvatačního obalu přestanou být volně pohyblivé (vzájemně se mezi sebou vážou) • želatina (agar, agaróza škrob, pektin) – horký roztok o nízké koncentraci = sol → ochlazení → gel → zahřátím opět sol

  18. Roztoky • dispergovaná fáze - jedna nebo více rozpuštěných látek • disperzní prostředí – rozpouštědlo Typy roztoků: • plynné (směs plynů) • kapalné • plyn v kapalině (vodný roztok HCl) • kapalina v kapalině (vodný roztok H2SO4) • pevná látka v kapalině (vodný roztok NaCl) • pevné • Slitiny kovů (mosaz, Cu a Zn; bronz – Cu a Sn)

  19. Roztoky pravé • Homogenní disperzní soustava dvou nebo více chemicky čistých látek. • Podle teploty a tlaku – skupenství plynné, kapalné nebo tuhé. • Disperzní prostředí - rozpouštědlo(voda, diethylether, methanol, ethanol, aceton, benzen, toluen). • Ostatní součásti – látky rozpuštěné.

  20. Složení roztoků • Látková koncentrace=látkové množství rozpuštěné součásti v jednotce objemu roztoku • Koncentraci lze vyjádřit: • hmotnostním zlomkem w=hmotnostní procenta, • molárním zlomkem x =molární procenta, • objemovým zlomkem f = objemová procenta, • látkovou koncentrací c, • molální koncentracím

  21. Hmotnostní zlomek (hmotnostní procenta) • Hmotnostní zlomek wA složky A v roztoku (směsi) je definován: • jako podíl hmotnosti mA složky A • a celkové hmotnosti roztoku ms (dána součtem hmotností všech složek roztoku): wA = mA / ms [bezrozměrná veličina] • Součet hmotnostních zlomků všech složek v roztoku je roven 1.

  22. Hmotnostní zlomek (hmotnostní procenta) • Hmotnostní procenta = počet dílů složky ve 100 hmotnostních dílů roztoku (10% roztok = ve 100 g roztoku je 10 g rozpuštěné látky) • Podobně molární zlomek xAa molární procenta (mol.%) a objemový zlomek fA (obj. %)

  23. Látková (molární) koncentrace, molarita a molalita • Molární koncentrace cA složky A = látkové množství /objem cA =nA / V [mol.dm3] 59,5 g NaCl v 1 l H2O = 1 mol. dm3 (1M) • Molalita mAsložky A = látkové množství/hmotnost rozpouštědla mA = nA / mr [mol.kg-1]

  24. Rozpustnost • rozpustnost – maximální množství látky v gramech, které se rozpustí při určité teplotě ve 100 g vody za vzniku nasyceného roztoku. • Závisí na chemické struktuře látky i rozpouštědla, teplotě • S rostoucí teplotou roste (u některých látek klesá - CaOH)

  25. Rozpouštění látek ve vodě • Neelektrolyty – s rozpouštědlem neinteragují (kyslík, sacharóza) • Elektrolyty – interakce s molekulami polárního rozpouštědla, uvolňují se ionty (disociují, ionizují) • Ionty obklopeny molekulami rozpouštědla (hydratace) → elektrolytická disociace • iontové krystaly – v pevné fázi (NaCl, KCl)

  26. [B+][A-] = K [AB] Disociace elektrolytů • silnéelektrolyty – v roztoku zcela disociovány na ionty → soli kyselin (H2SO4, HCl, HNO3), soli zásad (NaOH, KOH, Ca(OH)2) • slabé elektrolyty – převážně jako elektroneutrální molekuly, jen z malé části jako ionty, mezi nimi rovnováha – disociační rovnováha (organické kyseliny a zásady) AB  B+ + A-

  27. Iontová síla roztoků Roztoky silných elektrolytů: • vzdálenost iontů při vyšší koncentraci ↓ , • iontová síla - veličina charakterizující celkovou „koncentraci náboje” v roztoku, vyjadřující celkovou velikost elektrostatických interakcímezi ionty v roztoku. I = ½ ∑ m . z2 m – koncentrace (mol.l-1), z – počet nábojů, ∑ - pro všechny volné ionty

  28. Difúze • Samovolné vyrovnání koncentrace, • snaha částic pravidelně se rozptýlit, • tepelný pohyb molekul • velikost difúze - difúzní koeficient (D) • D = difundující množství látky za časovou jednotku 1 cm3 při koncentračním gradientu rovném 1 • Koncentrační gradient je dán Dc/l (Dc = rozdíl koncentrací, l = tloušťka membrány)

  29. Osmóza • Dva roztoky o různých látkových koncentracích oddělené membránou • Rovnováha nastane • je-li membrána propustná – látky se rozloží stejnoměrně • Je-li membrána polopropustná – přesune se rozpouštědlo • Osmotický tlak – tlak vynaložený proti přesunu rozpouštědla membránou

  30. Osmotický tlak • Úměrný látkové koncentraci rozpuštěných částic (bez ohledu na velikost). • Látky disociující – podílí se na osmotickém tlaku samostatně p = iRTc i –počet disociující částic, c – koncentrace v mol.l-1, T – teplota v kelvinech, R – plynová konst. pro 0,15M NaCl při 37C je  = 7,635 atm • Hodnoty koeficientu i závisí na charakteru látky a její koncentraci • u nedisociovaných částic → i = 1 • univalentní soli (KCl, NaCl, KNO3) → i = 2 • uni-divalentní soli (K2(SO)4, CaCl2) → i = 3 • uni-trivalentní soli (AlCl3, K3Fe(CN)6) → i = 4 Osmotický tlak v koloidních dispersích = onkotický tlak (koloidní roztoky makromolekulárních látek přispívají jen málo k osmotickému tlaku – velká molekulová hmotnost a tedy nízké látkové koncentrace)

  31. Osmotický tlak Roztoky hypotonické a hypertonické Hemolýza • praskání → v hypotonickém prostředí o nižším osmotickém tlaku než je uvnitř erytrocytů (destilované vodě) • smršťování → v hypertonickém prostředí o větším osmotickém tlaku než jaký je uvnitř erytrocytů, voda odchází. • změny nenastávají, je-li v okolí roztok izotonický. • pro erytrocyty je to 0,9% roztok NaCl (používán při nitrožilních injekcích, osmotický tlak ~ 7 atm).

  32. Donnanova rovnováha • Rovnovážný stav mezi dvěma roztoky elektrolytů oddělených polopropustnou membránou • bílkoviny při pH 7.4 mají převážně záporné náboje (př. kapiláry nepropustné pro plasmat. bílkoviny přitahují kationty → procházejí jen anionty)

  33. Význam koloidních soustav • Buňka - základní jednotka živé soustavy • cytoplasma – složitá disperzní soustava částic o různé velikosti • pravé roztoky • částice koloidní nebo hrubě disperzní • cytoplasma se někdy chová jako gel a někdy jako sol → přechod mezi nimi je sol-gelová transformace • řada fyziologických pochodů souvisí s koloidy

  34. Význam koloidních soustav • Klouby - kloubní maz • potravinářský průmysl – řada výrobků má koloidní charakter • léčiva – koloidní mikrokapsule – cílené podávání léčiv • znečištění – aerosoly znečišťujících látek • oblaka – koloidní soustava aerosolu

More Related