Дисперстік жүйелердің электрокинетикалық қасиеттері. Электрофорез. Электроосмос. Медицинада электрофорездік әдістерді қолдану

                     «Астана медицина университеті»  АҚ

                        Жалпы және биологиялық химия кафедрасы

 

 

                       СӨЖ

 Реферат

 Тақырыбы: «Дисперстік жүйелердің электрокинетикалық қасиеттері. Электрофорез. Электроосмос. Медицинада электрофорездік әдістерді қолдану.»

 

 

                                         

 

                                               Орындаған: Айкынбеков Н.С.

                                               Топ: 104 ом

                                               Қабылдаған: Б.К.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       

Астана 2013

 

                                                       Жоспар.

I.  Кіріспе.

II. Негізгі бөлім.

           а)  Дисперсті жүйелер.

         ә) Коллоидты жүйелердің молекулалық-кинетикалық қасиеттері.

        б) Коллоидты ерітінділердің оптикалық қасиеттері.

         в) Коллоидты ерітінділердің электрокинетикалық қасиеттері

III.Қорытынды.

IV.Пайдаланған  әдебиеттер

 

                                                             Кіріспе.

Дисперсті жүйе - газ, сұйық не қатты ортада біркелкі таралған көптеген ұсақ бөлшектерден тұратын жүйелер.

Дисперсті фаза – ұнтақталған ұсақ бөлшектер.

Дисперсті орта-дисперсті фаза бөлшектерін біркелкі таратушы газ, сұйық, не қатты зат.

Коллоидты жүйелер – дисперсті фаза бөлшектерінің ұнтақталу дәрежесі жоғары гетерогенді жүйелер.

Коллоидты лиофобты ерітінді (золь) – кем дегенде үш компоненттен тұратын ультрамикрогетерогенді жүйе.

Электрофорез – сыртқы электр өрісі әсерінен дисперсті фазаның зарядталған бөлшектерінің дисперсті ортаға қатысты қозғалуы.

Электроосмос – дисперсті ортаның дисперсті фазаға қатысты сыртқы электр өрісінің әсерінен қозғалуы.

Коллоидты ерітінділер табиғатта  кең таралған. Топырақ, май, табиғи сулар, ауа, бұлт, түтін, шаң, көптеген минералдар – бәрі коллоидты жүйелерге жатады. Кез-келген тірі ағзаның құрамына қоршаған ортамен тығыз байланысты болатын  қатты, сұйық және газ тәрізді  заттар кіреді. Қанның протоплазмасы  әрі сұйық, әрі қатты заттарға тән қасиеттер көрсетеді. Химиялық тұрғыдан қарағанда, ағзаны күрделі  көптеген жүйелердің жиынтығы ретінде  қарастыруға болады.

 

                                         Дисперсті жүйелер

     Дисперсті жүйе- газ, сұйық не қатты ортада біркелкі таралған көптеген ұсақ бөлшектерден тұратын жүйелерді айтады.

Дисперсті жүйелерге, мұнан  басқа, түтікшелі-кеуек денелер (топырақ, тау жыныстары, нығыздалған ұнтақтар, сіңіргіш заттар, катализаторлар т.б.) - да жатады. Дисперсті сөзі латынның «dispersus» - ұнтақталған, майдаланған  сөзінен туындайды. Кез-келген заттың майдалану дәрежесін дисперстілік (Д) шамасымен сипаттаймыз.

Д =  (см-¹)

Демек, дисперстілік – ұнтақталған  бөлшектің диаметрінің немесе көлденең қимасының ұзындығының (а) кері шамасымен  анықталады.

Бөлшектің дисперстілігі  артқан сайын оның меншікті беттік ауданы (S_менш) да артады.

S_менш = ;       немесе       S_m =                                                                                                       

S - бөлшектің беттік ауданы, см², м²

m - бөлшек массасы, г, кг

V - бөлшек көлемі, см³, м³

Мысалы куб тәріздес бөлшектер  үшін,

S_менш = =

1-бөлшек қырының ұзындығы.

Барлык дисперсті жүйелерге  тән негізгі екі белгі бар: жоғары дисперстілік (майдалану) және гетерогенділік.

Дисперсті жүйелердің гетерогенділігі  мынадан көрінеді: олар өзара ерімейтін  кем дегенде екі фазадан (дисперсті  фазадан жэне дисперсті ортадан) тұрады.

Дисперсті фаза – ұнтақталған ұсақ бөлшектер. Дисперсті орта-дисперсті фаза бөлшектерін біркелкі таратушы газ, сұйық, не қатты зат.

Дисперсті жүйе түсінігі «коллоидты жүйе» түсінігіне қарағанда кеңірек. Коллоидты жүйелер деп дисперсті фаза бөлшектерінің ұнтақталу дәрежесі жоғары гетерогенді жүйелерді айтады. Академик П.А. Ребиндердің айтуы бойынша, қазіргі коллоидты химияны дисперсті жүйелер мен беттік құбылыстардың физикалық-химиясы деп анықтауға болады. Себебі жоғары дисперстілік заттарға жаңа қасиеттер береді, ерігіштік және жоғары реакциялық қабілет, түс қарқынының артуы, жарықты шашырату т. б.

Бөлшек ұнтақталған сайын  оның ортамен арасындағы беттік бөліну ауданы артады. Бұл коллоидтық жүйелерге  өте үлкен артық мөлшердегі Гиббс  энергиясын беріп, оларды термодинамикалық тұрақсыз, реакцияласуға белсенді етеді.

Бұл жүйелерде беттік энергиясының кемуі өздігінен жүретін процестер  өтеді: адсорбция, коагуляция, макрокұрылымдардың түзілуі т.б.

Сонымен коллоидты химия  бөлшектердің ерекше - коллоидты дәрежедегі күйін сипаттайды. Мұнда ірі дисперсті  жүйелер (суспензия, эмульсия т.б.) де зерттеледі.

Дисперсті жүйелерді әртүрлі белгілеріне байланысты жіктейміз:

      А.  Бөлшек өлшеміне байланысты жіктеу.

Бөлшектердің ұнтақталу  дәрежесіне (дисперстілігі) байланысты дисперсті жүйелерді 3 топқа бөлеміз:

1. Ірі дисперсті жүйелер  (жүзінділер,  суспензия,  эмульсия, ұнтақтар), бөлшектер радиустары 10^-2 – 10^-5 см.
2. Коллоидтық - дисперсті жүйелер (зольдер), бөлшектер радиустары 10^-5 -10^-7 см.
3. Молекулалық-иондық ерітінділер, бөлшектер радиустары 10^-8 -10^-10 см.

Адам қанының эритроциттері (0,7*10^-7), ішек таяқшалары (0,3*10^-7), тұмау вирусы (1*10^-7), алтын золі (1*10^-8), коллоидты дисперсті жүйелерге жатады.                      

Б. Фазалардың агрегаттық күйлері бойынша жіктеу

Дисперсті жүйелерді агрегаттық күйлері бойынша 8 түрге бөледі.

Дисперсті жүйені белгілегенде, алдымен  дисперсті фаза, сонан соң, бөлшек сызық арқылы дисперсті орта жазылады.

                                   Дисперсті жүйелердің негізгі түрлері

 

№	Дисперсті фаза	Дисперсті  орта	Дисперсті жүйе белгісі, түрі	Дисперсті жүйелер мысалы
1	газ	газ	--	болмайды
2	сұйық	газ	с/г, аэрозоль	Тұман, бұлт, сұйық дәрі аэрозолі;
3	қатты	газ	к/г, аэрозоль	Шаң , түтін, ұнтақ қатты аэрозолі;
4	газ	сұйық	г/с, газ эмульсиясы	Көбіктер;
5	сұйық	сұйық	с/с, эмульсия	Сүт, мұнай, сары май, маргарин;
6	қатты	сұйық	қ/с, золь суспензия	Бор суспензиясы, металл зольдері;
7	газ	қатты	г/қ кеуек түтікшелі жүйе	Қатты көбік, нан пемза.силикагель, активтелген көмір
8	сұйық	қатты	с/қ, гель, кеуек денелер	Інжу-маржан, адсорбент, топырақ минерал (опал);
9	қатты	қатты	қ/қ қатты коллоид ерітінді	Түсті шыны, минералдар, балқымалар;

 

В. Дисперсті  фаза бөлшектері арасындағы өзара әрекеттесулерге  байланысты дисперсті жүйелер екіге бөлінеді:

1. Еркін дисперсті жүйелер, дисперсті фаза бөлшектері өзара байланыспаған, олар өзара тәуелсіз қозғалады (лиозольдер, аэрозольдер, суспензиялар, эмульсиялар).
2. Байланған дисперсті жүйелер: Фазалардың біреуі құрылымды байланған, еркін қозғалмайды. Оларға гельдер, ұйымалар, көбіктер,    түтікшелі-кеуек   денелер, қатты ерітінділер жатады.                                              

           Г. Дисперсті фаза мен дисперсті  ортаның өзара әрекеттесуі бойынша.

Дисперсті жүйе фазаларының  өзара әрекеттесуі дегеніміз сольватация (гидратация) процестері, яғни дисперсті фаза бөлшектерінің жанында дисперсті орта молекулаларының сольватты (гидратты) қабықшаларының түзілуі. Фазалардың молекулааралық әрекеттесуінің қарқыны бойынша дисперсті жүйелерді 2-ге бөледі:

1. Лиофильді   (гидрофильді)   жүйелер – дисперсті   фаза   мен дисперсті орта бөлшектері арасында әрекеттесулер өте жоғары.
2. Лиофобты      (гидрофобты) – екі      фаза      арасындағы молекула-аралық әрекеттесулер нашар өтеді.

Лиофильді жүйелерде фазалар  арасындағы молекулалық әрекеттесу жоғары, сондықтан олардың бөліну қабаттарындағы беттік керілу өте аз. Лиофильді дисперсті жүйелер өздігінен дисперстілеу арқылы түзіледі. Олар термодинамикалық тұрақты жүйелер, себебі дисперсті фаза сыртындағы сольватты қабаттар Гиббс энергиясының ∆G артуына мүмкіндік бермейді. Мұндай жүйелердің мысалдары: кейбір саздар мен беттік-активті заттар (БАЗ) дисперсиялары, жоғары молекулалық қосылыстар (ЖМҚ) ерітінділері.

Лиофобты зольдердің бөлшектері қиын еритін заттардан түзіледі,   олардың   дисперсті   ортаға   ынтықтылығы   өте   төмен. Бөлшектері нашар сольваттанған.

Мұндай типті жүйелерге  кәдімгі коллоидтық ерітінділер – металл (алтын, күміс т.б.), күміс галогенидтерінің, мышьяк сульфидінің т.б. зольдері жатады. Лиофобты зольдерде фазааралық беттік керілу өте үлкен, сондықтан жүйеде дисперсті фаза бөлшектерінің өздігінен іріленуі байқалады. Беттік бос энергия (∆G) артық болғандықтан олар термодинамикалық тұрақсыз, олардың агрегатты тұрақтылығы уақытша.

Коллоидты лиофобты ерітінді (золь) – кем дегенде үш компоненттен тұратын ультрамикрогетерогенді жүйе. Олар: дисперсті фаза, дисперсті орта және стабилизатор (тұрақтандырғыш), соңғысы фазалардың бөліну қабатында адсорбцияланып, дисперсті фаза бөлшектерінің бірігуіне қарсылық жасайды, қорғаушы қабат түзеді. Термодинамикалық тұрғыдан, стабилизатор фазалар шекарасында сіңіп, фазааралық беттік керілуді кемітеді, тепе-теңдіктегі коллоидты жүйені түзеді.

Коллоидты ерітінділердің молекулалық-кинетикалық

қасиеттері

Коллоидты бөлшектердің өлшемдері  үлкен және концентрациясы аз болғандықтан, олардың бөлшектерінің жылулық  қозғалысымен байланысты қасиеттері броундық қозғалыс, диффузия, осмос-төменгі молекулалық  заттардың нағыз ерітінділеріне қарағанда нашар байқалады.

Коллоидты жүйелер молекулалық-кинетикалық  қасиеттері бойынша кәдімгі молекулалық  ерітінділерден айырмашылығы аз. Золь бөлшектері молекулалар сияқты үздіксіз қозғалыста болады (броундық қозғалыс). Броундық қозғалыстың тәртіпсіздігі  салдарынан бөлшектер түзу сызықтардың  сан алуан кішкене кесінділерінен тұратын күрделі жолды өтеді. Бұл жолды дәл ескеру мүмкін емес, сондықтан броундық қозғалыстың  қарқындылығын сипаттайтын шама ретінде белгілі уақыт аралығындағы бөлшектердің орташа ығысу шамасын (х) алады.

Броундық  қозғалыс теориясын  Эйнштейн  және Смолуховский жасады.                    

Бөлшектің орташа ығысу шамасының  квадраты диффузия коэффициентіне Д  тура тәуелді екені дәлелденді;

X² = 2Дt

Мұнда, Д-диффузия коэффициенті (м²/с), х - орташа ығысу (м), t - уақыт аралығы (с).

    Диффузия.

Жасуша мембраналары арқылы еріген молекулалардың тасымалдану  ерекшеліктерін түсіну үшін диффузия туралы мәліметтер қажет.

Диффузия – бөлшектердің біртекті таралымы орнағанға дейін жүретін, ерітіндідегі концентрация градиентінің өздігінен кемуіне әкелетін процесс. Диффузия коэффициенті концентрация градиенті 1-тең жағдайда, 1 сек. ішінде, көлденең қимасының ауданы 1м² аймақ арқылы диффузияланатын заттың мөлшерін көрсетеді.

Стокс-Эйнштейн тендеуі бойынша диффузия коэффициенті бөлшек радиусына кері тәуелді:

Д =

Мұнда Д – диффузия коэффициенті (м²/с), R – әмбебап газ тұрақтысы, N – Авогадро саны, η – орта тұрақтылығы (н*с/м), r – бөлшек радиусы (м), 6 саны бөлшектің шар тәріздес екенін көрсетеді.

Зольдердің диффузия коэффициентін  анықтау коллоидты химияда дисперсті  фаза бөлшегінің, макромолекуланың өлшемін  табудың негізгі тәсілдерінің бірі болып саналады.

Орташа ығысу шамасының  теңдеуіне Д-мәнін қоямыз;

χ =

Бұл теңдеу броундық қозғалыстың  қарқындылығының бөлшек өлшемі көмігенде  және температура артқанда өсетінін байқатады.

Дисперсті фаза бөлшектерінің  өлшемдеріне сай коллоидты ерітінділердегі  диффузия жылдамдығы төменгі молекулалы заттардың нағыз ерітінділеріне қарағанда жүздеген және мыңдаған есе  төмен.