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

Осындай пікірді коллоидты  ерітінділердің осмостық қысымы туралы да айтуға болады. Мысалы, 1%-тік алтын  золінің осмос қысымы 0,00045 атм. тең, ал сондай концентрациялы қант ерітіндісі үшін, сол жағдайда 0,725 атм. мұнан  басқа, коллоидты ерітінділердегі  осмос қысымының қандай да бір  бөлігін ондағы элеткролиттер қоспасы  туғызады.

Коллоидты ерітінділердің өте  аз осмос қысымының шамасын дәл  өлшеу қиын, сондықтан осмометрияны коллоидты бөлшектер өлшемдерін не мицеллалық салмағын табуда сирек  қолданады.

Коллоидты ерітінділердің қату температурасының төмендеуі және қайнау температурасының жоғарылауы да өте  аз болғандықтан (10^-0 °С), өлшеу қиын себебі бұл шамалар, осмос қысымы сияқты, бірлік көлемдегі бөлшектер концентрациясына тәуелді. Криоскопиялық және эбуллиоскопиялық әдістердің қолданбауының тағы бір себебі, коллоидты ерітінділерді қайнату не қатыру олардың коагуляциясына әкеледі. Коллоидты ерітінділердің концентрациясы өте аз болғандықтан (~1%), олардың тұтқырлықтары да көп емес, ол таза еріткіштің тұтқырлығымен шамалас.

        Седиментация.

Ауырлық күші әсерінен барлық коллоидты бөлшектер ерітіндіде тұнбаға түседі. Бұл процесс седиментация деп аталады. Оның жылдамдығы бөлшек өлшеміне тура тәуелді. Ірірек бөлшектер тұнбаға тезірек түседі.

Шар тәріздес бөлшектер үшін седиментация жылдамдығы мына теңдеумен есептеледі;

U =

мұнда U – седиментация жылдамдығы (м/сек), r – бөлшек радиусы (м), ρ – дисперсті фаза тығздвіғы (кг/м'¹), - дисперсті, орта тығыздығы (кг/м³), – орта тұтқырлығы (н*с/м ), g – еркін түсу үдеуі (g = 9,81 м/с²).

Седиментация жылдамдығын  біліп, шөгетін бөлшектердің радиусын есептей аламыз. Егер бөлшектер сұйықтан жеңіл болса (мысалы, эмульсия-судағы май типтес), онда р - р₀ кері таңбаға ие, сол заң бойынша, бөлшектер шөгу орнына сұйықтық бетіне қалқып шығады.

Бірақ зольдерде седиментацияға қарсы броунды қозғалыс бар, ол коллоидты  бөлшектерді ерітінді көлеміне біркелкі таратуға тырысады. Нәтижеде ауырлық күші және диффузия күштерінің әсер етуінен зольдерде тепе-теңдік күй – седиментациялық тепе-теңдік орнайды, бұл кезде дисперсті фаза концентрациясы төменгі қабаттан жоғарыға қарай кемиді және уақыт бойынша тұрақты болады. Биіктік бойынша бөлшектер таралымын Лаплас-Перрен заңымен есептейді.

 

2,3

мұнда және — ыдыс түбінен және  биіктігі бірлік көлемдегі бөлшектер саны, – бөлшек массасы (кг); N_А – Авогадро саны; R – әмбебап газ тұрақтысы; ρ және ρ₀ — дисперсті фаза мен дисперсті орта тығыздықтары (кг/м³); V – бөлшек көлімі (м³); g – еркін түсу үдеуі.

Перрен бұл теңдеудің  дәлдігін дәлелдеді және оның көмегімен Авогадро санын есептеді, бұл шама басқа әдістермен алынған нәтижелермен орайлас болады. Бұл молекулалық – кинетикалық теорияның коллоидты ерітінділерге қолдану мүмкіншілігін дәлелдейді.

Қазіргі кезде, N_А шамасы өте дәл анықталған уақытта, екі деңгейдегі бөлшектер санын есептеу тәсілі бөлшек массасын, демек радиусын табу үшін қолданылады.

Седиментациялық тепе-теңдікті зерттеу ультрацентрифуга деп аталатын ортаға тартқыш күш өрісіндегі, өте  жоғары жылдамдықпен айналатын центрифугаларда  жүргізіледі, онда еркін түсу үдеуі  жүз мыңдаған есе жоғары.

Ультрацентрифуга ақсылдар, нуклеин қышқылдары, вирустар және т.б. жасушалық құрылымдар химиясында кеңінен қолданылады.

 

Коллоидты ерітінділердің оптикалық қасиеттері

Коллоидты ерітіндіні өткінші  жарықта қарастырғанда мөлдір сияқты көрінеді.                                             

Егер жарық сәулесі  коллоидты ерітіндіге бүйірінен  түсірілсе, онда оның жолы қараңғы аймақта  жарқыраған конус түрінде байқалады, ол Тиндаль конусы деп аталады.

Тиндаль конусының негізінде  коллоидты бөлшектердің өлшемдері  мен түскен жарықтың толқын ұзындығына байланысты, коллоидты бөлшектердің көрінетін жарықты шашырату құбылысы жатыр. Жарық толқындарын (10^-3-10^-6 м) ірі бөлшектер шағылыстырады, өте майда бөлшектер төменгі молекулалық заттардың молекулалары мен иондары (10^-10м) жарықты өткізеді, өлшемдері жарықтың жартылай толқын ұзындығына тең (10^-7 – 10^-9 м) бөлшектер, ал коллоидты бөлшектер дәл, міне, осындай, жарықты барлық жаққа шашыратады: жарық толқындары осындай бөлшек терге кездесіп, оны орағытып айналып өтеді, және сәуле түзу сызықтан ауытқиды (жарықтың диффузия құбылысы).

Рэлей заңына сай шашыраған жарық каркыны (I) түскен жарықтың толқын ұзындығының төртінші дәрежесіне кері тәуелді;

І = І₀*К*

мұнда I және І₀ – шашыраған және түскен жарық қарқыны, ν – 1м³ зольдегі бөлшектер саны (бөлшектің концентрация), V – жеке бөлшектің көлемі, λ – түскен жарықтың толқын ұзындығы, К – дисперсті фаза мен дисперсті ортаның сыну көрсеткіштеріне тәуелді тұрақты.

Бұл теңдеуден қысқа толқындар (спектрдің көк және күлгін бөлігі) ұзын толқындарға (спектрдің сары-қызыл  аймағы) қарағанда күштірек шашырайтыны  көрінеді. Демек, егер бастапқы жарық  ақ болса, онда шашыраған жарық қысқа  толқынды сәулемен байып, көгілдір түс  алады, бұл бүйірінен жарықтанған  көптеген коллоидты жүйелерге тән  қасиет. Аспанның көгілдір түсі осымен түсінідіріледі. Өткінші жарықта  спектрдің ұзын толқынды компоненттері  көп, олар қызыл түс береді.

Көптеген зольдердің ашық түсі (металдар, сурьма сульфиді, берлин лазурі зольдері) тек жарықтың шашырауына ғана емес, сонымен бірге жұтылуына  да байланысты, түстің қоюлығы зольдің  дисперстілеу дәрежесіне де тәуелді.

 

Коллоидты ерітінділердің электрокинетикалық қасиеттері

Электрокинетикалық  құбылыстар деп, электр тогы қатысатын, екі фазаның салыстырмалы қозғалуы кезінде гетерогенді жүйелерде пайда болатын процестерді айтады. Мұны 1807 жылы Ф.Ф. Рейсс ашкан.

Электрокинетикалық құбылыстардың  себебі - ҚЭҚ болуы және грануланың диффузиялық қабатқа қатысты  оңай ығысуы. Электр өрісі әсер еткенде  мицелла адсорбциялық және диффузиялық  қабаттар шекарасында (бұл шекара жылжу  қабаты деп аталады) екіге бөлінеді: гранула бір полюске қарай  қозғалады (электрофорез), диффузиялық  қабат иондары екінші полюске  өзімен бірге гидратты қабықшаны  ілестіре қозғалады (электроосмос).

Электрокинетикалық қасиеттер мыналар:

1. Электрофорез – сыртқы электр өрісі әсерінен дисперсті фазаның зарядталған бөлшектерінің дисперсті ортаға қатысты қозғалуы.
2. Электроосмос – дисперсті ортаның дисперсті фазаға қатысты сыртқы электр өрісінің әсерінен қозғалуы.
3. Сұйықтықты қысым арқылы түтікшелі жүйеге енгізсек, онда оның ұштарында потенциалдар айырымы түзіледі, ол ағу потенциалы деп аталады.
4. Коллоидты бөлшектер сұйық ортада шеккенде сұйықтықтың жоғарғы және төменгі қабаттары арасында потенциалдар айырымы түзіледі, оны шөгу (седиментация) потенциалы деп атайды.

Ағу  потенциалы  электросмосқа,  ал шөгу потенциалы  электрофорезға кері құбылыс.

Өткізу әдістемесіне байланысты электрофорез қозғалмалы шекаралы қабаттағы (Тизелиустың бос электрофорезі) және зондты электрофорез (кағаз, желім т.б. сияқты тасымалдағыштарды қолдану) деп бөлінеді.

Ақсылдар, бактериялар, вирустар заряды бар, сондықтан, буферлі ерітіндіде электр өрісінде қозғалады, қозғалу жылдамдығы бөлшек радиусына және зарядына тәуелді.

Сондықтан электрофорез медицина мен биологияда кеңінен қолданылады.

Электрофорез көмегімен  макромолекулалар қоспасының (мысалы, қанның сары суының ақсылы, жұлын сұйықтығы, несеп т.б.) бөлінуі және талдауы бақылауда қолданылады, себебі қаң сары суының ақсылдарының электрофореграммаларында әртүрлі патологиялық жағдайларда сол ауруға тән күрт өзгерістер байқалады. Дәрілік заттардың электрофорезі электротерапия тәсілі ретінде көптеген ауруларды емдеуде бұрыннан қолданып келеді. (мысалы, күйік жараларды, атеросклероз, ревматизм, жүйке-психикалық ауруларды т.б.) жарақаттанбаған тері арқылы дәрілік затты енгізу оның науқас ағзасына ұзақ әсерін қамтамасыз етеді.

Электрофоретикалық әдіспен ақсылдардың изоэлектрлік нүктесін анықтайды.

БАЗ қатысындағы (мысалы, натрий додецилсульфаты) ақсылдардың молекулалық массасын табу үшін қолданады.

Электроосмос құбылысы биологиялық  жүйелерде де кеңінен таралған. Тері аркылы дәрінің оңай өтуінің тағы бір себебі: потенциалдар айырымын түсіргенде, сұйықтың тері тесіктері арқылы әлектроосмостық тасымалдануы жүреді – ауа шығарылады, терінің өтімділігі артады.

Медицинада электроосмос емдік сары суларды тазалауда  пайдаланылады.

Ағу және шөгу потенциалдары қан тамырларымеи қанның ағуы кезінде биотоктардың пайда болу механизмін береді, мысалы, электрокардиограмманың (Q тісі деп алатын) шыңдарының бірі коронарлық жүйедегі қанның ағуымен байланысты.

Әлектрокинетикалық құбылыстар халық шаруашылығында, өндірісте қолданылады, электрофорез пеш түтіндерімен күресте, ыдысты, резина бұйымдарын жасауда, күрделі құрылысты бұйымдарға металдық қаптамаларды енгізуде т.б. қолданылады.

Электроосмос мұнай алуды жеделдетуде, кеуекті заттарды кептіру мен сіңіруде (мысалы, трофты кептіру, ағашқа сіңіру), жер асты суларының деңгейін төмендету үшін т.б. пайдаланылады. Ағу потенциалын зерттеу пайдалы қазбаларды геофизикалық барлау әдсінің негізінде жатыр.

Сұйық отынды тасымалдауда өте жоғары ағу және шөгу потенциалдары  түзіледі, олар өрттер мен жарылыстардың  себебі болуы мүмкін.

 

 

                                        Қорытынды.

Қан, плазма, лимфа, жұлын  сұйықтықтары сияқты биологиялық сұйықтарды коллоидты жүйелерге жатқызуға  болады, ондағы заттардың көпшілігі, мысалы, ақсыл заттар, холестерин, гликоген және тағы басқалары коллоидты жүйелер  түрінде болады.

Маңызды тағам өнімдері –  нан, сүт, май – коллоидты жүйелер.

Өте ұсақталған заттар терінің  тесіктері арқылы оңай өтіп ағзаға ықпалды әсер етеді, сондықтан медицинада дәрілік заттар коллоидты жүйелер  түрінде қолданылады (суспензия, эмульсиялар, жағатын майлар, пасталар және аэрозольдар).

Металдардың коллоидтық дәрілерін  терапияда қолданғанда, олар өте  баяу және аз мөлшерде ұзақ мерзімде әсер етуге негізденген.

Өкпенің жұқпалы ауруларын  емдегенде, сонымен қатар, тынысалу жолдары ауырғанда әртүрлі антибиотиктердің аэрозольдері мен ингаляциясы қолданылады.

Санитариялық жұмыста  ішетін суды тазарту адсорбция және өзара коагуляция процестеріне негізделген: ауаны зиянды түтіндерден және тұмандардан  тазарту аэрозольдарды зерттеудегі  заңдылықтарға негізделген.

Өндірісте коллоидтар елеулі роль атқарады, негізінен, мұнайды игеру  және өңдеуде, металлургиялық өндірісте, құрылыс материалдарының өндірісінде, мата, бояу және тағам өндірісінде  қолданылады. Сондықтан коллоидты  химияны реалды денелердің химиясы  деп атайды.

 

Қолданылған әдебиеттер:

 

1. http: //kk.wikipedia.org/
2. http: //www.diagnosticlab.ru/
3. Ә.К.Патсаев, С.А.Шитыбаев, Қ.Н.Дәуренбеков «Бейорганикалық және физколлоидтық химия», Шымкент
4. Қазақстан энциклопедиясы 3-том, Алматы
5. Т.С.Сейтембетов «Химия», Алматы «Білім»