Теоретический материал для студентов II курса по теме: Коллоидные растворы
презентация к уроку

Слайд 1

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Департамента здравоохранения города Москвы Медицинский колледж № 1 Теоретический материал для студентов II курса Тема: Коллоидные растворы ОУД 10 Химия Специальность: 31.02.03 Лабораторная диагностика Очная форма обучения Преподаватель Диденко И.В . Москва, 2020

Слайд 2

Цель: приобретение системных знаний о коллоидно-дисперсных системах в зависимости от признаков классификации, о методах получения, очистки и об устойчивости дисперсных систем и умение применять эти знания к конкретным системам, встречающиеся в биологических объектах. Задачи: образовательная: ознакомить студентов с понятием дисперсные системы, коллоидные растворы. ознакомить студентов с методами получения коллоидных растворов. разъяснить студентам способы очистки коллоидных растворов, строение мицеллы. ознакомить студентов со свойствами коллоидных растворов. развивающая: продолжить и расширить познавательную деятельность студентов, а также их представления о способах получения коллоидных растворов. продолжить развивать и расширить представления студентов о диализе, электродиализе, ультрафильтрации, о составных частях коллоидной частицы, и их практическом значении в повседневной жизни. воспитывающая: продолжить воспитывать внимательность, наблюдательность, эстетические чувства, навыки работы с техникой.

Слайд 3

Коллоидная химия (« коллоид » – от греческого κόλλα – клей) – наука, изучающая физико-химические свойства гетерогенных высокодисперсных систем и ВМВ в твердом состоянии и в растворах Коллоидное состояние характерно для многих веществ, если их частицы имеют размер от 10ˉ 7 до 10ˉ 5 см. Суммарная их поверхность огромна, и она обладает поверхностной энергией, за счет которой может адсорбировать частицы из раствора. Образующаяся коллоидная частица называется мицеллой . Она имеет сложное строение и состоит из ядра, адсорбированных ионов, противо ионов. Если растворитель взаимодействует с ядром частицы, то образуются лиофильные коллоиды, если не взаимодействует – то лиофобные коллоиды.

Слайд 4

Коллоидный раствор золота (экспонат музея Фарадея в Королевском институте) История развития коллоидной химии Томас Грэм (Грэхэм) английский/шотладский химик впервые использовал термин «коллоид» для описания растворов с необычными свойствами. Т. Грэм (1805-1869)

Слайд 5

Не следует забывать, что у него имелись предшественники Яков Берцелиус и итальянский химик Франческо Сельми. В 30-е годы XIX века Берцелиус описал ряд осадков, проходящих при промывании через фильтр (кремниевая и ванадиевая кислоты, хлористое серебро, берлинская лазурь и др.). Эти проходящие через фильтр осадки Берцелиус назвал «растворами», но в то же время он указал на их близкое сродство с эмульсиями и суспензиями, со свойствами которых он был хорошо знаком. Франческо Сельми в 50-е годы XIX века продолжил работы в этом направлении (физико-химические различия между системами, образованными осадками, проходящими через фильтр). Он назвал их «псевдорастворами» и обычными истинными растворами. История развития коллоидной химии

Слайд 6

Английский ученый Майкл Фарадей (*) в 1857 г. синтезировал коллоидные растворы золота – взвесь Au в воде размерами частиц от 1 до 10 нм. и разработал методы их стабилизации. Эти «псевдорастворы» рассеивают свет, растворенные в них вещества выпадают в осадок при добавлении небольших количеств солей, переход вещества в раствор и осаждение из него не сопровождаются изменением температуры и объема системы, что обычно наблюдается при растворении кристаллических веществ. История развития коллоидной химии

Слайд 7

История развития коллоидной химии Николай Петрович Песков - основатель современной коллоидной химии как науки о поверхностных явлениях и дисперсных системах. Ввел понятие об агрегативной и седиментационной устойчивости дисперсных систем. Н. П. Песков (1880-1940)

Слайд 8

Основные понятия. Классификация дисперсных систем Два общих признака дисперсных систем: гетерогенность и дисперсность . Дисперсной системой (ДС) называется система, в которой одно вещество в более или менее раздробленном (дисперсном) состоянии равномерно распределено в массе другого вещества. Грубодисперсные ( d ˃ 10 -5 см ) – не проходят через тонкие бумажные фильтры, быстро оседают, видимы в обычный микроскоп. Коллоидно-дисперсные ( 10 -7 ˂ d ˂ 10 -5 см ) – проходят через бумажные фильтры, но задерживаются на ультрафильтрах, видимы в ультрамикроскоп. Структурной единицей является мицелла. Молекулярно-дисперсные (истинные растворы) (d ˂ 10 -7 см) – дискретными единицами в них являются молекулы или ионы. Образуются самопроизвольно.

Слайд 9

Основные понятия. Классификация дисперсных систем Истинный Коллоидный Суспензия раствор раствор d ˂ 10 -7 см d: 10 -5 – 10 -7 см d ˃ 10 -5 см

Слайд 10

Основные понятия. Классификация дисперсных систем Суспензии Эмульсии Пена Аэрозоль

Слайд 11

По степени связи ДСр и ДФ : системы со слабым взаимодействием между ДФ и ДСр называют лиофобными коллоидами (золями), с сильным взаимодействием – лиофильными . Золи и гели Кровь Сухожилия

Слайд 12

Мицелла и её строение Коллоидная частица представляет собой ядро из малорастворимого вещества коллоидной дисперсности, на поверхности которого адсорбируются ионы электролита раствора. Ионы электролита обеспечивают устойчивость золя, поэтому данный электролит называют ионным стабилизатором. Значит, коллоидная частица представляет собой комплекс, состоящий из ядра, вместе с адсорбционным слоем противоионов. Агрегат частицы или ядро представляет собой вещество кристаллического строения, состоящий из сотен или тысячи атомов, ионов или молекул, окружённый ионами. Ядро вместе с адсорбированными ионами называется гранулой . Так гранула имеет определённый заряд. Вокруг неё собираются противоположно заряженные ионы, придающие ей в целом электронейтральность .

Слайд 14

Вся система, состоящая из гранулы и окружающих её ионов называется мицеллой и является электронейтральной. Жидкая фаза, окружающая мицеллу, называется интермицелярной жидкостью. Это можно представить в виде следующей краткой схемы: гранула, т.е. коллоидная частица = ядро + адсорбционный слой + противоионный слой + диффузный слой мицелла = гранула + противоионы золь = мицеллы + интермицеллярная жидкость .

Слайд 15

Строение структурной единицы коллоида – мицеллы ПРАВИЛО ПАНЕТА – ФАЯНСА – ПЕСКОВА на поверхности ядра мицеллы адсорбируются ионы, имеющиеся в составе ядра, т.е. адсорбируются ионы, находящиеся в избытке

Слайд 16

Устойчивость коллоидных систем Дисперсные системы в отличие от истинных растворов являются термодинамически неустойчивыми. Под устойчивостью дисперсных систем понимают способность их сохранять свое состояние и свойства в течение времени. Русский ученый Н. Песков в 1925 году указал на два вида устойчивости: 1 . Кинетическая (седиментационная) устойчивость – это способность дисперсных частиц оставаться во взвешенном состоянии. 2. Агрегативная устойчивость – это способность частиц дисперсной фазы противостоять их слипанию (агрегации).

Слайд 17

«Человек – это ходячий коллоид» говорил знаменитый химик Иван Иванович Жуков, член корр. Академии наук СССР. В любом животном или растительном организме представлены практически все коллоидные дисперсные системы: как лиофильные, так и лиофобные, связаннодисперсные и свободнодисперсные.

Слайд 19

Медико-биологическое значение темы

Слайд 20

Медико-биологическое значение темы

Слайд 21

Медико-биологическое значение темы

Слайд 22

Медико-биологическое значение темы

Слайд 23

Бактерицидная активность коллоидного раствора серебра Медико-биологическое значение темы a – клетка E.Coli b – клетка E.Coli, подвергнутая воздействию наночастиц серебра

Слайд 24

Медико-биологическое значение темы Бактерицидная активность коллоидного раствора серебра до обработки После обработки через 1.5 часа Популяции of Listeria

Слайд 25

Коллоидные растворы могут быть получены: 1. Дисперсионными методами , основанными на дроблении, или диспергировании крупных частиц вещества до коллоидных размеров. Диспергирование можно проводить механическим измельчением, электрическим распылением и так далее. К дисперсным методам относятся – процесс образования золей из гелей или рыхлых осадков при действии на них пептизаторов (в большинстве случаев электролитов), адсорбирующихся на поверхности коллоидных ядер и способствующих их взаимодействию с дисперсионной средой. Методы получения коллоидных растворов

Слайд 26

2. Конденсационными методами , основанными на агрегации молекул или ионов более крупные частицы. Агрегацию частиц можно осуществлять различными способами. При конденсационном методе рост частиц прекращается задолго до образования термординамически устойчивой поверхности раздела. Поэтому коллоидные системы, независимо от способа получения, являются термодинамически неустойчивыми . Со временем, в результате стремления к термодинамически более выгодному состоянию, коллоидные системы прекращают существование вследствие коагуляции – процесса укрупнения частиц.

Слайд 27

Химическая конденсация – для получения коллоидных растворов используют любые реакции, в результате которых образуются малорастворимые соединения (реакции обмена, гидролиза, восстановления и др.). Конденсационные методы (от лат. – укрупнять) – получение частиц ДФ путем объединения атомов, молекул, ионов. Различают физическую и химическую конденсацию. Физическая конденсация – это метод замены растворителя . Сначала готовят истинный раствор вещества в летучем растворителе (например, канифоль в спирте) и добавляют к жидкости, в которой вещество нерастворимо (вода). В результате происходит резкое понижение растворимости и молекулы вещества конденсируются в частицы коллоидных размеров.

Слайд 28

Чтобы в ходе реакции образовался коллоидный раствор, необходимо соблюдение, по крайней мере, трех условий: чтобы вещество ДФ было нерастворимо в ДСр; чтобы скорость образования зародышей кристаллов ДФ была гораздо больше, чем скорость роста кристаллов; чтобы одно из исходных веществ было взято в избытке, именно оно является стабилизатором.

Слайд 29

К физико-химической конденсации относится метод замены растворителя, вещество, из которого предполагается получить золь, растворяют в соответствующем растворителе в присутствии стабилизатора (или без него) и затем раствор смешивают с избытком другой жидкости, в которой вещество нерастворимо. В результате образуется золь. Химический метод конденсации основан на реакциях, приводящих к возникновению твердого продукта. а) Реакции восстановления Например, получение золей золота и серебра при взаимодействии солей этих металлов с восстановителями: 2KAuO2 + 3HCHO + K2CO3 → 2Au + 3HCOOK + KHCO3 + H2O. {[mAu]·nAuO2–·(n–x)К+}x–·xК+ – мицелла золя золота.

Слайд 30

б) Реакции окисления Например, получение золя серы: 2Н2S + O2 → 2S + 2H2O. Строение мицеллы полученного золя можно представить следующей формулой: {[mS]·nS5O62–·2(n–x)H+}·2xH+. в) Реакции обмена Например, получение золя сульфата бария. При использовании реакций обмена состав мицелл зависит от того, в каком порядке сливают растворы реагентов!

Слайд 32

г) Реакции гидролиза. Например, красно-бурый золь гидроксида железа (III) получается, если в кипящую воду добавить небольшое количество хлорида железа (III): FeCl3 + H2O → Fe(OH)3 + 3HCl. Примером получения коллоидных систем кристаллизацией является кристаллизация из пересыщенного раствора сахарозы в производстве сахара. Процесс десублимации имеет место при образовании облаков, когда в условиях переохлажденного состояния из водяных паров образуются сразу кристаллики, а не капли воды.

Слайд 33

Задача 1. Какой объем 0,001 н. раствора BaCl 2 надо добавить к 0,03 л 0,001 н. раствора K 2 CrO 4 , чтобы получить положительно заряженные частицы золя BaCrO 4 ? Составьте формулу мицеллы золя. Какой из перечисленных электролитов будет обладать более сильным коагулирующим действием: хлорид калия, сульфат калия или фосфат калия. Поясните выбор. Домашнее задание разобрать решения задач: Решение. Запишем уравнение реакции, протекающей при сливании двух : BaCl 2 + K 2 CrO 4 = BaCrO 4 ↓ + 2KCl Найдем необходимый объем BaCl 2 при условии, что вещества участвуют в реакции в стехиометрическом соотношении, используя «золотое правило аналитики»: C K2CrO4 ·V K2CrO4 = C BaCl2 ·V BaCl2 Подставим в выражение известные значения: 0,001·0,03 = 0,001·V BaCl2 , откуда V BaCl2 = 0,03 л.

Слайд 34

На поверхности образовавшегося золя адсорбируются ионы, входящие в его состав и находящиеся в растворе в избытке. Чтобы получить «+» заряженные частицы золя BaCrO 4, на его поверхности должны адсорбироваться ионы Ba 2+ . Таким образом, в растворе должен быть избыток BaCl 2 по сравнению с K 2 CrO 4, т.е. к 0,03 л 0,001 н. раствора K 2 CrO 4 необходимо добавить более 0,03 л. 0,001 н. раствора BaCl 2. Т.к. частицы золя заряжены положительно, то к ним будут притягиваться отрицательно заряженные ионы Cl — . золя будет выглядеть следующим образом: [( BaCrO 4 ) m ·nBa 2+ , 2(n-x)Cl — ] 2x+ ·2xCl —

Слайд 35

Какой из перечисленных электролитов будет обладать более сильным коагулирующим действием: хлорид калия, сульфат калия или фосфат калия. Поясните выбор. Коагуляцию золя вызывает тот из ионов добавляемого электролита, чей заряд противоположен заряду коллоидной частицы. Коагулирующая способность иона тем больше, чем больше его заряд. K + Cl — , K 2 + SO 4 2- , K 3 + PO 4 3- Допустим, что коагуляцию золя вызывают катионы, тогда все приведенные соединения обладают одинаковым коагулирующим действием. Если же коагуляция золя вызвана анионами, то более сильным коагулирующим действием будет обладать фосфат калия K 3 PO 4 , т.к. фосфат-ион имеет наибольший заряд.

Слайд 36

Задача 2. Золь Al(OH) 3 получен при добавлении к 0,005 л 0,001 н. раствора AlCl 3 0,002 л 0,0015 н. раствора NaOH . Напишите формулу мицеллы золя. Какой из перечисленных электролитов будет обладать более сильным коагулирующим действием: нитрат калия, сульфат магния или фосфат калия. Поясните выбор. Решение. Запишем уравнение реакции, протекающей при сливании двух растворов: AlCl 3 + NaOH = Al(OH) 3 ↓ + 3NaCl Определим количества участвующих в реакции веществ: С н =n/V n(AlCl 3 )= С н ·V = 0,001·0,005 = 5·10 -6 моль n(NaOH)= С н ·V = 0,0015·0,002 = 3·10 -6 моль Следовательно, в избытке AlCl 3 , значит, ядром коллоидных частиц будут адсорбироваться Al 3+ и частицы золя приобретут положительный заряд. Противоионами будут служить ионы Cl — . Формула мицеллы золя будет выглядеть следующим образом: [( Al(OH) 3 ) m ·nAl 3+ , 3(n-x)Cl — ] 3x+ ·3xCl —

Слайд 37

Какой из перечисленных электролитов будет обладать более сильным коагулирующим действием: нитрат калия, сульфат магния или фосфат калия. Поясните выбор. Коагуляцию золя вызывает тот из ионов добавляемого электролита, чей заряд противоположен заряду коллоидной частицы. Коагулирующая способность иона тем больше, чем больше его заряд. K + NO 3 — , Mg 2+ SO 4 2- , K 3 + PO 4 3- Допустим, что коагуляцию золя вызывают катионы , тогда наиболее сильным коагулирующим действием будет обладать сульфат магия MgSO 4 , т.к заряд иона магния имеет наибольшее значение. Если же коагуляция золя вызвана анионами , то более сильным коагулирующим действием будет обладать фосфат калия K 3 PO 4 , т.к. фосфат-ион имеет наибольший заряд.

Слайд 38

СПАСИБО ЗА ВАШЕ ВНИМАНИЕ!