Apibrėžkite elektrolito krešėjimą, krešėjimo slenkstį ir krešėjimo gebėjimą. Krešėjimo procesų svarba organizmo gyvybei
Koloidinės sistemos agregacinio stabilumo pažeidimas dalelių didėjimo kryptimi dėl jų sukibimo veikiant molekulinėms traukos jėgoms vadinamas koaguliacija (iš lotynų kalbos sustorėjimas, koaguliacija). Koloidų koaguliaciją gali sukelti elektrolitai, temperatūros pokyčiai, mechaniniai poveikiai, dispersinės terpės sudėties pokyčiai, elektros srovė ir kt.
Elektrolitų koaguliacija.
Pagrindinės krešėjimo taisyklės:
Visi elektrolitai gali sukelti krešėjimą. Bet tik jonas, kuris yra priešingas granulės krūviui, turi koaguliacinį poveikį
Krešėjimą sukelia tik tam tikra elektrolitų koncentracija.
Mažiausia elektrolito koncentracija, sukelianti greitą krešėjimą, vadinama krešėjimo slenkstis (TC).
Paprastai jis išreiškiamas milimoliais litre koloidinio tirpalo.
Elektrolito koaguliacijos gebėjimas yra susijęs su jonų valentiškumu. Koaguliuojantis jonas turi turėti priešingą dalelių krūviui krūvį.
PC vertė priklauso nuo koaguliatoriaus jonų krūvio. Kuo didesnis jo valentingumas, tuo mažesnė elektrolito koncentracija atitinka krešėjimo slenkstį. Tai yra Schultz-Hardy taisyklė. Egzistuoja bendras modelis: padidėjus jono valentingumui, mažėja pridedamo koaguliuojančio elektrolito koncentracija, o vieno, dviejų ir trivalečių jonų krešėjimo slenksčių santykis atitinka skaičių santykį: šimtai, dešimtys ir vienetai. .
Pagal Schulze-Garde taisyklę krešėjimo slenkstis (γ c) matuojamas atvirkščiai proporcingas jono 6 laipsnių valentiškumui (ribiniu atveju).
γ с = k/Z 6, k – koeficientas.
Tai reiškia, kad mono-, dvi- ir trivalenčių jonų krešėjimo slenksčių reikšmės yra 1: (1/2) 6: (1/3) 6 = 1: 1/64: 1/729 = 729: 11:1.
Krešėjimo slenkstis priklauso nuo elektrolito pobūdžio ir koaguliuojančių jonų valentingumo. Krešėjimo slenkstis apskaičiuojamas pagal formulę:
γ = СV(elektrolitas)/(V(sol) + V(elektrolitas)) (mmol/l),
čia C – elektrolito koncentracija, mmol/l; V – mažiausias elektrolito tirpalo tūris, į kurį įpylus prasidėjo zolio koaguliacija, ml.
To paties krūvio jonų koaguliacijos gebėjimas didėja didėjant jonų spinduliui.
Elektrolito koaguliacinis poveikis neapsiriboja difuzinio sluoksnio suspaudimu. Tuo pačiu metu ant koloidinių dalelių vyksta selektyvi tų elektrolitų jonų, kurių krūvis yra priešingas granulės krūviui, adsorbcija.
Krešėjimo elektrolitais mechanizmas
Vyksta išėmimas elektros krūvis, t.y. koloidinės dalelės įvedimas į izoelektrinę būseną (ζ = 0) ir koloidinės dalelės hidratacijos apvalkalo sumažinimas.
Šiuo atveju difuzinio sluoksnio suspaudimas vyksta per priešjonų perėjimą iš difuzinio sluoksnio į adsorbcinį sluoksnį. Šiuo atveju zeta potencialas mažėja, kai ζ = 0, visos koloidinės dalelės nusėda. Be to, ant koloidinių dalelių vyksta selektyvi tų elektrolitų jonų, kurių krūvis yra priešingas granulės krūviui, adsorbcija.
PABAIGOS– tai miltelių suspensijos skystyje (dirvos ir gruntai, molio tešla, cemento ir kalkių skiediniai, aliejiniai dažai). Praskiestos suspensijos naudojamos audiniams dažyti, koncentruotos – statybose. Suspensijų dalelių dydžiai yra didesni nei kolbinių dalelių. Suspensijos vienu metu sugeria ir išsklaido šviesą, yra nestabilios sedimentacijos, neturi osmosinio slėgio ir Brauno judėjimo, dalelės matomos įprastu mikroskopu ir negali sklisti. Paprastai dalelių paviršiuje susidaro DES arba solvatacijos apvalkalas. Dalelių potencialas turi tokią pačią reikšmę kaip ir tipiškų zolių. Veikiant elektrolitams, suspensijos koaguliuoja.
Agregacijai atsparios pakabos yra plastikinės. Visiškai nestabilios sistemos yra trapios. Agregacijai nestabilias sistemas galima padaryti agregacijai stabilias įvedant paviršinio aktyvumo medžiagos (pavyzdys Al 2 O 3 benzene, suodžiai vandenyje).
EMulsijos yra dispersinės sistemos, kuriose tiek dispersinė fazė, tiek dispersinė terpė yra skystos. Įprastų emulsijų dispersijos laipsnis nėra labai didelis: jų dalelių spindulys yra apie 10 -3 – 10 -5 cm. labai mažų lašelių. Paprastai viena iš emulsijos fazių yra vanduo. Kita fazė gali būti bet koks organinis skystis, nesimaišantis su vandeniu: aliejus, benzenas, benzinas, žibalas ir tt Šis kitas skystis paprastai vadinamas, nepaisant jo cheminės prigimties, Alyva Be vandens ir aliejaus, bet kuri stabili emulsija būtinai turi trečiąjį komponentą, suteikiantį jai agregacinį stabilumą, kuris vadinamas emulsiklis. Vanduo ir aliejus sudaro dviejų tipų emulsijas. Pirmasis tipas: vanduo yra dispersinė terpė, aliejus yra dispersinė fazė, tai yra aliejus vandenyje emulsijos (O/W) - tiesioginės emulsijos. Antrasis tipas yra vandens aliejuje (W/O) emulsijos – atvirkštinė.
Yra praskiestos ir koncentruotos emulsijos. Atskiestos emulsijos (dispersinės fazės koncentracija iki 0,1%) stabilizuojamos elektrolitais, kurie emulsuojamų lašelių paviršiuje sukuria dvigubą elektrinį sluoksnį. Jie yra stabilūs be specialių emulsiklių. Koncentruotos emulsijos (disperguotos fazės koncentracija > 1%) yra stabilios tik esant specialiems emulsikliams, tai yra medžiagos, kurios ant emulsuoto skysčio lašelių sudaro stiprią plėvelę, kuri nesutrūksta susidūrimo metu. Tai spiralės, želatina, guma, dervos ir puskoloidai – muilai.
Emulsiklis parenkamas pagal taisyklę: O/V emulsijos stabilizuojamos vandenyje tirpiais hidrofiliniais muilais, pavyzdžiui, baltymais, ir vandenyje tirpiais hidrofiliniais muilais, pavyzdžiui, natrio oleatu. W/O emulsijos stabilizuojamos angliavandenilyje tirpiais BMC, tokiais kaip poliizobutilenas, oleofilinės dervos ir muilai su daugiavalenčiais katijonais (kalcio oleatu), netirpiais vandenyje ir angliavandenilyje.
Vadinamos emulsijos, kurių dispersinės fazės koncentracija didesnė nei 74%. želatinizuota. Jų fizinės savybės skiriasi nuo įprastų. Įprastos emulsijos yra skysčiai, pavyzdžiui, pienas, grietinėlė; želatinizuoti – kieti, pavyzdžiui, tepalai, sviestas, margarinas, majonezas, tiršti kremai.
Vieno tipo emulsiją galima paversti kito tipo emulsija. Šis reiškinys vadinamas fazės pasikeitimas emulsijose, tai pasiekiama keičiant emulsiklio pobūdį.
Emulsijos gaunamos mechaniškai disperguojant dispersinę fazę dispersinėje terpėje, esant atitinkamam emulsikliui. Emulsuojamiesiems skysčiams išsklaidyti naudojamas stiprus maišymas, kratymas ir vibracija, kuri atliekama naudojant specialias maišytuvus, koloidinius malūnus ir ultragarsą.
Spontaniškas emulsinimas vaidina svarbų vaidmenį procesuose, susijusiuose su maisto virškinimu ir įsisavinimu gyvūno organizme. Kai, pavyzdžiui, riebalai patenka į žarnyną, riebalai pirmiausia savaime išsisklaido veikiami tulžyje esančių aktyviųjų paviršinio aktyvumo medžiagų (cholio rūgščių), o vėliau susidariusi labai išsklaidyta emulsija per žarnyno sienelę absorbuojama į organizmą.
Natūralioms emulsijoms priskiriamas pienas, kiaušinio trynys, lateksas – pieniškas guminių augalų sultys, iš kurių gaunamas natūralus kaučiukas.
Maisto pramonėje emulsijoms priskiriami ne tik pieno produktai, bet ir margarinas, majonezas, padažai. Farmacijos pramonėje daugelis vaistų yra naudojami emulsijų pavidalu. Bitumo emulsijos vandenyje plačiai naudojamos kelių tiesimui ir remontui. IN Žemdirbystė Daugelis herbicidų, insekticidų ir fungicidų naudojami emulsijų pavidalu.
Penami yra dispersinės sistemos, kuriose dispersinė fazė yra dujos, o dispersinė terpė – skystis, pailgintas į plonas plėveles. Kitaip tariant, putos yra labai koncentruotos dujų emulsijos skystyje. Putplastis naudojamas daugelyje statybinių ir izoliacinių medžiagų (putų betonas, polistireninis putplastis, pemza), taip pat maisto produktams (zefyras, zefyras, putėsiai ir kt.). Putos naudojamos gaisro gesinimo ir flotacijos procesuose.
Norint gauti stabilias putas, reikalingi stabilizatoriai - putojančios medžiagos, kurios gali būti naudojamos kaip aktyviosios paviršiaus medžiagos, muilai ir kt. Putojančių medžiagų molekulės yra adsorbuojamos sąsajoje taip, kad jų hidrofobinė dalis (angliavandenilio radikalas) būtų nukreipta į dujinę fazę. o hidrofilinė dalis – link dujinės fazės. Hidrofilinė molekulės dalis hidratuojama vandens, suformuojant tam tikro storio hidratacijos sluoksnius, kurie apsaugo dujų burbuliukus nuo susiliejimo.
Putos gali būti pagamintos purtant putplasčio tirpalą cilindre arba leidžiant orą per porėtą filtrą, įdėtą į putojančios medžiagos tirpalą. Trečias būdas – tirpalo srautas iš tam tikro aukščio nukrenta ant to paties tirpalo paviršiaus, esančio cilindre.
Putplasčio naudojimo laikas nustatomas pagal jo tam tikro tūrio egzistavimo laiką nuo jo susidarymo iki visiško sunaikinimo arba laiko, per kurį putplasčio kolonėlės aukštis sumažėja per pusę.
Putų santykis yra pradinio putų tūrio ir putojančio agento tirpalo, naudojamo šioms putoms formuoti, tūrio santykis.
Muilu ar spirale stabilizuotas skystas putas galima sunaikinti pridedant paviršinio aktyvumo medžiagos, kuri išstumia putojančią medžiagą nuo burbuliukų paviršiaus.
Jeigu putose esančius dujų burbulus skiriančios skystos plėvelės sugeba sukietėti, tai galima gauti praktiškai stabilų kietą putą (putų betonas, mikroporinė guma ir kt.).
AEROSOLIAI. Aerozoliai žaidžia svarbus vaidmuo meteorologijoje, žemės ūkyje (barstymas, kenkėjų kontrolė), kariniuose reikaluose (signalizavimas ir dūmų maskavimas). Dauguma kuro yra sudeginami purškiant. Veiksmingiau gaisrus gesinti vandens purškimu (vandens užuolaida).
Aerozoliai nuo liozolių skiriasi mažu terpės klampumu ir stabilizuojančio tirpalo apvalkalo arba DES nebuvimu dalelių paviršiuje. Aerozoliai yra nestabilūs. Bet koks aerozolis laikui bėgant suyra. Stambių aerozolių nuosėdos. Didelio atstumo aerozoliai sunaikinami dėl dažno dalelių susidūrimo tarpusavyje arba su indo sienelėmis (natūraliams aerozoliams su kliūtimis: medžiais, pastatais ir kt.). Aerozolio dalelės juda ne tik veikiamos mechaninių jėgų, bet ir kitų gradientų: elektrinio potencialo (elektroforezės); temperatūra (termoforezė).
Aerozolio dalelių įkrova yra atsitiktinis dydis ir nustatomas pagal dujų jonų gaudymą iš atmosferos. Įkrautų dalelių nusėdimas lemia nusėdimo potencialo atsiradimą vertikalia kryptimi (dešimtimis kV/m atm). Sedimentacijos greitį gali pagreitinti vėjas ir žemyn nukreiptos oro srovės. Tokiu atveju pasiekiamas lauko stiprumas, atitinkantis oro (dielektriko) irimą, t.y. įvyksta žaibas.
Aerozolių naikinimo metodai apima filtravimą per akytas medžiagas, aerozolių burbuliavimą per skystį, dalelių adsorbciją priešpriešiniu purškiamojo skysčio srautu ir dirbtinai įkrautų aerozolio dalelių nusodinimą ant elektrinių nusodintuvų.
PUSIKOLIDAI
IUD tirpalai yra monomolekulinės liofilinės sistemos, termodinamiškai stabilios ir grįžtamos. Norint sunaikinti sistemą, būtina sumažinti liofiliškumą, sumažinant dismediumo aktyvumą, dėl to sumažės tirpiklio aktyvumas solvatacijos sluoksniuose. Tai galima pasiekti pridedant desolvatuojančių medžiagų, tokių kaip elektrolitai. Šis reiškinys vadinamas išsūdymu, o tarp makromolekulių ir jonų vyksta kova dėl vandens. Dėl išsūdymo susidaro pluoštai, dribsniai ir sutrauktos nuosėdos.
IUD visada pasižymi tam tikra vidutine mase M. Pagrindiniai M nustatymo metodai yra osmometrija, difuzija, šviesos sklaida, ultracentrifugavimas ir klampumo matavimai. Daugelis patinusių arba ištirpusių IUD yra suskaidomi į jonus ir yra koloidiniai elektrolitai.
Koloidiniai elektrolitai gali egzistuoti atskirų polijonų pavidalu. Pavyzdžiui, baltymo molekulė tirpale turi keletą joninių grupių –COO – arba NH; matricos pavidalu, nešančioje fiksuotus to paties ženklo jonus, subalansuotus judriais priešionais jonų mainų dervose. Paviršinio aktyvumo medžiagų tirpaluose susidarančios micelės yra artimos polielektrolitams.
Išsklaidytų sistemų gebėjimas išlaikyti tam tikrą dispersijos laipsnį vadinamasagregacinis stabilumas.
Dalelės Išsklaidytos fazės dėl skirtingų mechanizmų nesulipina. Šis gebėjimas, pirma, atsiranda dėl to, kad dispersinės fazės dalelių paviršiuje susidaro dvigubas elektrinis sluoksnis, kuris užtikrina dispersinės sistemos elektrinį stabilizavimą. Antra, veikia molekulinės adsorbcijos stabilizavimo mechanizmas, kurį sudaro formavimas aplinkui adsorbcinių sluoksnių dalelės, susidedančios iš dispersinės terpės ir joje ištirpusių medžiagų molekulių. Trečia, yra kinetinis stabilumo veiksnys – mažas išsklaidytų dalelių susidūrimų dažnis.
Soliai (koloidiniai tirpalai) nuo stambiai dispersinių ir molekulinių sistemų skiriasi savo agregaciniu nestabilumu, todėl kinta ir laikui bėgant, ir pridedant įvairių medžiagų.
Vandens valymo nuo suspenduotų koloidinių dalelių mechanizmo esmė yra sutrikdyti sistemos pusiausvyrą – panaikinti jėgų, neleidžiančių dalelėms nusėsti, pusiausvyrą.
Šiam tikslui pasiekti naudojamas koloidinių priemaišų koaguliacijos procesas (paprasčiausiai – vandens koaguliacija).
Koaguliacija - koloidų sulipimo į didesnius agregatus procesas, atsirandantis dėl jų susidūrimo Brauno judėjimo metu, maišantis ar nukreipus judėjimą išoriniame jėgos lauke arba pridedant koaguliantų. Tokiu atveju susidaro nuosėdos – koaguliuojasi.
Koaguliantai (dažniausiai tirpios geležies arba aliuminio druskos) sustiprina krešėjimo procesą. Šių medžiagų patekimas į vandenį skatina naujos, mažai tirpios fazės susidarymą (dėl hidrolizės – medžiagos sąveikos su vandeniu). Taigi, koaguliacijos procesas susideda iš laipsniško dalelių padidėjimo ir jų skaičiaus mažėjimo dispersinės terpės tūryje.
Krešėjimas gali būti lėtas arba greitas. Esant lėtam krešėjimui, tik nedidelė dalis koloidinių dalelių susidūrimų priverčia jas sulipti, o koaguliacija neiškrenta. Esant greitam krešėjimui, kiekvienas susidūrimas yra efektyvus ir sukelia dalelių sulipimą, o koloidiniame tirpale palaipsniui susidaro nuosėdos.
Mažiausia dozuojamos medžiagos (elektrolito arba neelektrolito) koncentracija, kuri inicijuoja krešėjimo procesą sistemoje su skysta dispersine terpe, vadinama krešėjimo slenksčiu. Tam tikromis sąlygomis krešėjimas yra grįžtamas. Koagulumo pavertimo zoliu procesas vadinamas peptizacija, o šį procesą provokuojančios medžiagos – peptizatoriais. Peptizatoriai, būdami išsklaidytų sistemų stabilizatoriai, adsorbuojami ant dalelių paviršiaus, susilpnindami jų tarpusavio sąveiką, dėl ko suyra agregatai. Grąžinimas į pirminę būseną ypač efektyvus, kai į terpę įvedama aktyviųjų paviršiaus medžiagų, kurios sumažina paviršiaus sąsajos energiją ir palengvina sklaidą.
Koaguliacija naudojant geležies druskas
Panagrinėkime, kokie procesai vyksta, kai į koloidinį tirpalą pridedama geležies (III) sulfato. Šis koaguliantas vandeniniame tirpale disocijuoja į geležies jonus ir sulfato jonus:
Fe 2 (SO 4) 3 → 2 Fe 3+ + 3 SO 4 2-
Fe 3+ + H 2 O ↔ Fe(OH) 2+ + H +
Fe(OH) 2+ + H 2 O ↔ Fe(OH) 2 + + H +
Fe(OH) 2 + + H 2 O ↔ Fe(OH) 3 ↓ + H +
Fe 3+ + 3H 2 O ↔ Fe(OH) 3 ↓ + 3H +
Micelė – struktūrinis vienetas liofobinis (silpnai sąveikaujantys su skysčiu) koloidai, kurie neturi specifinės sudėties. Schematiškai jo struktūrą, naudojant geležies (III) hidroksido micelės pavyzdį, galima pavaizduoti diagramoje:
(mFe(OH)3 2nFe(OH)2+ (2n - x) SO 4 2- )2x+ xSO 4 2-
Geležies hidroksido mikrokristalas, sudarydamas koloidinę dalelę (žr. pav.), selektyviai adsorbuojasi aplinką jonai, identiški jo kristalinės gardelės jonams. Priklausomai nuo cheminė sudėtis tirpalo (sulfato jonų perteklius arba geležies jonų perteklius), mikrokristalas įgauna neigiamą arba teigiamą krūvį. Toks įkrautas kristalas vadinamas micelės šerdimi, o potencialą lemiantys jonai suteikia jam šį krūvį.
Iš tirpalo traukia įkrauto kristalo paviršiaus elektrinis laukas priešionai - jonai, turintys priešingą krūvį. Fazių sąsajoje susidaro elektrinis dvigubas sluoksnis, kurio storį lemia išorinė priešioninio debesies riba.
Elektrinis dvigubas sluoksnis susideda iš adsorbcinių ir difuzinių dalių. Adsorbcijos sluoksnį sudaro potencialą formuojantys jonai ir dalis priešionių, adsorbuotų šerdies paviršiuje. Difuzinį sluoksnį užbaigia likę priešionai tokiu kiekiu, kuris prisideda prie micelės elektrinio neutralumo.
Koloidus supantis dvigubas elektrinis sluoksnis, veikiamas koaguliantų (elektrolitų), yra rekonstruojamas: iš difuzinės į adsorbcinę dalį pradeda veržtis priešionai, o viso elektrinio sluoksnio storis laikui bėgant mažėja iki jo storio. adsorbcijos sluoksnis. Išsklaidytos dalelės patenka į abipusio traukos zoną ir vyksta greitas krešėjimas.
Koaguliacija naudojant aliuminio druskas
Dažniausiai 18-vandeninis aliuminio sulfato kristalinis hidratas - Al 2 (SO 4) 3 - naudojamas vandens valymui koaguliacijos būdu buitinėse vandens valymo stotyse ir baseinuose. 18H2O.
Procesai, vykstantys įpilant aliuminio druskų į vandenį, yra panašūs į tuos, kurie aprašyti aukščiau, kai pridedamos geležies druskos:
Al 3+ + H 2 O ↔ Al(OH) 2+ + H +
Al(OH) 2+ + H 2 O ↔ Al(OH) 2 + + H +
Al(OH) 2 + + H 2 O ↔ Al(OH) 3 ↓ + H +
Bendra hidrolizės lygtis yra tokia:
Al 3+ + 3H 2 O ↔ Al(OH) 3 ↓ + 3H +
Aliuminio hidroksido nuosėdos susidaro esant pH vertėms nuo 5 iki 7,5. Esant pH< 5 осадок не образуется. При рН >8.5, gautas aliuminio hidroksidas ištirpsta ir susidaro aliuminatai.
Al 2 (SO 4) 3 + 6 NaOH = 2 Al(OH) 3↓ + 3 Na2SO4
Al(OH) 3 + NaOH = Na arba (NaAlO 2 . 2H 2 O)
Šiuolaikiniai koaguliantai
Vis labiau plinta vandens valymo ir valymo procesuose Nuotekos Koaguliantai gaunami aliuminio polioksichlorido pagrindu.
Šių koaguliantų pranašumai, palyginti su aliuminio sulfatu:
Pristatymas tirpalų pavidalu, todėl jų naudojimas yra patogesnis (tirpinti nereikia);
Didesnis veikliosios medžiagos procentas;
Aukštesnės kokybės išvalyto vandens gavimas;
Antrinių atliekų kiekio mažinimas;
Mažas aliuminio likučių kiekis (< 0,2 мг/л);
Nereikia reguliuoti pH;
Platus darbinės temperatūros diapazonas.
Tokių UAB AURAT gaminamų koaguliantų techninės charakteristikos:
![](https://i1.wp.com/water2you.ru/upload/medialibrary/3aa/3aaceb5c839501839ffea5890922ce0a.jpg)
Kontaktinė koaguliacija
Vienas iš valymo būdų, naudojant koaguliacijos metodą, yra kontaktinis koaguliavimas. Kontaktinis koaguliacija vyksta ant kraunamų vertikalių mechaninio valymo slėginių filtrų grūdelių. Šiuo atveju koaguliantas įvedamas tiesiai prieš mechaninį filtrą. Pakraunami grūdeliai ir ant jų adsorbuotos dalelės tarnauja kaip krešėjimo centrai. Flokuliacijos procesas šiuo atveju žymiai pagreitėja.
Krešėjimo procesas vyksta didesniu greičiu, o dumblo dribsnių susidarymui ir nusodinimui nereikia nusodinimo rezervuarų – neabejotinas kontaktinės koaguliacijos pranašumas.
Kontaktinės koaguliacijos trūkumai yra pagreitėjęs slėginių filtrų užterštumas ir poreikis dažnai regeneruoti apkrovą, taip pat reagento nutekėjimo pavojus netinkamai parinkus koaguliacijos/filtravimo režimą.
Norint patikrinti, ar kontaktinė koaguliacija vykdoma, ar ne, po mechaninių filtrų patikrinamas vandens koagulianto kiekis.
Gerbiamieji, jei jums reikia atlikti vandens valymą naudojant koaguliantus, kad vandens kokybė atitiktų tam tikrus standartus, kreipkitės į įmonės specialistus Vandens žmogus. Sukursime Jums optimalią vandens valymo technologinę schemą.
Koaguliacija- koloidinių dalelių sulipimo procesas, kai susidaro didesni agregatai, nes koloidinis tirpalas praranda agregato stabilumą.
Krešėjimo slenkstis- minimalus elektrolito kiekis, kurį reikia įpilti į koloidinį tirpalą, kad sukeltų akivaizdų krešėjimą (pastebimą akimis - tirpalo drumstumą arba jo spalvos pasikeitimą);
spk = sel·Vel / Vcr+Vel
Kur Su el- pradinė elektrolito tirpalo koncentracija; V el- į koloidinį tirpalą pridėto elektrolito tirpalo tūris; V kr- koloidinio tirpalo tūris.
Krešėjimas gebėjimas – abipusė krešėjimo slenksčio vertė, paklūsta Schulze-Hardy taisyklei.
Koloidinė apsauga, jos vaidmuo gyvenime. Peptizacija, biologinis vaidmuo
Koloidinė apsauga- liofobinių zolių agregacinio stabilumo didinimas, kai į juos pridedama IUD.
Mechanizmas yra toks, kad aplink koloidinio tirpalo miceles adsorbcijos apvalkalai susidaro iš lanksčių BMC makromolekulių, kurios yra amfifilinės ir jų hidrofobinės dalys yra nukreiptos į dispersinės fazės daleles, o hidrofiliniai fragmentai – į vandenį.
Tokiu atveju sistema liofilizuojama, micelės įgyja papildomą agregacinio stabilumo faktorių dėl savo pačių hidratacijos apvalkalų iš BMC makromolekulių.
- · geras BMC tirpumas dispersinėje koloidinio tirpalo terpėje ir molekulių adsorbcija ant koloidinių dalelių;
- · gana didelė koncentracija.
Taigi, kraujo baltymai neleidžia nusodinti ir išsiskirti blogai tirpstančiam cholesteroliui ir kalcio druskoms ant kraujagyslių sienelių, taip pat neleidžia susidaryti akmenims šlapimo ir tulžies latakuose.
Peptizacija- procesas, atvirkštinė koaguliacija, t.y. koaguliacijos metu susidariusių nuosėdų pavertimas stabiliu koloidiniu tirpalu.
Tai daroma dviem būdais:
- 1. koaguliato plovimas grynu tirpikliu (DS);
- 2. pridedant specialaus elektrolito-peptizatoriaus.
Veiksmingos peptizacijos sąlygos:
- · peptizuotis gali tik ką tik gautos nuosėdos;
- · būtina įpilti nedidelį kiekį elektrolito-peptizatoriaus;
- · Peptizaciją skatina maišymas ir kaitinimas.
Šis procesas yra aterosklerozinių plokštelių ant kraujagyslių sienelių, inkstų ir kepenų akmenų ar kraujagyslių trombų rezorbcijos pagrindas.
Liofobiniai koloidiniai tirpalai, kaip termodinamiškai nestabilios sistemos, gali subyrėti spontaniškai arba veikiami išorinių poveikių. Koloidinių tirpalų naikinimas prasideda nuo jų krešėjimo
Koaguliacija– koloidinių dalelių susijungimo su didesnių agregatų susidarymo procesas dėl koloidinio tirpalo agregatinio stabilumo praradimo.
Dėl koaguliacijos išsiplėtusios dispersinės fazės dalelės lengvai nusėda, įvyksta sistemos stratifikacija. Taigi krešėjimo priežastis yra koloidinio tirpalo agregacinio stabilumo praradimas, o koaguliacijos pasekmė – jo sedimentacijos stabilumo sumažėjimas. Praktiškai krešėjimą gali sukelti įvairūs išoriniai poveikiai:
Ø pridedant nedidelį kiekį elektrolito,
Ø koloidinio tirpalo koncentracija,
Ø temperatūros pokytis,
Ø ultragarsu, elektromagnetinis laukas ir kt.
Koaguliacijos metu sutrinka koloidinių sistemų agregacinis stabilumas dalelių didėjimo kryptimi (28 pav.), zolis dalijamas į dvi nepriklausomas fazes (skystąją ir kietąją). Krešėjimo reiškinys yra daugelio fiziologinių ir patologinių procesų, vykstančių gyvose sistemose, pagrindas: hemostazė (kraujo krešėjimas traumos metu), audinių baltymų krešėjimas nudegimų metu ir kt. Kalcio fosfato ir cholesterolio koloidinių tirpalų krešėjimas kraujyje sukelia nuosėdų susidarymą ir jų nusėdimą ant kraujagyslių sienelių (sklerotiniai kraujagyslių pokyčiai). Biologinėse sistemose koaguliacija turi didžiausią praktinę reikšmę pridedant nedidelį kiekį elektrolito, nes ląstelių zoliai liečiasi su elektrolitais. Tačiau kiekvienam elektrolitui reikia savo minimalios koncentracijos, vadinamos krešėjimo slenkstis Sol elektrolitas ( Su PC). Krešėjimo slenkstis– mažiausia elektrolito koncentracija, kurią reikia įpilti į 1 litrą zolio, kad sukeltų akivaizdų krešėjimą (pastebimą akimis) – tirpalo drumstumą arba jo spalvos pasikeitimą. Krešėjimo slenkstį galima apskaičiuoti pagal formulę: , kur Su el – pradinė elektrolito tirpalo koncentracija; V el – į zolį įpilto elektrolito tirpalo tūris; V sol – pradinio sol tūris. el sol el el pc V V V s s 8 9
Krešėjimo slenksčio grįžtamasis dydis vadinamas krešėjimo efektas ir nustatoma pagal formulę: , Elektrolitų krešėjimo poveikis koloidiniams tirpalams su joniniu stabilizatoriumi paklūsta Schulze-Hardy taisyklė : & Solių koaguliaciją sukelia bet kokie jonai, kurių krūvio ženklas yra priešingas granulių krūviui. Kuo didesnis koaguliuojančiojo jono krūvis, tuo stipresnis jonų krešėjimo gebėjimas. Koaguliuojančiojo jono krešėjimo efektas yra tiesiogiai proporcingas jo krūviui iki šeštojo laipsnio: = f(z6). Jei NaCl, CaCl2, AlCl3 tirpalai bus dedami į zolį, turintį koloidinių dalelių struktūrą: (mAgI nI– (n–x)К+)x– xК+, tai katijonų koaguliacinis poveikis smarkiai padidės. : (Na+) : (Ca2+) : (Al3+) = 1: 64: 729. Dabar nustatyti nukrypimai nuo Schulze-Hardy taisyklės. Be koaguliuojančio jono krūvio, krešėjimo slenksčiui įtakos turi šio jono spindulys ir jono, lydinčio koaguliuojantį joną, pobūdis. Įvedant druskos tirpalus į gyvus organizmus, reikia atsižvelgti į elektrolitų įtaką koloidinių tirpalų krešėjimui. Svarbu suprasti, kad svarbi ne tik elektrolito koncentracija, bet ir jono krūvis. Taigi izotoninio 0,9 % NaCl tirpalo negalima pakeisti izotoniniu MgCl2 tirpalu, nes dvigubai įkrauti jonai turi didesnį koaguliacinį poveikį nei viengubo krūvio jonai. PC c1
Elektrolitų tirpalus būtina leisti į veną arba į raumenis Taip lėtai, kad nesukeltų krešėjimo. Greitai vartojant, dėl lėto difuzijos greičio gali susidaryti vietinis elektrolito kaupimasis, viršijantis ribinę koncentraciją, dėl ko biosubstratai krešės. Vartojant lėtai, elektrolitas pasišalina su krauju ir pasklinda į gretimus audinius. Tokiu atveju slenkstinė koncentracija nepasiekiama ir koaguliacija nevyksta. Gyvuose audiniuose šis reiškinys vadinamas „pripratimu“. Praktiškai koaguliaciją dažnai sukelia veiksmas elektrolitų mišiniai . Adityvumas yra jonų, sukeliančių krešėjimą, koaguliacinio poveikio suma. Adityvus poveikis pasireiškia tais atvejais, kai elektrolitai, turintys koaguliuojančių jonų, chemiškai nesąveikauja vienas su kitu ir veikia vienas nuo kito nepriklausomai. Šis reiškinys pastebimas, kai koaguliantų jonai turi tokį patį krūvį ir panašų hidratacijos laipsnį. Pavyzdžiui, druskų KCl ir NaNO3 mišinys turi papildomą poveikį koloidiniams tirpalams su neigiamai ir teigiamai įkrautomis granulėmis. Pirmuoju atveju koaguliaciją sukelia K+ ir Na+ katijonai, antruoju - Cl– ir NO3– anijonai. Antagonizmas - tai vieno elektrolito krešėjimo poveikio susilpnėjimas esant kitam. Jis stebimas, kai mišinyje esantys elektrolitai sąveikauja tarpusavyje ir koaguliuojantys jonai jungiasi į netirpius junginius (nuosėdos) arba sudaro stiprų kompleksą, kuris neturi krešėjimo galimybių. Pavyzdžiui, Pb2+ krešėjimo poveikis neigiamo krūvio granulių atžvilgiu susilpnėja esant NaCl, nes susidaro švino chlorido nuosėdos: Pb2+ + 2Cl– PbCl2. Sinergija – tai vieno elektrolito krešėjimo efekto padidėjimas esant kitam. Tai įmanoma, jei vyksta reakcija tarp mišinio elektrolitų. cheminė reakcija, ko pasekoje susidaro daugkartinio krūvio jonas, pasižymintis didesne krešėjimo savybe. Pavyzdžiui, FeCl3 ir KCNS koaguliacinis poveikis teigiamai įkrautų koloidinio tirpalo granulių atžvilgiu žymiai sustiprėja dėl daugiaelektrinio kompleksinio anijono, turinčio didelį krešėjimą, susidarymo reakcijos: Fe3+ + 6CNS– 3–. Heterokoaguliacija – koloidinių tirpalų, kuriuose yra skirtingų dalelių, kurios skiriasi chemine pobūdžiu, krūvio ženklu ar dydžiu, koaguliacija. Ypatingas heterokoaguliacijos atvejis yra abipusis krešėjimas. Jei pridėsite zolį su teigiamai įkrautomis dalelėmis prie zolio su neigiamai įkrautomis dalelėmis, tada įvyks jų tarpusavio koaguliacija. Daugelyje vandens valymo įrenginių į vandenį, kuriame yra neigiamo krūvio organinių mišinių, dedama teigiamo krūvio aliuminio arba geležies hidroksido zolių. Po abipusio koaguliacijos susidarę dribsniai lengvai išfiltruojami naudojant smėlio filtrus. Daugelio solų spontaniškas krešėjimas dažnai būna lėtas. Jį galima paspartinti padidinus dalelių judėjimo greitį, kuris padeda joms įveikti atsiskiriantį slėgį. Dalelių judėjimo pagreitį galima pasiekti, pavyzdžiui, padidinus tirpalo temperatūrą. Didinant zolio koncentraciją, taip pat gali paspartėti jo krešėjimas, nes didėjant koncentracijai didėja efektyvių koloidinių dalelių susidūrimų skaičius. Krešėjimo procesas yra labai jautrus elektrolitų pridėjimui. Maži elektrolitų kiekiai gali žymiai pagreitinti. Vadinasi, viena vertus, elektrolitai yra būtini zoliams stabilizuoti, kita vertus, per didelis jų pridėjimas sukelia zolių koaguliaciją. Skirtingų elektrolitų įtaka šiam procesui yra skirtinga. Kaip matyti, pirmosios elektrolito dalys nesukelia matomų zolio pokyčių. Tokiu atveju prasideda žemesnės (I, II, III) eilės dalelių formavimasis, kuris plika akimi nepastebimas, todėl vadinamas. paslėptas krešėjimas .
Tolesnis elektrolitų koncentracijos padidėjimas lemia laipsnišką krešėjimo vystymąsi, didėja jo greitis ir kartu atsiranda aukštesnės eilės dalelių. Solis patiria matomų pakitimų: tampa drumstas arba pasikeičia jo spalva. Šiuo atveju dalelių ξ-potencialo reikšmė mažėja. Šis proceso etapas vadinamas akivaizdus krešėjimas . Latentinės koaguliacijos perėjimas prie atviros krešėjimo vadinamas krešėjimo slenkstis . Aiškus krešėjimas savo ruožtu skirstomas į du laikotarpius: lėtas krešėjimas , kuriame bet koks elektrolitų koncentracijos padidėjimas pagreitina krešėjimą ir greitas krešėjimas , kai tolesnis elektrolito koncentracijos padidėjimas nebeturi įtakos jo greičiui, t.y. koaguliacija vyksta maksimaliu greičiu. Esant lėtam krešėjimui, ne visi koloidinių dalelių susidūrimai pelenuose yra veiksmingi ir baigiasi dalelių susijungimu, tačiau greitai koaguliuojant visi susidūrimai veda prie jų susijungimo. Koaguliacijos metu, mažėjant dalelių skaičiui ir joms didėjant, kinta nemažai tirpalų savybių: mažėja dalelių difuzijos ir filtravimo greitis, didėja nusėdimo greitis, kinta išsklaidytos šviesos intensyvumas, tuo pačiu metu tirpalų spalva ir kt. Krešėjimo mechanizmas Elektrolitų koaguliacija susideda iš plono skysčio sluoksnio atsiribojančio slėgio sumažinimo, kuris gali atsirasti dėl: a) kietosios fazės paviršiaus krūvio sumažėjimo ir dėl to sumažėjusio paviršiaus, o vėliau elektrokinetinio potencialo; b) sumažinti difuzinių sluoksnių joninių atmosferų storį ir dėl to sumažinti zeta potencialą. Atsižvelgiant į tai, pagal mechanizmą išskiriami du krešėjimo tipai:
Neutralizavimo koaguliacija atsiranda veikiant elektrolitui, kuris chemiškai sąveikauja su potencialą lemiančiais jonais, surišdamas juos į stiprų junginį (pavyzdžiui, į nuosėdas) ir taip sumažindamas krūvį branduolio paviršiuje. Pavyzdžiui, į koloidinį AgI tirpalą su teigiamai įkrautomis granulėmis (potencialą lemiančiais Ag+ jonais) įdėjus K2S, įvyksta reakcija tarp koaguliuojančių jonų S2– ir potencialą lemiančių Ag+ jonų ir susidaro Ag2S nuosėdos, kurios. veda prie AgI micelės sunaikinimo. Dėl potencialą lemiančių Ag+ jonų jungimosi tarpfazinis potencialas mažėja φ mf ir NO3- priešionų skaičius, būtinas branduolio paviršiaus krūviui kompensuoti. Taigi joninė atmosfera plonėja, mažėja atsiribojantis slėgis, dėl ko dalelės sulimpa. Koncentracijos krešėjimas atsiranda veikiant elektrolitui, kuris chemiškai nesąveikauja su stabilizatorių jonais ir nekeičia micelės šerdies paviršiaus krūvio. Koaguliacinį poveikį daro tie elektrolitų jonai, kurie yra šių micelių priešionai. Koncentracijos koaguliacija vyksta esant pastoviai tarpfazinio potencialo vertei φ mf, bet kartu sumažėja elektrokinetinis zeta potencialas ( ξ) .
Krešėjimo procesai dažnai vyksta gamtoje, pavyzdžiui, ten, kur upės įteka į jūras. Upės vandenyje visada yra koloidinių dumblo, molio, smėlio ar dirvožemio dalelių.
Upių vandenį sumaišius su sūriu jūros vandeniu (turinčiu didesnį elektrolitų kiekį), prasideda šių dalelių koaguliacija, o vandens tėkmės greičio mažėjimas prisideda prie jų nusėdimo upių žiotyse, dėl to susidaro seklumos salos.
Koaguliacija plačiai naudojama valant vandenį, patenkantį į vandentiekio tinklą. Tam į jį dedama aliuminio ir geležies(III) sulfatų, kurie, būdami geri koaguliantai, taip pat hidrolizuojasi, sudarydami metalų hidroksidų zolius. Šių zolių dalelės paprastai turi priešingą krūvį nei vandenyje esančios granulės. Dėl to vyksta abipusis zolių krešėjimas ir jų nusodinimas.
Koloidiniai tirpalai randami daugelio pramonės šakų nuotekose: pavyzdžiui, stabilios naftos produktų emulsijos ir įvairūs kiti organiniai skysčiai. Jos sunaikinamos valant nuotekas šarminių žemių metalų druskomis.
Cukraus pramonėje cukrinių runkelių sultims gryninti naudojami koaguliacijos procesai. Be sacharozės ir vandens, jame yra necukrinių medžiagų, dažnai koloidinės disperguotos būsenos. Norint juos pašalinti, į sultis įpilama Ca(OH) 2. Jo masės dalis tačiau dažniausiai neviršija 2,5 proc. Koloidinės būsenos priemaišos koaguliuoja ir nusėda. Norėdami pašalinti Ca(OH) 2 perteklių iš sulčių, praleiskite per jas anglies dioksidas. Dėl to susidaro CaCO 3 nuosėdos, kurios iš tirpalo išneša daug tirpių priemaišų.
Žaidžia krešėjimo procesai reikšmingas vaidmuo gyvame organizme, nes biologiniuose skysčiuose yra koloidinių disperguotų dalelių, kurios liečiasi su ištirpusiais elektrolitais. Paprastai šios sistemos dažniausiai yra pusiausvyros būsenoje ir jose nevyksta krešėjimo procesai. Bet ši pusiausvyra gali būti lengvai sutrikdyta įvedus papildomą elektrolitą iš išorės. Be to, įvedant jį į organizmą, reikia atsižvelgti ne tik į jo koncentraciją biologiniame skystyje, bet ir į jonų krūvį. Taigi izotoninio NaCl tirpalo negalima pakeisti izotoniniu MgCl 2 tirpalu, nes šioje druskoje, skirtingai nei NaCl, yra dvigubai įkrautų Mg 2+ jonų, kurių krešėjimo gebėjimas yra didesnis nei Na + jonų.
Įvedant į kraują druskų mišinį, pirmiausia reikia įsitikinti, kad šis mišinys neturi sinergetinio poveikio, kad būtų išvengta kenksmingo organizmui krešėjimo.
Daugelio problemų sprendimas medicinoje: kraujagyslių, širdies vožtuvų protezavimas ir kt. – priklauso nuo kraujo krešėjimo procesų. Jie gali būti laikomi raudonųjų kraujo kūnelių krešėjimu. Operuojant į kraują operacijų metu suleidžiami antikoaguliantai (heparinas, modifikuotas dekstranas, poligliucinas). Po operacijų ir esant vidiniam kraujavimui, priešingai, vartoti krešėjimą skatinančius elektrolitus: kaprono rūgštį, protamino sulfatą.
Daugeliui ligų diagnozuoti klinikinėse laboratorijose nustatomas eritrocitų nusėdimo greitis (ESR). Esant įvairioms patologijoms, dėl daugelio priežasčių padidėja eritrocitų krešėjimas, jų nusėdimo greitis tampa didesnis nei įprastai.
Tulžies akmenų, šlapimo ir kitų akmenų susidarymas organizme taip pat yra susijęs su padidėjusiu cholesterolio, bilirubino, šlapimo rūgšties druskų krešėjimu patologinėmis sąlygomis dėl natūralaus apsauginio poveikio susilpnėjimo. Šių procesų mechanizmo tyrimas yra nepaprastai svarbus kuriant šių ligų gydymo būdus.