Методы очистки коллоидных растворов. Искусственная почка.

Очистку коллоидных растворов можно проводить либо методом диализа, либо ультрафильтрацией.

Диализ заключается в извлечении из золей низкомолекулярных веществ чистым растворителем с помощью полупроницаемой перегородки (мембраны), через которую не проходят коллоидные частицы. Недостатком метода является большая длительность процесса очистки (недели, месяцы).

Электродиализ - это процесс диализа, ускоренный путем применения электрического тока. Прибор для его осуществления называют электродиализатором.

Ультрафильтрация - фильтрование коллоидного раствора через полупроницаемую мембрану, пропускающую дисперсионную среду с низкомолекулярными примесями и задерживающую частицы дисперсной фазы или макромолекулы. Для ускорения процесса ультрафильтрации ее проводят при перепаде давления по обе стороны мембраны: под разрежением (вакуумом) или под повышенным давлением.

Компенсационный диализ и вивидиализ - методы, разработанные для исследования биологических жидкостей, представляющих собой коллоидные системы. Принцип метода компенсационного диализа состоит в том, что в диализаторе вместо чистого растворителя используют растворы определяемых низкомолекулярных веществ различной концентрации.

Принцип компенсационного вивидиализа был использован при создании аппарата, названного «искусственной почкой». С помощью «искусственной почки» можно очищать кровь от продуктов обмена веществ, временно замещая функцию больной почки при таких показаниях, как острая почечная недостаточность в результате отравлений, при тяжелых ожогах и т. п.

 

Строение коллоидных частиц. Строение мицеллы.

Коллоидный раствор можно получить обменной реакцией. Рассмотрим образование иодида серебра при сливании разбавленных растворов нитрата серебра и иодида калия:

AgNO₃ + KI = AgI + KNO₃,

Ag+NO3+K+I=AgI+K+NO3

Если иодид калия и нитрат серебра взяты в эквивалентных количествах, частицы AgI растут, достигая размеров, превосходящих размеры коллоидных частиц, и быстро выпадают в осадок. Если же реакцию проводят с разбавленными растворами, то осадок не выпадает, а образуется коллоидный раствор иодида серебра. Основную массу мицеллы составляет ядро – мельчайший кристаллик иодида серебра, состоящий из большого числа молекул: m(AgI).

Полученное ядро является носителем свободной поверхностной энергии, поэтому на его поверхности идет адсорбционный процесс.

Эти ионы, адсорбирующиеся на поверхности ядра и придающие ему заряд, называются потенциалопределяющими ионами.

В растворе находятся также ионы противоположные по знаку потенциалопределяющим ионам, их называют противоионами. В данном случае это катионы К⁺, которые электростатическипритягиваются потенциалопределяющими ионами адсорбционного слоя, образуя гранулу:

{ m [AgI] n I־ (n – x)K⁺}^x־

Если получать золь иодида серебра при избытке нитрата серебра, т.е. при избытке Ag⁺, то коллоидная частица благодаря адсорбции ионов Ag⁺ на поверхности ядра получит положительный заряд.

{ m [AgI] n Ag⁺(n - x)NO₃}^x+ x NO₃ (гранула положительна)

{ m [AgI] n I־(n - x)K⁺}^x־ x K⁺ (гранула отрицательна)

 

В адсорбционном слое гранулы преобладают потенциалопределяющие ионы I־, число которых можно обозначить n, а количество противоионов K⁺– (n - x). Оставшаяся часть противоионовобразует диффузный слой ионов. Ядро с адсорбционным и диффузным слоями называется мицеллой:

{ m [AgI] n I־ (n - x)K⁺}^x־ x K⁺

Таким образом, мицелла – электрически нейтральная коллоидная частица, способная к самостоятельному существованию. Она определяет все основные свойства коллоидной системы. Состоит мицелла из ядра кристаллического или аморфного строения, адсорбционного (неподвижного относительно частицы) и диффузного (подвижного) слоев. При пропускании постоянного тока через коллоидный раствор к электродам движутся не мицеллы, которые электронейтральны, а только гранулы.