Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Dispersní soustavy a koloidní systémy Jana Novotná Ústav lék. chemie a biochemie.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Dispersní soustavy a koloidní systémy Jana Novotná Ústav lék. chemie a biochemie."— Transkript prezentace:

1 Dispersní soustavy a koloidní systémy Jana Novotná Ústav lék. chemie a biochemie

2 Typy disperzních soustav Disperzní soustava = rozptýlená látka v rozpouštědle. Spojité disperzní prostředí:  kapalné, plynné, tuhé. Podle velikosti částic se dělí:  roztok pravý (částice < 1 nm)  roztok koloidní  suspenze (pevné částice)

3 Typy disperzních soustav pravý roztok < 1 nm hrubá disperze > 500 (1000) nm koloidní disperze 1 – 500 (1000) nm dispergování koagulace(flokulace)kondenzace, agregace heterogenní systémy (krev, mléko) mikroheterogenní systémy (plazma, půdní a makromo- lekulární roztoky) homogenní systémy roztoky solí, kyselin a bází

4 Typy disperzních soustav DisperzníDispergované částice prostředíplynnékapalnétuhé Typ disperze Plyn ─déšť, mlhakouř, prachhrubá ─aerosolaerosolkoloidní Kapalinapěnaemulzesuspenzehrubá pěnaemulzelyosol (sol)koloidní Pevná látkatuhá pěnainkluzetuhá směshrubá tuhá pěna tuhý solkoloidní

5 Vlastnosti disperzních soustav Hrubá disperze Koloidní disperze Pravý roztok Průchod membránami  Semiperme- abilní neprochází + Viditelnost částic oko, optický mikroskop elektronový mikroskop  Sedimentace + ultracentrifuga  Tepelný pohybmalýstřednívelký

6 Vlastnosti disperzních soustav Hrubá disperze Koloidní disperze Pravý roztok Koligativní vlastnosti  malévelké Difuse  pomalárychlá Optické vlastnosti často neprůhledné opalescence (Tyndallův jev) čiré Oddělitelnostpapírový filtr membránové filtry nelze (důkaz analyticky)

7 Hrubé disperze Suspenze – vzniká rozptýlením tuhé (nerozpustné) látky v kapalině  připravují se rozmělňováním v povrchových vodách, plavení hlíny v keramickém průmyslu Emulze – dvě kapaliny vzájemně nemísitelné (omezeně mísitelné)  připravují se roztřepáním olej/voda – mléko, voda/olej - máslo

8 Koloidní soustavy Soly  kapalné, disperzní podíl nespojitý, volně pohyblivý Gely  koagulující soly, částice jsou v kontaktu, rosolovité útvary, disperzní podíl spojitý Soly  lyofilní molekulové micelární (asociativní)  lyofobní Soly (podle skupenství disperzního prostředí)  aerosoly  lyosoly hydrosoly organosoly  tuhé soly

9 Vlastnosti koloidních roztoků Částice pozorovatelné pouze ultramikroskopem, elektronovým mikroskopem – Brownův pohyb. Nesedimentují, průchod běžnými filtry (ne semipermeabilní membránou). Rozptylují procházející světlo (opalizují – Tyndallův efekt). Vyvolávají osmotický tlak.

10 Vlastnosti koloidních roztoků Koloidy jsou všudypřítomné :  lidském těle,  v koupelně jako prací prášek, mýdlo, zubní pasta apod.,  mnohé potraviny (jogurt, máslo, mléko),  nanotechnologie vycházejí z koloidní chemie Koloidní systémy se dělí na homogenní koloidní systém – lyofilní a heterogenní systém – lyofobní

11 Lyofilní soustavy Lyofilní částice je obklopena orientovanými molekulami rozpouštědla - solvátový obal  solvátový obal částice stabilizuje, brání jejich shlukování do větších celků Buňky - obsahují roztok lyofilních koloidů

12

13 Lyofobní soustavy Koloidní částice nemají afinitu k molekulám rozpouštědla Většinou shluky částic anorganických, částice nemají afinitu k rozpouštědlu Příprava umělým rozptylováním - Fe(OH) 3, As 2 S 3

14 Přidáním elektrolytu se hydrofobní koloid shlukne do větších celků – flokulace, koagulace (vločky) Záporný náboj S 2- nebo HS - je kompenzován opačným nábojem z roztoku (H + )

15 Aerosoly Nejméně stabilní koloidní soustavy – dispergované částice nemají ochranný obal  disperze kapalin v plynu  mlha  disperze tuhých látek v plynu  kouř  srážky částic vedou ke koagulaci  zanikají zahříváním ultrazvukem elektrostatickým srážením (filtry)

16 Emulze Stabilní disperzní soustava jedné kapaliny v druhé (drobné kapičky). Emulgátor – obklopuje jednu kapalinu, zabraňuje spojování kapiček a) micelární koloidy (mýdla, obklopují nečistotu) b) makromolekulární látky, obklopují dispergovanou tekutinu (polysacharidy, bílkoviny – smáčeny z obou stran oběma tekutinami) c) tuhé nerozpustné emulgátory – pevné, drobné částice – rozmístěny ve fázovém rozhraní obou kapalin (smáčeny z obou stran oběma tekutinami)

17 Základní mechanismus čisticího účinku mýdel  Nepolární (hydrofobní) dlouhá část molekuly je alifatická, zakončená CH 3.  Polární (hydrofilní) menší část je zakončena karbonylovou skupinou (neutrální –COOH, nebo –COO − ) - „propojovací můstek“ mezi částečkami hydrofobních látek (tuků, olejů) a hydrofilním prostředím (vodou),  tvoří stabilní emulze nebo nepravé roztoky.

18 Gely Vznikají postupným zahušťováním lyofilních solů. Koloidní částice solvatačního obalu přestanou být volně pohyblivé (vzájemně se mezi sebou vážou)  želatina (agar, agaróza škrob, pektin) – horký roztok o nízké koncentraci = sol → ochlazení → gel → zahřátím opět sol

19 Roztoky dispergovaná fáze - jedna nebo více rozpuštěných látek disperzní prostředí – rozpouštědlo Typy roztoků: plynné (směs plynů) kapalné  plyn v kapalině (vodný roztok HCl)  kapalina v kapalině (vodný roztok H 2 SO 4 )  pevná látka v kapalině (vodný roztok NaCl) pevné  Slitiny kovů (mosaz, Cu a Zn; bronz – Cu a Sn)

20 Roztoky pravé Homogenní disperzní soustava dvou nebo více chemicky čistých látek. Podle teploty a tlaku – skupenství plynné, kapalné nebo tuhé. Disperzní prostředí - rozpouštědlo (voda, diethylether, methanol, ethanol, aceton, benzen, toluen). Ostatní součásti – látky rozpuštěné.

21 Složení roztoků Látková koncentrace = látkové množství rozpuštěné součásti v jednotce objemu roztoku Koncentraci lze vyjádřit:  hmotnostním zlomkem w = hmotnostní procenta,  molárním zlomkem x  molární procenta,  objemovým zlomkem  = objemová procenta,  látkovou koncentrací c,  molální koncentrací 

22 Hmotnostní zlomek (hmotnostní procenta) Hmotnostní zlomek w A složky A v roztoku (směsi) je definován:  jako podíl hmotnosti m A složky A  a celkové hmotnosti roztoku m s (dána součtem hmotností všech složek roztoku): w A = m A / m s [bezrozměrná veličina] Součet hmotnostních zlomků všech složek v roztoku je roven 1.

23 Hmotnostní zlomek (hmotnostní procenta) Hmotnostní procenta = počet dílů složky ve 100 hmotnostních dílů roztoku (10% roztok = ve 100 g roztoku je 10 g rozpuštěné látky) Podobně molární zlomek x A a molární procenta (mol.%) a objemový zlomek  A (obj. %)

24 Látková (molární) koncentrace, molarita a molalita Molární koncentrace c A složky A = látkové množství /objem c A = n A / V[mol.dm 3 ] 59,5 g NaCl v 1 l H 2 O = 1 mol. dm 3 (1M) Molalita  A složky A = látkové množství/hmotnost rozpouštědla  A = n A / m r [mol.kg -1 ]

25 Rozpustnost rozpustnost – maximální množství látky v gramech, které se rozpustí při určité teplotě ve 100 g vody za vzniku nasyceného roztoku. Závisí na chemické struktuře látky i rozpouštědla, teplotě S rostoucí teplotou roste (u některých látek klesá - CaOH)

26 Rozpouštění látek ve vodě Neelektrolyty – s rozpouštědlem neinteragují (kyslík, sacharóza) Elektrolyty – interakce s molekulami polárního rozpouštědla, uvolňují se ionty (disociují, ionizují) Ionty obklopeny molekulami rozpouštědla (hydratace) → elektrolytická disociace  iontové krystaly – v pevné fázi (NaCl, KCl)

27 Disociace elektrolytů  silné elektrolyty – v roztoku zcela disociovány na ionty → soli kyselin (H 2 SO 4, HCl, HNO 3 ), soli zásad (NaOH, KOH, Ca(OH) 2 )  slabé elektrolyty – převážně jako elektroneutrální molekuly, jen z malé části jako ionty, mezi nimi rovnováha – disociační rovnováha (organické kyseliny a zásady)         [] [A-][] [A-] [AB]

28 Iontová síla roztoků Roztoky silných elektrolytů: vzdálenost iontů při vyšší koncentraci ↓, iontová síla - veličina charakterizující celkovou „koncentraci náboje” v roztoku, vyjadřující celkovou velikost elektrostatických interakcí mezi ionty v roztoku. I = ½ ∑ m. z 2 m – koncentrace (mol.l -1 ), z – počet nábojů, ∑ - pro všechny volné ionty

29 Difúze Samovolné vyrovnání koncentrace, snaha částic pravidelně se rozptýlit, tepelný pohyb molekul velikost difúze - difúzní koeficient (D)  D = difundující množství látky za časovou jednotku 1 cm 3 při koncentračním gradientu rovném 1 Koncentrační gradient je dán  c/l (  c = rozdíl koncentrací, l = tloušťka membrány )

30 Osmóza Dva roztoky o různých látkových koncentracích oddělené membránou Rovnováha nastane  je-li membrána propustná – látky se rozloží stejnoměrně  Je-li membrána polopropustná – přesune se rozpouštědlo Osmotický tlak – tlak vynaložený proti přesunu rozpouštědla membránou

31 Osmotický tlak Úměrný látkové koncentraci rozpuštěných částic (bez ohledu na velikost). Látky disociující – podílí se na osmotickém tlaku samostatně  iRTc i – počet disociující částic, c – koncentrace v mol.l -1, T – teplota v kelvinech, R – plynová konst. pro 0,15M NaCl při 37  C je  = 7,635 atm Hodnoty koeficientu i závisí na charakteru látky a její koncentraci  u nedisociovaných částic → i = 1  univalentní soli (KCl, NaCl, KNO 3 ) → i = 2  uni-divalentní soli (K 2 (SO) 4, CaCl 2 ) → i = 3  uni-trivalentní soli (AlCl 3, K 3 Fe(CN) 6 ) → i = 4 Osmotický tlak v koloidních dispersích = onkotický tlak (koloidní roztoky makromolekulárních látek přispívají jen málo k osmotickému tlaku – velká molekulová hmotnost a tedy nízké látkové koncentrace )

32 Osmotický tlak Roztoky hypotonické a hypertonické Hemolýza  praskání → v hypotonickém prostředí o nižším osmotickém tlaku než je uvnitř erytrocytů (destilované vodě)  smršťování → v hypertonickém prostředí o větším osmotickém tlaku než jaký je uvnitř erytrocytů, voda odchází.  změny nenastávají, je-li v okolí roztok izotonický. pro erytrocyty je to 0,9% roztok NaCl (používán při nitrožilních injekcích, osmotický tlak ~ 7 atm).

33 Donnanova rovnováha Rovnovážný stav mezi dvěma roztoky elektrolytů oddělených polopropustnou membránou  bílkoviny při pH 7.4 mají převážně záporné náboje (př. kapiláry nepropustné pro plasmat. bílkoviny přitahují kationty → procházejí jen anionty)

34 Význam koloidních soustav Buňka - základní jednotka živé soustavy  cytoplasma – složitá disperzní soustava částic o různé velikosti pravé roztoky částice koloidní nebo hrubě disperzní  cytoplasma se někdy chová jako gel a někdy jako sol → přechod mezi nimi je sol-gelová transformace  řada fyziologických pochodů souvisí s koloidy

35 Význam koloidních soustav Klouby - kloubní maz potravinářský průmysl – řada výrobků má koloidní charakter léčiva – koloidní mikrokapsule – cílené podávání léčiv znečištění – aerosoly znečišťujících látek oblaka – koloidní soustava aerosolu


Stáhnout ppt "Dispersní soustavy a koloidní systémy Jana Novotná Ústav lék. chemie a biochemie."

Podobné prezentace


Reklamy Google