Коагуляція і фактори її викликання

Ліофобні колоїдні розчини, як термодинамічно неустой-чівие системи, можуть руйнуватися мимовільно або під впливом зовнішніх впливів. Руйнування колоїдних розчинів починається з їх коагуляції

Коагуляція - процес об'єднання колоїдних частинок з освітньої-ням більших агрегатів через втрату колоїдним розчином агрегативной стійкості.

В результаті коагуляції укрупнені частки дисперсної фази легко седіментіруют, і відбувається розшарування системи. Таким чином, причиною коагуляції є втрата Агрегативна стійкості колло- ідним розчином, а наслідком коагуляції - зменшення його седімента- ної стійкості. Практично коагуляцію можна викликати різними зовнішніми впливами:

Ø додаванням невеликих кількостей електроліту,

Ø концентрування колоїдного розчину,

Ø зміною температури,

Ø дією ультразвуку, електромагнітного поля і ін.

При коагуляції відбувається порушення агрегативной стійкості колоїдних систем в бік укрупнення частинок (рис.28), і золь разделя- ється на дві самостійні фази (рідку і тверду). Явище коагуляції лежить в основі багатьох фізіологічних і па- тологических процесів, що протікають в живих системах: гемостаз (свер- вання крові при пошкодженнях), коагуляція білків тканин при опіках і т.д. Коагуляція колоїдних розчинів фосфату кальцію холестерину в крові призводить до утворення опадів і відкладення їх на стінках судин (склеротичні зміни судин). У біологічних системах найбільше практичне значення має коагуляція при додаванні невеликих кількостей електроліту, оскільки золі клітин знаходяться в зіткненні з електролітами. Однак для кожного електроліту необхідна своя мінімальна концентрація, називаються ваемая порогом коагуляції золю електролітом (з пк) .Поріг коагуляції - мінімальна концентрація електроліту, кото рую треба додати до 1 л золю, щоб викликати явну коагуляцію (помітну на око) - помутніння розчину або зміна його окра- скі. Поріг коагуляції можна розрахувати за формулою. де з ел - вихідна концентрація розчину електроліту; V ел - обсяг раство- ра електроліту, доданого до золю; V золю - обсяг вихідного золю. ел золю ел ел пк V V V з з 8 9

Величину, зворотну порогу коагуляції, називають коагулююча дією і визначають за формулою. Коагулююча дію електролітів на колоїдні розчини з іонним стабілізатором підпорядковується правилу Шульце - Гарді. Коагуляцію золів викликають будь-які іони, які мають знак заряду, протилежний заряду гранул. Коагулююча спосіб-ність іонів тим сильніше, чим вище заряд іона-коагулянту. Коагулююча дію іона-коагулянту прямо пропорційно його заряду в шостого ступеня: = f (z6). Якщо до золю, що має будову колоїдних частинок: x- xк +, додати розчини NaCl, CaCl2, AlCl3, то коагулююча дія катіонів буде різко зростати: (Na +). (Ca2 +). (Al3 +) = 1. 64. 729. В даний час встановлено відхилення від правила Шульце- Гарді. На поріг коагуляції крім заряду іона-коагулянту впливає радіус цього іона і природа іона, супутнього йону-Коагулянти. Вплив електролітів на коагуляцію колоїдних розчинів необ- ходимо враховувати при введенні розчинів солей в живі організми. При цьому важливо розуміти, що має значення не толко концентрація електро- літа, але і заряд іона. Так, ізотонічний 0,9% -ний розчин NaCl не можна замінити фізіологічним розчином MgCl2, так як двозарядні іони мають більш високий коагулююча дією, ніж однозарядні. ПК з1

Вводити розчини електролітів внутрішньовенно або внутрішньом'язово необхідно дуже повільно, щоб не викликати коагуляцію. При б-стром введенні через повільній швидкості дифузії може проізой- ти локальна поява електроліту, що перевищує порогову кон- центрацию, що призведе до коагуляції биосубстратов. При медлен- ном введенні електроліт несеться з потоком крові, дифундує в сусідні тканини. Порогова концентрація при цьому не досягається і коагуляція не настає. У живих тканинах це явище називається «звикання». На практиці коагуляція часто викликається дією сумішами електро- тролітов. Адитивність - це підсумовування коагулюючої дії іо- новий, викликають коагуляцію. Адитивна дія проявляється в тих випадках, коли електроліти, що містять коагулюють іони, не взаємодіють хімічно між собою і діють незалежно один від одного. Це явище спостерігається в тому випадку, коли іони-коагулянти мають однаковий зарядом і близькою ступенем гідратації. Наприклад, суміш солей KCl і NaNO3 про-являє адитивна дія по відношенню до колоїдних розчинів як з негативно, так і з позитивно зарядженими гранулами. У першому випадку коагуляцію викликають катіони К + і Na +, в другому - аніони Cl- і NO3-. Антагонізм - це ослаблення коагулюючої дії одного електроліту в присутності іншого. Спостерігається в тому випадку, якщо електроліти в суміші взаимодейст-вуют між собою і коагулюють іони зв'язуються в нерозчинні сполуки (випадають в осад) або утворюють міцний комплескс, кото-рий не володіє коагулирующей здатністю. Наприклад, коагулюють-ний дію Pb2 + щодо негативно заряджених гранул ослаб-ляется в присутності NaCl, так як утворюється осад хлориду свинцю: Pb2 + + 2Cl- PbCl2. Синергізм - це посилення коагулюючої дії одного елек-троліта в присутності іншого. Це можливо в тому випадку, якщо між електролітами в суміші про-виходить хімічна реакція, в результаті якої утворюється многоза-рядний іон, що володіє більш високою коагулирующей здатністю. Наприклад, коагулююча дія FeCl3 і KCNS по відношенню до позитивно заряджених гранулам колоїдного розчину значно посилюється за рахунок реакції освіти многозарядного комплексного аніона, що володіє високою коагулирующей здатністю: Fe3 + + 6CNS- [Fe (CNS) 6] 3. Гетерокоагуляція - коагуляція колоїдних розчинів, утримуючи-щих різнорідні частинки, що відрізняються за хімічною природою, знаку або величиною заряду. Окремим випадком гетерокоагуляціі є взаємна коагулят-ція. Якщо до золю з негативно зарядженими частинками додати золь з позитивно зарядженими частинками, то станеться їх взаємна коагу-ляция. На багатьох водоочисних станціях до води, що містить отри-цательного заряджені органічні суміші, додають позитивно заряджені золі гідроксиду алюмінію або заліза. Після взаємної коагу-ляции утворилися пластівці легко фільтруються на піщаних фільтрах. Мимовільна коагуляція багатьох золів часто протікає мед-повільно. Її можна прискорити, підвищуючи швидкість руху частинок, що допо-Гаета їм долати розклинюючий тиск. Прискорення руху частинок можна домогтися, наприклад, підвищенням температури розчину. Підвищенням концентрації золю також можна прискорити його коагуляцію, оскільки зі збільшенням концентрації зростає число ефективних потовк-Новен між колоїдними частинками. Процес коагуляції дуже чутливий до додавання електролітів-тов. Невеликі кількості електролітів можуть різко його прискорити. Сле-послідовно, з одного боку, електроліти необхідні для стабілізації золів, а з іншого - їх надмірне додавання веде до коагуляції золів. Вплив різних електролітів на цей процес неоднаково. Як видно, перші порції електроліту не викликають ві-дімих оком змін золю. При цьому починається утворення частинок нижчих (I, II, III) порядків, яке протікає непомітно для невооружен-ного очі, і називається тому прихованої коагуляцией.

Подальше збільшення концентрації електроліту веде до прогрес-пасивного розвитку коагуляції, підвищенню її швидкості і супроводжується появою часток більш високих порядків. Золь зазнає видимі зміни: він мутніє або змінюється його забарвлення. При цьому величина # 958; -потенціалу частинок зменшується. Ця стадія процесу називається явною коагуляцией. Перехід прихованої коагуляції в явну називається порогом коагуляції. Явна коагуляція в свою чергу ділиться на два періоди: повільну коагуляцію. при якій будь-яке збільшення концентрації електроліту прискорює коагуляцію і швидку коагуляцію. коли даль-нейшее підвищення концентрації електроліту вже не впливає на її ско-кість, тобто коагуляція протікає з максимальною швидкістю. При повільній коагуляції не всі зіткнення колоїдних частинок в золі виявляються ефективними, і закінчуються об'єднанням частинок, а при швидкій коагуляції всі зіткнення призводять до їх об'єднання. При коагуляції разом зі зменшенням числа частинок і їх укрупнити-ням відбувається зміна ряду властивостей розчинів: знижується швидкість дифузії і фільтрації частинок, збільшується швидкість седиментації, змінюється інтенсивність розсіяного світла, а разом з тим і забарвлення розчинів і т.п. Механізм коагуляції Електролітна коагуляція полягає в зменшенні розклинити-вающего тиску тонкого шару рідини, що може відбуватися слідом-ствие: а) зменшення заряду поверхні твердої фази і, як наслідок, зменшення міжфазного і потім електрокінетичного потенціалів; б) зменшення товщини іонних атмосфер дифузних шарів, і, як наслідок, зменшення дзета-потенціалу. У зв'язку з цим за механізмом розрізняють два види коагуляції:

Нейтралізаційних коагуляція настає під дією електро-літа, який хімічно взаємодіє з потенціалопределяющего іонами, пов'язуючи їх в міцне з'єднання (наприклад, в осад) і тим са-мим зменшуючи заряд поверхні ядра. Наприклад, при додаванні К2S до колоїдного розчину AgI з поло-тивних зарядженими гранулами (потенціалопределяющего іони Ag +), між іонами-коагулянтами S2- і потенціалопределяющего іонами Ag + відбувається реакція з утворенням осаду Ag2S, що призводить до руйнуючої-шенням міцели AgI. В результаті зв'язування потенціалопределяющего іони Ag + умень-шается міжфазовий потенціал # 966; мф і число противоионов NO3-, необхід-мих для компенсації заряду поверхні ядра. Таким чином, іонна атмосфера стає тоншою, знижується розклинюючий тиск, що призводить до злипання частіц.Концентраціонная коагуляція настає під дією електро-літа, який хімічно не взаємодіє з іонами стабілізатора і не змінює заряд поверхні ядра міцели. Коагулююча дію про-являють ті іони електроліту, які є противоионами для дан-них мицелл. Концентраційна коагуляція відбувається при незмінному значенні міжфазного потенціалу # 966; мф, але супроводжується зменшенням електрокінетичного дзета-потенціалу (# 958;).