ВУЗ: Ростовский Государственный Медицинский Университет
Категория: Учебное пособие
Дисциплина: Химия
Добавлен: 17.02.2019
Просмотров: 9245
Скачиваний: 51
176
6.8. Коагуляция. Пептизация
Лиофобные коллоидные растворы, как термодинамически неустойчи-
вые системы, могут разрушаться самопроизвольно или под влиянием
внешних воздействий. Разрушение коллоидных растворов начинается с их
коагуляции.
Коагуляцией называется процесс слипания коллоидных частиц с обра-
зованием более крупных агрегатов из-за потери коллоидным раствором аг-
регативной устойчивости.
В результате коагуляции укрупненные частицы дисперсной фазы легко
седиментируют, и происходит расслоение системы. Таким образом, при-
чиной коагуляции является потеря агрегативной устойчивости коллоид-
ным раствором, а следствием коагуляции - уменьшение его седиментаци-
онной устойчивости.
Практически коагуляцию можно вызвать различными внешними воз-
действиями: добавлением небольших количеств электролита, концентри-
рованием коллоидного раствора, изменением температуры, действием
ультразвука, электромагнитного поля и др.
Явление коагуляции лежит в основе многих патологических процессов,
протекающих в живых системах. Коагуляция коллоидных растворов фос-
фата кальция и холестерина в крови приводит к образованию осадков и от-
ложению их на внутренней поверхности кровеносных сосудов (атероскле-
ротические изменения сосудов).
Коагуляция проявляется в процессе свертывания крови. Свертывание
крови играет в организме две противоположные роли: с одной стороны,
уменьшает потерю крови при повреждении ткани, с другой - вызывает об-
разование тромбов в кровеносной системе. Свертывание крови - очень
сложный ферментативный процесс. Одновременно в крови действует ан-
тисвертывающая система, основой которой является гепарин - антикоагу-
177
лянт крови.
Природу крови необходимо учитывать при ее консервировании. Так как
свертыванию крови способствуют катионы кальция, то их удаляют из кро-
ви, предназначенной для консервирования, используя различные физико-
химические способы. Например, добавка цитрата натрия переводит каль-
ций в осадок, после чего кровь сохраняется в охлажденном состоянии, ос-
таваясь пригодной для переливания в течение 30 суток. Цельную кровь
можно декальцинировать также методом ионообмена, используя для этого
Na-катиониты.
Коагуляция под действием электролитов. В биологических системах
наибольшее практическое значение имеет коагуляция при добавлении не-
больших количеств электролита, поскольку коллоидные растворы клеток и
биологических жидкостей находятся в соприкосновении с электролитами.
Коагуляцию коллоидного раствора может вызвать любой электролит. Од-
нако для каждого электролита необходима своя минимальная концен-
трация, называемая порогом коагуляции (С
пк
).
Порогом коагуляции называется минимальное количество электроли-
та, которое надо добавить к коллоидному раствору, чтобы вызвать явную
коагуляцию (заметную на глаз) - помутнение раствора или изменение его
окраски. Порог коагуляции можно рассчитать по формуле:
С
пк
=
где Сэл - исходная концентрация раствора электролита; Vэл - объем рас-
твора электролита, добавленного к коллоидному раствору; Vкp -объем
коллоидного раствора.
Величина, обратная порогу коагуляции, называется коагули-
рующим действием (у): у=1/Спк
Коагулирующее действие электролитов на коллоидные растворы с
ионным стабилизатором подчиняется правилу Шульце-Гарди: коагуля-
цию коллоидных растворов вызывают любые ионы, которые имеют знак
заряда, противоположный заряду гранул. Коагулирующее действие ионов
178
(у) тем сильнее, чем выше заряд иона-коагулянта.
Коагулирующее действие иона-коагулянта прямо пропорционально
его заряду в шестой степени: у = f(z
6
). Например, коагуляция золя AgI с
отрицательно заряженными гранулами (потенциалопределяющие ионы -
анионы I
-
) происходит за счет действия положительно заряженных ионов.
Поэтому при добавлении к этому золю растворов NaCl, CaCl
2
, AlCl
3
коагу-
лирующее действие катионов Na
+
, Са
2+
, А1
3+
будет резко возрастать;
y(Na
+
):у(Са
2+
):у(Аl
3+
) = 1:64:729. Коагуляция золя AgI с положительно за-
ряженными гранулами (потенциалопределяющие ионы-катионы Ag
+
), на-
оборот, идет за счет отрицательно заряженных ионов. Добавление к золю
растворов КCl, K
2
SO
4
, К
3
[Fе(СN)
6
] вызовет увеличение коагулирующего
действия анионов в следующем порядке: у(Сl
-
):y(SO
4
(
2-
)):y[Fe(CN)
6
]
3-
=
1:64:729.
От правила Шульце-Гарди встречаются отклонения, поскольку на
коагулирующее действие иона кроме заряда влияют радиус коагулирую-
щего иона, а также природа иона, сопутствующего иону-коагулянту.
Сильное влияние электролита на коагуляцию коллоидных растворов
следует учитывать при введении растворов солей в живые организмы. При
этом имеет значение не только концентрация, но и заряд вводимых ионов.
Так, физиологический раствор хлорида натрия (0,9%) нельзя заменить изо-
тоническим раствором сульфата магния, поскольку в этой соли имеются
двухзарядные ионы Mg
2+
и SО
4
(
2-
), обладающие более высоким коагули-
рующим действием, чем ионы Na
+
и Сl
-
.
При инъекциях электролита в мышечную ткань или кровь человека
необходимо вводить его постепенно, медленно, чтобы не вызвать коагуля-
цию биологических коллоидных систем. Быстрое введение электролита из-
за малой скорости диффузии его в крови или мышечной ткани приводит к
накоплению электролита, локальному (местному) превышению его поро-
говой концентрации и вызывает коагуляцию биосубстратов, которую труд-
но остановить. При медленном введении электролит успевает уноситься с
179
током крови и диффундировать в соседние ткани, поэтому пороговая кон-
центрация не достигается и коагуляция не наступает. Это явление в живых
тканях называется «привыканием».
Механизм коагуляции. Роль электролитов при коагуляции заклю-
чается в уменьшении расклинивающего давления между сближающимися
коллоидными частицами. Это может происходить двумя путями: за счет
уменьшения заряда поверхности твердой фазы (заряда поверхности ядра),
т.е. за счет снижения межфазного потенциала Ф
мф
, или за счет уменьшения
толщины (сжатия) ионных атмосфер мицелл при неизменном заряде по-
верхности их ядер. В связи с этим возможны два вида коагуляции: нейтра-
лизационная и концентрационная.
Нейтрализационная коагуляция наступает под действием электро-
лита, который химически взаимодействует с потенциалопределяющими
ионами, связывая их в прочное соединение (например, переводя в осадок)
и тем самым уменьшая заряд поверхности ядра. Нейтрализационная коагу-
ляция наблюдается, например, при добавлении K
2
S к коллоидному раство-
ру AgI с положительно заряженными гранулами (потенциалопределяющие
ионы - катионы Ag
+
). Между коагулирующими анионами S
2-
и потенциа-
лопределяющими катионами Ag
+
происходит реакция с образованием ма-
лорастворимого соединения Ag
2
S, что приводит к разрушению мицеллы
AgI:
В результате связывания потенциалопределяющих катионов Ag
+
межфазный потенциал Ф
мф
падает и число противоионов NO
3
(
-
), необхо-
димых для компенсации заряда поверхности ядра, уменьшается. Таким об-
разом, ионные атмосферы вокруг ядер становятся тоньше, снижается рас-
клинивающее давление между сближающимися частицами, а это в свою
очередь приводит к их слипанию в более крупные агрегаты.
180
Концентрационная коагуляция наступает под действием электроли-
та, который химически не взаимодействует с ионами стабилизатора и не
изменяет заряд поверхности ядра мицеллы. Однако в этом случае коагули-
рующее действие проявляют те ионы добавленного электролита, которые
являются противоионами для данных мицелл, так как за счет повышения
их концентрации они проникают внутрь гранулы, сжимая (уплотняя) ион-
ную атмосферу мицеллы вокруг ядра. Концентрационная коагуляция про-
исходит при неизменном межфазном потенциале Ф
мф
, но сопровождается,
как правило, уменьшением ζ-потенциала. Концентрационная коагуляция
наблюдается, например, при добавлении нитратов к коллоидному раствору
AgI, мицеллы которого содержат противоионы NО
3
(
-
):
По мере увеличения концентрации добавляемых ионов NO
3
(
-
) они
способствуют внедрению противоионов диффузного слоя в ад-
сорбционный слой. При этом диффузный слой сжимается, и может насту-
пить такое состояние, при котором диффузный слой исчезнет вовсе и гра-
нула станет электронейтральной. В таком состоянии расклинивающее дав-
ление между сближающимися частицами минимально, и это приводит к
слипанию частиц в более крупные агрегаты.
Поскольку заряд гранул в этих условиях равен 0, то в электрическом
поле они не приобретают направленного движения к электродам, так как
гранула находится в изоэлектрическом состоянии.
Изоэлектрическим состоянием называется состояние коллоидных
частиц, при котором электрокинетический потенциал ζ равен 0 и которое
характеризуется отсутствием направленного движения гранул в электри-
ческом поле.
В агрегативно-устойчивом состоянии коллоидного раствора зна-
чение колеблется в пределах 50-70 мВ. При уменьшении ζ-потенциала под
действием электролита до 25-30 мВ в системе не наблюдается никаких