Файл: Общая химия методичка.pdf

186 

гели (студни). 

Большинство биологических жидкостей клетки (цитоплазма, ядерный сок 

–  кариоплазма,  содержимое  вакуолей)  и  живого  организма  в  целом  явля-

ются коллоидными растворами (золями). 

Для золей характерно явление коагуляции, т.е. слипания коллоидных 

частиц и выпадение их в осадок. При этом коллоидный раствор превраща-

ется в суспензию или гель. Некоторые органические коллоиды коагулиру-

ют  при  нагревании  (яичный  белок,  клеи)  или  при  изменении  кислотно-

основной среды (пищеварительные соки). 

Гели – это коллоидные системы, в которых частицы дисперсной фа-

зы образуют пространственную структуру. 

Гели  –  это  дисперсные  системы,  которые  встречаются  вам  в  повсе-

дневной жизни. 

Со временем структура гелей нарушается – из них выделяется жид-

кость. Происходит синерезис – самопроизвольное уменьшение объема ге-

ля, сопровождающееся отделением жидкости. Синерезис определяет сроки 

годности  пищевых,  медицинских  и  косметических  гелей.  Очень  важен 

биологический синерезис при приготовлении сыра, творога. 

По  внешнему  виду  истинные  и  коллоидные  растворы  трудно  отли-

чить друг от друга. Чтобы это сделать, используют эффект Тиндаля – об-

разование конуса «светящейся дорожки» при пропускании через коллоид-

ный  раствор  луча  света.  Частицы  дисперсной  фазы  золя  отражают  своей 

поверхностью свет, а частицы истинного раствора – нет. Аналогичный эф-

фект, но только для аэрозольного, а не жидкого коллоида, вы можете на-

блюдать в кинотеатре при прохождении луча света от киноаппарата через 

запыленный воздух зрительного зала. 

6.10.  Электрокинетические  явления  в  дисперсных  системах: 

электрофорез, электроосмос 

187 

Электрический  заряд  может  возникать на  любой  твердой поверхно-

сти,  находящейся  в  контакте  с  жидкостью.  Значение  удельного  заряда 

сравнительно небольшое: например, для глины на границе с водой оно со-

ставляет  несколько  десятков  милликулонов,  поэтому  поверхность  куска 

глины  массой  1  кг,  равная  сотым  долям  квадратного  метра,  будет  иметь 

ничтожно малый электрический заряд. Частицы глины общей массой 1 кг 

реализуют поверхность в миллионы раз большую, чем ее сплошной кусок, 

что  приводит  к  резкому  увеличению  заряда  поверхности.  Появление  зна-

чительного заряда поверхности является причиной возникновения особых 

электрокинетических  явлений,  характерных  только  для  дисперсных  сис-

тем. 

Электрокинетическими называют такие явления, которые возникают 

при воздействии электрического поля на дисперсные системы и в резуль-

тате перемещения частиц дисперсной фазы или дисперсионной среды. Не-

смотря на различие электрокинетических явлений все они связаны с нали-

чием двойного электрического слоя и определяются ζ-потенциалом, кото-

рый именно поэтому и называют электрокинетическим. 

Внешнее  электрическое  поле  вызывает  такие  электрокинетические 

явления дисперсных систем, как электрофорез и электроосмос. 

Электрофорез - это перемещение под действием электрического по-

ля  частиц  дисперсной  фазы  относительно  дисперсионной  среды.  Схема 

электрофореза показана на рис. 6.11, где частица дисперсной фазы для на-

глядности дана в увеличенном масштабе. При наложении внешнего элек-

трического поля частицы дисперсной фазы начинают двигаться к электро-

ду, знак заряда которого противоположен знаку ζ-потенциала; направление 

движения частицы на рисунке показано стрелкой. 

Движение частиц при электрофорезе обусловлено притяжением раз-

ноименных  зарядов.  Диффузный  слой  не  препятствует  взаимодействию 

разноименных  зарядов.  Противоионы в  этом  слое подвижны, распределя-

ются  неравномерно  и  не  в  состоянии  экранировать  действие  внешнего 

188 

электрического поля на частицы дисперсной фазы. Движение частиц про-

исходит по границе скольжения. 

В процессе электрофореза нарушается сферическая симметрия диф-

фузного слоя противоионов, и он начинает двигаться в сторону, противо-

положную  движению  частиц.  Противоположно  направленный  поток  час-

тиц  диффузного  слоя  тормозит  движение  частиц.  Этот  эффект  называют 

электрофоретическим торможением (короткая стрелка на рис. 6.11). 

Рис. 6.11. Схема электрофореза: 

При электрофорезе происходит движение частиц дисперсной фазы в 

направлении  силовых  линий  электрического  поля.  Электрофорез  исполь-

зуют  для  получения  новых  материалов,  нанесения  покрытий,  очистки  ве-

ществ  от  примесей  и  выделения  продуктов.  В  медицине  электрофорез 

применяют  для  введения  лекарственных  веществ.  На  кожу  пациента  на-

кладывают  тампон,  смоченный  раствором  лекарственного  препарата,  а 

сверху - электроды, к которым приложен низкий, безопасный для организ-

ма потенциал. В ходе этой процедуры частички лекарственного препарата 

под действием электрического поля переходят в ткани организма человека. 

Электроосмосом называют перемещение дисперсионной среды под 

действием внешнего электрического поля (рис. 6.12). Движение дисперси-

онной  среды  обусловлено  притяжением  разноименных  зарядов.  Оно  про-

исходит  зачастую  в  капиллярах  и  в  каналах  пористых  тел.  Когда  ζ-

потенциал  отрицательный,  то  положительно  заряженные  противоионы 

диффузного слоя притягиваются к отрицательному электроду. Противоио-

ны  увлекают  за  собой  жидкость,  составляющую  дисперсионную  среду.  В 

189 

результате  этого  происходит  движение  жидкости,  причем  перемещение 

жидкой дисперсионной среды относительно частиц дисперсной фазы, как 

и в случае электрофореза, происходит по границе скольжения. 

Рис. 6.12. Схема электроосмоса 

1 - дисперсная система; 2 - перегородка 

Электроосмос используют, например, для обезвоживания древесины 

и других пористых материалов: строительных, грунта, продуктов питания, 

сырья для пищевой промышленности и др. Влажную массу помещают ме-

жду электродами, а вода в зависимости от структуры ДЭС движется к од-

ному из них и собирается в специальной емкости. 

Для  осуществления  электрофореза  или  электроосмоса  необходимо 

внешнее электрическое поле, т.е. движение частиц при электрофорезе или 

среды при электроосмосе является следствием воздействия этого поля. 

Следует  отметить,  что  явление  электрофореза  характерно  главным 

образом для коллоидных растворов (золей), т.е. для систем, у которых раз-

меры  частиц  дисперсной  фазы не  превышают  0,1  мкм.  Электроосмос  мо-

жет  наблюдаться не  только  в отношении  коллоидных растворов,  которые 

являются высокодисперсными системами, но и в отношении средне- и гру-

бодисперсных систем.  

6.11. Мембраны и кровь как грубодисперсные системы 

Мембраны:  многослойные  комплексы,  включающие  билипидный 

слой, стабилизированный белковыми молекулами, гидрофобные концы ко-

190 

торых обращены в сторону молекул липидов, а гидрофильные – в сторону 

цитоплазмы  и  наружу,  в  сторону  межклеточного  вещества.  В  силу  водо-

родных связей последние притягивают молекулы воды, придавая мембране 

стабильность и определенную степень гидрофильности. Коллоидные свой-

ства мембран обеспечивают барьерную, метаболическую, разделительную, 

каркасную,  защитную,  поддержания  тургора  в  растительных  клетках, 

транспортную, контактную (плазмодесмы, десмосомы), ферментативную и 

другие  функции  мембран.  Мембраны  принимают  участие  в  образовании 

мембранных  клеточных  органелл  (ядра,  митохондрии,  лизосомы  и  др.). 

Одной  из  важнейших  функций  мембран  является  их  участие  в  лиганд-

рецепторном  взаимодействии  (гликокаликс),  обеспечивающем  «узнава-

ние» и распознавание чужеродной антигенной информации и др. 

Представления об ориентации молекул ПАВ в насыщенном адсорб-

ционном слое сыграли большую роль в развитии учения о структуре био-

логических  мембран.  Клеточные  мембраны  образованы  главным  образом 

молекулами двух типов: липидами и белками. 

Липиды  нерастворимы  в  воде,  но  растворимы  в  органических  рас-

творителях. Особенностью мембранных липидов является то, что на одном 

конце их  молекулы  есть  полярные  группы  (например,  –СООН),  обладаю-

щие гидрофильными свойствами, тогда как другой ее конец представляет 

собой длинную углеводородную цепь с гидрофобными свойствами. Липи-

ды  образуют  бимолекулярные  пленки  (толщиной  около  70  Å),  в  которых 

полярные  группы  располагаются  на  обеих  поверхностях  мембраны,  а  не-

полярные погружены внутрь ее. 

Молекулы белка могут располагаться вблизи внешней и внутренней 

поверхностей мембраны, а также проникать, частично или полностью, че-

рез всю ее толщину. 

Обычно клеточные мембраны весьма прочны и обладают свойствами 

электрического изолятора. Биологические мембраны не являются жестки-

ми  структурами.  Например,  во  многих  случаях  белки  и  липиды  внутри