Что представляют собой все живые организмы? Мы знаем еще со школы, что человек, например, состоит из разных тканей, костей и т.д. Знаем, что на 80% (на самом деле меньше) он состоит из воды. Так вот, люди - это, фактически, большие ходячие коллоидные растворы. И чтобы знать, как их лучше лечить, надо хорошо понимать, что собой представляют эти вещества. Раздел химии, занимающийся изучением коллоидального жизненного субстрата, сравнительно молод, но в последние годы интерес к нему значительно возрос.
Собственно, не совсем правильно говорить о коллоидных веществах. Скорее, речь идет о коллоидальном состоянии вещества. Чем же оно отличается от любого другого? Коллоидные растворы - это те же дисперсные материи, которые отличаются низкой концентрацией в растворе взвешенных частиц (почему возникает и частицы обладают высокой и очень маленькими их размерами. До того маленькими, что их невозможно увидеть в обычный микроскоп. растворов субмикроскопичны. Но это все-таки не растворы в полном смысле, потому что растворами принято считать тоже только на молекулярно-ионном уровне. В то же время, это не суспензии с эмульсиями, характеризующиеся как дисперсные системы с достаточно крупными частицами. Коллоиды занимают промежуточную ступеньку.
Коллоиды не обязательно должны быть жидкими, они могут находиться и в твердом состоянии. Тогда их называют студнями или гелями. Но, в отличие от не имеют четкой грани между различными агрегатными состояниями, и могут переходить из одного состояния в другое при изменении внешних факторов, например температуры.
Кроме того, в зависимости от дисперсной среды, коллоидные растворы могут быть гидрозолями и гидрогелями, если основой является вода, или алкозолями (если основа - спирт), этерозолями (эфир) и т.д. Дисперсной средой пирозолей является какое-то расплавленное тело, а криозолей - наоборот, низкотемпературное вещество.
Для нас, собственно, важно, что на фармацевтическом рынке стали появляться первые коллоидные растворы, в медицине они способны произвести переворот, так как воздействуют на наш организм на качественно ином уровне.
Мы уже знаем, что состав всех внутренних органов человеческого организма - это коллоидные растворы. А это значит, взаимодействие двух идентичных по химическим свойствам веществ происходит значительно быстрее и практически без потерь. То есть биологически активные ингредиенты лекарственного препарата на 98% сразу проникают в ткани и органы человека именно благодаря структурному сходству составов.
По этой же причине из коллоидных фитоформул начинают усваиваться уже в полости рта через слизистую. Ведь обычные лекарства наш организм вначале доводит до коллоидного состояния в желудочно-кишечном тракте, а потом усваивает. Тут же ему предлагают уже готовый к использованию раствор. Значит эффект от лекарства наступает незамедлительно.
Усовершенствование достаточно сложных технологий производства коллоидов дало возможность в один раствор вместить совершенно разные ингредиенты, получая высокоэффективные препараты, способные воздействовать на организм комплексно практически без побочных эффектов (ведь печени не нужно ничего перерабатывать, а почкам выводить).
К таким относятся инновационные препараты новосибирской (основанной при академгородке еще 1996 году) компании Арго, коллоидные растворы которой практически уникальны. Уже разработаны фитоформулы АнгиОмега, Анти-Оксидант, АртроКомплекс, Детокс, ГастероКомплекс и другие биологически активные формулы, ценность которых трудно переоценить.
Чистые вещества в природе встречаются очень редко. Коллоидные системы занимают промежуточное положение между грубодисперсными системами и истинными растворами. Они широко распространены в природе.
Глобальная роль коллоидов в естествознании заключается в том, что они являются основными компонентами таких биологических образований как живые организмы. Весь наш организм состоит из коллоидных систем. Существует целая наука - коллоидная химия. Передо мной сразу встал вопрос, почему природа отдает предпочтение именно коллоидному состоянию?
В связи с этим вытекают следующие цель и задачи:
Цель работы: выяснить, что такое коллоидные системы, какими свойствами они обладают.
Задачи: 1. Провести экспериментальные опыты по изучению свойств коллоидных растворов.
2. Ответить на вопрос: почему природа отдает предпочтение именно коллоидному состоянию.
Термин «коллоид» был введен в 1861 году английским химиком Томасом Грэмом. В его экспериментах он заметил, что растворы желатина, крахмала и других клееподобных веществ очень отличаются по ряду свойств от растворов неорганических солей и кислот. Название произошло от греческой приставки «коло» - клей. Правильно говорить не о коллоидных веществах, а о коллоидных системах. Этот термин ввел русский ученый П.П. Веймарн в 1908 году. Разнообразие коллоидных систем можно увидеть на картинках.
Частицы коллоидных размеров могут иметь различную внутреннюю структуру. Выделяют несколько основных видов коллоидных систем:
Системы, промежуточные между истинными растворами и грубодисперсными системами - взвесями , в которых дискретные частицы, капли или пузырьки дисперсной фазы, имеющие размер хотя бы в одном из измерений от 1 до 1000 нм , распределены в дисперсионной среде, обычно непрерывной, отличающейся от первой по составу или агрегатному состоянию. В свободнодисперсных коллоидных системах (дымы , золи) частицы не выпадают в осадок.
Из коллоидных систем наибольшее значение для химического анализа имеют гидрозоли - двухфазные микрогетерогенные дисперсные системы, характеризующиеся предельно высокой дисперсностью, в которых дисперсионной средой является вода - наиболее часто применяемый в аналитической практике растворитель. Встречаются также органозоли , в которых дисперсионной средой являются неводные (органические) растворители. В результате молекулярного сцепления частиц дисперсной фазы из золей при их коагуляции образуются гели. При этом не происходит разделения фаз; другими словами, переход золей в гель не является фазовым превращением.
При образовании геля вся дисперсионная среда (например, вода в гидрозоле) прочно связывается поверхностью частиц дисперсной фазы и в ячейках пространственной структуры геля. Гели способны обратимо восстанавливать свою пространственную структуру во времени, но после высушивания наступает разрушение их структуры и они теряют эту способность.
В процессе титрования галогенид-ионов растворами солей серебра получаются галогениды серебра, весьма склонные к образованию коллоидных растворов. В присутствии избытка ионов Наl − , то есть до точки эквивалентности при титровании галогенидов ионами серебра или после точки эквивалентности при титровании ионов серебра галогенидами , вследствие адсорбции ионов Hal − взвешенные частицы AgHal приобретают отрицательный заряд:
m AgHal + n Наl − → m · n Наl −В присутствии избытка ионов Ag ± (то есть до точки эквивалентности при титровании ионов серебра галогенидами или после точки эквивалентности при титровании галогенидов ионами серебра) взвешенные частицы приобретают положительный заряд:
m AgHal + n Ag + → m · n Ag +Таким образом, заряд взвешенной частицы m · n Hal − или m · n Ag + определяется зарядом ионов, адсорбированных на поверхности ядра мицеллы m , и зависит от наличия в системе избытка Hal − или Ag + , обусловливающих отрицательный или положительный заряд взвешенной частицы золя.
Помимо адсорбционного слоя, находящегося на поверхности ядра мицеллы и обусловливающего определенный электрический заряд, в состав мицеллы входит также часть ионов противоположного знака, образующих второй (внешний) слой ионов.
Например, в процессе титрования иодида калия раствором нитрата серебра
Ag + + NO 3 − + К + + I − → AgI + K + + NO 3 −
образуются мицеллы следующего строения:
Коллоидные частицы, несущие одноимённые электрические заряды, отталкиваются друг от друга. Силы взаимного отталкивания мешают частичкам сблизиться настолько, чтобы произошло взаимное притяжение. В то же время заряженные частички обладают высокой адсорбционной способностью, они притягивают к себе частицы, несущие обратные по знаку электрические заряды, и образуют с ними малорастворимые соединения. В первую очередь на поверхности заряженных коллоидных частиц адсорбируются те ионы, которые дают наименее растворимые осадки с ионами, входящими в состав этих частиц. Кроме того, адсорбируются те ионы, концентрация которых наибольшая. Например, при осаждении AgI могут соосаждаться вместе с ним Вr − , Cl − , SCN − и другие ионы. При титровании галогенидов, не содержащих посторонних примесей, осадком адсорбируются имеющиеся в растворе ионы Наl − , сообщая частичкам AgHal отрицательные заряды. И в том, и в другом случаях результаты титрования искажаются. Поэтому требуется строго соблюдать условия осаждения, рекомендуемые в методиках определения тех или иных веществ.
Коллоидные системы — это те системы, в которых одно вещество находится в другом в виде мелких частиц. Часто их еще называют коллоидно-дисперсными, поскольку образование данных систем - это химический процесс конденсации и растворения одного вещества в другом, при котором частицы растворенного вещества находятся в постоянном Ярким примером коллоидно-дисперсионных систем могут служить эмульсии, суспензии, пены и разные сыпучие материалы.
Коллоидные системы для человека играют большую роль. По сути, человеческий организм - одна общая коллоидно-дисперсионная система. Потому что в организме практически все вещества растворены одно в другом и находятся в постоянном движении. Основные биологические коллоидные системы организма - это кровь и клетка. Клетка состоит из ядра, рибосомы, лизосомы, комплекса Гольджи, ЭПР - вещества, объединяющего клетку в одно целое, гиалоплазмы и мембраны.
Ядро представляет собой коллоидную среду, которая отвечает за и стабильность ДНК. В мембране коллоидные вещества отвечают за эластичность оболочки и осуществляют защитную функцию. Гиалоплазма — это сложное соединение коллоидов, в клетке они участвуют в биохимических процессах, поскольку могут самостоятельно переходить из одного вещества в в другое.
Кровь также является примером ткани организма, где основой является коллоидно-дисперсионная система. Элементы крови, к которым относятся эритроциты, тромбоциты и лейкоциты, - это коллоиды, а - это дисперсионная среда. В плазме все можно назвать коллоидными. Основой плазмы служит вода, она создает дисперсную среду, в которой находятся органические составляющие плазмы: крупные белковые молекулы, молекулы аминокислот, моно- и полисахариды и многие другие.
Коллоидные системы играют важную роль не только в жизнедеятельности человеческого организма. Они имеют и огромное прикладное значение. На основе изучения коллоидно-дисперсных процессов были созданы новые материалы, изобретено множество химических процессов, которые активно применяются в производстве, а также для очистки воды (в том числе, сточных вод).
Использование системы биологической очистки воды приобретает все большую актуальность, так как запасы пресной и пригодной для питья воды сокращаются. Очистка воды ведет к еще большему загрязнению окружающей среды.
Биологическая очистка воды заключается в применении особых микроорганизмов, которые перерабатывают органические составляющие Колонии специальных бактерий образуют своеобразные коллоидные системы в виде тонких суспензий. В ходе жизнедеятельности такой колонии бактерии, в нее входящие, очищают воду от загрязнений.
Биологическая очистка воды бывает двух видов: очистка в естественных условиях, при которых микроорганизмы из окружающей среды, и искусственная, при которой микроорганизмы функционируют в закрытых системах, а кислород для них поступает с помощью механической аэрации.
