dispersní soustavy a koloidní systémy
DESCRIPTION
Dispersní soustavy a koloidní systémy. Jana Novotná Ústav lék. chemie a biochemie. 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) - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/1.jpg)
Dispersní soustavy a koloidní systémy
Jana NovotnáÚstav lék. chemie a biochemie
![Page 2: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/2.jpg)
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)
![Page 3: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/3.jpg)
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
![Page 4: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/4.jpg)
Typy disperzních soustav
Disperzní Dispergované částice
prostředí plynné kapalné tuhé Typ disperze
Plyn ─ déšť, mlha kouř, prach hrubá
─ aerosol aerosol koloidní
Kapalina pěna emulze suspenze hrubá
pěna emulze lyosol (sol) koloidní
Pevná látka tuhá pěna inkluze tuhá směs hrubá
tuhá pěna tuhý sol koloidní
![Page 5: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/5.jpg)
Vlastnosti disperzních soustav
Hrubá disperzeKoloidní disperze
Pravý roztok
Průchod membránami
Semiperme-
abilní neprochází
+
Viditelnost částic
oko, optický mikroskop
elektronový mikroskop
Sedimentace + ultracentrifuga
Tepelný pohyb malý střední velký
![Page 6: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/6.jpg)
Vlastnosti disperzních soustav
Hrubá disperzeKoloidní disperze
Pravý roztok
Koligativní vlastnosti
malé velké
Difuse pomalá rychlá
Optické vlastnosti
často neprůhledné
opalescence (Tyndallův jev)
čiré
Oddělitelnost papírový filtrmembránové
filtrynelze (důkaz analyticky)
![Page 7: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/7.jpg)
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
![Page 8: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/8.jpg)
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
![Page 9: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/9.jpg)
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.
![Page 10: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/10.jpg)
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
![Page 11: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/11.jpg)
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
![Page 12: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/12.jpg)
![Page 13: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/13.jpg)
Lyofobní soustavy
Koloidní částice nemají afinitu k molekulám rozpouštědla
Většinou shluky částic anorganických, částice nemají afinitu k rozpouštědlu
Příprava umělým rozptylováním -Fe(OH)3, As2S3
![Page 14: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/14.jpg)
Přidáním elektrolytu se hydrofobní koloid shlukne do větších celků – flokulace, koagulace (vločky)
Záporný náboj S2- nebo HS- je kompenzován opačným nábojem z roztoku (H+)
![Page 15: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/15.jpg)
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)
![Page 16: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/16.jpg)
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)
![Page 17: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/17.jpg)
Základní mechanismus čisticího účinku mýdel
Nepolární (hydrofobní) dlouhá část molekuly je alifatická, zakončená CH3.
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.
![Page 18: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/18.jpg)
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
![Page 19: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/19.jpg)
Roztoky
dispergovaná fáze - jedna nebo více rozpuštěných látek
disperzní prostředí – rozpouštědloTypy roztoků: plynné (směs plynů) kapalné
plyn v kapalině (vodný roztok HCl) kapalina v kapalině (vodný roztok H2SO4) pevná látka v kapalině (vodný roztok NaCl)
pevné Slitiny kovů (mosaz, Cu a Zn; bronz – Cu a Sn)
![Page 20: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/20.jpg)
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.
![Page 21: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/21.jpg)
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
![Page 22: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/22.jpg)
Hmotnostní zlomek (hmotnostní procenta)
Hmotnostní zlomek wA složky A v roztoku (směsi) je definován: jako podíl hmotnosti mA složky A
a celkové hmotnosti roztoku ms (dána součtem hmotností všech složek roztoku):
wA = mA / ms [bezrozměrná veličina] Součet hmotnostních zlomků všech složek v
roztoku je roven 1.
![Page 23: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/23.jpg)
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 xA a molární procenta (mol.%) a objemový zlomek A (obj. %)
![Page 24: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/24.jpg)
Látková (molární) koncentrace, molarita a molalita
Molární koncentrace cA složky A = látkové množství /objem
cA = nA / V [mol.dm3]
59,5 g NaCl v 1 l H2O = 1 mol. dm3 (1M)
Molalita A složky A = látkové množství/hmotnost rozpouštědla
A = nA / mr [mol.kg-1]
![Page 25: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/25.jpg)
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)
![Page 26: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/26.jpg)
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)
![Page 27: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/27.jpg)
Disociace elektrolytů silné elektrolyty – v roztoku zcela disociovány
na ionty → soli kyselin (H2SO4, HCl, HNO3), 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-]
[AB]
![Page 28: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/28.jpg)
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 . z2
m – koncentrace (mol.l-1), z – počet nábojů, ∑ - pro všechny volné ionty
![Page 29: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/29.jpg)
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 cm3 při koncentračním gradientu rovném 1
Koncentrační gradient je dán c/l (c = rozdíl koncentrací, l = tloušťka membrány)
![Page 30: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/30.jpg)
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
![Page 31: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/31.jpg)
Osmotický tlak Úměrný látkové koncentraci rozpuštěných částic (bez ohledu na
velikost). Látky disociující – podílí se na osmotickém tlaku samostatně
iRTci – počet disociující částic, c – koncentrace v mol.l-1, T – teplota v kelvinech, R – plynová konst.
pro 0,15M NaCl při 37C je = 7,635 atm
Hodnoty koeficientu i závisí na charakteru látky a její koncentraci u nedisociovaných částic → i = 1 univalentní soli (KCl, NaCl, KNO3) → i = 2 uni-divalentní soli (K2(SO)4, CaCl2) → i = 3 uni-trivalentní soli (AlCl3, K3Fe(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)
![Page 32: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/32.jpg)
Osmotický tlakRoztoky hypotonické a hypertonickéHemolýza
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).
![Page 33: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/33.jpg)
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)
![Page 34: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/34.jpg)
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
![Page 35: Dispersní soustavy a koloidní systémy](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062322/568147e5550346895db51c4f/html5/thumbnails/35.jpg)
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