Грубодисперсные системы: классификация, применение в медицине

Грубодисперсные системы делятся на три группы: эмульсии, суспензии и аэрозоли.

Эмульсии – это дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой и жидкой дисперсной фазой.

Их можно также разделить на две группы:

1. прямые – капли неполярной жидкости в полярной среде (масло в воде);

2. обратные (вода в масле).

Изменение состава эмульсий или внешнее воздействие могут привести к превращению прямой эмульсии в обратную и наоборот. Примерами наиболее известных природных эмульсий являются молоко (прямая эмульсия) и нефть (обратная эмульсия). Типичная биологическая эмульсия – это капельки жира в лимфе. В химической технологии широко используют эмульсионную полимеризацию как основной метод получения каучуков, полистирола, поливинилацетата и др.

Суспензии – это грубодисперсные системы с твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой.

Особую группу составляют грубодисперсные системы, в которых концентрация дисперсной фазы относительно высока по сравнению с ее небольшой концентрацией в суспензиях. Такие дисперсные системы называют пастами. Например, вам хорошо известные из повседневной жизни зубные, косметические, гигиенические и др.

Аэрозоли – это грубодисперсные системы, в которых дисперсионной средой является воздух, а дисперсной фазой могут быть капельки жидкости (облака, радуга, выпущенный из баллончика лак для волос или дезодорант) или частицы твердого вещества (пылевое облако, смерч).

Коллоидные системы занимают промежуточное положение между грубодисперсными системами и истинными растворами. Они широко распространены в природе. Почва, глина, природные воды, многие минералы, в том числе и некоторые драгоценные камни, – все это коллоидные системы.
Большое значение имеют коллоидные системы для биологии и медицины. В состав любого живого организма входят твердые, жидкие и газообразные вещества, находящиеся в сложном взаимоотношении с окружающей средой. С химической точки зрения организм в целом – это сложнейшая совокупность многих коллоидных систем.

Коллоидные системы подразделяют на золи (коллоидные растворы) и гели (студни).

Большинство биологических жидкостей клетки (цитоплазма, ядерный сок – кариоплазма, содержимое вакуолей) и живого организма в целом являются коллоидными растворами (золями).

Для золей характерно явление коагуляции, т.е. слипания коллоидных частиц и выпадение их в осадок. При этом коллоидный раствор превращается в суспензию или гель. Некоторые органические коллоиды коагулируют при нагревании (яичный белок, клеи) или при изменении кислотно-основной среды (пищеварительные соки).

Гели – это коллоидные системы, в которых частицы дисперсной фазы образуют пространственную структуру.

Гели – это дисперсные системы, которые встречаются вам в повседневной жизни.

Со временем структура гелей нарушается – из них выделяется жидкость. Происходит синерезис – самопроизвольное уменьшение объема геля, сопровождающееся отделением жидкости. Синерезис определяет сроки годности пищевых, медицинских и косметических гелей. Очень важен биологический синерезис при приготовлении сыра, творога.

Коллоидные растворы: строение коллоидной частицы, устойчивость коллоидных систем. Факторы, влияющие на устойчивость коллоидных систем. Коагуляция

Коллоидная частица не имеет определенного состава, поэтому ее строение может быть изображено лишь схематически.

Рассмотрим образование золя и строение его частиц на примере иодида свинца PbI₂.
Уравнение реакции имеет вид:

Pb²⁺ + 2I^— = PbI₂

Образование золя возможно, если к раствору Pb(NO₃)₂ постепенно прибавлять раствор KI или если к раствору KI постепенно прибавлять раствор Pb(NO₃)₂. При этом строение коллоидных частиц будет отличаться.

1.Предположим, что золь PbI₂образуется при постепенном прибавлении раствора KI к раствору Pb(NO₃)₂.

Вначале образуется агрегат (PbI₂)_mиз ионов Pb²⁺ и I^—.

Далее на поверхности агрегата адсорбируются ионы, входящие в его состав и находящиеся в растворе в избытке. В нашем примере это ионы свинца.

В результате этого, агрегат (PbI₂)_m с адсорбированным слоем Pb²⁺ приобретает положительный заряд. Адсорбированные на поверхности агрегата ионы и придающие ему заряд, называются потенциалопределяющими. А сам агрегат (PbI₂)_m с потенциалопределяющими ионами Pb²⁺, образуют ядро.

Далее, к ядру притягиваются противоположно заряженные ионы –противоионы, которые компенсируют заряд твердой фазы и образуют адсорбционный слой. Противоионами будут служить, ионы содержащиеся в растворе, но не входящие в состав агрегата. В данном примере – это нитрат-ионы NO^3–.

Ядро и противоионы адсорбционного слоя образуют коллоидную частицу или гранулу, знак которой определяется знаком заряда потенциалопределяющих ионов.
Те же противоионы (NO^3–), образуют и диффузный слой. По мере удаления от ядра, их содержание постепенно снижается.

Коллоидная частица вместе с противоионами диффузного слоя называется мицеллой.

Мицела в целом электронейтральна и не имеет строго определенных размеров.
Агрегат сравнительно прочно удерживает (связывает) противоионы адсорбционного слоя, а противоионы диффузного слоя испытывают действие электростатического притяжения разноименно заряженных ионов, удерживающее их вблизи ядра, и броуновского движения, стремящегося распределить их в дисперсионной среде.

Устойчивость коллоидных систем связана с зарядом поверхности (первичная устойчивость) и с эффектом отталкивания коллоидных частиц (вторичная устойчивость). Первичная устойчивость определяется общим потейциалом частиц твердого вещества, вторичная — в основном электрокинетическим потенциалом. Лиофильные коллоидные системы более устойчивы, чем лиофобные.

Фактором, вызывающим коагуляцию, может быть любой агент, нарушающий  агрегативную устойчивость системы, например изменение температуры (сильное нагревание или охлаждение вплоть до замораживания), механическое воздействие (интенсивное встряхивание, перемешивание, перекачивание по трубам), действие света и различного рода излучений, действие электрических разрядов. Однако наиболее важным фактором является действие электролитов. Электролиты, добавляемые к золям, чрезвычайно быстро и резко влияют на толщину ДЭС и на -потенциал, являющийся одним из главных факторов устойчивости гидрофобных коллоидных систем.

Коагуляциейназывается процесс слипания коллоидных частиц с образованием более крупных агрегатов из-за по­тери коллоидным раствором агрегативной устойчивости.

В результате коагуляции укрупненные частицы дисперсной фазы легко седиментируют, и происходит расслоение системы. Та­ким образом, причиной коагуляции является потеря агрегатив­ной устойчивости коллоидным раствором, а следствием коагуля­ции - уменьшение его седиментационной устойчивости.

Практически коагуляцию можно вызвать различными внеш­ними воздействиями: добавлением небольших количеств электро­лита, концентрированием 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 фосфата кальция и холестерина в крови при­водит к образованию осадков и отложению их на внутренней поверхности кровеносных сосудов (атеросклеротические 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 образование тромбов в кровеносной систе­ме. Свертывание крови - очень сложный ферментативный про­цесс. Одновременно в крови действует антисвертывающая систе­ма, основой которой является гепарин - антикоагулянт крови.