Министерство Здравоохранения Республики Узбекистан Министерство Высшего и специального образования Республики Узбекистан

Вопросы и задачи для самоподготовки:

1. 
   Что такое лифобные и лиофильные коллоидные растворы?
   
2. 
   Назовите два способа получения коллоидных растворов.
   
3. 
   Укажите дисперсионные способы получения коллоидных растворов.
   
4. 
   Какие конденсационные способы получения коллоидных растворов вы знаете?
   
5. 
   Из каких составных частей состоит мицелла?
   

АДСорбция
Качественные опыты по
адсорбции. Хроматография

Цель занятия: Ознакомить студентов с поверхностными явлениями, в частности поверхностным натяжением, явлением адсорбции и хромотографии.

Значимость изучаемой темы: Все биологические процессы протекают через внутренние и наружные поверхности клеток, тканей, кровеносных сосудов и органов живых организмов, поэтому изучение поверхностных явлений и механизма их протекания является для медиков весьма необходимым.

Блок информации

Поглощение газов или жидкостей твердыми веществами или жидкостями протекает по различным механизмам. Эти процессы называются сорбцией. Поглощающие вещества называются сорбентами, поглощаемые вещества называются сорбатами или сорбтивами. В зависимости от типа сорбция бывает четырех видов: адсорбция, абсорбция, хемосорбция и капиллярная конденсация. Адсорбцией называют явление накопления одного вещества на поверхности другого. Накопление же его внутри другого вещества называют абсорбцией. Адсорбция представляет собой обратимый процесс. Процесс обратный адсорбции, называется десорбцией. При адсорбции может происходить химическое взаимодействие адсорбента и адсорбтива, например:
СО₂ + СаО  СаСО_3.
Такая адсорбция называется хемосорбцией. Конденсация паров в капиллярах твёрдого сорбента называется капиллярной конденсацией.
Практически важным является изучение адсорбции протекающей на границе разделов фаз:

1. 
   Твердое тело-газ и твердое тело-жидкость;
   
2. 
   Жидкость-газ и жидкость-жидкость.
   

Адсорбция протекающая на поверхности твердых тел, является процессом самопроизвольным и объясняется наличием избытка свободной поверхностной энергии за счет неуравновешенных связей в кристаллической решетке (активные центры), способных к взаимодействию с атомами или молекулами из окружающей среды. В жидкостях молекулы во внутренних слоях вещества испытывают одинаковое по всем направлениям притяжение со стороны соседних молекул; молекулы же, находящиеся в поверхностном слое, со стороны воздуха почти не имеют силы притяжения и соответственно имеют неуравновешенные силы, которые называются поверхностной энергией.
Адсорбция зависит от температуры, величины поверхности адсорбента, концентрации адсорбтива, химической и физической природы адсорбента и адсорбтива и т.д.
Вещества, повышающие поверхностное натяжение раствора называются поверхностно-инактивными веществами, для них d / dc  0. Вещества с несимметричным строением молекулы, состоящие из полярных и неполярных групп, понижают поверхностное натяжение растворов. Такие вещества называются поверхностно-активными (ПАВ), для них d/dc0. Для адсорбции из водных растворов большое значение имеет наличие у молекул вещества полярных (гидрофильных) и неполярных (гидрофобных) групп. Молекулы, обладающие одновременно обоими видами групп, называются дифильными.
В растворах поверхностная энергия может понижаться или увеличиваться за счет изменения концентрации частиц в поверхностном слое жидкости. Гиббсом было установлено, что распределение растворяемого в жидкости вещества происходит так, чтобы достигалось максимальное уменьшение поверхностного натяжения. Он же предложил уравнение, определяющее величину адсорбции Г:
Г= - С/RT/C= - C/RT (₂ - ₁) / C₂ – C₁ ,
Уравнение показывает величину избытка вещества, накапливающегося на поверхностном слое, по сравнению с содержанием этого вещества внутри жидкости. Следовательно, адсорбция Г зависит от величин поверхностной активности /C и концентрации вещества.
Адсорбцию, сопровождающуюся накоплением вещества в поверхностном слое, называют положительной. Пределом ее служит полное насыщение поверхностного слоя адсорбируемым веществом. При этом поверхностное натяжение уменьшается, т.е. 0, Г0. Если же растворенное вещество увеличивает поверхностное натяжение, то оно будет выталкиваться из поверхностного слоя внутрь адсорбента. Такую адсорбцию называют отрицательной. В этом случае 0 и Г0.
Сорбенты, способные обменивать ионы, называются ионитами и деяться на 3 вида:

1. 
   Катиониты – кислотные сорбенты (например: силикагель, целлюлоза, алюмино-силикаты) взаимодействуют с адсорбентом путем катионного обмена.
   

2. Аниониты – основные адсорбенты (например: Al(OH)₃, Fe(OH)₃ ) взаимодействуют путем анионного обмена.
3. Амфотерные иониты – сорбенты по составу приближенные к H⁺SO₃^- - R – N⁺(CH₃)₃OH^- (R-органический полимер) взаимодействуют с сорбатом путем и катионного (за счет Н⁺), и анионного (за счет ОН^-) обмена.
Важное значение имеет избирательная адсорбция, так как подбирая нужные адсорбенты можно извлечь из сложных смесей строго определенные вещества.
Одним из примеров избирательной адсорбции является ионная. Согласно правилу Панета-Фаянса, на твердом адсорбенте преимущественно адсорбируются ионы, входящие в состав адсорбента, или имеющие общую с адсорбентом группу.
Избирательная адсорбция по природе является химической сорбцией и протекает за счет взаимодействия валентных сил, ускоряется повышением температуры.
Так на частицах Fe(OH)₃, образующихся по реакции:
Fe(NO₃)₃ + 3NaOH  Fe(OH)₃ + 3NaNO₃

адсорбируются либо ионы ОН,^- либо ионы Fe³⁺. Избирательная адсорбция зависит от величины заряда иона, степени гидратации и от радиуса.

В организме человека часто наблюдаются явления избирательной адсорбции токсинов и других веществ различными тканями и клетками. Так, например, токсины возбудителей столбняка, ботулизма и другие поражают прежде всего клетки центральной нервной системы, а токсины возбудителей дизентерии – вегетативную нервную систему; при сыпном тифе поражаются преимущественно сосуды кожи, мозга и отчасти сердца и т.д.
Хроматография это физико-химический метод разделения смеси веществ, основанный на различном распределении компонентов смеси между двумя фазами, одна из которых неподвижна, с большой поверхностью контакта, а другая представляет подвижный поток, фильтрующийся через неподвижную фазу.
Хроматография бывает следующих видов:
1.Адсорбционная хроматография. Этот вид хроматографии основан на избирательной адсорбции веществ тем или иным адсорбентом.
2.Ионообменная хроматография. В ее основе лежит обмен ионами между раствором и адсорбентом.
3.Распределительная хроматография. При этом методе используются различия в распределении веществ между несмешивающимися жидкостями. Эти различия определяются законом Нернста: при постоянной температуре соотношение концентраций вещества, распределившегося между двумя несмешивающимися жидкостями (фазами), является величиной постоянной:
С₁ / С₂ = К.
Распределительная хроматография делится на следующие виды:

1. 
   Экстракционный метод распределительной хроматографии.
   
2. 
   Бумажная хроматография
   
3. 
   Гельфильтрационный или метод молекулярных сит
   
4. 
   Тонкослойная хроматография
   
5. 
   Газовая хроматография.
   

Хроматографический метод исследования используется для установления аминокислотного состава гидролизатов и первичной структуры белков; в изучении аминокислотного состава плазмы и других биологических сред, при количественном определении витаминов, гормонов и иных биологически активных соединений.