WODA
W ORGANIZMIE
CZA
OWIEKA  KOLOIDY
Zakład Chemii Medycznej
Pomorski Uniwersytet Medyczny
SKA
ADNIKI UKA
ADU  substancje chemiczne, z których złożony
jest dany układ; tworzą ze sobą różnego rodzaju mieszaniny  co
sprawia, że w układzie mogą współistnieć ze sobą różne fazy
FAZA - część układu oddzielona od pozostałych granicą, na której
następuje skokowa zmiana właściwości fizykochemicznych;
- faza zawierająca jeden składnik - substancja czysta,
- faza składająca się z więcej, niż jednego składnika - roztwór
ROZTWÓR  mieszanina dwóch lub więcej substancji
rozpuszczonych w rozpuszczalniku, czyli substancji przeważającej
ilościowo nad pozostałymi składnikami roztworu
UKA
ADY
Podział układów ze względu na:
1) liczbę występujących substancji:
Øð jednoskÅ‚adnikowe
Øð wieloskÅ‚adnikowe
2) liczbę występujących faz:
Øð jednofazowe
Øð wielofazowe
UKA
ADY:
HETEROGENICZNE  wielofazowe (pozornie jednofazowe),
niejednorodne; np. woda z lodem (układ heterogeniczny, dwufazowy,
jednoskładnikowy), woda z rtęcią (układ heterogeniczny, dwufazowy,
dwuskładnikowy)
HOMOGENICZNE  jednofazowe, jednorodne w całej przestrzeni
zarówno pod względem chemicznym, jak i fizycznym;
np. roztwór glukozy (układ homogeniczny, jednofazowy, dwuskładnikowy)
Rozpuszczanie związków to proces prowadzący do
otrzymania mieszaniny jednorodnej makroskopowo;
uzyskiwane jest przez:
mieszanie dwóch substancji (np. gazu w gazie) - właściwie rozpraszanie
substancji, zachodzące przy braku współdziałania między cząsteczkami
rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej; prowadzi do osiągnięcia
stanu o maksymalnym nieuporzÄ…dkowaniu. Rozpuszczanie jest w tym
przypadku wynikiem fizycznego procesu dyspersji danej substancji
w rozpuszczalniku
solwatacjÄ™ polegajÄ…cÄ… na grupowaniu siÄ™ czÄ…steczek rozpuszczalnika
wokół cząsteczek substancji rozpuszczonej, czyli na izolowaniu od
siebie cząsteczek, atomów lub jonów substancji rozpuszczonej przez
czÄ…steczki rozpuszczalnika (sole, zwiÄ…zki jonowe organiczne, zwiÄ…zki
organiczne z polarnymi grupami funkcyjnymi)
roztwarzanie zwiÄ…zane z reakcjÄ… chemicznÄ… rozpuszczanej substancji
z danym rozpuszczalnikiem (np. synteza kwasu fosforowego, siarkowego)
TYPY ROZTWORÓW  w zależności od stanu
skupienia rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej:
roztwory gazowe  otrzymywane przez zmieszanie np. jednego gazu
z drugim; taka mieszanina jest jednorodna (np. powietrze  mieszanina
azotu, tlenu, dwutlenku węgla, pary wodnej i gazów szlachetnych)
roztwory ciekłe - otrzymywane przez rozpuszczenie gazu, cieczy
lub ciała stałego w cieczy; jest to więc mieszanina atomów, cząsteczek
lub jonów w ciekłym rozpuszczalniku
roztwory w stanie stałym  atomy pierwiastka rozpuszczonego są
rozproszone bezładnie w sieci rozpuszczalnika stałego i zajmują
pozycje węzłowe przynależne rozpuszczalnikowi lub pozycje między
węzłami (jeżeli atomy pierwiastka rozpuszczonego są znacznie mniejsze
niż atomy rozpuszczalnika), np. kryształy mieszane
RODZAJE ROZTWORÓW  w zależności od
stopnia rozdrobnienia substancji rozproszonej
w fazie rozpraszajÄ…cej:
RODZAJ ROZTWORU ÅšREDNICA CZ
STEK
FAZY ROZPROSZONEJ
Właściwy/ rzeczywisty < 10-9 m (<1nm)
(homogeniczny)
Koloidalny (heterogeniczny) 10-9 - 10-7 m (1-100 nm)
Zawiesina > 10-7 m (>100 nm)
ROZTWORY KOLOIDALNE
ROZTWORY KOLOIDALNE - heterogeniczne układy dyspersyjne,
w których można wyróżnić fazę ciągłą rozpraszającą (rozpuszczalnik)
i nieciągłą fazę rozproszoną o średnicy cząsteczek 10-9 - 10-7 m
(1  100 nm, czasem nawet do 500nm)
Wszystkie żywe komórki są zespołami różnorodnych układów
koloidalnych.
UKA
ADY KOLOIDALNE sÄ… szeroko rozpowszechnione:
w przyrodzie ożywionej (białka, węglowodany)
w przyrodzie nieożywionej (gliny, mgły, pył wulkaniczny)
wśród związków otrzymywanych sztucznie w laboratorium
(mydła , barwniki, siarka koloidalna, tlenki metali)
WA
AÅšCIWOÅšCI
ROZTWORÓW KOLOIDALNYCH (1)
Przesączają się przez zwykłe sączki bibułowe, ale są zatrzymywane
na ultrasÄ…czkach
SÄ… widoczne w ultramikroskopie
Nie dializują  nie przechodzą przez błony półprzepuszczalne
pozostajÄ…ce w kontakcie z czystym rozpuszczalnikiem. Dializa to
proces polegający na oczyszczaniu koloidów, wykorzystujący
przechodzenie przez błony półprzepuszczalne tylko elektrolitu lub
substancji niskocząsteczkowych (równowaga membranowa Donnana)
Wykazują ruchy Browna, czyli ustawiczne i bezładne ruchy niezależne
od przyczyn zewnętrznych i nie znikające z czasem; są one wywołane
uderzeniami czÄ…steczek fazy rozpraszajÄ…cej o powierzchniÄ™ czÄ…stek
fazy rozproszonej
WA
AÅšCIWOÅšCI
ROZTWORÓW KOLOIDALNYCH (2)
WykazujÄ…:
Øð niewielkie obniżenie temperatury krzepniÄ™cia
Øð niewielkie obniżenie prężnoÅ›ci par rozpuszczalnika
Øð niewielkie podwyższenie temperatury wrzenia
Øð maÅ‚e wartoÅ›ci ciÅ›nienia osmotycznego
Mogą ulegać koagulacji
WykazujÄ… efekt Faraday a-Tyndalla (czyli zjawisko polegajÄ…ce na
rozproszeniu światła przez drobne cząstki zawieszone w ośrodku
ciekłym, względnie gazowym, czyli w tzw. ośrodku mętnym (np. kurz,
mgła, mleko) z wytworzeniem charakterystycznego stożka świetlnego
tzw. stożka Tyndalla
EFEKT FARADAY A-TYNDALLA
KLASYFIKACJA UKA
ADÓW KOLOIDALNYCH
W ZALEŻNOŚCI OD (1):
I. stanu skupienia fazy rozproszonej i rozpraszajÄ…cej
FAZA FAZA KOLOID PRZYKA
AD
ROZPROSZONA ROZPRASZAJ
CA
Gaz Gaz - -
Ciecz Gaz Aerozole ciekłe Mgła, chmury, pary
Ciało stałe Gaz Aerozole stałe Dym, kurz
Gaz Ciecz Piana Piana: mydlana, na piwie
Ciecz Ciecz Emulsja Kremy, lakier do paznokci,
mleko, majonez, masło
Zole tlenków i wodorotlenków
Ciało stałe Ciecz Zole
metali, roztwory
wielkoczÄ…steczkowych
polimerów
Gaz Ciało stałe Piany trwałe Pumeks, styropian
Ciecz Ciało stałe Emulsje stałe Galaretka, opale
Ciało stałe Ciało stałe Zole stałe Szkło rubinowe, barwne
kryształy
KLASYFIKACJA UKA
ADÓW KOLOIDALNYCH
W ZALEŻNOŚCI OD (2):
II. wymiarów cząstek koloidalnych
Øð monodyspersyjne (czÄ…stki fazy rozproszonej majÄ… jednakowÄ… wielkość)
Øð polidyspersyjne (czÄ…stki fazy rozproszonej majÄ… różne wymiary)
III. stosunku fazy rozproszonej do ośrodka rozpraszającego
Øð koloidy liofilowe - majÄ… duże powinowactwo do czÄ…steczek
rozpuszczalnika; na powierzchni czÄ…stek koloidalnych tworzÄ… siÄ™
otoczki z czÄ…steczek rozpuszczalnika
Øð koloidy liofobowe - majÄ… maÅ‚e powinowactwo do rozpuszczalnika,
gromadzą na swej powierzchni dużą ilość jonów jednego rodzaju
z ośrodka rozpraszającego
KLASYFIKACJA UKA
ADÓW KOLOIDALNYCH
W ZALEŻNOŚCI OD (3):
IV. jakości fazy rozproszonej ciekłe układy koloidalne dzieli się na:
roztwory molekularne  koloidy bardziej zbliżone do układów
jednofazowych niż dwufazowych a klasyfikowanie ich do koloidów wynika
głównie z rozmiarów cząsteczek np. wielkocząsteczkowe biopolimery
o dużych rozmiarach cząstek i dużych masach cząsteczkowych
(kwasy nukleinowe, polisacharydy, białka)
roztwory micelarne  czÄ…stki majÄ… niewielkie rozmiary i niewielkie masy
cząsteczkowe np. roztwory mydeł, detergentów, kwasów żółciowych.
Charakterystyczną cechą struktury molekularnej tych związków jest
występowanie obszarów o wybitnie polarnym i wybitnie niepolarnym
charakterze. Jeżeli stężenie fazy rozproszonej jest bardzo małe to
włąściwości tych koloidów niewiele różnią się od roztworów rzeczywistych
*Roztwory molekularne i micelarne sÄ… hydrofilowe i noszÄ… nazwÄ™
emulsoidów lub koloidów odwracalnych
KLASYFIKACJA UKA
ADÓW KOLOIDALNYCH
W ZALEŻNOŚCI OD (cd 3):
cd.IV. jakości fazy rozproszonej ciekłe układy koloidalne dzieli się na:
emulsje  w organizmach żywych takie układy koloidalne są tworzone
przez lipidy (tłuszcze, glikolipidy, fosfatydy); drobne kropelki tłuszczu
mogą być utrzymane w środowisku wodnym w stanie rozproszenia
koloidalnego jedynie przy udziale cząstek mających zdolność
zmniejszania napięcia powierzchniowego, czyli emulgatorów.
Emulgatorem jest substancja, która wykazuje rozpuszczalność w obu
emulgowanych cieczach (np. spożyte tłuszcze w przewodzie pokarmowym są
emulgowane przez kwasy żółciowe zawarte w żółci).
*Emulsje mają charakter hydrofobowy i noszą nazwę suspensoidów
lub koloidów nieodwracalnych.
BUDOWA MICELI AgI WYTR
CONEJ NADMIAREM KI
BUDOWA CZ
STECZEK KOLOIDALNYCH
Hydrofobowe micele koloidalne sÄ… tworzone
najczęściej przez siarczki, tlenki, wodorotlenki
metali ciężkich
Koloidy hydrofilowe sÄ… zbudowane zwykle
z olbrzymich cząsteczek np. białka a swą trwałość
zawdzięczają zaadsorbowanym na nich
czÄ…steczkom wody
KOAGULACJA (1)
KOAGULACJA  dążenie cząsteczek koloidu do łączenia się
w większe jednostki (agregaty), które po osiągnięciu odpowiedniej
wielkości tracą zdolność do utrzymania się w roztworze i opadają
na dno naczynia (sedymentujÄ…).
Czynniki wywołujące koagulację :
1. Naświetlanie radiochemiczne  prom. beta powoduje koagulację zoli
dodatnich
2. działanie mechaniczne  mieszanie, wytrząsanie
3. ogrzewanie  ścinanie się białka
4. odparowanie lub wymrażanie ośrodka dyspersyjnego
5. dehydratacja lub desolwatacja środkami odwadniającymi  aceton,
alkohol
6. dodatek elektrolitu
KOAGULACJA (2)
Peptyzacja  proces odwrotny do koagulacji - ponowne
rozdrobnienie wytrąconych produktów koagulacji i przechodzenie
skoagulowanego osadu z powrotem w stan koloidalny
ZOL koagulacja ŻEL/KOAGULAT
peptyzacja
KOAGULACJA (3)
Koloidów hydrofobowych (nieodwracalna)  uzyskiwana przez
zobojętnienie ładunku elektrycznego nagromadzonego na
powierzchni czÄ…steczek koloidalnych.
Koloidów hydrofilowych (odwracalna) - polega na usunięciu
otaczajÄ…cej czÄ…steczki koloidalne, warstwy hydratacyjnej
zwanej też otoczką lub płaszczem wodnym.
KOAGULACJA (4)
KOAGULACJA (5)
Warunki strącania (wysalania) białka
Białka najłatwiej jest wysolić w punkcie izoelektrycznym (pI)  cząsteczki
są elektrycznie obojętne i siły przyciągania między nimi są największe, co
sprawia, że łatwo ulegają agregacji prowadzącej do wytrącania osadu.
W pH różnym od pI dzięki posiadanemu ładunkowi cząsteczki białka
mogą się utrzymywać w roztworze mimo pozbawienia ich płaszcza wodnego
(zachowujÄ… siÄ™ jak koloidy hydrofobowe).
Dodatek małych ilości jonów zobojętniających ładunek elektryczny
prowadzi do wytrącenia białek, których cząsteczki nie posiadają wtedy ani
płaszcza wodnego ani ładunku.
KOAGULACJA (6)
OCHRONNE DZIAA
ANIE KOLOIDÓW
HYDROFILOWYCH NA KOLOIDY HYDROFOBOWE
Koloidy hydrofilowe wykazują większą trwałość niż koloidy hydrofobowe,
działają tu bowiem dwa czynniki stabilizujące:
Øð warstwa hydratacyjna
Øð czasami jednoimienny Å‚adunek czÄ…stek (Å‚adunek ten jest wynikiem dysocjacji
kwasowych lub zasadowych grup znajdujÄ…cych siÄ™ w czÄ…steczkach tworzÄ…cych
czÄ…stkÄ™ koloidalnÄ…)
Koloidy hydrofilowe działają ochronnie na koloidy hydrofobowe - dodatek
koloidu hydrofilowego do hydrofobowego powoduje powstanie trwałego
układu, z którego trudno wytrącić zawieszone cząstki hydrofobowe (np.
drobne ilości białka dodane do koloidalnej zawiesiny złota chronią ją przed
koagulacjÄ…).
Ochronne działanie koloidu można określić ilościowo, podając jego tzw. liczbę
złota (czyli najmniejszą liczbę miligramów koloidu ochronnego, w przeliczeniu
na czystÄ… substancjÄ™, jaka zabezpiecza 10cm3 0,1% formaldehydowego zolu
złota przed zmianą barwy z czerwonej na fioletową wskutek dodania 1cm3
10% roztworu NaCl).
DziÄ™kujÄ™ za uwagÄ™ Jð !