Е.Д. Щукин, А.В. Перцов, Е.А. Амелина - Коллоидная химия (другой скан) (1157043), страница 77
Текст из файла (страница 77)
Однако и для заряженных капель в обратной эмульсии электростатическое отталкивание при достаточной их концентрации может и не обеспечить устойчивости к коагуляции. Это связано с тем, что из-за небольшого содержания электролитов в дисперсионной среде и ее низкой диэлектрической проницаемости толщина ионной атмосферы может быть соизмерима с расстоянием между каплями. Напомним, что положение энергетического барьера взаимодействия частиц, определяемого равновесием сил молекулярного притяжения и электростатического отталкивания (см. ЧП.4), отвечает толщине зазора, близкой к удвоенной толщине ионной атмосферы. Поэтому капли в достаточно концентрированных обратных эмульсиях как бы уже с самого начала расположены на расстояниях, соответствующих преодолению энергетического барьера.
Устойчивость обратных эмульсий к коагуля- 360 ции возможна при наличии структурно-механического барьера, обеспечивающего достаточно малую величину энергии взаимодействия капель. При этом электростатическое отталкивание содействует уменьшению сил притяжения частиц. Проблема стабилизации обратных эмульсий против агрегирования капель приобрела большое значение в связи с попытками использования подобных систем в виде водно-топливных эмульсий, содержащих до 30% воды.
Введение эмульгированной воды в бензин и другие топлива обеспечивает более полное сгорание горючего, повышение его октанового числа и улучшает состав выхлопных газов при работе двигателя внутреннего сгорания. Процессы к о а л е с ц е н ц и и наиболее характерны для концентрированных эмульсий „где они в основном определяют время существования эмульсий до расслоения фаз. В высокодисперсных (разбавленных и концентрированных) эмульсиях с заметной скоростью может идти увеличение среднего размера капель вследствие протекания процессов изотермической перегонки.
При одинаковой дисперсности изотермическая перегонка капель эмульсии идет значительно медленнее, чем пузырьков пены. Это связано с небольшими значениями межфазной энергии, а следовательно, с малой разностью химических потенциалов вещества в каплях разного размера, а также с меньшей взаимной растворимостью жидкостей по сравнению с растворимостью газов. Большое внимание уделяется разработке методов разрушения эмульсий (деэмульгирования).
Особенно важной крупномасштабной задачей является эффективное и экономичное разрушение нефтяных эмульсий, в которых содержание сильно засоленной воды достигает 50 — 60 %. Присутствие в нефти маслорастворимых высокомолекулярных ПАВ (асфальтенов, порфиринов и др.) вызывает образование на поверхности капель воды сильно развитого адсорбционного слоя — структурно-механического барьера, обеспечивающего высокую устойчивость нефтяной эмульсии.
Вместе с тем, попадание эмульгированной воды в аппаратуру нефтетранспорта и нефтепереработки недопустимо, поскольку содержащиеся в ней соли и сероводород вызывают быструю коррозию аппаратуры. Для разрушения этих и других эмульсий используют самые разнообразные методы: введение поверхностно-активных деэмульгаторов, способных вытеснить стабилизатор с поверхности капель, химическое связывание стабилизатора, изменение рН и электролитного состава среды для 36! ч 1)) 363 362 Рис.
Угп-13. Схема строения биологической мембраны прямых эмульсий, воздействие на эмульсии электрическими полями, теплотой, ультразвуком. Важным объектом разносторонних исследований стали изолированные эмульсионные пленки, особенно пленки обратных эмульсий'. Пленки углеводородов в водной среде, стабилизованные поверхностно-активными веществами, являются простейшей и вместе стем наиболее близкой по природе моделью биологических мембран, образованных смесью природных водо- и маслорастворимых ПАВ, а именно белков и липидов. На рис.
УП1-13 представлена одна из наи- 2 более распространенных схем строения биомембран . При изучении элементарных пленок обратных эмульсий, стабилизированных природными и синтетическими ПАВ различной природы, выяснилось, в частности, что их электрическая проводимость резко возрастает при добавлении некоторых биологически активных ПАВ. Например, введение во внешнюю водную средулипидной мембраны ничтожных количеств антибиотика валиномицина приводит к увеличению электрической проводимости мембраны на пять порядков; вместе с тем мембрана становится проницаемой для ионов калия и водорода, но не пропускает ионы натрия.
Резкое понижение электрического сопротивления искусственных мембран наблюдается и при введении в их состав молекул белков или ферментов с соответствующим субстратом. Изучение свойств таких мембран позволяет моделировать важные биологические процессы, например прохождение нервного импульса. ) К лаков П.М., Ровни Ю.П. Физико-химия черных углеводородных пленок. р ля 7. 2 бвчинников Ю.А.
Бноорганнческая химия. Мл Просвещение, 198 . Рис. УП1-14. Схема строения липосом и вкщочения в них молекул; 1 — полярных (иоисвх П вЂ” дифильных, Ш вЂ” иепслярных; а — мультилачелляриая липосома; б- макровезикула; е — микровезикула; г — фрагмент оболочки мультиламелляриоа липосомы; д — фрагмент мембраны везикул Новый шаг в моделировании клеточных мембран и клеток был сделан после обнаружения и разработки методов получения липосом и беэикУл — своеобразных коллоидных частиц, представляющих собой замкнутые бислойные или полислойные мембраны, которые отделяют внутренний и внешний объемы жидкой фазы.
Липосомы и везикулы, являющиеся объектом исследования в биохимии, медицине и фармакологии, позволяют воспроизводить обменные процессы клеток с внешней средой. Перспективная область использования липосом — повышение избирательности действия лекарственных препаратов. Для этого лекарственные вещества включают в липосомы, которые переносят их к пораженному болезнью органу.
Липосомы и везикулы можно получать ультразвуковой обработкой взвеси липида, заменой растворителя, удалением ПАВ из солюбилизировавших липид смешанных мицелл диализом или даже взбалтыванием водной фазы в колбе, стенки которой покрыты липидом. Липосомы имеют различные размеры и строение в зависимости отусловий получения. Обычнолипосомы подразделяютналтулвп)иламеллярные (рис. У1П-14, а), мембраны которых состоят из нескольких бислоевлипида, и монолалееллярные(рис. МИ1-14, б, и) — с мембраной из одного бислоя липида. Мультиламеллярные липосомы обычно имеют диаметр в несколько микрометров.
Моноламеллярные липо- сомы подразделяют на микроеезикулы (диаметр 25 — 100 нм) и макроеезикулы (диаметр 0,2 — 2 мкм). Об азование липосом из сложного по составу водного раствора жет сопровождаться включением в них компонентов раст ор . разо в а. Вомо астворимые поверхностно-инактивные вещества (неорган ичедор ские электролиты) пассивно включаются во внугренний объем л ипосом и в межслоевое пространство мультиламеллярных липосом (рис. ЧП1-14, а — г; положение 1). Степень их захвата определяется объемом иммобилизованной липосомами дисперсионной среды (водного раствора).
Дифильные молекулы ПАВ (в том числе и белков), помимо включения во внутренний объем, способны встраиваться в бислои (рис. Ч1П-14, г, д; положение П), благодаря чему может происходить концентрирование в липосомах. Неполярные молекулы могут концентрироваться внутри бислоев(рис. ЧП1-14, г, д; положение 1). еП Способность липосом удерживать включенное вещество при транспорте в организме зависит от проницаемости и устойчивости их мембран. Мембраны липосом сравнительно хорошо проницаемы для воды, поэтому при уменьшении концентрации электролитов во внешней среде возможно протекание осмотических явлений вплоть до осмотического игока — разрыва мембраны при поглощении липосомой избытка воды.
Проницаемость мембран зависит от фазового состояния липида в бислое. Так, мембраны, образованные легкоплавкими липидами, содержащими в углеводородных цепях двойные связи, имеют более высокую проницаемость. Это используется микроорганизмами для поддержания необходимой для их жизнедеятельности проницаемости мембран: на понижение температуры микроорганизм реагирует увеличением содержания в мембране непредельных липидов, а при повышении — предельных липидов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
