Е.Д. Щукин, А.В. Перцов, Е.А. Амелина - Коллоидная химия (1157045), страница 77
Текст из файла (страница 77)
Напомним, что положение энергетического барьера взаимодействия частиц, определяемого равновесием сил молекулярного притяжения и электростатического отталкивания (см. М1.4), 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 змульгированной 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 ал 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 361 Рис.
УШ-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 с тем наиболее близкой по природе моделью биологических мембран, образованных смесью природных водо- и маслорастворимых ПАВ, а именно белков и липидов. На рис.
Ч1П-13 представлена одна из наиболее распространенных схем строения биомембран. 2 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 среду липидной мембраны ничтожных количеств антибиотика валиномицина приводит х 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. 1 Кругляков П.М., Ровни Ю.П. Физико-химия черных углеводородных пленок. Мз Цаука, 1978. з Овчинников Ю.А. Биоорганическая химия. Мс Просвещение, 1987. 362 и!ц Рис.
УП1-14. Схема строения лилосом и включения в них молекул; ! — нолярных (ионовь П вЂ” лифильных, уП вЂ” неиохярных; а — мультиламеллярная лииосоиа; б — макровезикула; г — микровезикула; г — франеент оболочки мультнламеллярноа ли- посомы; гг — фрагмент мембраны везмкул Новый шаг в моделировании клеточных мембран и клеток был сделан после обнаружения и разработки методов получения лилосом и везикул — своеобразных коллоидных частиц, представляющих собой шнкнутые 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 порюкенному 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 от условий получения. Обычно липосомы подразделяют на мультиламелллрные (рис. тП1- 14, а), мембраны которых состоят из нескольких бислоев липида, и моноламелллрные (рис. Ч1 11- 14, б, н) — с мембраной из одного бислоя липида.
Мультиламеллярные липосомы обычно имеют диаметр в несколько микрометров. Моноламеллярные липо- 363 сомы подразделяют на микровезикулы (днаметр 25 — 100 нм) и макровезикулы (диаметр 0,2 — 2 мкм). Образование липосом из сложного по составу водного раствора может сопровождаться включением в них компонентов раствора.
Водорастворимые поверхностно-инактивные вещества (неорганические электролиты) пассивно включаются во внутренний объем липосом 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. ЧП1-14, г, д; положение П), благодаря чему может происходить их концентрирование в липосомах. Неполярные молекулы могуг концентрироваться внутри бнслоев (рис.
Ч)П-14, г, д; положение П1). 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. Одной из самых важных проблем в исследовании липосом, тесно связанной с рядом кардинальных вопросов теоретической биологии, является изучение взаимодействия липосом с клетками — их адгезии к поверхности клеток, взаимодействия клеточных и липосомальных мембран, механизмов переноса вещества от липосом к клеткам и клеточным структурам.
Такие исследования направлены на изучение и регулирование взаимодействия липосом с различными типами клеток и межклеточных взаимодействий. ЧП1.4. Суспензии и золи Дисперсные системы с твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой называют золями при коллоидной дисперсностя вещества днсперсной фазы и суспензиями в случае более грубой дис- 364 персности и седиментационной неустойчивости.
Высококонцентрированные суспензии называют ластами. Золи являются основным объектом изучения в классической коллоидной химии, суспензии — объектом производственных процессов химической технологии (производство удобрений, катализаторов, красителей и др.) и других областей промышленности (производство строительных материалов, алмазного и твердосплавного инструмента, керамическое производство и т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
