Старение гелей выражается в появлении капелек жидкости на поверхности, они постепенно сливаются в жидкую фазу ‒ золь с малой концентрацией коллоидных частиц и уплотненный гель.
Явление синерезиса и тиксотропии Явление расслоения геля на две фазы называют синерезисом. - Гель после синерезиса большинства коллоидных систем уплотняется, уменьшается в объеме, но сохраняет форму. Синерезис наблюдается при свертывании крови, скисании молока и образовании простокваши, при черствлении хлеба и мармелада.
- Тиксотропия – это механическое разрушение структуры геля при встряхивании или при воздействии резких звуков . Явление связано с присутствием в составе геля тиксотропных структур, подверженных разрушению.
- Тиксотропия – важное технологическое свойство промывочных жидкостей, применяемых при бурении. Тиксотропия используется в быту, пищевых технологиях и технике. Разрушительные последствия тиксотропии необходимо учитывать при транспортировке желе, студней и заливных блюд.
- Это явление создает тиксотропные почвы, плохо проницаемые для воздуха и воды; наиболее выражено в почвах тундры – плывунах. Визуально такие почвы не отличаются от хороших, но при сотрясении, механическом воздействии, они становятся текучими, а затем снова вязкими. При старении и гибели клеток наблюдается синерезис гелевых структур клеточных мембран, что препятствует обмену клетки со внешней средой.
Явление диффузии - Диффузия (лат. diffusio ‒ распространение, растекание) – это процесс распределения атомов, ионов, молекул, коллоидных частиц в газах, жидкостях, твердых телах, приводящий к установлению равномерной концентрации по всему объему.
- Скорость диффузии увеличивается с ростом температуры и градиента концентрации, уменьшается с повышением вязкости и увеличением размера диффундирующих частиц. Броуновское движение не зависит от природы вещества, скорость движения изменяется в зависимости от температуры и вязкости дисперсионной среды, но зависит от размера частиц и их формы. Броуновское движение частиц дисперсных систем является следствием теплового движения молекул окружающей среды и их беспорядочных ударов о частицу дисперсной фазы, в результате чего она беспорядочно перемещается в пространстве в результате усредненного действия всех ударов.
- С увеличением размера частиц скорость броуновского движения уменьшается, частицы до 5 мкм совершают небольшие колебательные движения; при диаметре частиц больше 5 мкм броуновское движение практически прекращается.
Явление осмоса. Осмотическое давление Осмос (греч. ósmos - толчок, давление) – чаще это односторонняя диффузия растворителя через полупроницаемую мембрану (ППМ). - Давление, оказываемое на мембрану, называется осмотическим давлением. В отсутствии мембраны и при равенстве концентраций осмотическое давление отсутствует. Осмотическое давление не зависит ох природы растворителя.
Возникающее осмотическое давление обусловливает тургор клеток, поддерживает эластичность тканей и форму органов. Растворы, имеющие одинаковое осмотическое давление, называются изотоническими. - В медицине под изотоническим раствором принято понимать раствор изотоничный крови. Растворы с меньшим осмотическим давлением называются гипотоническими, с большим – гипертоническими. В сосудистую систему человека и животных можно вводить только изотонические растворы.
Свойства белков: гидратация, набухание, растворимость Белки ‒ это природные высокомолекулярные биополимеры, лежащие в основе строения и деятельности живой материи. Молекулярная масса белков велика и колеблется от 5700 (инсулин) до 322 000 000 (белок вируса гриппа). На поверхности молекулы белка имеется большое количество гидрофильных групп, образующих гидратную оболочку, гидрофобные группы размещаются внутри молекулы. Вода внутри молекулы белка интрамицеллярная, а между молекулами – интермицеллярная.
В воде белки образуют растворы, которые проявляют ряд специфических свойств характерных золям коллоидных систем. К ним следует отнести свойства опалесценции, неустойчивость физического состояния, заряд на поверхности молекулы и способность к электрофорезу.
По строению различают простые и сложные белки. Простой белок состоит только из остатков аминокислот, сложный белок – из белка и небелковой части (углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты, гем).
Пространственная организация В своей пространственной организации молекула проходит несколько этапов, по современным представлениям это первичная, вторичная, третичная, иногда четвертичная структуры. Первичная структура - это полипептидная цепь из остатков аминокислот соединенных пептидными связями, набор и последовательность соединения которых соответствует генетическому коду биологического индивида. Вторичная структура - это пространственная конфигурация некоторых участков полипептидной цепи в виде спирали (чаще α - спираль) или складчатой структуры (параллельного или антипараллельного хода – чаще β - структура). В образовании этих структур принимает участие водородные и бисульфидные связи. Третичная структура - пространственная упаковка в виде глобулы (шара) или фибриллы (нити). В ее образовании принимают участие водородные, бисульфидные, полярные и неполярные связи. Четвертичная структура - это объединение нескольких субъединиц за счет водородных, бисульфидных и полярных связей в комплекс для выполнения биологической роли. Структура легко диссоциирует и снова ассоциирует при изменении условий внешней среды.
Гидратация. Гидрофильность таких природных ВМС как белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, фосфатиды обусловлена наличием в их структуре пептидных связей, спиртовыми, эфирными группами. I г сухого крахмала при растворении связывает 0,18 г воды, I г яичного белка 0,35 г воды. Вокруг гидратированного вещества образуется слой связанной воды и слой диффузионной воды. Связанная вода не является растворителем, имеет большую плотность, ориентирована диполями на полярные группы макромолекулы ВМС, замерзает при более низких температурах. За связанной водой располагается диффузионный слой, который легко разрушается под действием различных факторов, эта вода замерзает при температуре ниже нуля. В геле до 25% приходится на связанную воду. - Само гидратированное соединение приобретает новые свойства: повышается устойчивость в растворе, уменьшается скорость диффузии. Гидратация препятствует коагуляции, поэтому при дегидратации с помощью водоотнимающих агентов происходит слипание молекул в более крупные агрегаты.
Набухание Набухание – проникновение молекул среды в макромолекулу ВМС с увеличением ее объема. Способность к набуханию является особенностью некоторых ВМС, прежде всего белков и полисахаридов. Полярные полимеры хорошо набухают в полярных жидкостях (набухание желатина в горячей воде), неполярные - в близких по неполярности растворителях (поглощение каучуком органического растворителя - бензола). - Неограниченное набухание заканчивается растворением с образованием однофазной гомогенной системы (белки в воде, каучуки в ацетоне). Ограниченное набухание в растворение не переходит и заканчивается образованием эластичного студня. При ограничении объема набухающего ВМС и сохранении доступа к нему растворителя возникает давление набухания на стенке емкости, его содержащей. Оно может достигать 5-10 атм.
Заряд белка. ИЭТ - Заряд белка. ИЭТ В водной среде молекула белка диссоциирует на ионы, образуя амфиион, несущий на себе как положительный, так и отрицательный заряд, которые образуются за счет боковых радикальных групп аминокислотных остатков ‒ СООН у дикарбоновых, ‒NH2+ у диаминокислот. В нейтральней среде (рН=7) заряд белковой молекулы будет определяться преобладающими группами, кислые белки (больше групп - СООН) получают отрицательный заряд, основные белки (больше – NH2 групп) - положительный заряд. В кислой среде (рН < 7) молекула белка заряжена положительно, в щелочной среде (рН > 7) ‒ отрицательно.
ИЭТ При равных положительных и отрицательных зарядах ‒ суммарный заряд равен нулю ‒ при котором наступает изоэлектрическое состояние (ИЭТ), при котором электронейтральные частицы, перестав отталкиваться друг от друга склеиваются и оседают на дно. Визуально это подтверждается появлением мути и постепенном оседании ее. величина рН, при которой суммарный заряд белка равен нулю, называется изоэлектрической точкой (ИЭТ).
Явление денатурации. Суть и значение Денатурация - это любая модификация структуры белковой молекулы, с нарушением химических связей ее образующих , в результате изменения пространственной структуры молекулы происходит потеря естественных свойств белка.
Молекулы белка теряют растворимость, что наблюдается визуально. Денатурация по глубине воздействия может быть обратимой и необратимой, а по характеру воздействия – химической и физической. Примером физической денатурации может служить температурная (варёное или жареное мясо, яйцо, кипячёное молоко); химической - маринованное мясо, окрашенные волосы. Врачи-иммунологи при изготовлении вакцин осуществляют необратимую денатурацию белка микроорганизмов, в результате они утрачивают патогенность, но сохраняют способность вызывать иммунную реакцию.
Диализ. Суть и значение - Диализ. Суть и значение Молекула белка вследствие своего размера не может пройти через поры животных или растительных мембран клетки, в то время как молекулы других веществ свободно проходят через них, осуществляя обмен с внешней средой, что является условием существования живой клетки. Неспособность молекул белка проходить через полупроницаемые мембраны широко используется для очистки биологических препаратов от примесей. Диализ – это метод очистки белков от низкомолекулярных примесей с помощью полупроницаемой мембраны.
- Принцип диализа лежит в основе работы почек, аппарата "искусственная почка" (диализатор). Так плазму крови необходимо очистить от мочевины и хлористого натрия, но сохранить ионы магния, калия, глюкозу, поэтому во внешнем растворителе должны находиться эти ионы в той же концентрации, что и в плазме. Движущая сила диализа - разность химических потенциалов в диализируемой системе и в диализате.
Электрофорез. Суть и значение - Электрофорез. Суть и значение Электрофорез (греч. elektron – янтарь, phorésis - несение) – это процесс движения заряженных частиц в среде под действием внешнего электрического поля. Различают препаративный и количественный электрофорез. Этот метод приобрел большое значение в исследовательской практике. Распространенной сферой применения являются исследования по выявлению и выделению белков, липопротеидов, гликопротеидов, нуклеопротеидов.
- Особый интерес для биологов представляет использование электрофореза для анализа и препаративного разделения сложных биологических смесей; электрофорез белков сыворотки крови широко применяется для исследования белков сыворотки крови, протеинограмма успешно используется в диагностике и дифференцировке диагноза. В медицине электрофорез используется для введения различных лекарственных средств пациентам.
Адсорбция. Суть и значение - К поверхностным явлениям относят явления, происходящие на поверхности раздела фаз гетерогенных дисперсных систем, к которым относятся коллоидные системы. Причиной поверхностных явлений служит особое состояние молекул в слоях жидкостей и твердых тел, прилегающих к поверхности раздела. Эти слои резко отличаются по своим физико-химическим свойствам от свойств фаз в глубине объема. Особенности поверхностного слоя обусловлены избытком поверхностной энергии. Чем больше удельная поверхность систем, тем сильнее влияние поверхностных явлений на поведение системы в целом
Важнейшим поверхностным явление является сорбция. Различают четыре вида сорбции: АдсорбцияАбсорбцияапиллярная конденсация хемсорбция.
Процесс обратный сорбции называют десорбцией.
Абсорбция (лат. absorbeo - поглощаю) - поглощение вещества (адсорбата) из окружающей среды поглощающим телом (абсорбент).- Чаще всего встречается абсорбция газов жидкостями. Известны и процессы абсорбции газов и жидкостей кристаллическими и аморфными телами (например, абсорбция водорода металлами, абсорбция низкомолекулярных жидкостей и газов цеолитами, абсорбция нефтепродуктов резинотехническими изделиями и т.п.).
- Адсорбция (лат. ad - на, при; sorbeo - поглощаю) - это поглощение вещества из газовой или жидкой среды поверхностным слоем жидкости или твердого тела. Явление сопровождается увеличением концентрации поглощаемого адсорбата на поверхности адсорбента. Явление характеризуется большой скоростью и обратимостью. Адсорбция сопровождается уменьшением свободной межфазной энергии гетерогенной системы, адсорбцию выражают в молях/1 г адсорбента.
- При сорбции паров высокопористыми телами наблюдается капиллярная конденсация. Она начинается с адсорбции пара пористым сорбентом, а затем происходит сгущение пара в узких порах сорбента. Капиллярная конденсация присутствует в процессе сушки, в процессе удержания влаги почвой.
- Химическая адсорбция идет на поверхности адсорбента и продолжается до полного заполнения активных центров поверхности адсорбента. Эта адсорбция необратима.Физическая адсорбция обратима (адсорбция ↔ десорбция). Процесс адсорбции экзотермичен, его выгоднее проводить при низких температурах.
Хроматография Хроматография (греч. chromatos -цвет, окраска, chrapho - пишу, описываю). Это метод разделения и физико-химического анализа смеси веществ. В основе метода лежит различие в адсорбционных и других свойствах соединений, которое вызывает их разное распределение. Благодаря этому они по-разному распределяются между сорбентом и проходящим через него элюентом в жидком или газовом состоянии. Хроматография позволяет разделить смеси любых веществ и в любом количестве. Сущность метода заключается в том, что через слой адсорбента, являющегося неподвижной фазой, пропускает поток элюента - подвижная фаза.
- Вместе с элюентом двигается и разделяемая смесь, встречая на пути свободную поверхность адсорбента, компоненты смеси адсорбируются на нем: если способность к сорбции различна, смесь разделяется на зоны, каждая из которых содержит чистое вещество. Раньше других откладывается компонент с высоким сродством к сорбенту, позже - со слабым, не адсорбирующиеся вещества выходят вместе с элюентом.
По применяемой технике эксперимента различают хроматографию колоночную, капиллярную и плоскостную: бумажную, тонкослойную; по характеру элюента - газовую и жидкостную
Применение - С помощью хроматографических методов можно проанализировать и разделить практически все: от ионов до вирусов, от низкомолекулярных до самых высокомолекулярных соединений. Этими методами осуществляют допинг - контроль в спорте, поиск психотропных веществ в организме человека, токсических веществ в биоматериале и в окружающей среде. Химики, экологи, медики, генетики, криминалисты широко применяют метод хроматографии в своей деятельности. В пищевой промышленности ее используют для установления ценности пищевых продуктов (определение аминокислотного состава белков, наличие витаминов, микроэлементов и т. д.). Хроматография позволяет определить пестициды в окружающей среде, диоксины, фенолы и их производные в очень малых количествах. Результаты хроматографии – хроматограммы – позволяют определить до 10-19 моль вещества. В целом, метод хроматографии имеет большие перспективы применения в медицине, биологии, фармакологии и других смежных науках.
 |
Скачать 477.98 Kb.