Взаимосвязь коллоидной химии с биотехнологией.

Классификация поверхностных явлений.

Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Классификация дисперсных систем по размеру частиц.

Способы классификации поверхностных явлений и дисперсных систем.

В зависимости от размера частиц все дисперсные системы классифицируются по степени дисперсности.

Грубодисперсные системы (суспензии, взвеси) - дисперсные системы с частицами, размер которых превышает 10-3 см.

Дисперсные (микрогетерогенные) системы (эмульсии, аэрозоли, порошки) – это ДИСИ с частицами, размер которых находится в диапозоне 10-3 – 10-5см.

Высокодисперсные (ультрамикрогетерогенные) системы (золи) – ДИСИ с размерами частиц менее 10-5.см.

Наиболее известной является классификация, предложенная В. Оствальдом, основанная на различии в агрегатном состоянии дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Сочетание трех агрегатных состояний (твердое, жидкое и газообразное) дает 8 типов дисперсных систем (системы «газ-газ» образуют только истинные растворы). Условно их обозначают дробью, числитель которой указывает на агрегатное состояние дисперсной фазы, а знаменатель – дисперсионной среды.

Например, обозначение Г/Ж показывает, что система состоит из газообразной дисперсной фазы и жидкой дисперсионной среды (газообразное вещество в жидкости). Схематично данная классификация может быть представлена в виде таблицы.

Среда Фаза Условное обозначение Типы систем
Твердая Твердая Т / Т Твердые гетерогенные системы (минералы, сплавы)
Жидкая Ж / Т Капиллярные системы
Газообразная Г / Т Пористые тела
Жидкая Твердая Т / Ж Суспензии, золи
Жидкая Ж / Ж Эмульсии
Газообразная Г / Ж Пены, газовые эмульсии
Газообразная Твердая Т / Г Твердые аэрозоли, порошки
Жидкая Ж / Г Жидкие аэрозоли
Газообразная - Система не образуется

 

Классификация по межфазному взаимодействию ДФ и ДС

1. Лиофобные – это системы, характеризующиеся отсутствием или слабым взаимодействием между ДФ и ДС, термодинамической неустойчивостью и неспособностью к самопроизвольному диспергированию. К лиофильным относится до 90% получаемых ДИСИ. При их получении необходимо водить стабилизаторы – вещества, способных снижать термодинамическую неустойчивость на межфазных границах.

2. Лиофильные – это системы, характеризующиеся интенсивным взаимодействием ДФ и ДС, термодинамической устойчивостью и способностью к самопроизвольному диспергированию (растворы ПАВ и ВМС).

 

Классификация по взаимодействию между частицами ДФ

1. Свободнодисперсные – это системы, в которых частицы ДФ свободно перемещаются по всему объему системы (например, аэрозоли, золи, разбавленные эмульсии).

2. Связнодисперсные – это системы, в которых контактирующие частицы ДФ образуют каркас, сообщающий этим системам прочность и другие структурно-механические свойства (например, гели, студни, твердые золи и пены, концентрированные эмульсии и т.д.).

Наиболее распространенная классификация поверхностных явлений основана на объединенном уравнении I и II законов термодинамики, которое для любой гетерогенной системы имеет вид:

dG = -SdT + VdP + sds + Smidni + jdq (1.1)

(1) (2) (3) (4) (5) (6)

На основании анализа данного уравнения можно выделить пять направлений превращения поверхностной энергии (4), соответствующих определенным поверхностным явлениям:

- в энергию Гиббса (4) (1) (образование или разрушение межфазной поверхности);

- в теплоту (4) (2) (поверхностные явления, протекающие с выделением или поглощением теплоты);

- в механическую энергию (4) (3) (адгезия, смачивание, растекание, флотация, физическая адсорбция);

- в химическую энергию (4) (5) (химическая адсорбция, адгезия);

- в электрическую энергию (4) (6) (ионообменная адсорбция, образование ДЭС, электроповерхностные явления).

 

Общенаучный характер коллоидной химии определяется большой распространенностью объектов и явлений, исследуемых данной наукой. Современная наука о поверхностных явлениях и дисперсных системах является одной из основных дисциплин, составляющих фундаментальную теоретическую базу биотехнологии.

В биотехнологии и технологии пищевых производств широко используются технологические процессы, основанные на таких поверхностных явлениях, как адсорбция, адгезия, смачивание, электрофорез и электроосмос и другие. Большинство технологических процессов связано с получением, стабилизацией или разрушением различных дисперсных систем.

Товарные формы бактериальных препаратов и целевых продуктов биотехнологии, многие пищевые продукты представляют собой стабилизированные различными способами лиофобные дисперсные системы.


ЛЕКЦИЯ 2. ТЕРМОДИНАМИКА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ.

 

1. Поверхностная энергия и геометрические параметры межфазных слоев.

2. Поверхностное натяжение как фактор интенсивности поверхностной энергии.

3. Взаимосвязь когезионных и поверхностных сил.

4. Термодинамические закономерности формирования поверхностного слоя.