Устойчивость и разрушение коллоидных систем

Коллоидные растворы — это гетерогенные системы, обладающие большой свободной энергией поверхности, т. е. они термодинамически неустойчивы. Различают кинетическую и агрегативную устойчивость коллоидных систем.

Причиной кинетической устойчивости является броуновское движение, которое противодействует оседанию частиц под действием силы тяжести.

Причиной агрегативной устойчивости является наличие у частиц одноименных зарядов и сольватных оболочек, которые мешают слипанию частиц. Агрегативная устойчивость может быть определена как способность системы к сохранению дисперсности и индивидуальности частиц дисперсной фазы.

Процесс разрушения коллоидных систем связан прежде всего с потерей агрегативной устойчивости и представляет собой коагуляцию — процесс объединения коллоидных частиц в более крупные агрегаты. Коагуляты представляют собой осадки (или всплывающие образования) различной структуры — плотные, творожистые, хлопьевидные, волокнистые, кристаллоподобные.

Коагуляция наступает тогда, когда силы притяжения между частицами превышают силы отталкивания одноименно заряженных гранул.

Процесс коагуляции могут вызвать следующие факторы: изменение температуры, увеличение концентрации, механическое воздействие, облучение, добавление электролитов.

Все сильные электролиты вызывают коагуляцию коллоидного раствора при увеличении их концентрации в растворе до некоторого значения, называемого порогом коагуляции. Порог коагуляции — это минимальное количество электролита, которое надо добавить к 1 л золя, чтобы вызвать начало коагуляции за определенный промежуток времени.

Коагулирующее действие электролитов подчиняется правилу Шульце-Гарди: коагуляцию вызывают ионы с зарядом, противоположным заряду гранулы, и коагулирующая способность тем выше, чем выше заряд коагулирующего иона. Лучшим коагулятором является тот электролит, который имеет наименьший порог коагуляции для данного золя. Сильной коагулирующей способность обладают ионы двух и трехвалентных металлов.

В природе процессы коагуляции играют огромную роль в формировании структуры почв. Образование плодородных дельт в устьях рек легко объясняется тем, что электролиты морской воды вызывают коагуляцию коллоидных частиц, содержащихся в речной воде, а остановка течения способствует оседанию коагулированных агрегатов.

Решение многих проблем в медицине связано с проблемой свертывания крови. В хирургии во время операций в кровь вводят антикоагулянты (гепарин), а после операций — вещества, повышающие коагуляцию — протамин-сульфат.

С явлением коагуляции эритроцитов вследствие уменьшения их дзета-потенциала врачи постоянно имеют дело при проведении анализа на скорость оседания эритроцитов (СОЭ). Это явление объясняется тем, что при патологии в крови увеличивается содержание некоторых видов белков, место ионов электролитов на поверхности эритроцитов занимают белки, заряд которых ниже, чем у суммы замещенных ими ионов. Заряд эритроцитов понижается, они быстрее объединяются и оседают.

При добавлении некоторых высокомолекулярных веществ к золям устойчивость золей к действию электролитов увеличивается, что выражается в повышении порога коагуляции. Такое явление получило название коллоидной защиты. Защитными веществами в водной среде могут служить белки, углеводы, пектины.

Явление защиты играет большую роль в жизни организмов. Так, белки крови защищают жир, холестерин, малорастворимые соли кальция и мочевой кислоты от коагуляции и выделения их на стенках сосудов. При понижении защитной функции белков возникают заболевания: атеросклероз, подагра, образование камней в печени и почках.