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Un sistema disperso è un sistema in cui piccole particelle di una o più sostanze sono uniformemente distribuite tra le particelle di un'altra sostanza. La fase dispersa è chiamata piccole particelle di una sostanza che è distribuita nel sistema. Un mezzo di dispersione è una sostanza in cui è distribuita la fase dispersa. 3 Sistema disperso eterogeneo: le particelle della fase dispersa hanno dimensioni superiori a 1·10-9 m e costituiscono una fase separata dal mezzo di dispersione. Sistema disperso omogeneo: non c'è interfaccia tra la fase dispersa e il mezzo di dispersione (vere soluzioni). Le dimensioni delle molecole, gli ioni sono inferiori a 1 10-9 m.

CON GRADO DI DISPERSIONE. ALLA LASSIFICAZIONE DEI SISTEMI DISPERSIVI. 4 Il grado di dispersione (D) è il reciproco della dimensione delle particelle (d) D = 1/d Minore è la dimensione delle particelle, maggiore è la dispersione del sistema Classificazione in base al grado di dispersione Grossolana (d \u003d m) (sospensioni grossolane, emulsioni, polveri) . Dispersione media (d = m) (sospensioni sottili, fumo, corpi porosi). Altamente disperso (d = m) (sistemi colloidali).

OTTENERE SISTEMI DISPERSIVI Metodi di dispersione. Questo gruppo di metodi combina metodi meccanici mediante i quali i solidi vengono frantumati, frantumati o spaccati. Tipico per processi di laboratorio, industriali e di dispersione che si verificano in natura. In condizioni di laboratorio e industriali, questi processi vengono eseguiti in frantoi, macine e mulini di vari design. I più diffusi sono i mulini a sfere, nei quali si ottengono impianti con granulometrie che vanno da 2 - 3 a 50 - 70 micron. Nei mulini colloidali di vari design si ottiene una dispersione più fine, il principio di funzionamento di tali mulini si basa sullo sviluppo di forze di rottura in una sospensione o emulsione sotto l'azione della forza centrifuga. Le particelle di grandi dimensioni sospese subiscono in questo caso una notevole forza di lacerazione e vengono quindi disperse. L'elevata dispersione può essere ottenuta mediante dispersione ultrasonica. È stato sperimentalmente stabilito che la dispersione dipende direttamente dalla frequenza delle vibrazioni ultrasoniche. Le emulsioni ottenute con il metodo ultrasonico si distinguono per l'uniformità delle dimensioni delle particelle della fase dispersa. cinque

metodi di dispersione. Il metodo Bredig si basa sulla formazione di un arco voltaico tra elettrodi metallici disperdibili posti in acqua. L'essenza del metodo risiede nella spruzzatura del metallo dell'elettrodo nell'arco, nonché nella condensazione dei vapori metallici formati ad alta temperatura. Il metodo Svedberg, che utilizza una scarica oscillatoria ad alta tensione che fa saltare una scintilla tra gli elettrodi. Questo metodo può essere utilizzato per ottenere non solo idrosol, ma anche organosol di vari metalli. Durante la frantumazione e la macinazione, i materiali vengono distrutti principalmente in punti di difetti di resistenza (macro e microcricche). Pertanto, quando le particelle vengono frantumate, aumenta la forza delle particelle, che viene solitamente utilizzata per creare materiali più resistenti. Allo stesso tempo, un aumento della resistenza dei materiali mentre vengono frantumati porta a un grande consumo di energia per un'ulteriore dispersione. La distruzione dei materiali può essere facilitata utilizzando l'effetto Rehbinder - una diminuzione dell'adsorbimento della forza dei solidi. Questo effetto è quello di ridurre l'energia superficiale con l'aiuto di tensioattivi, che facilita la deformazione e la distruzione del solido (metalli liquidi per la distruzione di metalli solidi). L'uso di metodi dispersivi di solito non riesce a raggiungere una dispersione molto elevata. Sistemi con dimensioni delle particelle dell'ordine di - 10 7 cm sono ottenuti mediante metodi di condensazione. 6 PRODUZIONE DI SISTEMI DISPERSIVI

Metodi di condensazione (fisici) I metodi di condensazione si basano sui processi di comparsa di una nuova fase combinando molecole, ioni o atomi in un mezzo omogeneo. Questi metodi possono essere suddivisi in fisici e chimici. Condensazione fisica - condensazione dei vapori e sostituzione del solvente. (formazione di nebbia). Il metodo di sostituzione del solvente (modifica della composizione del mezzo) si basa su un tale cambiamento nei parametri del sistema, in cui il potenziale chimico del componente nel mezzo di dispersione diventa superiore a quello di equilibrio e la tendenza alla transizione allo stato di equilibrio porta alla formazione di una nuova fase. Con questo metodo si ottengono sol di zolfo, fosforo, arsenico e molte sostanze organiche versando soluzioni alcoliche o acetoniche di queste sostanze nell'acqua. 7 OTTENERE SISTEMI DISPERSIVI

Metodi di condensazione (chimica) Condensazione chimica: la sostanza che forma la fase dispersa appare come risultato di una reazione chimica. Pertanto, qualsiasi reazione chimica che proceda con la formazione di una nuova fase può essere una fonte per ottenere un sistema colloidale. 1. Recupero (preparazione del sol d'oro mediante riduzione dell'acido cloridrico d'oro): 2HAuCl 2 + 3H 2 O 2 \u003d 2Au + 8HCl + 3O 2 2. Ossidazione (formazione di sol di zolfo in acque idrotermali, con agenti ossidanti (anidride solforosa o ossigeno)): 2H 2 S + O 2 \u003d 2S + 2H 2 O 3. Idrolisi 4. Reazioni di scambio (ottenendo solfuro di arsenico sol): 2H 3 AsO 3 + 3H 2 S \u003d As 2 S 3 + 6H 2 O so che la concentrazione della sostanza nella soluzione supera la solubilità, cioè la soluzione deve essere sovrasatura. 8 PRODUZIONE DI SISTEMI DISPERSIVI

METODI PER LA PULIZIA DELLE SOLUZIONI COLLOIDALI. Sol e soluzioni di composti ad alto peso molecolare (HMC) contengono composti a basso peso molecolare come impurità indesiderabili. Vengono rimossi con i seguenti metodi. La dialisi è storicamente il primo metodo di purificazione. Purificazione di soluzioni colloidali attraverso una membrana semipermeabile, che viene lavata dal solvente. L'elettrodialisi è il processo di pulizia dei sol dalle impurità elettrolitiche in un campo elettrico che accelera il movimento degli ioni. L'ultrafiltrazione è un metodo di pulizia forzando un mezzo di dispersione insieme a impurità a basso peso molecolare attraverso ultrafiltri. La microfiltrazione è la separazione mediante filtri di microparticelle di dimensioni variabili da 0,1 a 10 micron. Metodi di pulizia combinati. Oltre ai singoli metodi di purificazione - ultrafiltrazione ed elettrodialisi - è nota la loro combinazione: elettroultrafiltrazione, utilizzata per purificare e separare le proteine. È possibile purificare e allo stesso tempo aumentare la concentrazione del sol o della soluzione IUD utilizzando un metodo chiamato elettro-decantazione. L'elettrodecantazione si verifica quando l'elettrodializzatore viene azionato senza agitazione. nove

Poiché le impurità a basso peso molecolare (elettroliti estranei) sono in grado di distruggere i sistemi colloidali, in molti casi i sol risultanti devono essere purificati. Vengono purificati anche i sistemi dispersi di origine naturale (lattici, greggio, vaccini, sieri, ecc.). Per rimuovere le impurità, utilizzare: dialisi, elettrodialisi, ultrafiltrazione.

Dialisi- estrazione di sostanze a basso peso molecolare dai sol con un solvente puro utilizzando un setto semipermeabile (membrana), attraverso il quale non passano le particelle colloidali. Sono stati ora proposti molti progetti migliorati di dializzatori per fornire un processo di pulizia più rapido. L'intensificazione della dialisi si ottiene: aumentando la superficie delle membrane; riduzione dello strato del liquido da purificare; cambio frequente o continuo di fluido esterno; aumento di temperatura.

Elettrodialisi– dialisi accelerata dall'applicazione di un campo elettrico esterno. L'elettrodialisi è dovuta alla migrazione di ioni attraverso la membrana sotto l'azione di una differenza di potenziale applicata dell'ordine di 40 V/cm.

ultrafiltrazione- elettrodialisi sotto pressione. In sostanza, l'ultrafiltrazione non è un metodo per purificare i sol, ma solo un metodo per concentrarli.

Un interessante esempio di combinazione di dializzatore e ultrafiltrazione è il dispositivo "rene artificiale", progettato per sostituire temporaneamente la funzione renale nell'insufficienza renale acuta. Il dispositivo è collegato chirurgicamente al sistema circolatorio del paziente. Il sangue sotto pressione creato da una pompa pulsante ("cuore artificiale") scorre in uno stretto spazio tra due membrane, lavato dall'esterno con soluzione salina. A causa dell'ampia area di lavoro delle membrane (~ 15000 cm 2), le "scorie" vengono rimosse dal sangue in tempi relativamente brevi (3-4 ore) - prodotti del metabolismo e disgregazione dei tessuti (urea, creatina, ioni di potassio, ecc. .).

Utilizzando membrane con una certa porosità per ultrafiltri, è possibile in una certa misura separare le particelle colloidali in base alle loro dimensioni e allo stesso tempo determinarne approssimativamente le dimensioni. Questo metodo è stato utilizzato per determinare le dimensioni delle particelle di un certo numero di virus e batteriofagi.

L'ultrafiltrazione viene utilizzata per purificare le acque reflue dalle impurità meccaniche. Questo metodo viene utilizzato per separare le molecole liquide dalle particelle di un sistema colloidale.

A seconda della dispersione delle acque reflue, vengono utilizzati alcuni tipi di setti filtranti. Per la microfiltrazione di grandi quantità di acqua naturale negli acquedotti, durante la pulizia principalmente da plancton e microrganismi, vengono utilizzate reti metalliche, nel caso di pulizia da particelle submicroniche e macromolecole, vengono utilizzate membrane polimeriche con diverse dimensioni dei pori.

Domande e compiti per l'autocontrollo

1. Cosa studia la disciplina "Chimica dei colloidi"?

2. Qual è la differenza tra le soluzioni colloidali e quelle vere?

3. Su quali caratteristiche si basa ciascun tipo di classificazione dei sistemi dispersi?

4. Quali sono le modalità per ottenere sistemi dispersi? Qual è l'essenza di ciascun metodo?

5. Come possono essere puliti i sistemi colloidali? Perché hai bisogno di farlo?

capitolo 2
TERMODINAMICA
FENOMENI DI SUPERFICIE

Nei sistemi dispersi, la maggior parte delle molecole o degli atomi che compongono una sostanza si trovano sull'interfaccia. Queste molecole superficiali differiscono dalle molecole all'interno della fase nel loro stato energetico, che porta alla comparsa di energia superficiale in eccesso. L'energia superficiale in eccesso è uguale al prodotto della tensione superficiale e dell'area interfacciale:

Qualsiasi sistema termodinamico tende a ridurre la sua energia superficiale. L'energia superficiale in eccesso può essere ridotta da:

· riduzione della tensione superficiale: adsorbimento, adesione, bagnatura, formazione di un doppio strato elettrico;

· diminuzione della superficie: forma sferica delle goccioline (lisciamento superficiale), associazione di particelle (coagulazione, aggregazione, coalescenza).

Esistono due approcci generali per ottenere disp. sistemi - dispersione e condensazione. Il metodo di dispersione si basa sulla macinazione di particelle macroscopiche a nanodimensioni (1-100 nm).

La rettifica meccanica non è molto utilizzata a causa dell'elevato consumo energetico. Nella pratica di laboratorio viene utilizzata la rettifica ad ultrasuoni. Durante la macinazione, due processi competono: dispersione e aggregazione delle particelle risultanti. Il rapporto tra le velocità di questi processi dipende dalla durata della macinazione, dalla temperatura, dalla natura della fase liquida, dalla presenza di stabilizzanti (più spesso tensioattivi). Selezionando le condizioni ottimali, è possibile ottenere particelle della dimensione richiesta, tuttavia, la distribuzione della dimensione delle particelle è piuttosto ampia.

La più interessante è la dispersione spontanea dei solidi nella fase liquida. Un processo simile può essere osservato per le sostanze aventi una struttura stratificata. In tali strutture, c'è una forte interazione tra gli atomi all'interno dello strato e una debole interazione vdv tra gli strati. Ad esempio, i solfuri di molibdeno e tungsteno, che hanno una struttura a strati, si disperdono spontaneamente in acetonitrile per formare particelle a doppio strato di dimensioni nanometriche. In questo caso, la fase liquida penetra tra gli strati, aumenta la distanza tra gli strati e l'interazione tra gli strati si indebolisce. Sotto l'azione delle vibrazioni termiche avviene il distacco delle nanoparticelle dalla superficie della fase solida.

Metodi di condensazione diviso in fisico e chimico. La formazione di nanoparticelle avviene attraverso una serie di stati di transizione durante la formazione di insiemi intermedi, che portano alla comparsa di un nuovo nucleo di fase, alla sua crescita spontanea e alla comparsa di un'interfaccia di fase fisica. È importante garantire un alto tasso di formazione dell'embrione e un basso tasso di crescita.

I metodi fisici sono ampiamente utilizzati per ottenere particelle metalliche ultrafini. Questi metodi sono essenzialmente dispersione-condensazione. Nella prima fase, il metallo viene disperso in atomi per evaporazione. Quindi, a causa della sovrasaturazione dei vapori, si verifica la condensazione.

Metodo del fascio molecolare utilizzato per ottenere rivestimenti con uno spessore di circa 10 nm. Il materiale di partenza in una camera a membrana viene riscaldato ad alte temperature sotto vuoto. Le particelle evaporate, passando attraverso il diaframma, formano un fascio molecolare. L'intensità del fascio e la velocità di condensazione delle particelle sul substrato possono essere modificate variando la temperatura e la tensione di vapore al di sopra del materiale sorgente.

Metodo dell'aerosol consiste nell'evaporazione del metallo in atmosfera rarefatta di un gas inerte a bassa temperatura, seguita dalla condensazione dei vapori. Questo metodo è stato utilizzato per ottenere nanoparticelle di Au, Fe, Co, Ni, Ag, Al; loro ossidi, nitruri, solfuri.

Sintesi criochimica basato sulla condensazione di atomi metallici (o composti metallici) a bassa temperatura in una matrice inerte.

Condensazione chimica. Una soluzione colloidale di oro (rosso) con una granulometria fu ottenuta nel 1857 da Faraday. Questo sol è in mostra al British Museum. La sua stabilità è spiegata dalla formazione di un DEL all'interfaccia della soluzione in fase solida e dal verificarsi di una componente elettrostatica della pressione disgiunta.

Spesso la sintesi di nanoparticelle viene effettuata in soluzione durante le reazioni chimiche. Le reazioni di riduzione vengono utilizzate per ottenere particelle metalliche. Come agente riducente vengono utilizzati alluminio e boroidruri, ipofosfiti, ecc.. Ad esempio, un sol d'oro con una dimensione delle particelle di 7 nm si ottiene riducendo il cloruro d'oro con boroidruro di sodio.

Nanoparticelle di sali o ossidi metallici si ottengono in reazioni di scambio o di idrolisi.

Come stabilizzanti vengono utilizzati tensioattivi naturali e sintetici.

Sono state sintetizzate nanoparticelle di composizione mista. Ad esempio, Cd/ZnS, ZnS/CdSe, TiO 2 /SiO 2 . Tali nanoparticelle sono ottenute per deposizione di molecole di un tipo (shell) su una nanoparticella presintetizzata di un altro tipo (core).

Il principale svantaggio di tutti i metodi è l'ampia distribuzione dimensionale delle nanoparticelle. Uno dei metodi per controllare la dimensione delle nanoparticelle è associato alla preparazione di nanoparticelle in microemulsioni inverse. Nelle microemulsioni inverse, la fase dis è l'acqua, il mezzo disperso è l'olio. La dimensione delle gocce d'acqua (o altro liquido polare) può variare ampiamente a seconda delle condizioni di preparazione e della natura dello stabilizzante. Una goccia d'acqua svolge il ruolo di un reattore in cui si forma una nuova fase. La dimensione della particella risultante è limitata dalla dimensione della goccia, la forma di questa particella ripete la forma della goccia.

Metodo sol-gel contiene le seguenti fasi: 1. preparazione della soluzione iniziale, solitamente contenente alcossidi metallici M(OR) n , dove M è silicio, titanio, zinco, alluminio, stagno, cerio, ecc., R è alcali o arile; 2. formazione di gel dovuta a reazioni di polimerizzazione; 3. asciugatura; 4. trattamento termico. idrolisi in solventi organici

M(OR) 4 +4H 2 OM(OH) 4 +4ROH.

Quindi si verifica la polimerizzazione e la formazione del gel.

mM (OH) n  (MO) 2 + 2mH 2 O.

metodo di peptizzazione. Distinguere tra peptizzazione durante il lavaggio del precipitato, peptizzazione del precipitato con elettrolita; peptizzazione con tensioattivi; peptizzazione chimica.

La peptizzazione durante il lavaggio del precipitato si riduce alla rimozione dell'elettrolita dal precipitato, che ha causato la coagulazione. In questo caso, lo spessore del DEL aumenta e le forze di repulsione ionico-elettrostatica prevalgono sulle forze di attrazione intermolecolare.

La peptizzazione delle precipitazioni con l'elettrolita è associata alla capacità di uno degli ioni dell'elettrolita di essere adsorbito sulle particelle, il che contribuisce alla formazione di DES sulle particelle.

Peptizzazione con tensioattivi. Le macromolecole tensioattive vengono adsorbite sulle particelle o danno loro una carica (tensioattivi ionici) o formano una barriera di adsorbimento-solvatazione che impedisce alle particelle di aderire tra loro nel sedimento.

La peptizzazione chimica si verifica quando una sostanza aggiunta al sistema interagisce con la materia sedimentaria. In questo caso si forma un elettrolita che forma un DEL sulla superficie delle particelle.

Due metodi per ottenere sistemi dispersi: dispersione e condensazione

Dispersione e condensazione - metodi per ottenere sistemi in dispersione libera: polveri, sospensioni, sol, emulsioni, ecc. Sotto dispersione comprendere la frantumazione e la macinazione di una sostanza, per condensazione - la formazione di un sistema disperso eterogeneo da uno omogeneo come risultato dell'associazione di molecole, atomi o ioni in aggregati.

Nella produzione mondiale di varie sostanze e materiali, i processi di dispersione e condensazione occupano uno dei posti principali. Miliardi di tonnellate di materie prime e prodotti sono ottenuti in uno stato di dispersione libera. Ciò garantisce la comodità del loro trasporto e dosaggio e consente inoltre di ottenere materiali omogenei nella preparazione delle miscele.

Gli esempi includono la frantumazione e la macinazione di minerali, carbone, produzione di cemento. La dispersione avviene durante la combustione di combustibili liquidi.

Condensazione si verifica durante la formazione della nebbia, durante la cristallizzazione.

Va notato che durante la dispersione e la condensazione, la formazione di sistemi dispersi è accompagnata dall'aspetto di una nuova superficie, cioè un aumento della superficie specifica di sostanze e materiali, a volte di migliaia o più volte. Pertanto, l'ottenimento di sistemi dispersi, con alcune eccezioni, richiede energia.

Durante la frantumazione e la macinazione, i materiali vengono distrutti principalmente in punti di difetti di resistenza (macro e microcricche). Pertanto, all'aumentare del processo di macinazione, aumenta la forza delle particelle, il che porta ad un aumento del consumo di energia per la loro ulteriore dispersione.

La distruzione dei materiali può essere facilitata utilizzando Effetto rilegatore – adsorbimento abbassamento della perversità dei solidi. Questo effetto è quello di ridurre l'energia superficiale con l'aiuto di tensioattivi, facilitando così la deformazione e la distruzione del solido. Come tali tensioattivi, qui chiamati riduttori di durezza, possono essere utilizzati, ad esempio, metalli liquidi per distruggere metalli solidi o tipici tensioattivi.

I riduttori di durezza sono caratterizzati da piccole quantità che provocano l'effetto Rebinder e specificità di azione. Gli additivi che bagnano il materiale aiutano il mezzo a penetrare nei luoghi dei difetti e, con l'aiuto delle forze capillari, facilitano anche la distruzione del solido. I tensioattivi non solo contribuiscono alla distruzione del materiale, ma stabilizzano anche lo stato disperso, impedendo alle particelle di aderire.

I sistemi con il massimo grado di dispersione possono essere ottenuti solo utilizzando metodi di condensazione.

Si possono ottenere anche soluzioni colloidali metodo di condensazione chimica, basato sullo svolgimento di reazioni chimiche, accompagnate dalla formazione di sostanze insolubili o scarsamente solubili. A tale scopo vengono utilizzati vari tipi di reazioni: decomposizione, idrolisi, redox, ecc.

Purificazione di sistemi dispersi.

Sol e soluzioni di composti ad alto peso molecolare (HMC) contengono composti a basso peso molecolare come impurità indesiderabili. Vengono rimossi con i seguenti metodi.

Dialisi. La dialisi è stata storicamente il primo metodo di purificazione. Fu proposto da T. Graham (1861). Lo schema del dialyzer più semplice è mostrato in fico. 3 (vedi appendice). Il sol da purificare, o soluzione IUD, viene versato in un recipiente, il cui fondo è una membrana che trattiene particelle colloidali o macromolecole e fa passare molecole di solvente e impurità a basso peso molecolare. Il mezzo esterno a contatto con la membrana è un solvente. Le impurità a basso peso molecolare, la cui concentrazione nella cenere o nella soluzione macromolecolare è maggiore, passano attraverso la membrana nell'ambiente esterno (dializzato). Nella figura, la direzione del flusso di impurità a basso peso molecolare è indicata dalle frecce. La purificazione continua fino a quando le concentrazioni di impurità nella cenere e nel dializzato non si avvicinano in grandezza (più precisamente, fino a quando i potenziali chimici nella cenere e nel dializzato non vengono equalizzati). Se aggiorni il solvente, puoi eliminare quasi completamente le impurità. Questo uso della dialisi è appropriato quando lo scopo della purificazione è rimuovere tutte le sostanze a basso peso molecolare che passano attraverso la membrana. Tuttavia, in alcuni casi, il compito potrebbe rivelarsi più difficile: è necessario eliminare solo una certa parte dei composti a basso peso molecolare nel sistema. Quindi, come ambiente esterno, viene utilizzata una soluzione di quelle sostanze che devono essere immagazzinate nel sistema. È questo compito che viene impostato durante la pulizia del sangue da scorie e tossine a basso peso molecolare (sali, urea, ecc.).

Ultrafiltrazione. L'ultrafiltrazione è un metodo di pulizia forzando un mezzo di dispersione insieme a impurità a basso peso molecolare attraverso ultrafiltri. Gli ultrafiltri sono membrane dello stesso tipo utilizzate per la dialisi.

L'impianto di ultrafiltrazione più semplice è mostrato in Fig. 4 (vedi appendice). La soluzione sol purificata o IUD viene versata nella sacca dall'ultrafiltro. Il sol è sottoposto ad una pressione in eccesso rispetto alla pressione atmosferica. Può essere creato sia da una fonte esterna (serbatoio di aria compressa, compressore, ecc.) sia da una grande colonna di liquido. Il mezzo di dispersione viene rinnovato aggiungendo solvente puro al sol. Affinché la velocità di pulizia sia sufficientemente elevata, l'aggiornamento viene eseguito il più rapidamente possibile. Ciò si ottiene applicando notevoli sovrapressioni. Affinché la membrana resista a tali carichi, viene applicata ad un supporto meccanico. Griglie e piastre con fori, filtri in vetro e ceramica fungono da supporto.

Microfiltrazione . La microfiltrazione è la separazione mediante filtri di microparticelle di dimensioni variabili da 0,1 a 10 micron. Le prestazioni del microfiltrato sono determinate dalla porosità e dallo spessore della membrana. Per valutare la porosità, cioè il rapporto tra l'area dei pori e l'area totale del filtro, vengono utilizzati vari metodi: punzonatura di liquidi e gas, misurazione della conducibilità elettrica delle membrane, sistemi di punzonatura contenenti particelle calibrate della fase dispersa, ecc.

I filtri microporosi sono costituiti da sostanze inorganiche e polimeri. Mediante la sinterizzazione delle polveri si possono ottenere membrane da porcellana, metalli e leghe. Le membrane polimeriche per microfiltrazione sono spesso realizzate con cellulosa e suoi derivati.

Elettrodialisi. La rimozione degli elettroliti può essere accelerata applicando una differenza di potenziale imposta dall'esterno. Questo metodo di purificazione è chiamato elettrodialisi. Il suo utilizzo per la purificazione di vari sistemi con oggetti biologici (soluzioni di proteine, siero di sangue, ecc.) iniziò a seguito del lavoro di successo di Doré (1910). Il dispositivo dell'elettrodializzatore più semplice è mostrato in fico. 5 (vedi allegato). L'oggetto da pulire (sol, soluzione IUD) viene posto nella camera centrale 1 e il mezzo viene versato nelle due camere laterali. Nelle camere del catodo 3 e dell'anodo 5, gli ioni passano attraverso i pori delle membrane sotto l'azione di una tensione elettrica applicata.

L'elettrodialisi è più appropriata per la purificazione quando è possibile applicare tensioni elettriche elevate. Nella maggior parte dei casi, nella fase iniziale della purificazione, i sistemi contengono molti sali disciolti e la loro conduttività elettrica è elevata. Pertanto, ad alta tensione, può essere rilasciata una quantità significativa di calore e possono verificarsi cambiamenti irreversibili nei sistemi con proteine ​​​​o altri componenti biologici. Pertanto, è razionale utilizzare l'elettrodialisi come metodo di pulizia finale, utilizzando la pre-dialisi.

Combinato metodi di pulizia. Oltre ai singoli metodi di purificazione - ultrafiltrazione ed elettrodialisi - è nota la loro combinazione: elettroultrafiltrazione, utilizzata per purificare e separare le proteine.

È possibile purificare e allo stesso tempo aumentare la concentrazione del sol o della soluzione IUD utilizzando un metodo chiamato elettrodecantazione. Il metodo è stato proposto da V. Pauli. L'elettrodecantazione si verifica quando l'elettrodializzatore viene azionato senza agitazione. Le particelle di sol o macromolecole hanno una propria carica e, sotto l'azione di un campo elettrico, si muovono nella direzione di uno degli elettrodi. Poiché non possono passare attraverso la membrana, la loro concentrazione in una delle membrane aumenta. Di norma, la densità delle particelle differisce dalla densità del mezzo. Pertanto, nel sito di concentrazione del sol, la densità del sistema differisce dal valore medio (di solito la densità aumenta con l'aumentare della concentrazione). Il sol concentrato scorre sul fondo dell'elettrodializzatore e nella camera avviene la circolazione, che continua fino a quando le particelle non vengono quasi completamente rimosse.

Le soluzioni colloidali e, in particolare, le soluzioni di colloidi liofobici, purificate e stabilizzate, nonostante la loro instabilità termodinamica, possono esistere indefinitamente. Le soluzioni sol di oro rosso preparate da Faraday non hanno ancora subito cambiamenti visibili. Questi dati suggeriscono che i sistemi colloidali possono essere in equilibrio metastabile.

La filtrazione, la dialisi, l'elettrodialisi e l'ultrafiltrazione vengono utilizzate per purificare i sistemi dispersi dalle impurità.

filtrazione (lat. Filtro- feltro) è un metodo di separazione basato sul passaggio della miscela frantumata attraverso un film poroso. In questo caso, piccole particelle di df passano attraverso i pori dei filtri convenzionali, mentre le particelle più grandi vengono trattenute. Pertanto, la filtrazione viene utilizzata anche per rimuovere particelle di grandi dimensioni dalla dispersione.

dialisi (gr. Dialisi- separazione) è un metodo per rimuovere composti a basso peso molecolare da sistemi dispersi e soluzioni di IUD utilizzando membrane. Nel dializzatore, la miscela fluida da dializzare viene separata dal solvente puro mediante un'apposita membrana (Figura 2.6). Le particelle DP e le macromolecole vengono trattenute dalla membrana, mentre le piccole molecole e gli ioni di piccole dimensioni si diffondono attraverso la membrana nel solvente e a...
la sua sostituzione sufficientemente frequente può essere quasi completamente rimossa dalla miscela dializzabile.

La capacità separante delle membrane rispetto alle sostanze a basso peso molecolare si basa sul fatto che piccole molecole e ioni passano liberamente attraverso i pori (capillari) penetrando nella membrana o dissolvendosi nella sostanza della membrana.

Vari film, sia naturali che artificiali, vengono utilizzati come membrane per la dialisi. Membrane naturali: vescica bovina o suina, vescica natatoria di pesce. Artificiale: pellicole di nitrocellulosa, acetato di cellulosa, cellophane, gelatina e altri polimeri.

Esiste un'ampia varietà di dializzatori: dispositivi per la dialisi. Tutti i dializzatori sono costruiti secondo il principio generale. La miscela da dializzare (fluido interno) è contenuta in un recipiente nel quale è separata dall'acqua o da altro solvente (fluido esterno) mediante una membrana (Fig. 2.6). la velocità di dialisi aumenta con un aumento della superficie della membrana, della sua porosità e dimensione dei pori, con un aumento della temperatura, dell'intensità di miscelazione del liquido dializzato, della velocità di variazione del fluido esterno e diminuisce con un aumento della membrana spessore.

Per aumentare la velocità di dialisi degli elettroliti a basso peso molecolare, viene utilizzata l'elettrodialisi. A tale scopo, nel dializzatore viene creato un campo elettrico costante con una caduta potenziale di 20-250 V / cm e oltre (Fig. 2.7). L'esecuzione della dialisi in un campo elettrico consente di accelerare la purificazione dei sistemi dispersi di diverse decine di volte.

Ultrafiltrazione (lat. Ultra- in eccesso, filtro- feltro) viene utilizzato per pulire i sistemi contenenti microparticelle (sol, soluzioni IUD, sospensioni di batteri, virus). Il metodo si basa sulla forzatura della miscela da separare attraverso filtri con pori che lasciano passare solo molecole e ioni di sostanze a basso peso molecolare. L'ultrafiltrazione può essere considerata come la dialisi a pressione. È ampiamente utilizzato per purificare acqua, proteine, acidi nucleici, enzimi, vitamine, ecc.