Молекулярно-кинетические свойства коллоидных растворов

Молекулярно-кинетические свойства золей связаны с движением час­тиц дисперсной фазы. Особенности молекулярно-кинетических свойств золей зависят в основном от степени дисперсности частиц (от величины их) и проявляются в сотни и тысячи раз слабее, чем у истинных раст­воров.

Броуновское движение выражается в том, что частицы дисперсной фазы под влиянием ударов молекул растворителя находятся в состоянии непрерывного хаотического движения. Впервые его обнаружил английс­кий ботаник Р.Броун, наблюдая за пыльцой растений в воде. Чем меньше размер частиц, тем интенсивнее их броуновское движение. Следовательно, броуновское движение золей замедленно по сравнению с таковым истинных растворов. С повышением температуры интенсивность броуновского движения возрастает.

Диффузия – это самопроизвольный процесс выравнивания концентра­ции дисперсной фазы по всему объему дисперсионной среды за счет бро­уновского движения. Скорость диффузии прямо пропорциональна степени невыравненности концентрации и зависит также от величины и формы частиц, температуры и обратно пропорциональна размеру частиц и вязкости дисперсион­ной среды. Таким образом, при одинаковой температуре скорость диффузии в коллоидных растворах будет в сотни и тысячи раз меньше, чем в истинных.

Процессы диффузии играют важную роль в организме, прежде всего, участвуя в перемещении питательных веществ, продуктов обмена и т.д. Так, продукты переваривания пищи попадают в капилляры кровеносных сосудов путем диффузии их из латеральных клеток стенки кишечника в указанные капилляры. Скорость многих процессов в организме зависит от скорости диффузии реагирующих веществ, а не от химических реакций, которые при участии ферментов (биологических катализаторов) проис­ходят с огромной скоростью.

Осмотическое давление

В природе растворы часто разделены мембраной, проницаемой толь­ко для молекул растворителя. В таких случаях между ними возникает яв­ление, называемое осмосом. Осмос – это самопроизвольное проникновение молекул раство­рителя через мембрану из растворителя в раствор или из раствора с низкой концентрацией в раствор с более высокой концентрацией вещества.

Для возникновения осмоса необходимо растворы разных концентраций привести в соприкосновение через полупроницаемые мембраны, роль которых для водных растворов могут выполнять как животные и растительные мембраны (оболочка бычьего пузыря, стенки кишечника, оболочки клеток), так и искусственные мембраны (пленки из коллодия, целлофана, железистосинеродистой меди).

Простейший способ измерения избыточного гидростатического дав­ления представлен на рис.1.6.

 

 

Рис. 1.6. Измерение избыточного гидростатического давления

 

Высота столба жидкости в цилиндрической трубке прибора (площадь сечения берется равной 1 см²), при которой устанавливается динамическое равновесие, определяет осмотическое давление раствора.

Осмотическое давление прямо пропорционально числу молекул или коллоидных частиц, содержащихся в единице объема раствора, т.е. оно прямо пропорционально концентрации раствора. Кроме того, осмотическое давление прямо пропорционально температуре. Вант-Гофф объединил две эти закономерности, сведя их в одну формулу (уравнение Вант-Гоффа):

 

π = с^. R^. T, где

 

π – осмотическое давление;

с – концентрация раствора, моль/л;

R – коэффициент пропорциональности (универсальная газовая

постоянная).

 

Если концентрация раствора равна 1 моль/л, то согласно закону Вант Гоффа осмотическое давление этого раствора при О^о С будет равно:

Атм.

 

Если учесть, что коллоидные частицы во много раз крупнее частиц истинных растворов, то при одной и той же весовой концентрации этих растворов в единице объема золя частиц содержится намного меньше, чем в таком же объеме истинного раствора. Следовательно, осмотическое давление в золях очень мало по сравнению с таковым истинных растворов. Так, осмотическое давление 1%-го раствора глюкозы равно 509 мм ртут­ного столба, тогда как давление 1%-го золя оксида мышьяка (Аs₂О₃) – 0,026 мм рт. ст.

Пример. Вычислить осмотическое давление 0,5 М раствора сахарозы при 37^о С.

Осмотическое давление вычисляем по формуле:

π = с^. R^. T

π = 0,5 ^. 0,082 ^. (273+37) = 0,5 ^. 0,082 ^. 310 = 12,7 (атм.)

Кроме того, золи характеризуются очень малым понижением темпе­ратуры замерзания и повышением температур кипения по сравнению с этими свойствами истинных растворов.