Dispersinės sistemos Elektrocheminės savybės

Dispersinės sistemos Elektrocheminės savybės

Micelė. Fe(OH)3 zolis (koloidinis tirpalas) Vykstant FeCl3 hidrolizės reakcijai gali susidaryti Fe(OH)3 zolis: FeCl3(aq) + 3H2O(sk) Fe(OH)3(k) + HCl(aq) FeOCl(k)

Fe(OH)3(k) + 3HCl(aq) FeOCl(k) + H2O(sk)

FeO+(aq) + Cl-(aq)

Šviesos šaltinis

FeCl3 tikrasis tirpalas Fe(OH)3 koloidinis tirpalas (zolis)

Micelė. Fe(OH)3 zolis (koloidinis tirpalas) Koloidinio tirpalo dalelių – micelių, susidarymas: FeCl3(aq) + 3H2O(sk)

Fe(OH)3(k) + 3HCl(aq)

Fe(OH)3(k) + HCl(aq)

FeOCl(k) + H2O(sk)

FeOCl(k)

FeO+(aq) + Cl-(aq)

micelė

{m[Fe(OH)3] · nFeO+·(n-x)Cl-}x+ · xClbranduolys

adsorbcijos sluoksnis

koloidinė dalelė (granulė) m[Fe(OH)3] FeO+

difuzinis sluoksnis priešjoniai

difuzinis sluoksnis adsorbcinis sluoksnis branduolys

micelė koloidinė dalelė

Micelė. H2SiO3 zolis H2SiO3(k)

micelė

2H+(aq) + SiO32-(aq)

{m[SiO2·yH2O]·nSiO32-·2(n-x)H+}2x-·2xH+ branduolys

adsorbcijos sluoksnis

koloidinė dalelė (granulė)

m[SiO2·yH2O] SiO 23

difuzinis sluoksnis priešjoniai

difuzinis sluoksnis adsorbcinis sluoksnis branduolys

Pastaba: koloidinė dalelė gali turėti elektrinį krūvį, tačiau micelė visuomet yra neutrali !

Koloidinių dalelių krūvis Fe(OH)3 koloidinio tirpalo dalelės yra teigiamos +

{m[Fe(OH)3]·nFeO+·(n-x)Cl-}x ·xClkoloidinė dalelė (granulė)

H2SiO3 koloidinio tirpalo dalelės yra neigiamos

-

{m[SiO2·yH2O]·nSiO32-·2(n-x)H+}2x ·2xH+ koloidinė dalelė (granulė)

Agregatinis patvarumas Koloidinis tirpalas yra patvarus, kol jo dalelės yra vienodo krūvio ir šis krūvis yra pakankamo dydžio. elektrostatinė atostūmos jėga

-

+ + +

-

+ + +

+

+

+

+

-

elektrostatinė atostūmos jėga

-

-

+

-

+

-

+

-

-

+

-

Traukos jėga susijusi su paviršinės energijos sumažėjimu

+

-

+

-

Koaguliacija

Fe(OH)3 nuosėdos

Fe(OH)3 koloidinis tirpalas

Na(OH) tirpalas

Koaguliacija – dispersinių dalelių stambėjimas dėl tarpusavio susijungimo.

Koaguliacija elektrolitų tirpalais Pvz.: Fe(OH)3 koloidinių dalelių branduolių paviršiuje vyksta disociacija: Fe(OH)3(k) Fe3+(aq) + 3OH-(aq), todėl koaguliaciją sukelia tirpalo pH didinimas (t.y. [OH-] didinimas).

Sumažėjus -arba išnykus zolio - dalelių krūviui įvyksta koaguliacija

-

elektrostatinė atostūmos jėga sumažėja

-

+ + +

+ + +

+

elektrostatinė atostūmos jėga sumažėja

+

+

+

-

-

+

-

-

-

-

+

-

+

-

-

+

-

Traukos jėga susijusi su paviršinės energijos sumažėjimu

+

-

+

-

Elektrokinetinis potencialas koloidinės dalelės paviršius

E (potencialas)

φ - pilnas arba

φ

termodinaminis dalelės potencialas

ζ - elektrokinetinis dalelės potencialas

ζ =0 adsorbcinis sluoksnis

x (atstumas) difuzinis sluoksnis

Kai elektrokinetinis potencialas ζ lygus 0 dispersinės dalelės būsena vadinama izoelektrine

Elektroforezė Dispersinės fazės dalelių judėjimas elektriniame lauke vadinamas elektroforeze

-

+

-

+ + +

+ -+

-

+

-

+

+

-

{m[Fe(OH)3]·nFeO+·(n-x)Cl-}x+ · xCl Pavyzdžiui: Fe(OH)3 koloidinio tirpalo dalelės judės link neigiamai įkrauto elektrodo (katodo) nes jos turi teigiamą krūvį.

Elektroforezė. Elektrokinetinio potencialo nustatymas ζ=

4πηlu Eε

η – tirpalo klampumas l – atstumas tarp elektrodų u – elektroforezės greitis E – įtampa tarp katodo ir anodo ε – terpės dielektrinė skvarba

Baltymų elektroforezė NH 2 O

H2N

C

H 2N

+H N 3

+ H2 O

O

ištirpinimas vandenyje

C

+ H 3N

O-

+ + OH-

O

C

O

C

OH

+ NH 3

O

OH

+

-

+ NH 3

+H N 3

O C

+ H 3N

O

C

O-

O

Pavyzdžiui: Jei baltymo makromolekulėje bazinių grupių (-NH2) yra daugiau nei rūgštinių (-COOH), vandeniniame tirpale tokia makromolekulė įgaus teigiamą krūvį, todėl elektroforezės metu ji judės link neigiamai įkrauto elektrodo (katodo). Kuo didesnis makromolekulės krūvis tuo ji greičiau judės link šio elektrodo.

Baltymų elektroforezė. Izoelektrinis taškas + NH 3

+H N 3

O C

+ H 3N

H2N

+

OH-

O

tirpalo pH pakeitimas

C

+ H 3N

O-

0 + H2 O

O

C

O

C

O-

+ NH 3

O

O

+

-

+ NH 3

H2N

O C

+ H 3N

O

C

O-

O

Keičiant tirpalo pH dėl grįžtamos bazinių (-NH2) bei rūgštinių (-COOH) grupių jonizacijos pasikeičia ir makromolekulės krūvis. Pavyzdžiui: jei makromolekulėje dominavo bazinės grupės t.y. vandeniniame tirpale ji turėjo teigiamą krūvį, padidinus tirpalo pH, dalis -NH3+ dejonizuojasi iki -NH2 ir makromolekulė gali tapti neutralia. Toks makromolekulės būvis vadinamas izoelektriniu, o pH reikšmė – izoelektriniu tašku.

Elektroforezės greitis Krūvį turinčių dispersinių dalelių judėjimo greitis elektriniame lauke: u=

Ez 6πlrη

E – įtampa tarp katodo ir anodo z – dalelės krūvis l – atstumas tarp elektrodų r – dalelės radiusas η – tirpalo klampumas

Pavyzdys: SDA gelių elektroforezė Eksperimento eiga: SDS natriododecilsulfatas (sodium dodecyl sulfate)

1. Paruošiamas mėginys, pavyzdžiui baltymų molekulės gali būti denatūruojamos, pridedama paviršiui aktyvi medžiaga (pvz. SDS), padidinanti baltymo molekulių krūvį; 2. Paruošiamas gelis ir juo užpildomas elektroforezės indelis; 3. Užpylus mėginį ant vieno gelio indelio krašto, sukuriamas aukštos įtampos elektros laukas ir vykdoma elektroforezė; 4. Analizuojami gauti duomenys, pavyzdžiui apšvitinus gelį ultravioletiniais spinduliais, nufotografuojama ir nustatomi atstumai, kuriuos “nukeliavo” mėginyje esančios medžiagos

Pavyzdys 1 Buvo vykdyta baltymo BSA (jaučio serumo albumino) elektroforezė esant skirtingai terpės pH. Gauti tokie duomenys: pH

4.20

4.56

5.20

5.65

6.30

7.00

elektroforezės greitis u, µm·s-1

0.50

0.18

-0.25

-0.65

-0.90

-1.25

5

6

Nustatykite šio baltymo izoelektrinį tašką.

Baltymo BSA izoelektrinis taškas yra esant pH = 4.86

0.5

u, µ m s -1

Braižoma baltymo elektroforezės greičio priklausomybės nuo tirpalo pH tiesė. Surandama tiesės susikirtimo su 0-niu greičiu pH reikšmė.

Išvada: izoelektrinis taškas yra tokia terpės pH reikšmė, kuomet elektroforezės greitis u lygus 0.

0.0 -0.5 -1.0

4

4.86

pH

7

Dispersinių sistemų optinės savybės Šviesos išbarstymas (Tindalio efektas arba kūgis)

FeCl3 tirpalas

Fe(OH)3 koloidinis tirpalas

Dispersinių sistemų optinės savybės Relėjaus (Relay) lygtis:

I = I0K

nV

2

λ4

I – išbarstytos šviesos intensyvumas; I0 – krintančios šviesos intensyvumas; λ – krintančios šviesos bangos ilgis; V – dalelės tūris; n – zolio dalelių koncentracija; K – konstanta, priklausanti nuo dispersinės fazės ir terpės optinių savybių.

Paviršiui aktyvios medžiagos (PAM) Aliejaus-vandens emulsijos stabilizavimas naudojant muilą (pvz. Na stearatą) C17H35COONa ↔ C17H35COO- + Na+ paviršiui aktyvus jonas