4. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем

Молекулярно-кинетическими называются свойства, которые связаны с хаотическим тепловых движением частиц. К ним относятся - броуновское движение, диффузия, осмотическое давление, седиментация. Эти свойства определяются размерами частиц и их фракционным составом.

Броуновское движение - хаотическое движение частиц дисперсной фазы под действием ударов частиц дисперсионной среды. Этот вид движения характерен для частиц с размерами < 10^-6 м. Если размеры частиц дисперсной среды больше, то частицы лишь колеблются. Интенсивность броуновского движения зависит от размера частиц, температуры, вязкости дисперсионной среды.

Диффузия - процесс самопроизвольного переноса вещества за счет теплового движения, который приводит к выравниванию концентраций или к установлению равновесных концентраций. Диффузия имеет определенную скорость, которая определяется законом Фика:

Скорость диффузии прямо пропорциональна разности концентраций и площади поверхности, через которую происходит диффузия.

, где

- скорость диффузии, кг/с

S - площадь поверхности,

- градиент концентраций, кг/м⁴

D - коэффициент диффузии, м²/с

D - экспериментально определяемая величина.

D=

где k_б – константа Больцмана;

r –радиус частицы;

 - вязкость среды.

Определив D, можно рассчитать размеры коллоидных частиц. Для коллоидных частиц коэффициент диффузии 100 раз меньше, чем для атомов и молекул.

Осмотическое давление подчиняется закону Вант-Гоффа:

, где

С_ - частичная концентрация, м^-3 - число частиц в единице объема, определяется отношением массы дисперсной фазы к массе коллоидной частицы.

Осмотическое давление коллоидных растворов в 1000 раз меньше осмотического давления истинных растворов.

Седиментация - процесс оседания частиц дисперсной фазы под действием силы тяжести или центробежных сил.

Скорость оседания частиц под действием силы тяжести можно оценить по формуле:

, где

u - скорость оседания

r - радиус частицы дисперсной фазы

 - вязкость среды

, ₀ - плотности дисперсной фазы и дисперсионной среды соотвественно.

Т.о., скорость оседания прямо пропорциональна r². Частицы грубодисперсных систем оседают с заметной скоростью. Поэтому грубодисперсные системы седиментационно не устойчивы. Частицы коллоидных размеров под действием силы тяжести практически не оседают и являются седиментационно устойчивыми. Например, время, необходимое для оседания в воде частицам кварца с ра­диусом 10~⁸ м на расстояние 10~² м, равняется 359 дням.

Для седиментации коллоидных частиц используют ультрацентрифугирование. Так изучают седиментацию белков, вирусов.

Определение скорости оседания положено в основу седиментационного анализа, с помощью которого можно определить раз­меры частиц и их фракционный состав — число частиц разного размера. Седиментационный анализ широко используют для ка­чественной оценки функционального состояния эритроцитов. Скорость оседания эритроцитов (СОЭ) значительно изменяется при различных заболеваниях и позволяет врачу делать заклю­чение о состоянии организма пациента.