С классификации дисперсных систем по размеру частиц следует, что коллоидные растворы (золи) занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубодисперсными системами.
Поэтому получить коллоидные растворы можно двумя путями: увеличением размеров частиц истинных растворов при агрегации (конденсационный метод) или измельчением крупных частиц до коллоидного степени дисперсности (метод диспергирования).
Конденсация может быть результатом как химического, так и физического процесса. В случае химической конденсации новая фаза возникает при протекания реакций, приводящих к образованию нерастворимых в данной среде веществ (реакции восстановления, окисления, обмена и гидролиза). Условия для протекания реакций, которые применяют для получения золя, определяют опытным путем. Как правило, высокодисперсные золи получают, добавляя к разбавленного раствора одного из реактивов небольшое количество концентрированного раствора другого реактива при интенсивном перемешивании. Реакции восстановления при получении золей благородных металлов (платина, золото, серебро) проводят с применением высокомолекулярных соединений (ВМС) как защитников или без них. ВМС адсорбируются на поверхности коллоидных частиц и образуют пленку. Так получают лекарственный препарат колларгол, который является коллоидным раствором серебра, защищенное солями мезальбиновои и протальбиновои кислот. Степень гидролиза увеличивается при повышении температуры и с увеличением разведения.
К конденсационного метода получения золей относится метод замены растворителя. Например, золе, полученные в результате вливания спиртовых растворов веществ в воду.
Диспергийни методы заключаются в измельчении крупных частиц на меньшие в Дробильщик, жерновах мельницах. Для этого пользуются шаровым или коллоидным мельницей, ультразвуком. Для перевода вновь осадка в коллоидное состояние прибегают к пептизации. Впервые метод был применен в биохимии при расщеплении сложных белков на более простые и хорошо растворимые (пептоны) с помощью фермента пепсина, поэтому и получил такое название. Принципиальная разница между рассмотренными методами заключается в том, что при диспергийних методах увеличения меж-фазовой поверхности происходит за счет поступления энергии извне, а в процессах конденсации - за счет уменьшения энергии самой системы.
Независимо от применяемого метода, для получения устойчивых коллоидных растворов (золей) требуются следующие условия:
- Наличие двух взаемонерозчинних или малорастворимых компонентов как условия образования двух фаз;
- Достижение коллоидного степени дисперсности (10-7-10-9 м) частиц дисперсной фазы;
- Наличие стабилизатора, который придает системе определенной устойчивости.
При получении коллоидных растворов тем или иным методом, особенно с помощью химических реакций, практически не представляется возможным точно предсказать необходимое количественное соотношение реагентов. По этой причине в образованных золях может быть избыток электролитов, снижающих устойчивость коллоидных растворов. Для получения высокостойких систем и изучения их свойств золе подвергают очистке от электролитов и других низкомолекулярных примесей.
Очистка растворов можно проводить методом диализа (рис. 3.5) или ультрафильтрации.
Диализ заключается в выведении из золей низкомолекулярных веществ чистым растворителем с помощью мембраны. Заменяя растворитель в диализаторе, можно практически полностью выделить примеси электролитов и низкомолекулярных неэлектролитов. Но этот процесс достаточно длительный.
Электродиализ - это процесс ускорения диализа с использованием электрического тока. Прибор для его осуществления называется Электродиализатор. Под действием электрического тока происходит перенос ионов из средней камеры в анодной и катодной, который погружены соответствующие электроды. Золь в средней камере в течение короткого времени (минуты, часы) может быть очищенным от растворенных солей.
Компенсационный диализ и вивидиализ - методы, разработанные для исследования биологических жидкостей - коллоидов. Принцип метода компенсационного диализа состоит в том, что в диализаторе вместо чистого растворителя применяют растворы различной концентрации вещества, нужно определить. Например, для определения свободного сахара в сыворотке крови проводят ее диализ против изотонического солевого раствора, содержащего различные количества сахара. В этом растворе, где концентрация сахара равна концентрации свободного сахара в сыворотке крови, при диализа концентрация сахара не меняется.
К этому методу близок метод вивидиализ (диализ при жизни), которым пользуются для определения в крови низкомолекулярных веществ.
Принцип компенсационного вивидиализ был использован при создании аппарата «искусственной почки», который позволяет очистить кровь от продуктов обмена веществ.
Ультрафильтрация - это фильтрация коллоидного раствора через полупроницаемую мембрану, которая пропускает дисперсную среду с низкомолекулярными примесями и задерживает частицы дисперсной фазы или макромолекулы. Для ускорения процесса ультрафильтрацию проводят при перепаде давления по обе стороны мембраны, обеспечивается присоединением прибора к вакуум-насосу. Мембрана изготавливают из пергамента, целлофана, асбеста, керамики и других материалов. Методом ультрафильтрации можно получить концентрированный раствор, а также провести Препаративное разделения дисперсных систем.