Portál:Otázky z biochemie (1. LF UK, VL)/3. Otázka

			3. Otázka
			Disperzní soustavy – rozdělení, příklady z biochemie. Rozpustnost látek.
			Otázky z biochemie (1. LF UK, VL)
			Předchozí • Další

Disperzní systémy

Disperzní systém je soustava, která obsahuje alespoň dvě fáze nebo dvě složky (chemická individua), přičemž jedna nespojitá fáze nebo složka (disperzní podíl – dispersum) je více nebo méně rozptýlena v druhé spojité fázi nebo složce (disperzním prostředí – dispergens).

Obsahuje-li systém dvě fáze, existuje určitá hranice mezi částicemi tvořícími disperzní podíl a druhou fází, která je obklopuje. Takový systém se nazývá heterogenní. Obsahuje-li naopak dvě složky a jen jednu fázi, je složka tvořící disperzní podíl rozptýlena ve složce tvořící disperzní prostředí v tak drobných částicích (atomech, molekulách), že nelze mluvit o rozhraní, a takový systém se nazývá homogenní.

Disperzní systémy lze třídit podle různých kritérií, jako je skupenství nebo velikost částic. U částic kulového tvaru se převrácená hodnota průměru částice nazývá stupeň disperzity (rozměr je m^-1). Vyšší stupeň disperzity tedy znamená jemnější rozptýlení disperzního podílu. V monodisperzním systému mají všechny částice stejnou velikost, v systému polydisperzním se vyskytují částice různých velikostí.

Podle velikosti částic zhruba rozlišujeme:

• disperze analytické (do 1 nm)
• disperze koloidní (1 nm až 1 µm);
• disperze hrubé (1 µm až 1 mm).

Jsou-li částice větší než 1 mm, nejde již o disperze, ale o souvislou hmotu.

V medicíně jsou znalosti disperzních systémů důležité zvláště při podávání léčivých látek ve formě léčivých přípravků, které mohou tvořit:

• iontové disperze;
• molekulové disperze;
• koloidní disperze.

Pevné látky ve vodě

Koloidní částice mají velikost 1-1000 nm a jsou tvořeny buď makromolekulami nebo micely. Částice se neustále neuspořádaně pohybují – Brownův pohyb. Při větších velikostech částic se nárazy molekul disperzního prostředí na částici vyrovnají, ale u koloidních částic obvykle jeden směr převládne a podle něj se pak molekula pohybuje.

Sedimentace

Částice disperzního podílu, která má větší hustotu než disperzní prostřední, postupně klesá (sedimentuje) vlivem působení gravitačního pole. Pro sedimentační rychlost platí: $v={\frac {2}{9}}\cdot {\frac {\left(\rho -\rho _{0}\right)\cdot gr^{2}}{\eta }}$

$\eta$ = viskozita prostředí, $r$ = poloměr částice, $g$ = gravitační zrychlení

Ultracentrifugací se zvýší gravitační zrychlení a tím i sedimentační rychlost.

Dialýza

Dialýza – koloidní částice jsou (ne)propustné určitými filtry, a proto je můžeme oddělit od disperzního podílu současně přítomného v roztoku, nebo i od disperzního prostředí

Elektrická dvojvrstva

Nejdůležitější vlastností koloidních částic ve vodě je existence jejich el. dvojvrstvy na povrchu. Každá kol. částice nese na svém povrchu el. náboj a přiblíží-li se dvě částice k sobě, nemohou se spojit, protože se jejich souhlasné náboje odpuzují.

Aerosoly

• Kapalina nebo pevná látka v plynu:
  • plyn + kapalina = mlha;
  • plyn + pevná látka = dým, prach.
• Nepříznivé jsou hlavně průmyslové dýmy a prachy znečišťující atmosféru.

Analytické disperze

Disperzní systém o velikosti částic <1 nm (složky nezjistitelné opticky, pouze analyticky/chemicky).

disperzní prostředí	disperzní podíl	analytická disperze
plynné	plynný	směsi plynů, parciální tlaky i objemy složek se při míchání sčítají
	kapalný	hlavně vodní páry ve vzduchu, relativní vlhkost vzduchu je podíl absolutní vlhkosti (kg páry v 1 m3) a maximální vlhkosti (absolutní vlhkost při nasycení vzduchu vodními parami) – udáváme v %
	pevný	páry tuhé látky v plynu
kapalné	plynný	plyny rozpuštěné v kapalině – viz Henryho zákon
	kapalný	směsi mísitelných (neomezeně nebo omezeně) kapalin
	pevný	pravé roztoky tuhých látek (nejčastěji ve vodě) S rostoucí teplotou roste rozpustnost, při ustavení rovnováhy se látka přestane rozpouštět a vzniká nasycený roztok. Při ochlazení nasyceného roztoku vzniká buď přesycený roztok, nebo se v případě přítomnosti vhodných kondenzačních center vyloučí pevná látka.
pevné	kapalný	voda vázaná na krystalickou sůl (ta potřebuje vodu, aby vytvořila mřížku a při zahřívání a vysoušení se rozpadá na prášek)
	pevný	tuhé roztoky, např. skla

Součin rozpustnosti

Součin rozpustnosti odvozujeme ze vztahu pro rovnovážné konstanty, které charakterizují rovnováhy chemických reakcí v heterogenních soustavách. U srážecích reakcí ve vodných roztocích, užívaných v kvalitativní analýze, se ustanovuje rovnováha mezi nezreagovanými ionty v roztoku nad sraženinou a tuhou fází sraženiny. Např. pro málo rozpustnou sloučeninu (sraženinu) Ag₂CrO₄, vznikající podle chemické rovnice

Ag₂CrO₄ $\rightleftharpoons$ 2Ag⁺ + CrO₄^2-

platí pro rovnovážný stav

$K={\frac {[{\mbox{Ag}}^{+}]^{2}\cdot [{\mbox{CrO}}_{4}^{2-}]}{[{\mbox{Ag}}_{2}{\mbox{CrO}}_{4}]}}$.

Protože při srážení je roztok nerozpustné sloučeniny nasycen a látková koncentrace nerozpustné sloučeniny je konstantní, bude také konstantní součin rovnovážné konstanty a koncentrace nerozpustné sloučeniny.

Dostáváme vztah

$K_{s}=K\cdot [{\mbox{Ag}}_{2}{\mbox{CrO}}_{4}]=[{\mbox{Ag}}^{+}]^{2}\cdot [{\mbox{CrO}}_{4}^{2-}]$

Obecně tedy je součin rozpustnosti K_s dán součinem rovnovážných koncentrací iontů v roztoku nad sraženinou, umocněných na stechiometrické koeficienty dané chemické reakce. Součiny rozpustnosti řady látek jsou tabelovány.

Podle součinu rozpustnosti můžeme posuzovat i vypočítat rozpustnosti látek za různých podmínek, závisí na teplotě, pH a přítomnosti dalších cizích iontů v roztoku. Tohoto lze využít v kvalitativní analýze, může se tak ovlivnit podle potřeby analytických postupů srážení málo rozpustných sloučenin za účelem jejich lepších separací a důkazů.