хімія в нанокаплях
- 1. (ОБЛАСНИЙ ТУРНІР ЮНИХ ХІМІКІВ)
- 2. 1. Дисперсні системи Міцелярні структури утворюються в гетерогенних (неоднорідних) розчинах поверхнево – активних речовин. ПАР – це хімічні сполуки, які концентруються на поверхні розподілу фаз та викликають зниження поверхневого натягу. Гетерогенні розчини ще називають дисперсними. Дисперсний розчин – це система, що містить дрібні частинки (дисперсна фаза), які розподілені в однорідному середовищі (дисперсна фаза). Це зображено на мал.. 3.1 Існують з різними ступенями дисперсності: класифікація таких розчинів наведена в таблиці 3.2. На даній таблиці ми бачимо, що саме колоїдні розчини мають розмір дисперсної фази від 1 до 100 нм. А в даному нам завданні звучить слово «нанокапля», що означає частинку розміром 1*10-9 м, а це є 1 нм (нанометр). Отже, щоб розкрити дане питання, ми докладніше розглянемо саме такі колоїдні системи – золі. Прикладами золей є кров, цитоплазма, соки рослин, розчини антибіотиків та ін.. 2. Будова міцели. Саме золі містять частинки твердої речовини, що мають назву – міцели. Міцели – це скупчення правильно розміщених молекул, які втримуються дисперсійним середовищем і мають розмір ≈ 1 нм (нанометр). Міцели перебувають в броунівському (безперервному) русі. Саме він перешкоджає осіданню міцел під дією сили тяжіння і є однією з причин стійкості міцелярних розчинів. Та причиною стійкості є не тільки броунівський рух, а те, що на поверхні міцел відбуваються складні явища електричної природи.
- 3. Щоб краще з ними ознайомитися, розглянемо будову колоїдної міцели в розчині, що утворюється при розчиненні нітрату срібла в надлишку калій йодиту: AgNO3 + KI → AgI↓ + KNO3 (мал.1) Заряджене ядро (+) притягує з розчину іони з протилежним зарядом – проти іони. Частина іонів абсорбується на поверхні ядра. Утворюючи абсорбційний шар. Решта проти іонів утворюють дифузійний шар, який і перешкоджає зближенню і об’єднанню міцел. Саме ця властивість міцелярних розчинів здійснила великий крок вперед у розробці новітніх нанотехнологій в різних сферах життєдіяльності людини. Яскравим прикладом застосування міцелярних структур є утворення міцел в розчині широко відомого лаурилсульфату натрію. Завдяки міцелам даної сполуки, всі засоби ретельно очищуються. Цей процес відбувається так: міцели проникають до часточок бруду (на шкірі, або на тканинах), зв’язують їх в своїй міцелярній структурі і дбайливо видаляють. 3. Хімічні реакції в міцелярних структурах Розглянемо докладніше хімічні реакції, які відбуваються в міцелах. В першу чергу треба сказати, що всі хімічні процеси в міцелах приводять до утворення твердої фази, яка і є активним компонентом розчину. Перший тип реакції – це реакції гідратації (взаємодія з водою). Процес гідратації використовують в харчовій промисловості для розщеплення білків (м’ясо, риба) та полісахаридів, які за звичайних умов є нерозчинними у воді. Далі розглянемо окисно-відновні реакції. За допомогою реакції окислення одержують міцели сірки: H2S + SO2 → S↓ + H2O
- 4. Саме такі міцелярні розчини використовують у фармації для виготовлення препаратів на основі сірки. Це, наприклад, гарлемський бальзам – розчин для втирання, при захворюваннях шкіри; сірчане молочко – засіб проносної дії. Реакції відновлення дозволяють одержати срібло. Процес відбувається так: NaOH + AgNO3 + HCOH → Ag↓ + HCOONa + H2O Міцели золю срібла теж широко використовуються в медицині. Це різноманітні антисептичні препарати. Наприклад, протаргол і коларгол – це протизапальні та антибактеріальні медикаменти, які використовують при захворюваннях верхніх дихальних шляхів, очей, для знезараження гнійних ран. Також відомий ще один препарат такої ж дії – це колоїдне срібло. Електричним методом користуються в гірничодобувній промисловості. Завдяки йому одержують дорогоцінні метали. Опишемо процес на прикладі міцел золота: Na2CO3 NaAuO2 + HCOH Au↓ + HCOONa + H2O Через даний колоїдний розчин пропускають електричний струм. На аноді виділяється міцелярна структура золота. Далі дією високих температур міцели переводять в пару. І, охолодивши (конденсувавши) пару, одержують золу чистого золота. Ще існують реакції діалізу. Завдяки їм всі розчини, які проникають крізь рослини, тваринні та людські мембрани клітин, очищують від домішок. Ще одним хімічним процесом, що відбувається на поверхні міцел є міцелярний каталіз. Завдяки міцелярному каталізу відбувається утворення латексу. Саме з латексу одержують штучний каучук, з якого виготовляють безліч промислових виробів, зокрема, волокна, гуми та пластмаси.
- 5. Міцелярний каталіз дозволяє одержати такий надзвичайно важливий препарат – штучна кров. А у фармації цим методом користуються для одержання непроникних захисних оболонок (капсул), якими покривають порошки, каплі та вітаміни. Завдяки міцелярному каталізу відбувається піноутворення в засобах пожежогасіння. Також цей процес використовують нафтопереробній промисловості для одержання різноманітних вуглеводів (наприклад, бензину) з високим октановим числом. 4. Висновок Підбиваючи підсумки всього вищесказаного, можна зробити висновок, що всі хімічні процеси, які відбуваються в міцелярних структурах, є рушійною силою прогресу в різних галузях життєдіяльності людини. Їх унікальність полягає в тому, що саме вони дають можливість отримувати високоякісні медичні та фармацевтичні препарати, засоби гігієни, різноманітні миючі та косметичні засоби, і безліч інших засобів, які так необхідні людям у повсякденному житті.