Тема 2. Колоидные ПАВ и дисперсные системы.

Не принимали участия в подготовке этого пособия

Методические указания по сдаче итогового модуля второго семестра по курсу «Химия биомолекул и наносистем».

1-ое издание

Подготовлено:

Федоров А. Ю.

Москва. 2015

Предисловие.

Будучи огорчен качеством преподавания химии в РНИМУ, и тем более, способом последующего контроля качества образования – тестами, я решил оказать посильную помощь студентам в сдаче оных. Пособие представляет собой краткую, насколько возможно, инструкцию, как минимально загрузив голову таки сдать этот окаянный тест. Я исследовал большое их количество, обобщил результаты. Вопросы были мной разделены на темы в таком порядке, в каком вы их изучали или якобы изучали, кому как повезло. На каждый вид вопросов я постарался дать ответ, в меру научный, чтобы все-таки не слишком уйти от своих химических корней, но и достаточно ясный, чтобы он мог быть воспринят среднестатистическим студентом. Теперь я представляю свой труд на суд и пользование широкой общественности, надеюсь, моё творение сможет послужить к чьей-нибудь пользе.

Конечно, многим хотелось бы иметь готовые ответы и не париться. Объясню, почему такое желание глупо. Во-первых, вопросов уже сейчас многие сотни. Вы банально запутаетесь в горе правильных ответов, даже если они у вас будут. Во вторых, изучение динамики показывает, что каждый день добавляются новые вопросы, то есть всех правильных ответов от всех вопросов у вас все равно не будет. А глядя на все это глобально, по-моему, все же лучше что-то понимать и мыслить, чем всю жизнь списывать.

В этой методичке я гораздо больше, чем раньше, обращал внимание на понимание сути явлений. Это является следствием бОльшего, чем раньше, разнообразия вопросов. Поняв, как устроено нечто, вы сможете ответить на любой вопрос, с этим связанный. Но это имеет и отрицательную сторону – пособие получилось огромным по объему, и более трудно воспринимаемым. В более поздних редакциях я постараюсь это исправить. К сожалению, в этом разделе многие темы содержат плохо классифицируемые вопросы, поэтому зачастую нам приходилось давать набор правильных ответов, а не связанную теорию. Это касается тем коллоидные ПАВ, растворы ВМС и нарушение устойчивости растворов ВМС. Желающие приобщиться к этой теории могут почитать прекрасную книгу Сергеева «Коллоидная химия», желто–черно–зеленая в мягкой обложке. Там очень мало и только все то, что нужно.

Заранее благодарен за адекватные комментарии, дополнения и исправления к тексту. Давайте будем вместе улучшать это пособие. Приношу извинения за возможные опечатки и неточности. Первое – следствие сжатых сроков подготовки, второе – следствие изложить материал проще, что приводит к упрощениям, иногда с утратой важных деталей. Текст создан исключительно из гуманных соображений и распространяется безвозмездно.

Удачи, ни пуха, ни пера, дорогие любители химии.

Федоров Алексей, «Леша-химик»

Третьяков Данил

Алиакберова Камила

17.05.2015

Тема 0. Пролог.

Темы, изученные вами в прошлом году, но основательно забытые, нужно максимально подробно восстановить в памяти. Совершенно неуместно и глупо будет выглядеть, если нам с вами придется заниматься такими банальными вещами, как выяснения того, что такое альдегид, карбновая кислота, амин и т.д. Найдите методичку от прошлого года, она может пригодиться. Для слоупоков могу рекомендовать обратить внимание на приложение 1, там изображены группы органических соединений, невредно будет все это вспомнить. Немного сложнее, но тоже нужно вспомнить такие понятия как имин, амид. Обратите внимание на изученные в прошлом году реакции гидрирования (+2Н), гидратации (+Н2О), дегидрирования (-2Н), дегидратации (-Н2О). и т.п., все это встречается. Я собираюсь часто использовать слова «субстрат» и «реагент» немного не в том значении, как они используются в оригинале, поэтому объясню свое значение. Субстрат – это первое вещество в реакции, а регент – второе. Например, в реакции HOCH₂CH₂NH₂ + CH₃COSCoA = HOCH₂CH₂NH-COCH₃ + HSCoA, HOCH₂CH₂NH₂ – субстрат, CH₃COSCoA – реагент.

Тема 1. Липиды

Введение. Основным, что нужно понять – это из чего состоят липиды и, соответственно, что из них получается при гидролизе.

	Название	Из чего состоит-что получается при гидролизе	Связи
Простые липиды	воск	Одноатомный спирт+жирная кислота	1 сложноэфирная
жир	Глицерин+ 3 жирных кислоты	3 сложноэфирных
Фосфолипид, глицеролипид	фосфатидовая кислота	Глицерин+ 2 жирных кислоты+ фосфорная кислота	3 сложноэфирных
фосфатидилэтаноламин (коламинкефалин)	Глицерин+2жирных кислоты+фосфорная+коламин	4 сложноэфирные
фосфатидилхолин (лицитин)	Глицерин+2жирных кислоты+фосфорная+холин	4 сложноэфирные
фосфатидилсерин	Глицерин+2жирных кислоты+фосфорная+серин	4 сложноэфирные
Сфинголипид	церамид	Сфингозин+жирная кислота	1 амидная
Сфинголипид, фосфолипид	сфингомиелин	Сфингозин+жирная кислота+фосфорная+холин	1 амидная и 2 сложнофжирных
Сфинголипид, гликолипид	цереброзид	Сфингозин+жирная кислота+углевод(глюкоза, манноза, галактоза)	1 амидная, 1 гликозидная
ганглиозид	Сфингозин+олигосахарид+жирная кислота естесна	1 амидная, 1 гликозидная

Формулы всей этой радости можете найти в приложении хехе

Так же важно иметь ввиду формулы жирных кислот. Их всего 6:

насыщенные(пальмитиновая, стеариновая)

ненасыщенные(олеиновая(1), линолевая(2), линоленовая(3), арахидоновая(4))

цифры в скобках означают количество двойных связей, в некоторых вопросах это важно

Типичные вопросы:

1. Состав липидов для Гоши и Рашида

Пример:

МОРГАЛА В ТАБЛИЦУ!!!^^^

Как с этим бороться:

С*ки, посмотрите в таблицу!!!

Связи

Пример:

Сфингомилеин – это как миозин, но только немножко с финго…

Как с этим бороться:

Нужно понять какого это вида липид(на картинке сфингомиелин), а дальше – посмотреть таблицуJ

3. Двойные связи в жирных кислотах.

Пример:

Ох уж эти названия..

Как с этим бороться:

Ненасыщенные жирные кислоты своими тентаклями двойными свЯзями могут вступать в реакции, характерные для алкенов(привет ЕГЭ) с галогенами(F, I, Cl, Br), водородом, галогеноводородами и водой, т.е. если в липиде есть ненасыщенная жирная кислота то он может вступать во все эти реакции, но осталось еще прочитать эти названия.

4. Количество двойных связей

Пример:

Как с этим борться:

Самое сложное в этом вопросе – прочесть название вещества. В названии нужно увидеть названия жирных кислот, что является не тривиальной задачей. Это же просто язык сломать можно. В названии находим названия жирных кислот. В жирных кислотах – двойные свзяи. Обратите внимание, что в липидах есть сфингозин(церамид, сфингомиелин, цереброзид), будет +1 двойная связь за счет сфингозина.

5. Гидролиз

Пример:

Спойлер: Б

Коммент:

При гидролизе или омылении липидов получаются те вещества¸из которых они состояли. ВНЕЗАПНО ДА??? НЕ ЖДАЛИ, КОЗЛЫ???!!!!!!!!!!!!!!!!!11111!!

ТАБЛИЦУ СМОТРИТЕ.

Обратное утверждение тоже верно. Например если при гидролизе некоего липида получается глицерин, 2 жирные кислоты и фософрная кислота, то следовательно исходный липид был фосфатидовой кислотой. При омылении, в отличие от гидролиза, жирные кислоты выделяются в виде солей, т.е. при гидролизе воска получится одноатомный спирт и жирная кислота, а при омылении воска – одноатомный спирт и соль жирной кислоты.

Два тупых утверждения

ЁЁЁЁЁЁЁЁЁЁЁЁЁЁЁЁЁЁЁЁЁЁЁ

Просто читайте учебник. Из сочувствия вам можем ответить – оба ответа верные

Только А(ответ с)

Соотнесите сраные формулы

Ох уж эти заборы…

Как с этим бороться: в приложении должны быть формулы составляющих липидов, а так же самих липидов. Если их нет в приложении – учебник, гугль, шпоры, такие пироги

Ассиметрические атомы.

Ох уж эти заборы…

Сфингозин в формууле дает +2 к асимметрическим атомам, углеводы (глюкоза, маноза, галактоза) дают +5 к асимметрическим атомам. Для чайников: в церамидах и сфингомиелинах 2 ассиметрических атома, в цереброзидах – 7.

Тема 2. Колоидные ПАВ и дисперсные системы.

Введение: Это сложная тема, т.к. много разнообразных вопросов. Фактически тема состоит из 2 не сильно связанных разделов: дисперсные системы и коллоидные ПАВ. Опишем отдельно каждый раздел.

Дисперсные системы – это системы, состоящие из частиц, распределенных в среде. Важно понять, какими они бывают.

Частицы	Среда	Система	Примеры
Твердые	Твердая	Сплав – для РНИМУ это не нужно	-
Твердые	Жидкая	Суспензия (золь)	Кровь
Твердые	Газ	Аэрозоль	Пыль, дым, порошок
Жидкие	Твердая	Пористые тела	Губки во влажном состоянии
Жидкие	Жидкая	Эмульсия	Нефть, молоко и еще 100500 примеров
Жидкие	Газ	Аэрозоль	Туман, облака
Газообразные	Твердая	Пористые тела	Губки сухие, пенза
Газообразные	Жидкая	Пена	Мыльная пена

Для ответа на многочисленные вопросы надо иметь ввиду, что все эти системы гетерогенны, лиофобны, агрегативно, седиментационно и термодинамически неустойчива (кроме золя – он устойчив только седиментационно). Они не образуются самопроизвольно, а образуются только в присутствии стабилизаторов. Свободнодисперсные системы – все, кроме систем с твердой средой. Системы с твердой средой называют связаннодисперсными.

Скажем пару слов об отдельных видах наиболее модных систем:

1. Суспензии и золи. Две системы вида «Твердое в жидком» отличаются размером частиц – в суспензиях крупные, а в золях мелкие. Следовательно более легкие, а потому не оседают – седиментационно устойчивы.

2. Эмульсии – системы вида жидкое в жидком. Эмульсии бывают прямые и обратные. Прямые – частицы масла в воде (М/В), обратные – частицы воды в масле (В/М).

Вторая составляющая этого раздела – коллоидные ПАВ. Это органические вещества дифильного строения (радикалл и группы, например C17H33COONa) с числом атомов углерода от 10 до 20. Если углерода меньше, ПАВ называется истинно растворимым. ПАВ являются стабилизаторами всех дисперных систем (эмульгаторами), в этом связь этих двух частей. К коллоидным ПАВ еще относят липиды и желчь. Для ПАВ характерно образовывать мицеллы. С12Н33СООNa схематично можно изобразить значком черточка-кружочек. Черточка означает гидрофильный хвост, С12Н33, а кружок – гидрофильную группу, СООNа. Для ПАВ в растворах характерно делать так, как нарисовано ниже.

Рис.1 Прямая мицелла коллоидного ПАВ

ПАВ, спасая свои гидрофобные задницы, собираются в кучи, то есть движущей силой мицелообразования является гидрофобное взаимодействие. При попадании другого гидрофобного вещества (например, бензол) оно стремится занять положение между хвостами. Такое явлене называют солюбилизацией и оно изображено ниже:

Рис. 2 Солюбилизация в прямой мицелле.

Если среда – не вода, а вещество, не растворяющееся в воде, то мицелла выстраивается головками внутрь.

Рис. 3 Солюбилизация воды в обратной мицелле.

Типичные вопросы:

1. Простые вопросы про дисперсные системы

Пример:

Это легкий вопрос, ну как же вам не стыдно не ответить на такой легкий вопрос (Спойлер: D)

Как с этим бороться:

Прочитать таблицу во введении.

2. Задачи про скорость расслоения и оседания.

Пример:

Это как школьная задача в третьем классе. Сорян, криво заскринили.

Как с этим бороться:

Решается как в школе. Путь = время × скорость. Обратите внимание, что в задачах всегда имеют ввиду время ПОЛУоседания или расслоения, то есть под путем понимаем половину объема пены или эмульсии, а не весь. Т1/2 – время, за которое оседает половина пены. Этим временем характеризуют устойчивость пен.

Смотрите пример. Объем 60 мл, но нам надо время полуоседания, поэтому берем 30. Скорость 1 мл/с, время = путь/скорость = 30/1 = 30 секунд. В ответах вы этого не видите потому, что мы этого не заскринили. Применение эмульсий.

Пример:

Чем же лечить человека? (Спойлер: A)

Как с этим бороться:

В фармакологии прямые эмульсии называют сиропами и используют угадайте куда – в рот, пирорально, не ждали? Обратные эмульсии – крема, применяются наружно. Аэрозоли – в нос.

3. Разрушение дисперсных систем.

Пример:

Спойлер: A

Спойлер: C

Спойлер: B

Спойлер: А. Ну люди, ну включите голову! Вы серьезно думаете, что добавление пеноОБРАЗОВАТЕЛЯ может привести К РАЗРУШЕНИЮ пены? Или продувание пузырьков воздуха? Или встряхивание? Ну больше же пениться будет только.

Как с этим бороться:

Общего способа не существует, однако когда спрашивают про химический метод, дают в качестве напрвильных ответов 3 физических способа (перемешивание, взбалтывание, ультразвук и тому подобная херня) и 1 правильный – добавление какого-нибудь вещества – химический же. Когда спрашивают про физические – наоборот, в качестве неправельных дают 3 добавить какую-нибудь фигню, и 1 правильный (встряхнуть, перемешать, ультразвук и т.д.) Вопрос про аэрозолей – эффективный способ разрушения аэрозолей – конденсация воды.

4. НЁХ.

Пример:

Бляяяяяяя… Спойлер: B

Спойлер: А

Спойлер: А

Сопйлер: D

И еще кое что (вопросы без скринов):

1) Где-то был дурацкий вопрос что такое степень ассоциации? Это число молекул ПАВ в мицелле.

2) Дисперсность пен/имульсий суспензий харакнеризуется средним размером частицы.

3) Чем больше радикал, тем меньше ККМ

Как с этим бороться:

К сожалению, не существует способа объяснить это просто. Поэтому из сочуствия к вам, дорогие любители химии, мы просто приводим правильные ответы, хотя это и противоречит нашим принципам.

5. Солюбилизация.

Пример:

Солюбилизация – странное слово. Спойлер: В

Как с этим бороться:

В вопросах про солюбилизацию иногда встречаются вариации одного и того же, поэтому мы кратко объясним смысл. Солюбилизация – это процесс перехода нерастворимых веществ в мицеллы коллоидных ПАВ. Про мицеллы ниже. У солюбилизации 2 важных условия: 1). Нужно нерастворимое в воде вещество (бензол, толуол, водоНЕрастворимые витамины и т.д.) 2). Концентрация ПАВ должна быть выше критической концентрации мицелообразования. Для чайников: правильный ответ всегда С ПАВ>ККМ.

6. ГЛБ.

Пример:

ГЛБ. Спойлер: ПАВ с ГЛБ больше 8

Как с этим бороться:

ГЛБ – гидрофильно – липофильный балланс, характеристика ПАВ. Если у ПАВ ГЛБ меньше 3, о он не стабилизирует эмульсий. ГЛБ от 3 до 6 – стабилизирует обратные эмульсии. ГЛБ от 7 до 8 – множественные эмульсии (смесь прямых и обратных), и больше 8 – ПАВ стабилизирует прямые эмульсии.

7. Обращение фаз.

Пример:

В

Спойлер: С

Спойлер: D

Как с этим бороться:

Данные вопросы строятся наследующем явлении: прямые эмульсии стабилизированны ПАВ с ГЛБ>8, олеатами и стеаратами Na и K. При добавлении к ним солей Mg, Ca и Al получаются соответственно стеараты этих металлов. А у них ГЛБ уже от 3 до 6. И что же делать эмульсии? Из прямой становиться в обратную, то есть обращение фаз. КОРОЧЕ ЗАПОМНИТЕ: СОЛИ КАЛЬЦИЯ, МАГНИЯ И АЛЛЮМИНИЯ ВЕДУТ К ОБРАЩЕНИЮ ФАЗ.

8. Логика.

Пример:

Тот самый гневный комментарий о людях, которые ленятся включить голову. А

Как с этим бороться:

…..

9. Стабилизация дисперсных систем

Пример:

В

Как с этим бороться:

Стабилизаторы дисперсных систем (эмульсий, суспензий, пен) – коллоидные ПАВ, реже – белки (пример – как раз такой случай).

10. Про порошки.

Пример:

В

Как с этим бороться:

Гидрофильные порошки стабилизируют прямые эмульсии, а гидрофобные – обратные эмульсии.

11. Классификация коллоидных ПАВ.

Пример:

A, D

Как с этим бороться:

К анионным колоидным ПАВ относятся ПАВы, содержащие группу COONa и COOK, и SO3Na/SO3K.

К катионным ПАВ относятся содержащие N⁺.
Неионногенные ПАВ содержат все остальное (COOCH3 и т.д.)

Амфолиты содержат и катионную, и анионную группу. Могут содержать COOH + NH2.

В примере: A, D – анионные ПАВ

В – катионное ПАВ

С – амфолит

12. Характеристики устойчивости.

Пример:

В

Как с этим бороться:

Устойчивость эмульсий характеризуется скоростью расслоения, в устойчиваость пен временем полуоседания.

13. Задачи про кратность пен.

Пример:

Спойлер: D

Как с этим бороться:

Кратность пен = объем пены/объем жидкости, из которой получилась эта пена. Объем пены дан тупо, а объем жидкости находится как разность: что было – что осталось. В примере: жидкости было 20 мл, а осталось 10 мл. Т.е. вспенилось 10 мл. Кратность = 100/10 = 10.

14. Верно/Не верно

Пример:

Спойлер:

Как с этим бороться:

Мы с глубочайшим презрением относимся к раздолбаям, которые нихрена не смоги запомнить ничего из предыдущего текста, где уже и так все было. Тем не менее, заботясь о полных дибилах скорбных разумом, мы приводим дополнительно, с целью изготовления шпор, список встречаемых утверждений с оценкой их верности/не верности.

Верно: Движущей силой образования мицелл в водных растворах коллоидных ПАВ являются гидрофобные взаимодействия.

Сильным стабилизирующим действием по отношению к эмульсиям обладают белки.

Процесс мицелообразования в растворах коллоидных ПАВ обратим: при разбавлении систем, мицеллы распадаются.

Не верно: Пены – это полидисперсные системы типа ж/г.

Коллоидные ПАВ – это дифильные органические соединения с небольшими углеводородными радикалами.

Эмульсии могут быть получены из двух растворимых друг в друге жидкостей.

Эмульсии – седиментационно устойчивые дисперсные системы.

Для перорального введения лекарственного препарата (через рот) в качестве лекарственной формы могут применяться обратные эмульсии.

15. Свойства эмульсий

Скрина нет, но мб будет позже

Как с этим бороться:

Прямые эмульсии окрашиваются водорастворимым красителем, смешиваются с водой, электрофобны, смачивают гидрофильную поверхность.

Обратные эмульсии – окрашиваются водонерастворимым красителем, не смешиваются с водой, электрофильны, не смачивают гидрофильную поверхность.

Тема 3. Аминокислоты.

Введение. Это маленькая, короткая тема. Обязательно должны иметь шпоры с 20 аминокислотами+название+трехбуквенное название, иначе СМЕРТЬ!!

Примеры вопросов:

1) Дать название или трехбуквенное название.

Пример:

Arg (Аргинин)

Как с этим бороться:

Угадайте как именно с этим надо бороться, ленивые ублюдки