koagulacja

Koagulacja — proces polegający na łączeniu się pojedynczych cząstek substancji rozproszonej w agregaty i wypadaniu ich z układu w postaci osadu.

Koagulacja niszczy stanu koloidalny i prowadzi do wydzielenia się fazy rozproszonej w postaci większych skupisk osadu lub kropli cieczy.

Koagulacja może być:

1. odwracalna,
2. nieodwracalna.

Koagulacja może być:

• spontaniczna, perikinetyczna, gdy jest wywołana samymi ruchami Browna (ruchy Browna – zjawisko polegające na tym, że niewielkie cząsteczki znajdujące się w gazie lub w zawiesinie samorzutnie i pozornie bez powodu wykonują stałe chaotyczne ruchy w różne strony);
• wymuszona jest powodowana mechanicznymi czynnikami zewnętrznymi.

Koagulację mogą przyspieszać czynniki zewnętrzne, takie jak mieszanie, działanie ultradźwiękami, wirowanie.

Czynniki powodujące koagulację:

• dodatek elektrolitu, który powoduje zmniejszenie się potencjału elektrokinetycznego cząstek i ułatwia ich agregację;
• dodatek koloidu o ładunku przeciwnym co powoduje rozładowanie cząstek;
• naświetlenie promieniowaniem jonizującym ogrzewanie (np. ścinanie się białka);
• działanie mechaniczne (np. mieszanie, wstrząsanie);
• dehydratacja lub desolwatacja przez dodanie środków odwadniających, np. etanolu lub acetonu (koagulacja żelatyny, denaturacja białka);
• odparowywanie lub wymrażanie ośrodka dyspersyjnego.

Podczas koagulacji powolnej tylko część zderzeń, wynikających z ruchów Browna cząstek fazy rozproszonej prowadzi do ich łączenia się. W koagulacji szybkiej – wszystkie. Aby utworzyć agregaty, cząstki muszą mieć energię kinetyczną przewyższającą energię wynikającą z negatywnych oddziaływań międzycząsteczkowych.

Koagulacja koloidów liofobowych

Trwałość koloidów liofobowych zależy od ładunku elektrycznego warstwy adsorpcyjnej, micele o ładunku elektrycznym o takim samym znaku odpychają się, zapobiega to łączeniu się cząstek w większe agregaty.

Aby doprowadzić koloid liofobowy do koagulacji, należy zmniejszyć lub zniwelować ładunek warstwy adsorpcyjnej.
Można to zrobić przez:

• ogrzanie lub naświetlenie promieniami UV, sprzyja to desorpcji jonów z warstwy adsorpcyjnej, a także zwiększa energie i częstotliwość zderzeń cząstek;
• dodanie koloidu o przeciwnych znaku, powoduje to zobojętnienie ładunków warstw adsorpcyjnych w obu koloidach i umożliwia agregację cząstek fazy rozproszonej;
• dodanie elektrolitu, ponieważ koloidy liofobowe są bardzo wrażliwe na obecność jonów w roztworze; dodatek niewielkiej ilości elektrolitów może spowodować ich koagulację.

Koagulacja koloidów liofilowych

Koloidy liofilowe stabilizuje cząstka solwatacyjna utworzona z zaadsorbowanych na powierzchni cząstki koloidalnej cząsteczek rozpuszczalnika. Otoczka solwatacyjna stanowi płaszcz ochronny, który zapobiega łączeniu się cząstek w większe zespoły. Aby koloid liofilowy doprowadzić do koagulacji trzeba usunąć otoczkę solwatacyjną czyli spowodować desolwatację. Desolwatację można wywołać dodając do koloidu elektrolit o dużym stężeniu. Koagulację koloidów liofilowych pod wpływem elektrolitu nazywa się wysalaniem. Wysalanie jest procesem odwracalnym (dlatego wysalanie jest często stosowane w procesie izolacji białek).

Peptyzacja – zjawisko przechodzenia osadu koloidalnego lub żelu w koloid (odwrotność koagulacji). Jest to proces odwracalny, w przeciwieństwie do denaturacji białka.

Próg koagulacji (inaczej wartość koagulacji) taka ilość (wyrażana stężeniem) elektrolitu, po dodaniu której następuje koagulacja.

W glebach koagulatorami są Ca²⁺ oraz Mg²⁺. W glebie koagulacja zachodzi często podczas jej wysychania i niskiej temperatury. Ważne znaczenie z tego względu odgrywa orka przedzimowa. Mimo dyspergującego działania OH^– gleby zasobne w wyżej wymienione jony nie tracą w stanie wilgotnym swej naturalnej budowy gruzełkowatej. Gleby zawierające skoagulowane wapniem cząstki koloidalne mają dobrą trwałą gruzełkowatą strukturę.

Zastosowanie koagulacji

1. W oczyszczaniu wód powierzchniowych, rzadziej infiltracyjnych i podziemnych. W wyniku jej usuwane są z wody cząstki trudno opadające oraz koloidalne decydujące o mętności wody lub intensywności jej barwy. Dodawany koagulant to sole glinu i żelaza, które wiążą one małe cząstki w większe i powodują ich swobodne opadanie na dno. Koagulacja usuwa z wody także zanieczyszczenia pochodzenia organicznego np. skrobię, białka, celulozę i barwniki organiczne. Są to przeważnie substancje trafiające do wód ze ściekami. Minerały ilaste o stosunkowo dużej zawartości żelaza i glinu mogą być stosowane do produkcji koagulantów; m.in. siarczany glinu i żelaza są wykorzystywane do oczyszczania ścieków. Produkcja tych soli, zwłaszcza siarczanu glinu, jest droga, ponieważ opiera się na importowanych surowcach. W przyszłości do tego celu można wykorzystać surowce rodzime, np. ił dolnośląski ze złoża „Męcinka” k. Złotoryi.

Koagulacja prowadzi także do wielu innych, korzystnych efektów:

• redukcja zapotrzebowania wody na chlor lub ozon poprzez usunięcie znacznych ilości węgla organicznego,
• obniżenie potencjału tworzenia trihalometanów (THM),
• usuwanie słabo rozpuszczalnych substancji adsorbujących się na koloidach (WWA lub DDT),
• obniżenie stężeń jonów metali ciężkich,
• usuwanie bakterii i wirusów zaadsorbowanych na cząstkach koloidów,
• usuwanie fitoplanktonu z wody.

2. W medycynie i kosmetologii stosuje się elektrokoagulację (inaczej nazywaną diatermią chirurgiczną, termolizą). Zabieg elektrokoagulacji polega na eliminowaniu zmian skórnych, w tym celu wykorzystuje się prąd zmienny o wysokiej częstotliwości i niskim napięciu. Zmienione chorobowo miejsca są poddawane działaniu specjalnej elektrody (igły do elektrokoagulacji) podłączonej do źródła prądu. Pod wpływem prądu elektrycznego oraz wytwarzanej przez niego wysokiej temperatury (nawet do 200°C) dochodzi do termolizy, czyli drobnego „oparzenia” naczynia, a w rezultacie do uszkodzenia (ścięcia, koagulacji) białka zlokalizowanego w tkance. Uszkodzenie niepożądanych zmian jest natychmiastowe. W efekcie elektrokoagulacja prowadzi do wypalenia tkanki tworzącej zmianę. Przy pomocy koagulacji usuwa się między innymi następujące zmiany skórne: prosaki, brodawki wirusowe tzw. kurzajki, włókniaki, brodawki płaskie, brodawki łojotokowe, kępki żółte, mięczaki zakaźne, kaszaki, przerośnięte gruczoły potowe i łojowe, naczyniaki gwiaździste, rozszerzone naczynia krwionośne, nadmierne owłosienie.