КОАЦЕРВАЦИЯ

Коацервация

ХИМИЯ КРЕМНЕЗЕМА

Термин «коацервация» означает образование «жидкого осадка» в результате взаимной коагуляции коллоидных систем.

Коацервация фактически включает коагуляцию, однако необ­ходимо учитывать, что мостики между частицами или коллоид­ными единичными образованиями оказываются до такой сте­пени неустойчивыми, что система может существовать в дина­мическом равновесии, т. е. связи формируются, распадаются и вновь восстанавливаются.

В этом случае сетка коагулята может стягиваться до максимально возможной степени.

Таким образом, основная жидкая фаза исключается из сетки прокоагу — лировавших частиц до тех пор, пока коагулят не становится вы­сококонцентрированным, но все еще остается жидким, поскольку мостики или связи между коллоидными частицами нестабильны и могут непрерывно разрываться и заново формироваться. Клас­сическим примером служит жидкая фаза, которая отделяется при смешивании концентрированных растворов желатина и аравийской камеди.

Айлер [8] описал большой ряд коацерватов, имеющих водо­родные связи. Формирование таких связей происходит при дей­ствии на подкисленные коллоидные растворы кремнезема или

Поликремневых кислот некоторых полярных органических соеди­нений, которые способны смешиваться с водой, но, однако, мо­гут высаливаться из раствора, захватывая с собой кремнезем.

Одним из наиболее ярких примеров коацервата может слу­жить связанный водородными связями комплекс, образуемый простым диэтиловым эфиром диэтиленгликоля с поликремневой кислотой [8].

Более тяжелая фаза содержит і около 40 % кремнезема, тогда как в верхнем слое находится J только — 1,5 % Si02 (см. рис. 4.20).

Коацервация, очевидно, происходит только тогда, когда по­верхность частиц кремнезема покрывается адсорбированным слоем органических молекул, в котором полярные группы, ориен­тированные по направлению к силанольным группам поверхно­сти и связанные с ними водородными связями, еще достаточно подвижны и могут перегруппировываться до тех пор, пока раз­мещающиеся снаружи части молекул не будут состоять в основ­ном из гидрофобных углеводородных сегментов. В результате частицы становятся в некоторой степени гидрофобными и отде­ляются в виде подобной маслу коацерватной фазы. Айлер [336] показал, что в случае поливинилового спирта (ПВС) и коллоид­ного кремнезема коацерват образуется при рН 3—5, только если в системе присутствует достаточное количество этого поли­мера, чтобы как раз покрыть поверхность кремнезема. Этот слу­чай подробно рассматривался в гл. 3. Ввиду описанного Флиром критического действия электролита, оказываемого на флоку — ляцию золя иодида серебра, когда в качестве флокулирующего агента добавляется ПВС, подобные исследования, которые мо­жно было бы провести с кремнеземом, представили бы значи­тельный интерес. Флир и Ликлема [338] сообщили, что ПВС сильно адсорбируется на кремнеземе, причем наиболее сильно при рН 3, а при рН 8 происходит частичная десорбция. Это по­казывает, что при адсорбции имеет место образование водород­ных связей. Точно такие же наблюдения были выполнены Тедросом [339], который распространил свои исследования на смеси ПВС с катионным ПАВ—бромидом цетилтриметиламмо — ния (БЦТМА). Когда последний адсорбировался на кремнеземе при рН 9,1, на поверхности кремнезема формировался двойной слой и адсорбция ПВС возрастала. Аналогично когда ПВС ад­сорбировался при низком значении рН, то возрастала адсорб­ция ионов ЦТА+. Вероятно, гидрофобные цетиловые группы и углеводородный каркас полимера соединялись посредством во­дородных связей. Если это так, то определенные соотношения ПВС и ионов ЦТА+ должны приводить к образованию коацер­вата в пределах широкой области рН. Аналогично адсорбция

ПВС может оказаться более высокой на пирогенном кремнеземе, как это наблюдалось. в случае полиэтиленоксида в исследова­нии Рубио и Китченера [328].

Высокие значения удельной поверхности и скорости раство­рения аморфного кремнезема позволяют проводить необходимые реакции при значительно более низких температурах, чем это требуется для измельченного в порошок кристаллического крем­незема. Повышенная химическая реакционная …

Гидрофильные покрытия на кремнеземе

Для некоторых применений желательно, чтобы поверхность кремнезема или стекла смачивалась водой. Но в то же время должны отсутствовать различные характерные ионные, гидро­фобные или водородные связи, которые возникают при адсорб­ции органических …

Наиболее ранние биологические формы

Несомненно, что наиболее древними ископаемыми остатками живых организмов являются сине-зеленые водоросли, обнару­женные в виде включений в шерте (микрокристаллическом кремнеземе), открытые Баргхорном и Тайлером [12] и в дальней­шем изученные многими исследователями …

Абиогенез и что такое коацерваты

Современный читатель может быть сторонником любой теории происхождения жизни на Земле – от теории космического заноса до вечности существования цивилизаций.

Но читатель думающий должен знать, что большинство ученых придерживается наличия добиологического периода в образовании жизненных форм – абиогенеза. И главной теоретической базой в этом вопросе является теория Опарина-Холдейна или теория коацерватных капель.

Что такое коацерваты и каковы тезисы теории абиогенеза в эволюции всего живого – в этой статье.

Возникновение термина

Обоснование теории коацерватов принадлежит российскому ученому начала 20 века А. И. Опарину. В 1924 году он опубликовал свои работы по результатам изучения растворов, насыщенных высокомолекулярными соединениями.

Он доказал, что в них формируются устойчивые зоны повышенных концентраций этих веществ, которые и получили название коацерваты в биологии.

Что такое коацерватные капли – это молекула высокомолекулярного вещества (белок), вокруг которой образуются «рубашки» из воды и низкомолекулярных соединений.

Теория Опарина-Холдейна

Именно этот процесс называется коацервация коацерват. Что такое коацерваты и теорию Опарина поддержал в 1929 году англичанин Дж. Холдейн, и именно их фамилии вошли в название добиологического или химического периода возникновения жизни на планете. Теория предполагает самозарождение высокомолекулярных органических веществ в период раннего становления атмосферы и литосферы нашей планеты.

В 1953 году химики Стенли Миллер и Гарольд К Юри решили поставить эксперимент в среде, близкой по составу и условиям к предбиотической на Земле. В колбу они поместили смесь метана, аммиака, водорода и добавили воды.

Пропуская через раствор ток (до 60 тысяч В), нагнетая давление и повышая температуру до 80 градусов по Цельсию, они получили ряд аминокислот, мочевину и другие органические соединения. А в 1954 году в Индии химик К. Бахадуру получил органику под воздействием солнечных лучей.

Про теорию предбиологической эволюции и что такое коацерваты узнал и заговорил весь мир.

Желатин в стакане

Что такое коацерваты легко проиллюстрировать, смешав желатин, гуммиарабику или альбумин и воду. Первоначально прозрачные растворы сначала станут мутными, а затем в них появятся мелкие сгустки, плавающие в растворе. Это и есть первоначальные коацерваты.

Что такие соединения могут делать? Обособленные частички могут адсорбировать различные вещества и обладать четко структурированной структурой, что определяет их индивидуальность.

В процессе химической эволюции происходил отбор на более устойчивые формы, которые и стали основой для возникновения живых форм.

В первичном океане в доисторические времена появляются первые частично обособленные от окружающей среды частицы. Они обмениваются со средой веществами (прообраз более сложного обмена веществ), быстро распадаются или сохраняют целостность какое-то время.

Капли растут (увеличиваются в размере) и делятся. И вот уже появляется структура более высшего порядка – мельчайшие комочки живого, которым присущи процессы синтеза и распада, развития, роста и размножения.

С этого момента начала свое историческое развитие жизнь на планете Земля.

Проблема теории коацерват

Все вышесказанное красиво в теории. Но, несмотря на успехи биологов в ее подтверждении, все, что мы сегодня создали в первичных бульонах, далеко от настоящей жизни и строения клетки.

И даже созданная в 2008 году американскими биологами «протоклетка» и японская везикула с оболочкой, способная делиться (2011), не доказывают, что все именно так и было много миллиардов лет назад на нашей планете.

Все эти эксперименты только дают пищу для построения гипотез возможного пути абиотического периода эволюции жизни.

Невероятность событий

Математик из Британии Фред Холл подсчитал вероятность случайного возникновения живой клетки в первичном бульоне. Скажем лишь, что в своих расчетах он задействовал весь современный арсенал компьютеров. При некоторых идеальных условиях, такая вероятность составит 1/10*40000. Это ничтожно малая величина, которая сводит вероятность такого события практически на нет.

Вероятности случаются

Теорию относительности пока еще никто не отменил, и несколько ярких примеров помогут показать, как совершенно невероятное с точки зрения математика все же случается. К примеру, если бы люди жили по 100 000 лет, то в 100% (то есть все без исключения) погибали бы в авиакатастрофах.

А вот реальный факт – вероятность выигрыша в американскую лотерею Cool Million просчитана точно и это 1 к 5 200 000. А американка Валери Вильсон в 2002 и в 2006 выигрывала главный приз. Или еще пример – в Болгарии в 2009 году проводили расследование работы лотереи «6 из 41». А все потому, что с разницей в четыре дня в разных тиражах выпали шесть одинаковых цифр.

При этом вероятность такого события – 3,61 • 10−14. Так что невероятное на нашей планете случается.