Лекции по природоведческой микробиологии - Заварзин Г.А.
ISBN 5-02006454-8
Скачать (прямая ссылка):
дистиллированной воде могут образовывать очень устойчивую взвесь.
Поверхностные явления самопроизвольно ведут к уменьшению поверхностной
энергии. Они обусловливаются снижением поверхности раздела фаз и/или
поверхностного натяжения. Снижение поверхности раздела фаз ведет к
укрупнению частиц в результате коагуляции и коалесценции (слиянию капель
эмульсии). Поверхностное натяжение определяется s - удельной свободной
поверхностной энергией. Изменение поверхностного натяжения ведет к
адсорбции, адгезии и электрическим процессам с образованием двойного слоя
и электрокинетическим явлениям. Применительно к прикреплению бактерий,
как уже отмечалось, процесс был подробно изучен Д.Г. Звягинцевым. Во
многом поведение суспензии бактерий протекает аналогично адсорбции на
поверхности. Образование биопленок начинается с контакта клеток с
поверхностью.
Адгезия (прилипание, смачивание) обусловлена связью между разнородными
телами при их контакте, допускающем молекулярные взаимодействия. У
микроорганизмов прикрепление к поверхности обеспечивают гидрофобные
взаимодействия с твердой фазой. Синтез соответствующих соединений
находится под генетическим контролем. Гидрофобные взаимодействия
выполняют ориентирующую функцию для гидрофобных частиц, самый же контакт
реализуется за счет межмолекулярных взаимодействий. Возникновение
электрического заряда на поверхности характерно прежде всего для золей и
суспензий, дисперсная фаза которых представлена твердыми частицами. Заряд
на поверхности образуется при адсорбции ионов, диссоциации и переходе
ионов из одной фазы в другую. Фосфат железа, каолин всегда, даже в кислой
среде, заряжаются отрицательно, а гидроксид железа и целлюлоза - всегда
положительно. В результате возникает <р - электрический потенциал
поверхности. За-
63
ряд частиц определяется потенциалобразующими ионами, которые
уравновешиваются противоионами из адсорбционного и диффузно- : го слоев.
Образуется двойной электрический слой, удерживаемый у частицы вместе с
слоем жидкости до границы скольжения. Адсорб- 1 ционный слой имеет
размеры < 1 нм. Диффузный слой в зависимо- 1 сти от концентрации ионов
имеет толщину 1-1000 нм, но меньше, 1 чем граница скольжения, и при
движении возникает электрокине- ! тический дзета-потенциал (?). Эту
величину можно достаточно точно измерить. Добавление в среду
одновалентных противоионов приводит к компенсации потенциалобразующего
слоя, и ? = 0. 1 Многовалентные катионы, как Fe3+, могут вызывать
перезарядку по-верхности. Это явление в крупных технологических масштабах
ис-пользуется для коагуляции микроорганизмов при очистке воды.
Микроорганизмы для прикрепления образуют особые вещества, ; находящиеся
под генетическим контролем.
Коллоидные явления обусловливают устойчивость суспензий планктонных
организмов, нарушение которой приводит к их оседанию, например в конце
цветения. Устойчивость дисперсных систем 1 означает способность сохранять
свой состав. Различают седимента- ' ционную и агрегативную устойчивость.
Седиментационная устойчивость определяется способностью частиц
противостоять оседанию под действием силы тяжести и зависит от
дисперсности. Противодействует оседанию сила трения в дисперсионной среде
и броуновское движение. Агрегативная устойчивость подразумевает
сохранение межфазовой поверхности и поверхностной энергии. Она
определяется способностью противостоять слипанию частиц с образованием
агрегатов. Для твердых частиц слипание называется коагуляцией. Процесс
этот имеет определяющее значение в микробиологии, например при очистке
воду, когда коагулировавшие хлопья оседают. Изменение агрегативной
устойчивости обусловливается присутствием электролитов, влияющих на
двойной слой. Специфическая адсорбция ионов на поверхности приводит к
ослаблению электрического потенциала и слипанию частиц. Повышение заряда
потенциалобразующего слоя приводит к увеличению диффузного слоя. При
концентрационной коагуляции происходит сжатие диффузного слоя. Такие
изменения происходят в почве, когда избыток Na приводит к вымыванию Са и
Mg, нарушению структуры двойного слоя и концентрационной коагуляции.
Порог коагуляции - это наименьшая концентрация электролита, при которой
начинается коагуляция. Есть эмпирическое правило Шульце-Гарди,
описывающее коагуляцию. Чем выше валентность коагулирующего иона, тем
меньше его нужно для коагуляции: порог коагуляции обратно пропорционален
шестой степени валентности иона электролита. Однако многовалентные ионы
могут перезаряжать поверхность, | меняя величину и знак ^-потенциала. Эти
процессы важны для сорбции на слизях коллоидов тяжелых металлов, например
Fe и А1. '
64 ' [¦
1
По этой причине слизистые циано-бактериальные маты образуют сорбционный
барьер для тяжелых металлов, действующий иногда в геологическом масштабе
при образовании отложений редких элементов. Очень наглядно такой процесс
происходит для коллоидного раствора золота, оседающего на поверхности
