- •Предисловие
- •Химическая термодинамика, как теоретическая основа биоэнергетики Предмет, методы и основные понятия химической термодинамики
- •Термодинамические системы: изолированные, закрытые, открытые, гомогенные, гетерогенные
- •Термодинамические параметры
- •Внутренняя энергия системы
- •Форма обмена энергии с окружающей средой
- •Первое начало термодинамики. Тепловые эффекты химических реакций
- •1. В изолированной системе сумма всех видов энергии есть величина постоянная.
- •Изобарный и изохорный процессы. Энтальпия. Тепловые эффекты химических реакций
- •Термохимия. Закон Гесса
- •Влияние температуры и давления на тепловой эффект реакции
- •Использование закона Гесса в биохимических исследованиях
- •Энтропия. Второй закон термодинамики Энтропия
- •Второе начало термодинамики. Свободная энергия Гиббса
- •Принцип энергетического сопряжения
- •Химическое равновесие Обратимые и необратимые реакции. Константа равновесия
- •Смещение химического равновесия. Принцип Ле-Шателье
- •Учение о растворах Растворы
- •Физические свойства н2о и строение ее молекул
- •Механизм образования растворов
- •Растворимость веществ. Факторы, влияющие на растворимость
- •Влияние природы веществ на растворимость
- •Влияние давления на растворимость веществ
- •Влияние температуры на растворимость веществ
- •Влияние электролитов на растворимость веществ
- •Взаимная растворимость жидкостей
- •Способы выражения состава растворов
- •Термодинамические аспекты процесса растворения. Идеальные растворы
- •Коллигативные свойства разбавленных растворов
- •Диффузия и осмос в растворах
- •Роль осмоса в биологических процессах
- •Давление насыщенного пара растворителя над раствором. Закон Рауля
- •Следствия из закона Рауля
- •1) Растворы кипят при более высокой температуре, чем чистый растворитель;
- •2) Растворы замерзают при более низкой температуре, чем чистый растворитель.
- •Применение методов криоскопии и эбуллиоскопии
- •Коллигативные свойства растворов электролитов. Изотонический коэффициент Вант-Гоффа
- •Электролитическая диссоциация Электролиты и неэлектролиты. Теория электролитической диссоциации
- •Общая характеристика электролитов
- •Слабые электролиты
- •Сильные электролиты
- •Диссоциация воды. Водородный показатель
- •Теория кислот и оснований. Буферные растворы Теория кислот и оснований
- •Буферные растворы Определение буферных систем и их классификация
- •Механизм действия буферных систем
- •Вычисление рН и рОн буферных систем. Уравнение Гендерсона-Гассельбаха
- •Буферная емкость
- •Буферные системы человеческого организма
- •Нарушения кислотно-оснóвного равновесия крови. Ацидоз. Алкалоз
- •Химическая кинетика и катализ Кинетика химических реакций
- •Понятие о скорости химической реакции. Закон действующих масс
- •Кинетическая классификация химических реакций. Понятие о молекулярности и порядке химической реакции Порядок и молекулярность простых химических реакций
- •Понятие о сложных химических реакциях
- •Классификация сложных реакций
- •Измерение скорости химической реакции
- •Влияние температуры на скорость химической реакции
- •Катализ Общие положения и закономерности катализа
- •Механизм гомогенного и гетерогенного катализа
- •Особенности каталитической активности ферментов
- •2. Другим важным отличием ферментов от катализаторов небелковой природы является их высокая специфичность, т.Е. Избирательность действия.
- •Физическая химия дисперсных систем Определение дисперсных систем
- •Классификация дисперсных систем и их общая характеристика
- •Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию вещества дисперсной фазы и дисперсионной среды
- •Классификация по взаимодействию между частицами дисперсной фазы или степени структурированности системы
- •Классификация по характеру взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой
- •Методы получения дисперсных систем
- •Диспергирование жидкостей
- •Диспергирование газов
- •Конденсационные методы
- •Методы физической конденсации
- •Методы химической конденсации
- •Очистка золей
- •Компенсационный диализ и вивидиализ
- •Молекулярно-кинетические свойства золей
- •Броуновское движение
- •Диффузия
- •Седиментация в золях
- •Осмотическое давление в золях
- •Оптические свойства золей
- •Рассеяние света (опалесценция)
- •Оптические методы исследования коллоидных систем Ультрамикроскоп
- •Механизм образования и строение коллоидной частицы – мицеллы
- •1. Получение золя берлинской лазури:
- •2. Получение с помощью гидролиза FeCl3 золя гидроксида железа (III).
- •3. Получениезоля As2s3:
- •Электрокинетические свойства золей
- •Устойчивость гидрофобных коллоидных систем. Коагуляция золей Виды устойчивости золей
- •Теория коагуляции Дерягина-Ландау-Фервея-Овербека
- •Влияние электролитов на устойчивость золей. Порог коагуляции. Правило Шульца-Гарди
- •Чередование зон коагуляции
- •Коагуляции золей смесями электролитов
- •Скорость коагуляции
- •Коллоидная защита
- •Роль процессов коагуляции в промышленности, медицине, биологии
- •Растворы высокомолекулярных соединений
- •1) Своеобразное тепловое движение частиц растворенного вещества, схожее с броуновским движением мицелл в золях;
- •Общая характеристика высокомолекулярных соединений
- •Классификация полимеров
- •Набухание и растворение вмс
- •Термодинамические аспекты процесса набухания
- •Давление набухания
- •Свойства растворов высокомолекулярных соединений
- •Осмотическое давление растворов вмс
- •Онкотическое давление крови
- •Вязкость растворов полимеров
- •Свободная и связанная вода в растворах
- •Полиэлектролиты
- •Факторы, влияющие на устойчивость растворов полимеров. Высаливание
- •Электрохимия растворы электролитов как проводники второго рода. Электропроводность растворов электролитов
- •Эквивалентная электропроводность растворов
- •Практическое применение электропроводности
- •Равновесные электродные процессы
- •Металлический электрод
- •Измерение электродных потенциалов
- •Окислительно-восстановительные электроды
- •1. Переход окисленной формы в восстановленную и наоборот заключается только в обмене между ними электронами:
- •Диффузионный и мембранный потенциалы
- •Химические источники электрического тока. Гальванические элементы
- •Потенциометрия
- •Содержание
Скорость коагуляции
Процесс коагуляции количественно характеризуется скоростью коагуляции. Скорость коагуляции, подобно скорости химической реакции, определяется изменением (уменьшением) числа коллоидных частиц в единице объема золя за единицу времени.
На рис. 71 показана зависимость скорости коагуляции от концентрации добавленного электролита. Условно график на рисунке можно разбить на три области. Область 1 называется областью скрытой коагуляции. Скорость ее на этом участке графика очень мала, никаких видимых изменений в золе не происходит, его можно считать практически устойчивым. Точка СПна оси абсцисс соответствует порогу коагуляции данного электролита. С этого момента коагуляция становится явной. Ей соответствуют области 2 и 3 на графике. В области 2 скорость коагуляции возрастает с повышением концентрации электролита. Это связано с тем, что в золе происходит уменьшение величины ζ-потенциала гранул и размеров их диффузного слоя. Все большее число частиц при этом переходит в разряд активных, что позволяет им сцепляться при соударении.
Рис. 71. Влияние электролита на скорость коагуляции
Область 2 на графике называют иначе областью медленной коагуляции.
При некоторой критической концентрации электролита в растворе СКзаряд гранулы становится равен нулю. В этом случае практически каждое соударение между коллоидными частицами приводит к их слипанию.
Скорость коагуляции будет определяться только интенсивностью броуновского движения и содержанием частиц в растворе. Она перестанет зависеть от концентрации электролита.
В связи с этим область 3 на графике называют областью быстрой коагуляции, т.к. в этом случае скорость данного процесса достигнет своего максимально возможного значения.
Коллоидная защита
Нередко наблюдают повышение устойчивости лиофобных золей к коагулирующему действию электролитов при добавлении некоторых веществ. Такие вещества называют защитными, а их стабилизирующее действие на дисперсные системы – коллоидной защитой.
Защитными веществами в водной среде могут служить природные высокомолекулярные соединения (биополимеры): белки (желатин, альбумин), полисахариды (крахмал, декстран, гепарин), а также некоторые поверхностно-активные вещества (ПАВ).
Коллоидную защиту объясняют адсорбцией гидрофильных защитных веществ на гранулы. При этом молекулы полимеров и ПАВ располагаются на поверхности коллоидных частиц таким образом, что их гидрофильные участки, покрытые гидратными оболочками, обращены к воде (рис. 72).
Рис. 72. Частицы лиофобного золя, защищенного ВМС
В результате мицеллы приобретают дополнительный фактор агрегативной устойчивости.
Защищенный таким образом золь поддается концентрированию и даже выпариванию досуха. Образовавшиеся осадки при добавлении воды снова способны растворяться с образованием коллоидно-дисперсной системы.
Различные биополимеры защищают золи неодинаково. Для количественной характеристики их действия используют так называемое «золотое», «рубиновое», «железное», «серебряное» и другие числа. Все они имеют лишь относительное значение и характеризуют защитную способность полимера по отношению к строго конкретному золю.
По предложению Р. Зигмонди защитное действие оценивают по минимальному числу миллиграммов сухого вещества биополимера, которое необходимо для того, чтобы предотвратить коагуляцию 10 мл золя при добавлении 1 мл 10% раствора NaCl.
В частности, «золотое число» показывает, сколько мг биополимера (например, желатина) нужно для защиты от коагуляции 10 мл золя золота. В зависимости от природы ВМС для одного и того же золя все эти числа могут изменяться в очень широких пределах – от 0,005 до 25 мг и более.
Явление защиты играет большую роль в жизнедеятельности человеческого организма. Так, белки крови защищают жир, холестерин, малорастворимые соли кальция и мочевой кислоты от коагуляции и выделения на стенках сосудов. При понижении защитной функции белков возникают заболевания: атеросклероз, кальциноз, подагра, образование камней в почках и печени.
В медицине использование спинномозговой жидкости при определении «золотого числа» используется для диагностики некоторых заболеваний, например, менингита.
В фармацевтической промышленности желатин используют для получения термодинамически устойчивых обратимых коллоидных растворов серебра, золота, ртути, которые применяются в качестве лекарственных препаратов (колларгол, проталгор и т.д.).