§ 5 Правило Дюкло-Траубе. Строение адсорбционных слоев

При экспериментальном изучении адсорбции на границе жидкость-газ Дюкло-Траубе установили следующую закономерность: Поверхностная активность в гомологическом ряду жирных кислот, аминов, спиртов отрастает в 3-3,5 раза при переходе к каждому следующему гомологу:

Можно дать следующее качественное обоснование правилу Дюкло и Траубе: при удлинении углеводородной цепи в молекуле ПАВ возрастает её гидрофобная чабть, то есть снижается её растворимость в полярных растворителях. Это приводит к увеличению стремления молекул переходить из объема раствора на поверхность раздела фаз.

Рис 5 Изотермы а = f(c) для ряда водных растворов предельных жирных кислот в системе жидкость воздух: 1 - муравьиная; 2 - уксусная; I нропионовая; 4 - масляная.

§ 6 Ориентация молекул в поверхностном слое.

Понятие о липосомах. Структура биологических мембран .

Существование минимального значения поверхностного натяжения у растворов ПАВ и предельного значения адсорбции (Г_да) позволили ИЛенгмюру высказать предположение об ориентации адсорбированных молекул в поверхностном слое. Молекулы ПАВ состоят из двух частей: полярной (гидрофильной) и неполярной (гидрофобной). При адсорбции полярная группа, Обладающая большим сродством к полярной фазе (например, к воде) втягивается в неё. В то же время неполярная группа выталкивается в иополярную фазу.

^=3-3,5

(9)

с

131

Рис 7 Образование поверхностных слоев

При малых концентрациях ПАВ углеводородные радикалы «лежат» на поверхности полярной жидкости, а полярные группы погружены в нее.

С увеличением концентрации ПАВ в растворе число молекул, находящихся в поверхностном слое, возрастает. Это приводит в пределе к образованию на граничной поверхности насыщенного мономолекулярного адсорбционного слоя, в котором молекулы ПАВ предельно ориентированы. Этот случай образно называют молекулярным частоколом Ленгмюра. Существование мономолекулярного насыщенного слоя хорошо объясняет постоянство предельной адсорбции Г» у органических веществ одного и того же гомологического ряда.

Используя представления Ленгмюра о строении поверхностного слоя, можно рассчитать размеры молекул ПАВ в насыщенном адсорбцжщрм слое. Очевидно, что предельная адсорбция (Г_да) численно равна избыточному количеству ПАВ (моль), приходящемуся на единицу поверхности раздела (м²). Произведение предельной адсорбции на постоянную Авогадро (F^Na) определяет¹ число молекул, которое занимает единицу площади. Из этого следует, что площадь поперечного сечения молекулы ПАВ в насыщенном слое молено рассчитать по уравнению:

ймая- Т1Г ⁽¹⁰⁾

¹ <х>"_А

Произведение предельной адсорбции Г«> на молярную массу ПАВ (М) равно массе Г|АВ (т), приходящейся на единицу поверхности насыщенного адсорбционного слоя: ?

т^Г^М (11)

Тогда длина молекулы ПАВ в насыщенном адсорбционном слое, равная толщине этого слоя, может быть найдена с помощью уравнения:

Р Р

где р - плотность ПАВ, кг/м³; Г_да - предельная адсорбция, моль/м²; М - молярная масса, кг/моль.

Представления об ориентации молекул ПАВ в насыщенном адсорбционном слое сыграл большую роль в развитии учения о структуре биологических мембран.

132

Е.Горшнер и Г.Грендел (1925) в опытах с липидами, экстрагированными И!1 мембран эритроцитов, установили, что площадь образованного ими мономолекулярного слоя практически вдвое больше суммарной поверхности самих эритроцитов.

Этот факт позволил Ф.Даниэли и Г.Давсону (1931-1933) предложить первую общепринятую модель биологической мембраны. Согласно этой Модели основным элементом мембранных структур клетки является бимолекулярный слой из молекул липидов, полярные группировки которых направлены наружу, а неполярные углеводородные радикалы - внутрь.

Полярные группы взаимодействуют с белками. Даниэли и Давсон предполагали, что белки образуют симметричные мономолекулярные слои на внешней и внутренней стороне липидного бислоя.

Позднее было установлено ассиметричное распределение белков в клеточных мембранах. Среди мембранных белков имеются такие, которые способны взаимодействовать с гидрофобными радикалами и проникать в глубь Мембраны (интегральные белки). Так как часть поверхности мембраны свободна от белков (у эритроцитов около 30%, у микросомальных мембран около 20%), в настоящее время наиболее принятой является мозаичная модель мембраны. Макромолекулы интегральных белков, пронизывающих мембрану, Могут образовывать поры - ионные каналы, которые обладают избирательной Проницаемостью для различных ионов.

Согласно современным представлениям, все клеточные и внутриклеточные мембраны устроены сходньви образом; основу мембраны составляет да айнай молекулярный спой липидов (липидаый бислай) на котором и в толще которого находятся белки

Рис 8 Общая схема строения мембран

133