Высота слоя желатины, см

Последовательность роста набуха-

ния (ряд анионов)

По месту аниона в ряду сделать вывод о его влиянии на набухание желатины.

8.3. Определение изоэлектрической точки желатины по максимуму осаждения. Налить в пять пробирок соответствующие объемы растворов уксусной кислоты и ацета-

та натрия, чтобы получить пять буферных растворов объемом 2 см3 и разным значением рН (см. таблицу).

В каждую пробирку прибавить по 0,5 см3 раствора желатины с массовой долей 1% и перемешать. Потом в каждую пробирку прибавить (при интенсивном перемешивании) по 2 см3 этилового спирта и оставить пробирки на 10 мин. Определить, в какой пробирке, и при каком значении рН наблюдается наибольшая мутность раствора. Это значение рН и будет соответствовать изоэлектрической точке желатины. Результаты опыта занести в таблицу:

№	Оъем раствора, см3			рН	№ пробирки с	рН раствора с
п/п	СН3СООН,		СН3СООNa,		максимальной	максимальной	ИЭТ
	0,2 моль/л		0,2 моль/л		мутностью	мутностью
2	8,90		1,10	3,85
3	5,35		4,65	4,70
4	1,70		8,30	5,45
5	0,25		9,75	6,35

Сравнить значение ИЭТ желатины, определенные по максимуму осаждения и по минимуму набухания.

8.4. Оформление протокола лабораторной работы. В тетради заполнить таблицы, сделать выводы.

9.ЛИТЕРАТУРА.

1.Садовничая Л.П., Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я. Биофизическая химия. -Киев: Вища школа, 1986.-С.238-248.

2. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия.

-М.: Высшая школа, 1975. –С. 196-199, 207-220, 235-239.

ЗАНЯТИЕ № 12

Итоговый контроль усвоения модуля 2

«Равновесие в биологических системах на границе раздела фаз»

Перечень вопросов к итоговому контролю модуля 2

Термодинамические и кинетические закономерности протекания процессов и электрокинетические явления в биологических системах

1.Макроэргические соединения. АТФ как универсальный источник энергии для биохимических реакций. Характеристика макроэргических связей.

2.Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия. Энтальпия. Теплота изобарного и изохорного процессов. Стандартные теплоты образования и сгорания веществ.

3.Термохимия. Закон Гесса. Термохимические превращения.

114

4.Термохимические расчеты и их исполдьзование для энергетической характеристики биохимических процессов.

5.Второй закон термодинамики. Энтропия. Энергия Гиббса.

6.Химическое равновесие. Термохимические условия равновесия. Прогнозирование направления самопроизвольных процессов. Экзэргонические и эндэргонические процессы, происходящие в организме.

7.Закон действующих масс. Константа химического равновесия. Способы ее выражения. Принцип Ле-Шателье. Прогнозирование смещения химического равновесия.

8.Скорость химических реакций. Закон действующих масс для скорости химических реакций. Константа скорости реакции.

9.Реакции простые и сложные (последовательные, параллельные, сопряженные, обратимые, цепные). Фотохимические реакции и их роль в жизнедеятельности.

10.Порядок реакции. Реакции первого и второго порядка. Реакции нулевого порядка. Период полупревращения.

11.Зависимость скорости реакции от температуры. Температурный коэффициент. Правило Вант-Гоффа. Особенности температурного коэффициента скорости реакций для биохимических процессов.

12.Уравнение Аррениуса. Энергия активации. Понятие о теории активных соударений и о теории переходного состояния.

13.Гомогенный и гетерогенный катализ. Особенности действия катализатора. Механизм катализа и его роль в процессах метаболизма.

14.Ферменты как катализаторы биохимических реакций. Завиисимость ферментативного действия от концентрации фермента и субстрата, температуры и реакции среды.

15.Электродные процессы и механизм их возникновения. Уравнение Нернста. Нормальный (стандартный) электродный потенциал.

16.Нормальный водородный электрод.

17.Измерение электродных потенциалов. Электроды определения. Электроды сравнения.

18.Окислительно-восстановительные электродные потенциалы. Механизм их возникновения, биологическое значение. Уравнение Петерса.

19.Окислительно-восстановительные реакции в организме. Прогнозирование их направленности по стандартным значениям энергии Гиббса и по величинам окислительновосстановительных потенциалов.

20.Окислительно-восстановительное титрование (оксидиметрия). Метод перманганатометрии.

21.Метод йодометрии.

22.Потенциометрическое титрование, его применение в медико-биологических исследованиях.

23.Диффузный и мембранный потенциалы, их роль в генезе биологических потенциалов. Ионселективные электроды, из использование для измерения концентрации ионов Н+ (стеклянный электрод), К+, Na+, Ca2+ в биологических жидкостях.

Физико-химия поверхностных явлений. Лиофобные и лиофильные дисперсные системы.

1. Особенности растворов ВМС. Механизм набухания и растворения ВМС.

Зависимость набухания и растворения ВМС от различных факторов. Роль набухания в физиологии организма. Изоэлектрическая точка белка и методы ее определения.

3.Застудневание растворов ВМС. Свойства студней.

4.Аномальная вязкость растворов ВМС. Вязкость крови и других биологических жидкостей. Осмотическое давление растворов биополимеров. Онкотическое давление плазмы и сыворотки крови.

5.Мембранное равновесие Доннана.

6.Поверхностная активность. Правило Дюкло-Траубе. Уравнение Гиббса.

115

Ориентация молекул в поверхностном слое и структура биологических мембран.

7.Уравнение Лэнгмюра.

8.Адсорбция из растворов на поверхности твердого тела. Уравнение Фрейндлиха.

9.Физико-химические основы адсорбционной теории.

10.Адсорбция электролитов (избирательная и ионообменная). Правило Панета-Фаянса.

11.Иониты и их использование в медицине.

12.Классификация хроматографических методов исследования по признакам механизма распределения веществ, агрегатного состояния фаз и техники исполнения. Использование хроматографии в медико-биологических исследованиях.

13.Дисперсные системы и их классификация. Способы получения и очистки коллоидных растворов. Диализ, электродиализ, ультрафильтрация. «Искусственная почка».

14.Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем (броуновское движение, диффузия, осмотическое давление). Оптические свойства коллоидных систем. Ультрамикроскопия.

15.Строение коллоидных частичек.

16.Электрокинетический потенциал коллоидных частичек. Электрофорез, его использование в медицине и медико-биологических исследованиях. Уравнение ГельмгольцаСмолуховского.

17.Кинетическая и агрегативная устойчивость лиозолей. Факторы устойчивости. Механизм коагулирующего действия электролитов.

18.Порог коагуляции, его определение. Правило Шульце-Гарди. Процессы коагуляции при очистке питьевой воды и сточных вод. Коллоидная защита, ее биологическая роль.

19.Грубодисперсные системы (аэрозоли, суспензии, эмульсии). Получение и свойства. Применение в медицине.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ для внеаудиторной самостоятельной работы студентов по темам, вынесен-

ным на самостоятельное изучение.

Физико-химические основы кинетики биохимических реакций.

1. ТЕМА. Период полупревращения. Фотохимические реакции. Фотосинтез.

2. ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ. Период полупревращения является очень важной кинетической характеристикой реакций, особенно имеющих сложный механизм и небольшую скорость. Это понятие применяется для количественной характеристики изменения концентрации в окружающей среде радионуклидов, пестицидов, других вредных веществ.

Фотохимические реакции, протекающие под действием света, широко распространены в природе и используются в технологических процессах. Важнейшие фотохимические реакции - реакции фотосинтеза - синтез глюкозы растениями из углекислого газа и воды под действием солнечного света. Поглощение света необходимо также и для преобразования – изомеризации ретинального компонента родопсина в 11-трансретиналь. Эта реакция запускает химический механизм зрения. Фотохимической является и реакция синтеза озона в верхних слоях атмосферы, а образование озоновой прослойки обеспечивает защиту Земли от ультрафиолетовой радиации Солнца.

Фотохимическими по природе являются реакции, лежащие в основе фотографического процесса.

Итак, понимание сути вопросов этой темы необходимо для общенаучной, экологической подготовки студентов-медиков.

116

3. ЦЕЛЬ. Сформировать представления о сути и значении фотохимических реакций в природе и технике. Осознать важность понятия "период полупревращения" для кинетической характеристики реакции.

Студент должен знать:

-суть понятия "период полупревращения и его значение как количественной характеристики реакции;

-основные положения теории фотохимических реакций;

-роль фотохимических реакций в естественных процессах, их применение в технике и технологии;

уметь:

-определять величину периода полупревращения по кинетическим данным реакции.

4. ОРИЕНТИРОВОЧНАЯ КАРТОЧКА ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ.

Содержание и последовательность действий		Указания к учебным действиям
1.	Период полупревращения как количе-	1.1. Период полупревращения как количе-
ственная характеристика процессов.		ственная характеристика процессов.
		1.2. Экологическое, радиологическое значе-
		ние величины периода полупревращения.
2.	Теоретические основы фотохимических	2.1. Основные законы фотохимии; закон
реакций.		Гротгуса-Дрейпера, закон фотохимической
		эквивалентности Ейнштейна, закон погло-
		щения света Ламберта-Бугера-Бера.
		2.2. Понятие о квантовом выходе реакции.
3.	Виды фотохимических реакций.	3.1. Реакции фотосинтеза, фотолиза, фото-
		окисления и др.
		3.2. Пропорциональные фотохимические и
		фотокаталитические реакции.
4.	Фотохимические реакции в природе. Фо-
тосинтез в растениях.
5.	ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ.

1) Выбрать правильную характеристику понятия "период полупревращения”.

а) это промежуток времени от начала реакции, за который концентрация продуктов уравнивается с концентрацией исходных веществ; б) это промежуток времени, за который в системе устанавливается равновесие;

в) это промежуток времени, за который концентрация продуктов вдвое превышает концентрацию исходных веществ; г) это промежуток времени, за который прореагировала половина исходного количества вещества.

2) Показать, от каких факторов зависит величина периода полупревращения.

а) это постоянная для всех реакций величина, которая зависит лишь от значения константы скорости реакции; б) величина периода полупревращения зависит лишь от начальной концентрации исходных веществ;

в) величина периода полупревращения, в зависимости от порядка реакции, может зависеть от совсем разных факторов;

117

г) величина периода полупревращения в зависимости от порядка реакции зависит от константы скорости реакции и начальной концентрации.

3) Объяснить, выполняется ли в фотокаталитических реакциях закон фотохимической эквивалентности.

а) выполняется, так как это один из основных законов фотохимии; б) не выполняется, так как свет является лишь возбудителем реакции, которая дальше уже идет самостоятельно;

в) не выполняется, так как поглощение света может сопровождаться побочными реакциями, в которых принимают участие и молекулы примесей; г) выполняется, так как всегда квант света, который поглощается, вызывает одну элементарную химическую реакцию.

4) Указать, какие лучи света вызовут химическую реакцию.

а) все, которые падают на реакционную систему; б) все, которые поглощаются реакционной системой;

в) только высокочастотные лучи, которые несут большое количество энергии; г) только лучи видимого солнечного света.

ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ

1) Правильный ответ г).

Период полупревращения - это промежуток времени от начала реакции, за который прореагирует половина начального количества исходного вещества, или молярная концентрация исходных веществ уменьшится наполовину.

2) Правильный ответ г).

Величина периода полупревращения, в зависимости от порядка реакции, рассчитывается по формулам:

для реакции нулевого порядка:	t1/ 2	=		C0
				2k
для реакции первого порядка:	t1/ 2 =		0,69
				k
для реакции второго порядка:	t1/ 2	=			1
					k ×C0
для реакции третьего порядка:	t1/ 2	=		3
					2 × k × C0			2

где: k - константа скорости реакции; С0 - начальная концентрация вещества.

3) Правильный ответ б).

В фотокаталитических реакциях свет, который поглощается, инициирует реакцию, которая затем идет самопроизвольно, независимо от количества поглощенных квантов света. Таким образом, закон фотохимической эквивалентности в таких реакциях не выполняется.

118

4) Правильный ответ б).

В соответствии с основным законом фотохимии - законом Гротгуса-Дрейпера - химически активными являются только те лучи, которые поглощаются реакционной системой. Это могут быть не только лучи видимого солнечного света, но и ультрафиолетовые и инфракрасные лучи.

6.ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ.

1.Рассчитать величину периода полупревращения реакции омыления этилформиата, ко-

торая является реакцией второго порядка, если начальная концентрация сложного эфира равна 0,01 моль/л, а константа скорости реакции равна 1,93 · 10-1 л/с·моль.

2.Сравнить величины периодов полупревращения (полуразложения) радиоактивных изотопов трития (12,26 года), радия (1590 лет) и радона (3,825 дня) и сделать вывод о скорости их разложения.

3.Показать, какое значение имеет закон Ламберта-Бугера-Бера для фотохимических реакций.

4.Указать, какие процессы следует считать обратными для реакции фотосинтеза и где они происходят.

7.ЛИТЕРАТУРА.

1.Садовничая Л.П., Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я. Биофизическая химия. К., Вища школа, 1986, с. 143, 164-166.

2.Ленский А.С. Введение в бионеорганическую и биофизическую химию. М., Высшая школа, 1979, с. 72-73.

3.Равич-Щербо М.И., Новиков В.З. Физическая и коллоидная химия. М., Высшая школа, 1975, с. 110, 114-115.

4. Глинка Н.Л. Общая химия. –Ленинград: Химия, 1984.

Кинетика биохимических реакций.

1.ТЕМА. Особенности кинетики ферментативных процессов.

2.ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ. Кислотно-основной катализ очень распространенный вид гомогенного катализа, в котором катализаторами выступают катионы гидроксония или гидроксид-ионы. По такому механизму проходят реакции гидролиза, омыления сложных эфиров, крахмала, амидов и др. В живом организме такие реакции проходят под действием ферментов, активность которых зависит от концентрации катионов гидроксония или гидроксид-ионов. Активность ферментов вообще зависит от концентрации фермента

исубстрата, рН, наличия веществ, которые могут быть активаторами или ингибиторами. Большое значение имеет фактор экологической чистоты живого организма и окружающей среды, экосистемы в целом. Некоторые вещества при попадании в живой организм могут не только временно снизить активность фермента, а и полностью блокировать его. Некоторые лечебные средства также могут быть ингибиторами ферментов. Поэтому фармакологические исследования связаны с изучением действия лекарств на ферменты. Знание закономерностей ферментативных процессов необходимы студенту-медику для усвоения соответствующих разделов биохимии, гигиены, фармакологии, специальных дисциплин.

119

3. ЦЕЛЬ. Сформировать представления о кислотно-основном катализе, зависимости скорости ферментативных процессов от концентрации, температуры, наличия активаторов и ингибиторов.

Студент должен знать:

-особенности кислотно-основного катализа;

-характер зависимости скорости ферментативных процессов от концентрации фермента и субстрата;

-принципы активизации и ингибирования ферментов;

уметь:

- проводить теоретический анализ возможного влияния среды на ферментативный процесс.

4. ОРИЕНТИРОВОЧНАЯ КАРТОЧКА ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

Содержание и последовательность действий		Указания к учебным действиям
1.	Кислотно-основной катализ.	1.1. Механизм каталитического действия
		ионов гидроксония и гидроксид-ионов.
2.	Особенности кинетики ферментативных	2.1. Зависимость скорости ферментативных
процессов.		процессов от концентрации фермента и
		субстрата. Уравнение Михаэлиса-Ментена.
		2.2. Влияние рН на скорость ферментатив-
		ных реакций.
3.	Активация и ингибирование ферментов.	3.1. Обратимое и необратимое	ингиби-
		рование.
		3.2. Виды обратимого ингибирования.
		3.3. Ядовитые вещества как ингибиторы
		ферментов.

5.ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ.

1)Указать правильную характеристику кислотно-основного катализа.

а) это реакции кислот и оснований между собой; б) это реакции кислот и оснований, которые проходят под действием катализаторов;

в) это реакции, в которых кислоты и основания действуют как катализаторы; г) это реакции, в которых кислоты взаимодействуют с основаниями только в присутствия катализатора.

2) Выбрать кинетическое уравнение разложения фермент-субстратного комплекса FS с образованием продукта и фермента по теории ферментативных реакций МихаэлисаМентена.

а) V = k	[FS]	б) V = k		[F]×[P]	в) V = k		[FS]		г) V = k	[F]×[P]
				FS		2 [F]×[P]
2			2						2

3) Охарактеризовать зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации фермента.

а) прямопропорциональная; б) обратнопропорциональная в) гиперболическая; г) экспоненциальная.

4) Выбрать термин, который наиболее подходит для характеристики веществ, наличие которых в среде уменьшает скорость коррозии металлов.

120

а) катализаторы; б) ингибиторы;	в) каталитические яды;	г) сенсибилизаторы.
ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ

1) Правильный ответ в).

Кислотно-основной катализ - это вид гомогенного катализа, в котором катализаторами являются катионы Гидрогена (гидроксония) или анионы гидроксила. Катализаторы преимущественно присоединяются к молекуле реагирующего вещества, образуя промежуточный комплекс, в котором происходит перераспределение электронной плотности связей. Потом этот комплекс распадается, получаются продукт реакции и свободный катализатор.

2) Правильный ответ а).

При выводе кинетического уравнения ферментативного катализа Михаелиса-Ментена допускалось, что разложение фермент-субстратного комплекса FS на продукт реакции Ρ и фермент F происходит как реакция первого порядка:

k2

FS F + Ρ

Итак, кинетическое уравнение этого разложения будет иметь вид:

V = k2[FS]

3) Правильный ответ а).

В соответствии с кинетическим уравнением Мехаелиса-Ментена:

V = k2 [F]×[S]

Km + [S]

Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации фермента - прямопропорциональная.

4) Правильный ответ б).

Для устранения или замедления коррозии металлов применяют специальные вещества, которые называются ингибиторами коррозии. Наиболее часто это - хроматы, фосфаты, нитриты, молибдаты и др.

Они добавляются в агрессивную, с точки зрения возможной коррозии, среду или входят в состав защитного покрытия на металлической конструкции.

6.ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ.

1)Объяснить возможные механизмы влияния величины рН среды

на каталитическую активность фермента и скорость ферментативного процесса в целом.

2)Показать, в чем различие действия ингибитора в разных видах обратимого ингибирования.

3)Объяснить, что общего может быть у ядовитых веществ и лекарственных средств относительно их отношения к ферментам в живом организме.

4)Привести примеры положительного действия ингибиторов и их применения.

121

5) Объяснить, как по кинетическим характеристикам сделать вывод о принадлежности реакции к автокаталитическим реакциям.

7.ЛИТЕРАТУРА.

1.Садовничая Л.П., Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я. Биофизическая химия. К., Высшая школа, 1986, с. 157-161.

2.Ленский А.С. Введение в бионеорганическую и биофизическую химию. М., Высшая школа, 1979, с. 73-79.

3.Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия. М., Высшая школа, 1975, с. 129-131.

4.Глинка Н.Л. Общая химия. –Ленинград: Химия, 1984.

І.. ТЕМА. Гальванические цепи.

2. ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ. Гальванические цепи применяются не только для получения электроэнергии, но и в исследованиях механизмов реакций, функционирования биологических мембран, определении концентраций ионов в растворах, биологических жидкостях, и тому подобное. Следовательно, основные принципы составления гальванических цепей, применения электродов необходимы студентам для понимания направлений и возможностей потенциометрических исследований в медицине.

3. ЦЕЛЬ. Ознакомиться с основными принципами составления гальванических цепей и возможными направлениями их применения в медико-биологических исследованиях. Студент должен знать:

-типы гальванических цепей;

-виды электродов и их функциональное применение;

-методику составления гальванической цепи в зависимости от конкретного потенциометрического исследования;

уметь:

-рассчитыватьЭДС гальванической цепи;

-проводить расчеты концентраций ионов по данным ЭДС соответствующей гальванической цепи.

4.ОРИЕНТИРОВОЧНАЯ КАРТОЧКА ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ.

Содержание и последовательность дей-		Указания к учебным действиям
ствий
1.	Гальванические цепи	1.1. Процессы, происходящие на электро-
		дах гальванической цепи.
		1.2. Определение ЭДС гальванической це-
		пи.
2.	Химические гальванические цепи.
3.	Концентрационные гальванические цепи.	3.1. Типы концентрационных гальваниче-
		ских цепей.
		3.2. Расчет ЭДС концентрационной гальва-
		нической цепи.
4.	Окислительно-восстановительные цепи.
5.Классификация электродов по назначе-		5.1. Электроды определения.
нию.		5.2. Электроды сравнения.

5. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ.

І) Выбрать правильную характеристику гальванической цепи Zn/ZnS04//NiSO4/Ni .

а) концентрационная цепь;	в) окислительно-восстановительная цепь;
	122

б) химическая гальваническая цепь; г) амальгамная цепь.

2) Указать формулу для вычисления ЭДС концентрационной цепи.

а) Е = j1о -j2о в) Е = RT ln C1 nF C2

б) Е =	RT ln (C - C			)	г) Е =	RT ln (C ×C			)
	nF	1	2			nF	1	2

3)Выбрать группу электродов, которые могут применяться как электроды сравнения. а) водородный электрод, платиновый электрод; в) стандартный водородный электрод, сурмяний электрод;

г) каломельний электрод, хлорсеребряный электрод.

4)Выбрать группу электродов, которые могут применяться как индикаторные.

а) ) водородный электрод, платиновый электрод; б) ион-селективный электрод с К+-функцією, каломельний электрод;

в) стандартный водородный электрод, сурмяний электрод; г) хлорсеребряный электрод, каломельний электрод.

ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ

І) Правильный ответ б).

Эта гальваническая цепь состоит из двух разных по природе металлических электродов,

следовательно это химическая цепь, в котором происходит химическая реакция:

Zn + Ni2+ = Zn2+ + Ni

2) Правильный ответ в).

ЭДС концентрационнй цепи вычисляется по уравнению:

ЭДС = j

1

-j

2

= j 0

+ RT

× ln C - (j 0 + RT ln C

) =

nF

1

nF

2

= RT ln C -

RT ln C

RT ln

C1

2

=

(если С

> С

)

nF

1

nF

nF

C2

1

2

3) Правильный ответ г).

Электроды, которые могут применяться как электроды сравнения, должны иметь постоянные значения потенциала, независимо от состава раствора. Только в ответе г) указаны электроды ІІ рода, потенциалы которых не зависят от состава раствора, в котором они находятся.

4) Правильный ответ а).

Во всех других ответах указаны электроды, потенциал которых имеет постоянное значение: каломельный (б), стандартный водородный (в), хлорсеребряный и каломельный (г). Водородный электрод применяется как индикаторный при определении рН. а платиновый - как индикаторный при определении окислительно-восстановительного потенциала.

6. ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ.

1.Объяснить, что является источником электрической энергии в концентрационной гальванической цепи.

2.Объяснить, что означает запись гальванической цепи по правилу "правого плюса".

3.Записать гальваническую цепь, которая состоит из таких полуэлементов:

Рt|Сu2+, Сu+ и Pt | Fе 3+, Fе2+, если считать условия действия цепи стандартными, а величины стандартных потенциалов полуэлементов равны соответственно: 0,17 и 0,77 В.

123

4. Рассчитать ЭДС гальванической цепи, которая состоит из двух железных электродов с концентрациями катиона Fе2+ соответственно 0,1 и 0,01 моль/л, температура стандартная.

7.ЛИТЕРАТУРА.

1.Мороз А.С., Ковальова А.Г. Физическая и коллоидная химия. Львов. Мир, 94. с. 106-

108.

2. Садовничая Л.П., Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я. Биофизическая химия. К., Высшая школа. 1986, с.121 - 123.

З. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия. Г., Высшая школа, 1975, с. 59 - 63.

1. ТЕМА. Грубодисперсные системы.

Аэрозоли, суспензии, эмульсии. Порошки, пасты, кремы. Свойства и применение в медицине.

2. ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ. Грубодисперсные системы входят в состав живых организмов и оказывают значительное влияние на их функционирование. При дыхании человек вдыхает практически аэрозоль – воздух с диспергированными в нем твердыми и жидкими частицами. На многих производствах в легкие вместе с воздухом попадают частицы угля, цементной пыли, асбеста, горных пород, муки и других твердых и жидких веществ. Они оседают в альвеолах, вызывая легочные заболевания – пневмокониозы. Очень опасными для человека являются патогенные аэрозоли бактериальной, микробной и вирусной природы. Они вызывают заболевания гриппом, туберкулезом легких, менингитом и др.

Аэрозоли широко применяются в медицине для ингаляций при лечении органов дыхания, потому что именно лекарства в аэрозольной форме являются наиболее эффективными в борьбе с простудными, инфекционными, аллергическими заболеваниями бронхов, легких, горла и носа.

Большое количество лекарственных средств, таких как синтомицин, стрептоцид, камфара, ментол, сера, оксид цинка и других употребляются в лечебной практике в виде суспензий, взвесей и паст (концентрированных суспензий). В фармации и медицине многие лекарственные вещества применяются в виде эмульсий (типа М/В – для внутреннего употребления), кремов, мазей (типа В/М – как наружные средства).

3. ЦЕЛЬ. Сформировать представление о строении, свойствах и применении в медицине, фармации грубых дисперсий – аэрозолей, суспензий, эмульсий.

Студент должен знать:

-особенности строения, свойства, методы получения и разрушения аэрозолей;

-значение аэрозолей для жизнедеятельности организма, возможности их применения во врачебной практике, промышленности и сельском хозяйстве;

-особенности строения, свойства и применение суспензий;

-виды эмульсий, их свойства, методы получения и применение; эмульгаторы;

-особенности строения концентрированных суспензий и эмульсий: паст, кремов, мазей;

уметь:

- классифицировать природные и искусственные дисперсные системы по агрегатному состоянию фаз.

4. ОРИЕНТИРОВОЧНАЯ КАРТОЧКА ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

Содержание и последовательность дей-		Указания к учебным действиям
ствий
1. Грубодисперсные системы.		1.1. Размер частиц дисперсной фазы грубодис-
	124

	персных систем.
	1.2. Общие свойства грубодисперсных систем:
	гетерогенность, нестабильность, непрозрач-
	ность.
2. Аэрозоли как дисперсные системы с га-	2.1. Виды аэрозолей: туманы, дымы, пыль.
зообразной дисперсионной средой.	2.2. Методы получения аэрозолей.
	2.3. Молекулярно-кинетические, оптические,
	электрические свойства аэрозолей.
	2.4. Методы разрушения аэрозолей.
	2.5. Применение аэрозолей.
3. Суспензии как грубодисперсные лиозоли	3.1. Получение и свойства суспензий.
с твердой дисперсной фазой.	3.2. Пасты как ысококонцентрированные сус-
	пензии.
	3.3. Применение суспензий и паст в медицин-
	ской практике. Порошки.
4. Эмульсии как грубодисперсные лиозоли	4.1. Прямые и обратные эмульсии. Биологиче-
с жидкой дисперсной фазой.	ская роль эмульсий.
	4.2. Свойства эмульсий.
	4.3. Коалесценция – процесс разрушения
	эмульсий.
	4.4. Применение эмульсий в медицинской
	практике. Кремы и мази в парфюмерной про-
	мышленности.

5.ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ.

1)Выбрать признаки грубодисперсных систем:

1	–	гомогенность 2 – гетерогенность 3 – прозрачность
4	–	непрозрачность	5 – стабильность	6 – нестабильность.
а) 1, 3, 5;			б) 2, 4, 6;	в) 1, 4, 5;	г) 2, 3, 6.

2)	Выбрать дисперсные системы, которые соответствуют условному обозначению Ж/Г:
	1 – пыль,	2 – туман,	3 – пена,	4 – поролон; 5 – дым,	6 – аэрозольный парфюм.
	а) 1, 5;		б) 2, 6;	в) 1, 3;	г) 3, 4.
3)	Туман образовался при контакте влажного теплого воздуха с потоком холодного газа.
Указать метод,		которым получен туман.
	а) пневмораспыление;		б) диспергирование;
	в) конденсация;		г) изменение направления и скорости движения.

4)Выбрать факторы, которые предопределяют временную устойчивость суспензий: 1 - броуновское движение; 3 - наличие сольватной оболочки;

2 - наличие заряда;	4 - концентрация дисперсной фазы.
а) 1, 2;	б) 2, 3;	в) 3, 4;	г) 1, 4.

5) Выбрать эмульгаторы, которые способны повысить устойчивость эмульсии абрикосового масла в воде:

1 – натриевое мыло 2 – кальциевое мыло, 3 – водорастворимый полимер 4 – каучуковый латекс, 5 – гидрофильная глина, 6 – гидрофобная сажа.

125

а) 1, 3, 5;

б) 2, 4, 6;

в) 1, 2, 3;

г) 4, 5, 6.

6)Выбрать правильное определение явления “коалесценция”:

а) расслоение эмульсии на два слоя – дисперсная фаза и дисперсионная среда;

б) выделение эмульгатора в отдельную фазу; в) выделение дисперсионной среды в отдельную фазу;

г) слияние мелких частиц дисперсной фазы в большие капли.

ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ.

1) Правильный ответ б).

Грубодисперсные системы являются гетерогенными, а, значит, термодинамически неустойчивыми. Они непрозрачны для света, потому что свет преимущественно отражается от поверхности частиц и отражается.

2) Правильный ответ б).

Условное обозначение Ж значит, что дисперсная система состоит из жидкой (Ж) дисперсной фазы и газообразной (Г) дисперсионной среды, то есть является аэрозолем. Из указанных дисперсных систем аэрозолями с жидкой дисперсной фазой являются туман и аэрозольный парфюм.

3)Правильный ответ в).

Этот метод называется конденсация, потому что меньшие по размерам частицы (капли)

воды соединились в большие капли под действием низкой температуры.

4) Правильный ответ б).

Суспензии – это гетерогенные принципиально неустойчивые системы. Но если частички дисперсной фазы суспензии имеют заряд или сольватную (гидратную) оболочку, их агрегативная устойчивость значительно увеличивается.

Кинетическая устойчивость суспензий очень мала, потому что броуновское движение не свойственно частицам дисперсной фазы суспензии. Концентрация влияет на устойчивость только агрегативно устойчивых концентрированных суспензий – паст.

5) Правильный ответ а).

Эмульгаторы, адсорбируясь на поверхности раздела фаз, повышают устойчивость эмульсий. Эмульгаторы бывают гидрофильными и гидрофобными. Природа эмульгатора определяет тип эмульсии и ее устойчивость. Согласно правилу Банкрофта, эмульгатор должен иметь сродство к дисперсной среде эмульсии, которую он стабилизирует.

Следовательно, эмульсию абрикосового масла в воде будут стабилизировать гидрофильные эмульгаторы, которые лучше растворяются в воде, чем в масле.

Такими эмульгаторами будут натриевое мыло, водорастворимый полимер (например, белок) и гидрофильная глина.

6) Правильный ответ г).

Коалесценция, или слияние мелких капель в большие капли, является начальным этапом разрушения эмульсии, которое заканчивается ее расслоением.

6. ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ.

126

1)Записать с помощью условного обозначения фазовый состав таких дисперсий: пыль, суспензия, эмульсия, дым, аэрозольный лак.

2)Сопоставить пропускание света истинными растворами, коллоидными системами и грубыми дисперсиями.

3)Объяснить явление “обращения фаз эмульсии”. Указать, что может вызвать такое явление.

4) Объяснить, какой тип эмульсии могут стабилизировать водорастворимый

л ецитин

инерастворимый в воде холестерин.

5)Объяснить, стабилизаторами каких типов эмульсий в пищевой и фармацевтической промышленности являются белки и водонерастворимые пальмитат и стеарат сахарозы.

9.ЛИТЕРАТУРА.

1.Садовничая Л.П., Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я. Биофизическая химия. -Киев: Вища школа, 1986.-С.187-191, 197-209.

2. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия. -М.: Высшая школа, 1975. –С. 188-193.

1.ТЕМА. Полуколлоидные мыла, детергенты. Мицеллообразование в растворах полуколлоидов.

2.ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ. Полуколлоидные мыла и детергенты, способны образовывать в растворах мицеллярные структуры, широко используются как моющие и дезинфицирующие средства, эмульгаторы – в производстве фармацевтических и косметических препаратов. В организме человека роль таких полуколлоидов играют соли желчных кислот – холат и дезоксихолат натрия. Эти соли образуют мицеллы, которые способствуют эмульгированию жиров (начальный этап усвоения жиров пищи), транспорту липидов, растворению холестерина, выведению лекарств из организма. Неионогенные по- верхностно-активные вещества применяются для получения стероидных препаратов, витаминов, барбитуратов.

3.ЦЕЛЬ. Сформировать представление об особенностях строения и свойствах растворов поверхностно-активных веществ, способных к мицеллообразованию.

Студент должен знать:

-виды коллоидных поверхностно-активных веществ, особенности строения их молекул;

-современные теоретические взгляды на строение мицелл ПАВ в растворах;

-суть критической концентрации мицеллообразования (ККМ) как характеристики коллоидных систем ПАВ;

-суть солюбилизации, ее биороль и направления применения;

уметь:

- определять вид ПАВ по его молекулярной формуле.

4. ОРИЕНТИРОВОЧНАЯ КАРТОЧКА ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

Содержание и последовательность дей-	Указания к учебным действиям
ствий
1. Коллоидные поверхностно-активные	1.1. Ионогенные ПАВ: катионактивные, анио-
	127

вещества.

нактивные и амфотерные.

1.2.Неионогенные ПАВ.

2.Образование мицелл в растворах. 2.1. Суть мицеллообразования и современный

взгляд на строение мицеллы.

2.2. Критическая концентрация мицеллообразования.

3. Солюбилизация.	3.1. Суть солюбилизации и ее значение для
	жизнедеятельности. Применение.
	3.2. Механизм солюбилизации молекул разно-
	го строения и полярности.

7.ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1)Указать вещество, которое будет катионактивным ПАВ:

а) С17Н33СООNa;			б) (С17Н31СОО)2Са;
в) [R(CH3)3NCl;			г) RNHCOOH.
2) Выбрать признаки неионогенных ПАВ:
1	– электролит; 2 – неэлектролит;		3 – дифильная молекула;
4	– гидрофильная молекула;		5 – гидрофобная молекула;
6	– уменьшает поверхностное натяжение;
7	– увеличивает поверхностное натяжение.
а) 1, 3, 7;		б) 2, 3, 6;	в) 2, 5, 7;	г) 1, 4, 6.

3) Выбрать правильное определение критической концентрации мицеллообразования: а) минимальная концентрация ПАВ в растворе; б) минимальная концентрация ПАВ, которая обеспечивает образование мицеллы;

в) максимальная концентрация ПАВ, превышение которой приводит к разрушению мицелл ПАВ в растворе; г) максимальная концентрация ПАВ, которая возможна в данном растворителе.

4) Выбрать правильное определение процесса солюбилизации.

а) процесс перехода в мицеллу ПАВ вещества, которое не растворяется в чистом растворителе;

б) процесс разрушения мицелл ПАВ под действием других растворимых веществ; в) процесс распада мицелл ПАВ на отдельные молекулы;

г) процесс перехода вещества, хорошо растворимого в этом растворителе, из мицеллы ПАВ в растворитель.

5)Указать, как происходит солюбилизация неполярных молекул в растворе ПАВ с полярным растворителем:

а) неполярные молекулы переходят в углеводородную часть мицеллы ПАВ; б) неполярные молекулы предотвращают образование мицелл ПАВ;

в) неполярные молекулы связываются с неполярными фрагментами молекулы ПАВ и разрушают мицеллы;

г) неполярные молекулы в растворе ПАВ с полярным растворителем не поддаются солюбилизации.

ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ.

1) Правильный ответ в).

128

Катионактивным поверхностно-активным веществом будет вещество, которое в растворе с полярным растворителем ионизируется с образованием поверхностно-активного катиона. Таким веществом будет соль четвертичной аммониевой соли с углеводородным

радикалом R:

[R(CH3)3N]Cl D R(CH3)3N+ + Сl-

Cоль С17Н33СООNa будет анионактивным ПАВ:

С17Н33СООNa D C17H33COO- + Na+

Соль (С15H31COO)2Ca будет неионогенным ПАВ, потому что не растворяется в воде. Аминокислота с большим углеводородным радикалом R будет амфотерным электролитом:

		+
				RNHCOOH D RNH2 - COO-
		+
+			+	H+ → RNH2-COOH	катионПАВ
RNH2-COO–			+	OH– → H2O + R- NH-COO–	анион-ПАВ

2) Правильный ответ б).

Неионогенные ПАВ – это поверхностно-активные вещества, молекулы которых не ионизируются (не диссоциируют), то есть они не являются электролитами. Но такие молекулы дифильны, поскольку имеют полярные и неполярные фрагменты строения, они уменьшают поверхностное натяжение растворителя.

3)Правильный ответ б).

При растворении ПАВ в полярном растворителе, молекулы ПАВ, начиная с определен-

ной концентрации, образуют мицеллы. Наименьшая концентрация, с которой начинается образование мицелл ПАВ, называется критической концентрацией мицеллообразования

(ККМ).

4) Правильный ответ а).

Солюбилизация – это произвольный процесс перехода внутрь коллоидной мицеллы ПАВ вещества, которое не растворяется в чистом растворителе.

5)Правильный ответ а).

Неполярные молекулы при солюбилизации в растворе ПАВ с неполярным растворите-

лем полностью переходят в углеводородную часть мицеллы, растворяясь в неполярной части. В отличие от них, полярные молекулы при солюбилизации задерживаются (адсорбируются) на поверхности мицеллы в слое гидрофильных групп молекул ПАВ. Дифильные молекулы при солюбилизации ориентируются между молекулами ПАВ в мицелле подобно им.

6.ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ.

1)Объяснить, почему растворы ПАВ мицеллярного строения иногда называют ассоциативными коллоидами или полуколлоидами.

2)Указать, к классу каких ПАВ следует отнести такие сложные эфиры, как монопальмитат и моностеарат сахарозы и почему.

129

3)Указать, от каких факторов зависит величина критической концентрации мицеллообразования для ПАВ данного вида.

4)Объяснить, какие виды мицелл существуют в растворах ПАВ согласно современным теориям.

5)Объяснить биологическую роль солюбилизации и ее применение в химикофармацевтической промышленности.

9.ЛИТЕРАТУРА.

1.Садовничая Л.П., Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я. Биофизическая химия. -Киев: Вища школа, 1986.

2. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия. -М.: Высшая школа, 1975. –С.193-195.

1. ТЕМА. Застудневание растворов ВМС. Механизм застудневания. Тиксо- тро-пия. Синерезис. Биологическая роль застудневания. Высаливание биополимеров из растворов. Коацервация, ее роль в биологических системах.

2.ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ. Застудневание растворов высокомолекулярных соединений и свойства самих студней играют очень важную роль в жизнедеятельности организма. Цитоплазму клетки, хрусталик глаза, кожу, оссеин костей можно рассматривать как естественные студни. Костная и соединительная ткани организма человека с возрастом постепенно теряют студнеобразные компоненты и обогащаются минеральными веществами. Тиксотропия и синерезис – явления, присущие геле- и студнеобразным структурам, характерны для живых организмов. Так, мышцы животных в результате синерезиса и дегидратации с возрастом становятся более жесткими и твердыми. Образование опухолей

ворганизме также связывают с процессами синерезиса. К периодическому распределению веществ и образованию периодических структур в растительных и животных организмах приводит уменьшение скорости диффузионных процессов в студнях. В биологических процессах в цитоплазме большое значение имеет коацервация. Образованию комплексных коацерватов приписывается большое значение в теории возникновения жизни на Земле.

Понимание сущности явлений, происходящих в растворах ВМС, гелях и студнях, необходимо для объяснения многих биохимических, физиологических процессов, которые происходят в живом организме.

3.ЦЕЛЬ. Сформировать представление об образовании и свойствах студней, закономерностях высаливания биополимеров из растворов, сущности и значении коацервации для биологических систем.

Студент должен знать:

- механизм застудневания и факторы, влияющие на застудневание; - свойства студней: тиксотропия, синерезис, уменьшение скорости диффузионных процессов; - биологическую роль застудневания;

- сущность и биологическое значение коацервации; - закономерности высаливания биополимеров из растворов;

- отличия процессов коагуляции, высаливания, денатурации, коацервации.

130

4. ОРИЕНТИРОВОЧНАЯ КАРТОЧКА ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ.

Содержание и последовательность дей-	Указания к учебным действиям
ствий
1. Застудневание растворов ВМС.	1.1. Механизм образования студней.
	1.2. Влияние разных факторов на процесс застуд-
	невания.
	1.3. Тиксотропия – обратимое изотермическое раз-
	жижение - застудневание.
	1.4. Синерезис и его значение для биологических
	систем.
	1.5. Диффузия в студнях. Образование периодиче-
	ских структур.
	1.6. Биологическая роль студней.
2. Коацервация.	2.1. Суть коацервации в растворах ВМС.
	2.2. Комплексная коацервация. Биологическое зна-
	чение коацервации.
3. Высаливание биополимеров из рас-	3.1. Механизм высаливания биополимеров элек-
творов.	тролитами.
	3.2. Лиотропные ряды ионов при высаливании.
	3.3. Отличия процессов коагуляции и вы-
	саливания.

5.ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ.

1)Выбрать правильную характеристику агрегатного состояния студней:

а) вязкотекучая жидкость, которая уменьшает вязкость при нагревании и принимает форму сосуда;

б) жидкость, концентрация которой изменяется при нагревании и которая не имеет собственной формы;

в) коллоидная система с повышенной вязкостью и отсутствием собственной формы; г) нетекучая система, которая может иметь собственную форму при низких температу-

рах.

2) Указать основную причину застудневания:

а) образование пространственной структуры из растворимых молекул ВМС за счет межмолекулярных связей;

б) выделение растворимых молекул ВМС в отдельную фазу; в) включение большого количества молекул растворителя в гидратную оболочку моле-

кул ВМС с потерей их подвижности; г) химическое взаимодействие растворенных молекул ВМС между собой с образовани-

ем необратимой новой структуры.

3) Выбрать факторы, влияющие на застудневание:
1	– форма и размеры молекул ВМС;		2 – концентрация молекул ВМС;
3	- температура;	4 – рН системы;	5 – электролитный состав системы;		6	– время.
а) 2, 3, 4, 5;		б) 1, 2, 3, 4;	в) 3, 4, 5, 6;	г) все эти факторы.

4) указать, как влияет величина рН на застудневание растворов белков:

а) застудневание лучше проходит при значениях рН, меньших, чем ИЭТ белка; б) застудневание лучше проходит при значениях рН, больших, чем ИЭТ белка;

131

в) застудневание лучше проходит при значении рН, равном ИЭТ белка; г) застудневание растворов белков не зависит от соотношения величины рН и ИЭТ

белка.

5)	Охарактеризовать явление перехода студней в коллоидный раствор или раствор ВМС
под действием механического воздействия:
	1	– изотермическое;	2 – экзотермическое;		3 – эндотермическиое;
	4	– обратимое;	5 – необратимое.
	а) 1, 5;		б) 1, 4;	в) 2, 4;	г) 3, 5.
6)	Белки, молекулярные массы которых соотносятся как МА > МВ > МС, высаливают из
раствора. Указать порядок получения белковых фракций.
	а) А > В > С;		б) С> В> А;	в) В> А> С;	г) зависимости нет.

ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ

1) Правильный ответ г).

Студни – это нетекучие системы, которые могут иметь собственную форму и по некоторым признакам напоминают твердые тела. При нагревании они постепенно размягчаются, переходят в вязкотекучее состояние, а при последующем нагревании могут превратиться в жидкие вещества. При охлаждении такого жидкого вещества наблюдается обратный процесс образования нетекучей системы.

2) Правильный ответ а).

Застудневание основывается на межмолекулярном взаимодействии растворенных молекул ВМС с образованием пространственной структуры. Основным видом взаимодействия при структуризации считается гидрофобное взаимодействие, но могут возникать и водородные, ионные и даже ковалентные связи.

Степень структуризации и вид связей, которые образуются между макромолекулами, зависят от природы и концентрации ВМС и температуры.

Дисперсионная среда (растворитель) находится внутри такой пространственной структуры ВМС, а сама система напоминает твердое тело.

3) Правильный ответ г).

Процесс застудневания зависит от природы, размеров и формы молекул ВМС, их концентрации, температуры и времени, рН раствора и наличия в нем электролитов.

4)Правильный ответ в).

Процесс застудневания растворов белков зависит от соотношения рН раствора и ИЭТ

данного белка. Лучше всего застудневание происходит при рН, равном ИЭТ. При таком рН молекулы белка находятся в изоэлектрическом состоянии, то есть суммарный заряд молекул равен нулю. Такое состояние молекул способствует образованию между ними гидрофобных взаимодействий, водородных связей, отсутствию электростатического отталкивания молекул.

5)Правильный ответ б).

При механическом воздействии (механическом вмешательстве) студни способны раз-

жижаться, а при прекращении войдействия опять образовываться. Этот процесс является изотермическим и обратимым. Называется он тиксотропией. Способность структуриро-

132

ванной системы даже под действием механической нагрузки переходить в неструктурированную является доказательством того, что образование структуры при застудневании обеспечивается, в первую очередь, силами межмолекулярного взаимодействия.

6) Правильный ответ а).

Высаливание белков из растворов зависит от средней молекулярной массы молекул белка. Раствор смеси белков содержит фракции (группы) молекул разной средней молекулярной массы. Первыми высаливаются молекулы белка с большей молекулярной массой, а для высаливания более легких фракций белковых молекул нужно применить растворы солей большей концентрации. Так, альбумины сыворотки крови образуют осадок в насыщенном растворе сульфата аммония, а глобулины – в полунасыщенном растворе.

6.ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ.

1)Объяснить сущность явления синерезиса, привести примеры синерезиса в живых организмах.

2)Указать особенности процесса диффузии в студнях. Что такое периодические структуры?

3)Объяснить суть явления коацервации в растворах ВМС.

Какое биологическое значение имеет комплексная коацервация?

4)Объяснить, чем отличается механизм высаливания биополимеров от механизма коагуляции гидрофобных коллоидов растворами электролитов.

5)Объяснить, на чем основывается образование лиотропных рядов ионов при высаливании.

9.ЛИТЕРАТУРА.

1. Садовничая Л.П., Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я. Биофизическая химия. -Киев: Вища школа, 1986.-С.248-251, 254-257.

2. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия.

-М.: Высшая школа, 1975. –С. 207-214, 229-235, 239-242.

1.ТЕМА. Аномальная вязкость растворов ВМС. Вязкость крови.

2.ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ. Растворы ВМС по характеру вытекания в значительной мере отличаются от растворов низкомолекулярных соединений. Они характеризуются аномальной вязкостью, которая зависит от концентрации, природы и формы молекул ВМС. Биологические жидкости, в частности кровь, которые содержат разные белковые молекулы, также имеют аномальный характер вытекания. Сопоставление реологических свойств крови в норме и па тологии позволяет получить дополнительную информацию о ходе и тяжести заболевания. Знание закономерностей вытекания ньютоновских и неньютоновских жидкостей позволяет объяснить связь гипертонии с уменьшением радиуса капиллярных сосудов, образованием сгустков крови с видом раны, определить изоэлектрическую точку белка по зависимости вязкости его раствора от рН.

3.ЦЕЛЬ. Сформировать представление о характере вытекания жидкостей, аномальной вязкости растворов ВМС и биологических жидкостей, значении реологических характеристик крови для диагностики и лечения.

Студент должен знать:

-особенности ламинарных и турбулентных потоков жидкости при вытекании;

-особенности вытекания растворов ВМС;

133

-причины аномальной вязкости растворов ВМС;

-зависимость вязкости растворов белков от рН;

-значение реологических свойств крови для медицины;

уметь:

-оценивать взаимное соотношение количественных параметров процесса вытекания жидкостей по уравнению Пуазейля.

4.ОРИЕНТИРОВОЧНАЯ КАРТОЧКА ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ.

Содержание и последовательность дей-	Указания к учебным действиям
ствий
1. Турбулентный и ламинарный характер	1.1. Характеристика ламинарного потока выте-
вытекания жидкости.	кающей жидкости.
	1.2. Законы Ньютона и Пуазейля для ньютонов-
	ских жидкостей.
	1.3. Понятие о турбулентном режиме вытекания.
2. Понятие о вязкости жидкостей.	2.1. Вязкость как мера силы внутреннего сопро-
	тивления (трения) при вытекании жидкостей.
	2.2. Вязкость разбавленных растворов ВМС.
3. Аномальная вязкость растворов ВМС.	3.1. Понятие об ориентационном компоненте
	аномальной вязкости растворов ВМС.
	3.2. Концентрированные растворы ВМС и струк-
	турные компоненты их аномальной вязкости.
	3.3. Характеристическая вязкость растворов по-
	лимеров и ее использование для вискозиметриче-
	ского определения средних молекулярных масс
	полимеров.
4. Вязкость крови и биологических жид-	4.1. Влияние радиуса капиллярных сосудов на
костей.	нормальный ток крови и ее давление.
	4.2. Характер течения крови в зависимости от ви-
	да повреждения сосуда.
	4.3. Вязкость растворов белка в зависимости от
	рН.

5.ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ.

1)Выбрать характеристику соотношения скоростей слоев жидкости, которое соответствует режиму ламинарного течения.

а) скорость постепенно растет от стенок капилляра к центру; б) для горизонтальных капилляров скорость постепенно увеличивается сверху вниз, а

для вертикальных скорости одинаковы; в) скорость постепенно уменьшается от стенок капилляра к центру;

г) соотношение скоростей зависит от силы вязкого сопротивления жидкости.

2)Указать, какие жидкости называются ньютоновскими.

а) жидкости, течение которых отвечает законам Ньютона и Пуазейля; б) жидкости с режимом ламинарного вытекания; в) жидкости с турбулентным режимом вытекания; г) растворы высокомолекулярных соединений.

134

3)Указать причины, по которым при одинаковой концентрации разбавленные растворы ВМС имеют большую вязкость, чем растворы низкомолекулярных соединений.

а) высокая степень структурированности растворов ВМС; б) большая молекулярная масса молекул ВМС;

в) высокая гидрофильность молекул ВМС, их взаимодействие с молекулами растворителя;

г) способность к застудневанию и набуханию.

4) Объяснить, почему с увеличением напряжения сдвига вязкость растворов ВМС может уменьшаться.

а) при этом повышается температура, и вязкость уменьшается; б) большие по размерам молекулы разрываются на отдельные части, и течение проис-

ходит быстрее; в) разрушается внутренняя структура между молекулами ВМС, и вязкость уменьшает-

ся; г) длинные молекулы ВМС начинают ориентироваться вдоль направления течения.

5)Указать, как зависит вязкость растворов белков от рН:

а) максимальная вязкость у растворов с рН, равном ИЭТ; б) минимальную вязкость имеют растворы, рН которых равен ИЭТ;

в) минимальную вязкость имеют растворы с сильнокислой или сильнощелочной средой, потому что при таких условиях происходит гидролиз пептидных связей;

г) не существует определенной зависимости вязкости растворов белков от рН.

ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ.

1)Правильный ответ а).

При ламинарном вытекании жидкости слои жидкости возле стенок капилляра имеют

меньшую скорость, а центральный слой потока двигается с максимальной скоростью. При турбулентном режиме такое соотношение скоростей слоев жидкости нарушается, они начинают смешиваться и образовывать завихрения.

2)Правильные ответы а) и б).

Жидкости, текущие в ламинарном режиме и подчиняющиеся законам Ньютона и Пуа-

зейля, называются ньютоновскими жидкостями. Растворы ВМС преимущественно не являются ньютоновскими. Биологические жидкости, и в первую очередь кровь, также не подчиняются законам Ньютона и Пуазейля, их вязкость преимущественно зависит от напряжения сдвига.

3)Правильные ответы а) и в).

Для растворов ВМС характерно сильное взаимодействие молекул ВМС с молекулами

растворителя, образование ассоциатов и легкоразрушающихся структур.

Если растворителем является вода, то только молекулы ВМС с высокой гидрофильностью, например, белки способны образовывать растворы. Высокая гидрофильность молекул ВМС предопределяет их взаимодействие с молекулами воды с образованием развитых гидратных оболочек, то есть большая часть растворителя приобретает определенную “связанность” с молекулами растворенного вещества. В концентрированных растворах ВМС также наблюдается образование молекулами ВМС внутренних пространственных структур.

135

4)Правильные ответы в) и г).

Вязкость растворов ВМС при увеличении напряжения сдвига может уменьшаться по

двум основным причинам. При невысоких концентрациях молекулы ВМС, имеющие анизометрическое (ориентированное в одном измерении) строение, начинают ориентироваться в направлении потока, уменьшая сопротивление вытекания. В растворах ВМС высоких концентраций увеличение напряжения сдвига приводит к разрушению внутренних пространственных структур, образованных молекулами ВМС в состоянии покоя. Вязкость при этом также уменьшается. Таким образом, аномальная вязкость растворов ВМС состоит из ориентационного и структурного компонентов.

5)Правильный ответ б).

Если рН раствора белка равен его изоэлектрической точке, то белковая молекула в та-

ком растворе имеет глобулярное строение, сопротивление течения будет минимальным . Значит, вязкость такого раствора будет наименьшей. При уменьшении или увеличении рН вязкость растворов белков возрастает в связи с изменением структуры белковых макромолекул. По графику зависимости вязкости растворов белка от рН можно определить значение ИЭТ белковой молекулы.

6.ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ.

1)Указать отличия ламинарного и турбулентного режимов вытекания жидкостей.

2)Дать определение вязкости по закону Ньютона для ламинарного течения.

3)Объяснить по закону Пуазейля, почему уменьшение диаметра капилляра вызывает увеличение сопротивления течения. Как это связано с повышением давления крови?

4)Указать, чем отличается зависимость вязкости ньютоновских и неньютоновских жидкостей от напряжения сдвига.

Что такое критическое напряжение сдвига?

5)Указать, что такое характеристическая вязкость растворов ВМС.

6)Объяснить суть вискозиметрического определения средней молекулярной массы полимера.

9.ЛИТЕРАТУРА.

1.Садовничая Л.П., Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я. Биофизическая химия. -Киев: Вища школа, 1986.-С.251-254.

2. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия. -М.: Высшая школа, 1975. –С. 220-223.

136