Методическая разработка
для проведения занятия со студентами
I курса медико-диагностического факультета в I семестре
по общей и биоорганической химии
Тема № 13: Физико-химия поверхностных явлений
Время: 2,5 часа
1. УЧЕБНЫЕ И ВОСПИТАТЕЛЬНЫЕ ЦЕЛИ:
Познакомить студентов с поверхностными явлениями, типами адсорбции и закономерностями процессов адсорбции, с применением данных процессов в медицинской практики. Научить студентов применять теоретические положения изученных явлений при вычислении адсорбции по уравнению Гиббса, Шишковского и Фрейндлиха, и строить графики изотермы поверхностного натяжения и изотермы адсорбции.
МОТИВАЦИЯ ДЛЯ УСВОЕНИЯ ТЕМЫ:
Поверхностные явления и адсорбция имеют большое значение в медицине и биологии. Большинство биологических процессов протекает на поверхности раздела фаз – ферментативные реакции, синтез белка и др. Поверхностно активные вещества (ПАВ) понижают поверхностное натяжение и играют важную роль в физиологических процессах. Например, соли желчных кислот, обладающие высокой поверхностной активностью, обеспечивают эмульгирование жиров и их всасывание. Адсорбция различных веществ при острых отравлениях имеет большое значение в адсорбционной терапии и гемосорбции. Иммуносорбенты найдут широкое применение при лечении микробных интоксикаций, газовой гангрены, столбняка.
ТРЕБОВАНИЯ К ИСХОДНОМУ УРОВНЮ ЗНАНИЙ:
Общие представления о поверхностных явлениях, поверхностном натяжении жидкостей.
В результате проведения занятия студент должен:
1) знать:
понятие о свободной поверхностной энергии и поверхностном натяжении, а также о факторах, влияющих на них;
понятие об адсорбции и ее видах;
теоретические основы адсорбции ПАВ на границе жидкость-газ и математическое описание данного процесса уравнениями Гиббса, Шишковского и Гиббса-Шишковского;
природные и синтетические материалы, используемые в качестве твердых адсорбентов;
теоретические основы молекулярной адсорбции на твердых адсорбентах и математическое описание данного процесса уравнениями Ленгмюра и Фрейндлиха;
теоретические основы адсорбции электролитов на твердых адсорбентах, описываемые правилами Панета-Фаянса;
теоретические основы ионообменной адсорбции и применение ионитов в медицине и технике;
применение сорбентов в медицине. Гемо-, лимфо-, плазмо- и энтеросорбция как методы лечения.
2) уметь:
объяснить причину появления избыточной энергии у молекул на границе раздела двух фаз по сравнению с молекулами в глубине фазы;
объяснить особенности строения молекул ПАВ и их ориентацию на границе жидкость-газ, а также влияние длины углеводородного радикала на поверхностную активность;
выполнять расчеты по уравнениям Гиббса, Шишковского, Гиббса-Шишковского, описывающие адсорбцию ПАВ на границе жидкость–газ;
формулировать основные положения теорий молекулярной адсорбции и выполнять расчеты по уравнениям Ленгмюра и Фрейндлиха;
описывать избирательную адсорбцию электролитов из растворов в соответствии с правилами Панета-Фаянса;
описывать ионообменную адсорбцию, приводить схемы ионообменных процессов для катионов и анионов;
измерять поверхностное натяжение жидкостей сталогмометрическим методом.
2. СВЯЗЬ СО СМЕЖНЫМИ ДИСЦИПЛИНАМИ:
Теоретические основы знаний о физико-химии поверхностных явлений и адсорбции необходимы студентам при изучении курсов реанимации, клинической лабораторной диагностики, фармакологии, гематологии, общей гигиены, экологии и радиационной медицины.
3. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ ЗАНЯТИЯ:
3.1 Понятие о поверхностной энергии и поверхностном натяжении.
3.2 Адсорбция на границе жидкость-газ. Понятие о ПАВ. Уравнение Гиббса-Шишковского. Правило Дюкло-Траубе.
3.3 Адсорбция на твердых адсорбентах. Классификация твердых адсорбентов. Влияние температуры на смещение адсорбционного равновесия. Уравнение Ленгмюра.
3.4 Теории молекулярной адсорбции. Уравнение Фрейндлиха.
3.5 Адсорбция электролитов на твердых адсорбентах: избирательная и ионообменная адсорбция. Правило Панета-Фаянса.
3.6 Применение адсорбентов в медицине. Энтеросорбенты. Гемо-, плазмо- и лимфосорбция.
3.7 Хроматография. Роль хроматографии в медико-биологических исследованиях.
4. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ЗАНЯТИЯ
Лабораторная работа № 1
Определение зависимости поверхностного натяжения растворов от
длины углеводородной цепи поверхностно-активного вещества
В ходе работы необходимо определить поверхностное натяжение (σ) 0,1 М водных растворов следующих спиртов: C2H5ОН, С3Н7ОН, С4H9ОН, С5Н11ОН. Результаты занесите в таблицу 1.
Таблица 1
|
ПАВ |
СМ (спирта), моль/л |
n, число капель спирта |
σ·103, Н/м |
|
Н2О |
|
|
72,75 |
|
C2H5ОН |
|
|
|
|
С3Н7ОН |
|
|
|
|
С4H9ОН |
|
|
|
|
С5Н11ОН |
|
|
|
Расчеты проводите по формуле:
,
где σ (Н2О
) = 72,75·10‾3
Н/м
Начертите график 1 зависимости поверхностного натяжения (σ) от числа атомов углерода в молекулах спиртов (n(C)).
График 1. Зависимость поверхностного натяжения (σ)
σ·103 
от
длины углеродной цепи
Н/м
0
1 2 3 4 5 n(С)
На основании полученных данных сделайте вывод.