- •III. Строение вещества
- •3.1 Свободная энергия Гиббса
- •3.3 Основы биоэнергетики
- •I. Химия и медицина
- •5.2 Термодинамика растворения.
- •Скорость растворения равна скорости кристаллизации. Растворы:
- •5.3 Растворимость газов, жидкостей и твердых веществ в воде.
- •Математическое выражение закона Нернста-Шилова
- •Условия образования осадка труднорастворимых электролитов
- •5.4 Коллигативные свойства растворов
- •Математическое описание эбулиоскопического закона
- •Применение гипертонических растворов в медицине
- •6.1 Теория электролитической диссоциации с. Аррениуса
- •6.2 Теории слабых и сильных электролитов
- •6.3 Электропроводность растворов электролитов
- •6.4 Роль электролитов в жизнедеятельности организма
- •7.1. Кислотность водных растворов и биологических жидкостей.
- •7.2 Буферные растворы.
- •Механизм буферного действия:
- •7.3 Буферные системы крови.
- •VII. Овр. Элементы термодинамики
- •IX. Физико-химия дисперстных систем и растворов вмс
- •16.1 Дисперсные системы и их классификация.
- •16.2 Получение и очистка коллоидных растворов.
- •Методы очистки золей: диализ, электродиализ, ультрафильтрация.
- •16.3 Строение мицеллы лиофобных золей.
- •16.5 Устойчивость коллоидных растворов. Коагуляция.
- •17.1 Общая характеристика вмс
- •17.2 Набухание и растворение вмс
- •VIII. Физико-химия поверхностных явлений
- •15.1 Поверхностная энергия и поверхностное натяжение
- •15.2 Адсорбция и ее виды
- •15.3 Адсорбция на границе жидкость-газ
- •15.4 Адсорбция на твердых адсорбентах
- •15.5 Хроматография
- •V. Химическая кинетика
- •9.1 Понятие о скорости и механизме химических реакций.
- •9.2 Кинетические уравнения простых и сложных реакций.
- •9.3 Влияние температуры на скорость химических реакций
- •10.1 Катализ и катализаторы
- •10.2 Кинетика ферментативных реакций.
- •Кинетическое уравнение реакции 1-го порядка
- •IV. Элементы химической термодинамики и биоэнергетики
- •1.1 Основные понятия химической термодинамики
- •1.2 Первый закон термодинамики
- •1.3 Термохимия
- •2.1 Понятие о самопроизвольных и несамопроизвольных процессах. Термодинамическое равновесие.
- •2.2 Второй закон термодинамики.
- •2.3 Термодинамическое и статистическое толкование энтропии. Применимость второго закона к биосистемам.
- •4.1 Химическое равновесие, его кинетическое и термодинамическое описание.
- •4.2. Смещение химического равновесия (принцип Ле Шателье).
- •4.3. Равновесие в биосредах.
- •Химия s-элементов
- •Химия р-элементов
- •Химия d-элементов
- •Триада железа
15.2 Адсорбция и ее виды
Адсорбцией называется концентрирование какого-либо вещества в поверхностном слое в результате самопроизвольного перехода его из объема фазы.
При адсорбции различают два понятия: адсорбент, адсорбат.
Адсорбент – вещество, на поверхности которого идет адсорбция.
Адсорбат – вещество, которое концентрируется на поверхности адсорбента.
Адсорбция (Г) выражается в г/м2 или моль/м2 и рассчитывается по формуле:
ν – количество адсорбата, моль
S – площадь поверхности адсорбента, м2
В зависимости от природы сил, действующих между адсорбентом и адсорбатом, различают физическую и химическую адсорбцию.
Физическая адсорбция обусловлена межмолекулярным взаимодействием (силы Ван-дер-Ваальса). Энергия этих взаимодействий небольшая и составляет~4-40 кДж/моль.
Для физической адсорбции характерны:
• обратимость: одновременно с адсорбцией протекает десорбция,
• неспецифичность, которая под-чиняется общей закономерности: «подобное растворяется в подобном»,
• экзотермичность (ΔадсН < О)
В соответствии с принципом Ле Шателье, протеканию физической адсорбции способствует:
• понижение температуры,
• увеличение концентрации адсорбата,
• повышение давления в системе (при адсорбции газа или пара).
Химическая адсорбция (хемосорбция) осуществляется при взаимодействии адсорбента с адсорбатом с образованием химической связи.
Энергия связи при хемосорбции составляет 40-400 кДж/моль, что делает ее практически необратимой, специфичной и локализованной.
Повышение температуры усиливает хемосорбцию, что приводит к большому связыванию адсорбата.
По характеру межфазной поверхности различают адсорбцию, протекающую на границе раздела:
А) жидкость/газ,
Б) жидкость/жидкость,
В) твердое тело/жидкость,
Г) твердое тело/газ
15.3 Адсорбция на границе жидкость-газ
При растворении в жидкости какого-либо вещества может наблюдаться:
А) понижение ее поверхностного натяжения. Такие вещества называются поверхностно-активными (ПАВ);
Б) повышение ее поверхностного натяжения. Таккие вещества называются поверхностно-инактивными (ПИВ); к ним относятся неорганичесие кислоты, основания и соли;
В) поверхностное натяжение жидкости не изменяется. Такие вещества называются поверхностно-неактивными (ПНВ). К ним относятся глюкоза, сахароза и другие сахара.
Поверхностно-активными (ПАВ) называются вещества, уменьшающие поверхностное натяжение жидкостей.
Их молекулы дифильны и ассиметричны; они состоят из неполярного гидрофобного радикала и полярной гидрофильной группы.
Классификация ПАВ
1. Электролиты (ионогенные)
2. Неэлектролиты (неионогенные)
Ионогенные ПАВ делятся на:
1) Катионоактивные: соли и гидроксиды алкиламмония
Например, цетилтриметил аммоний бромид, используемый как антисептик [CH3- (CH2)15N (CH3)3]Br
2) Аниононоактивные:
• Соли карбоновых кислот R-COOMe,
• Соли сульфокислот R-SO3Me
К неионогенным ПАВ относятся:
• Карбоновые кислоты R-COOH,
• Сульфокислоты R - SO3H,
• Спирты R - OH,
• Тиолы R - SH,
• Амины R – NH2
Поверхностно-активными являются многие биоактивные соединения:
• Жиры,
• Фосфолипиды
• Желчные кислоты
В соответствии с правилом: «Подобное стремится к подобному», гидрофобные радикалы направлены в неполярную фазу (воздух), а гидрофильные группы – в полярную (вода). В результате ПАВы адсорбируются на границе раздела двух фаз.
Поскольку молекулы ПАВ менее полярны, чем молекулы воды, силы поверхностного натяжения в поверхностном слое уменьшаются.
Гmax – предельная адсорбция, соответствующая насыщенному монослою
Зная Гmax можно рассчитать:
а) длину молекулы ПАВ (ℓ)
ρ – плотность ПАВ,
М- молярная масса ПАВ
б) площадь, занимаемую молекулой ПАВ на границе раздела фаз (s):
где NA – число Авогадро
Важнейшей характеристикой ПАВ является их поверхностная активность (g):
где Δσ – уменьшение поверх-ностного натяжения жидкости при увеличении концентрации ПАВ на ΔС
Правило Дюкло-Траубе (1888): с увеличением длины гидрофобного радикала на группу -CH2- поверхностная активность ПАВ возрастает в 3-3,5 раза при одинаковой молярной концентрации.
Правило выполняется для членов одного гомологического ряда: спиртов, аминов, карбоновых кислот и т.д.
Зависимость адсорбции ПАВ от их концентрации в растворе описывается уравнением Гиббса (1878):
Влияние концентрации ПАВ на поверхностное натяжение раст-воров описывается уравнением Шишковского (1909):
где a и b – параметры уравнения (табл.)
Для расчета адсорбции ПАВ используется объединенное уравнение Гиббса-Шишковского:
Применение ПАВ
1)Как моющие средства:
молекулы ПАВ адсорбируются на поверхности жирного пятна гидрофобными радикалами, образуя гидрофильную систему, хорошо растворимую в воде.
2) Как антисептики в хирургии:
антимикробная активность ионогенных ПАВ значительно выше (до 300 раз) активности традиционно используемого фенола.
Обеззараживающее действие ПАВ объясняют их влиянием на проницаемость клеточных мембран микроорганизмов, а также ингибирующим действием на ферментативные системы бактерий.
3) Для производства липосом
Липосома (греч. «липос» - жир, «сома» - тело) – это надмолекулярная структура, состоящая из бислоя фосфолипидов и находящегося между ними раствора.Липосомы применяются в медицине для направленной доставки лекарственного препарата к пораженным органам и тканям. При этом препарат не отравляет здоровые ткани человека. Липосомы могут переносить широкий круг фармакологически активных веществ: противоопухолевые и противомикробные препараты, гормоны, ферменты, вакцины, а также дополнительные источники энергии для клетки и генетический материал.
Как носители лекарств липосомы наиболее широкое применение получили в онкологии и пульмонологии (лечение туберкулеза), т.е. в тех областях медицины, в которых используются наиболее токсичные лекарственные вещества.