- •Глава VIII адсорбция на подвижной границе раздела фаз Вопросы к занятию
- •§ 1 Понятие о поверхностной энергии и поверхностном натяжении
- •§ 2 Адсорбция, ее основные понятия и виды
- •§ 3 Адсорбция на границе раздела жидкость-газ, жидкость-жидкость.
- •§ 4 Изотерма поверхностного натяжения. Поверхностная активность
- •§ 5 Правило Дюкло-Траубе. Строение адсорбционных слоев
- •§ 6 Ориентация молекул в поверхностном слое.
- •§ 7 Лабораторный практикум "Адсорбция поверхностно-активного вещества на границе раздела жидкость-воздух или жидкость-жидкость"
- •Ход работы
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.
Понятие
о липосомах. Структура биологических
мембран .
Существование
минимального значения поверхностного
натяжения у
растворов ПАВ и предельного
значения адсорбции (Гда) 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§ 5 Правило Дюкло-Траубе. Строение адсорбционных слоев
§ 6 Ориентация молекул в поверхностном слое.
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 (Гда) 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; Гда
- 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