ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ НА ГРАНИЦЕ ФАЗ. АДСОРБЦИЯ.

Живые организмы представляют собой системы с очень развитыми поверхностями раздела, к которым относят кожные покровы, поверхность стенок кровеносных сосудов, слизистые оболочки, клеточные мембраны и т.д. Известно, что жизненно важные биохимические процессы в организме протекают на поверхности биологических мембран, поэтому для понимания их механизма необходимо знание основных закономерностей, которым подчиняются поверхностные явления.

ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ: познакомиться с основными понятиями, изучить закономерности процессов сорбции, их медико - биологическое значение, особенно в организме человека. Научиться применять на практике теоретические положения процессов адсорбции, освоить методы исследования их.

После изучения темы студент должен

Знать:

основные понятия процессов сорбции;

факторы, влияющие на адсорбцию;

способы наблюдения явления адсорбции

Уметь:

правильно применять теоретические знания для описания адсорбции на различных границах раздела фаз;

применять на практике методы исследования адсорбции для построения изотермы адсорбции.

Поверхностные явления. Адсорбция.

1. Поверхностная энергия и поверхностное натяжение.

Биологические системы являются гетерогенными, т.е. состоят из нескольких фаз, отделенных друг от друга поверхностями раздела.

Свойства молекул в поверхностном слое и в объеме системы существенно различаются между собой. Молекулы, находящиеся внутри жидкости, испытывают одинаковое воздействие со всех сторон, в результате силы притяжения компенсируются и их равнодействующая равна нулю. Рассматривая поверхность раздела между жидкостью и воздухом, можно видеть, что молекулы жидкости, находящиеся в поверхностном слое, испытывают неодинаковое притяжение со стороны жидкой и со стороны газообразной фаз ( рис. 1.)

Рис. 1. Схема действия межмолекулярных сил внутри жидкости

И на ее поверхности

Поскольку плотность газа меньше плотности жидкости, то равнодействующая всех сил притяжения будет направлена внутрь жидкости перпендикулярно с ее поверхности. Таким образом, поверхностные молекулы жидкости всегда находятся под действием силы, стремящейся втянуть их внутрь, т.е. поверхность жидкости всегда стремится сократится. Этим объясняется шарообразная форма капли.

Поверхностными явлениями называют процессы, происходящие на границе раздела фаз и обусловленные особенностями состава и строения поверхностного слоя.

Всякая поверхность характеризуется запасом энергии, называемой поверхностной энергией. В эту энергию превращается работа, затрачиваемая на образование поверхности раздела. Поверхностная энергия Гиббса Gs зависит от величины поверхностного натяжения и площади поверхности S:

Gs = σ · S (1)

Поверхностное натяжение есть величина, измеряемая энергией Гиббса, приходящейся на единицу площади поверхностного слоя:

σ = Gs

S (1)

Поверхностное натяжение измеряется в ньютонах на метр (н/м). Чистые жидкости характеризуются определенными значениями поверхностного натяжения. У полярных жидкостей оно обычно значительно, у неполярных – мало. Для воды σ = 7,3 · 10 ˉ² н/м.

Поверхностное натяжение жидкостей определяется различными методами. Наиболее распространенные из них – методы капиллярного поднятия, отрыва кольца, стомагмометрический и наибольшего давления пузырьков газа (метод Ребиндера).

Из термодинамики известно, что всякая система стремится обладать минимальным запасом энергии. Уменьшения свободной поверхностной энергии можно достичь двумя путями: за счет уменьшения либо поверхности раздела фаз, либо поверхностного натяжения.