§ 5. Свойства гелей и студней

Гелями и студнями называются нетекучие структурирован­ные системы, образующиеся в результате межмолекул-ярного взаимодействия между макромолекулами гголймёрш или кол-~ лоидными частичками. Ячейки пространственных сеток гелей и студней заполнены растворителем (рис. 70).

Гели могут быть естественного ^искусственного происхож-

. дения, органические и неорганические. К числу естественных

относятся цитоплазма живых клеток, кожа, хрусталик гла­за и т. д. Искусственные гели и студни можно приготовить из -""желатины, агар-агара, каучука. Гели кремневой кислоты в природных условиях образуют разнообразные минералы: агаты, халцедон, опал.

Студни и студнеобразование играют важную роль в раз­витии животных и растительных организмов. Живые орга­низмы состоят из студней различной.степени оводнения.. Так, тело медузы представляет собой живой студень с огромным количеством воды (до 98 %), а роговая ткань содержит очень мало воды (до десятых долей процента). Кости имеют некото­рую упругость и эластичность, так как содержат студнеоб­разное соединение —оссеин. В детском возрасте кости и сое- \ динительные ткани очень эластичны, поскольку состоят из большого количества гелеобразных композиций. С возрас­том они становятся более хрупкими в результате накопления в них минеральных веществ.

Геле- и студнеобразование—одно из важных и интересных^-свойств дисперсных систем с жидкой дисперсионной средой—і В хлебопечении, сыроварении, кондитерском производстве студнеобразование является одной из стадий технологическо­го процесса, так как многие продукты питания представляют собой студни (хлеб, сыр, творог, джемы, кисели и т. д.). Про­изводство многих искусственных материалов (синтетического каучука, синтетических волокон, различных полимеров) свя­зано с процессом гелеобразования, поэтому изучение этого явления и определяющих его условий представляет огромный теоретический и практический интерес.

Причина застудневания заключается в возникновении свя- j зей между Тдолёкулами высокомоТтёкуЖрТгого вещества^ ко-; торые в растворе ~представ7Гя1оТ~собой отдетшньііе"кйТгетТгчштаеі единтгнїіГМежду^ЬлІ^кулаші 'гїоІіїме^заПГрастворе могут обра-¹ зовываться кратковременные связи, приводящие к появлению ассоциатов. Если ассоциаты существуют длительное время, они приобретают некоторые свойства, характерные для твер­дых тел.

Связи между макромолекулами в растворе возникают в ре­зультате различных взаимодействий. В настоящее время ос­новным взаимодействием при структурировании считается гидрофобное, однако могут быть и водородные, и ионные, И KO--валентные связи. Они зависят от природы вещества и условий, в которых протекает застудневание. Таким образом, застуд- \ невание можно определить как процесс образования и упроч-^ нения пространственной сетки. При этом установлено", что связи между макромо^еку^аюГвозникают по всей длине час-тй"чёк при наличии активных "участков; в суспензоидах, спо-собігьТх~ТГте7ГЄо"гіразованйю, связи !возникают і\1ГШШї$т~у)\-л и не!ііШхПШїеТйч^с1шх"ТДЇін йщ

' Ч асттгттгпг "ббр л зов а UMn студней происходит упорядоче­ние отдельных участков макромолекул, взаимодействующих друг.б-'ДТхугефі. Эти участки ориентируются таким образом, чтобы способствовать уменьшению свободной энергии системы.

Альбумины и глобулины яичного белкат-еь-нзоретки крови, молока и т. д. являются белками глобулярного типа и при низких концентрациях растворов студней не образуют. Их молекулы в отличие от желатины не имеют удлиненной формы и, будучи скрученными в глобулу, практически защищены от взаимодействия друг с другом. Студни глобулинов и альбуми­нов образуются только после денатурации в сильнокислой или щелочной среде. Под влиянием этих денатурирующих факторов глобулы разворачиваются и молекулы вступают в гидрофобные взаимодействия, в результате которых возни­кает сетка студня.

~" Образование cr^fliiH_jaa^K>flaeTCH при_ов^тьігзаііии_крови, однако этот пршГёсс.не связан _с денатурацией. При свертыва­нии крови растворимый белок фибриногёгГщУевращается в не-

■ растворимый фибрин. Этот процесс превращения связан с дей­ствием тромбин-фермента. Молекулы фибриногена сами по себе к образованию студня не способны, однако под влиянием тромбина активируются реакционноспособные центры фибри­ногена и образуется сетка фибрина.

Из описания процесса застудневания видно, что он заклю­чается в образовании рыхлой сетчатой структуры по всему объему системы. Дисперсионная среда захватывается сет­кой, как губкой, т. е. полностью иммобилизуется, благодаря чему коллоидная система теряет текучесть и переходит в твер­дое состояние.

Гелеобразование напоминает процесс коагуляции колло­идных систем, однако сходство между ними заключается толь­ко р однотипном влиянии некоторых факторов на оба процес-_г са.-'При коагуляции дисперсная система разделяется на две j фазы — жидкую среду и твердую дисперсную фазу. При студ-/ не- и гелеобразовании разделение на фа^ьі_н_е_ прбіїсТоїЩтТ" Р^сттзІїрйтЄль полностью остается в системе, а концентрация зо всех частях студня остается неизменной.

Процесс студнеобразования зависит от следующих факто-■ ров: размера, Трормы и п р ироды мак р омо л еку л ~ кон центр а ци и дисперснои "фазы, температуры, времени,, наличия элсктро-литгТв71эН""]р'створа и т. д. •"

Зависимость процесса студнеобразования от формы и струк­туры макромолекул уже обсуждалась выше. Здесь же можно сказать о том, что гели образуются из золей, частички кото­рых обладают резко выраженной анизодиаметричной формой — удлиненной палочкообразной, игольчатой или листочкообраз-ной.

Концентрация оказывает существенное влияние на процесс гелеобразовани-я.' Чем концентрированнее растворы, тем более Вероятны взаимодействия между активными центрами части-'Чек. Однако сама концентрация гелеобразования зависит от природы вещества. Например, раствор агара застудневает при комнатной температуре уже при 0,2 %-й концентрации, а для желатины при этой температуре нужна концентрация 2 %.

На способность к застудневанию водных растворов бел­ков или других амфотерных соединений существенное влияние оказывает рН раствора. Лучше всего застудневание идет при рН, соответствующих изоэлектрической хбчкё","'поскольку ТГТиоТд случае суммарный заряд молекул близок нулю, что об­легчает возникновение между ними связей различной природы.

Действие низкомолекулярных электролитов на застудне-, вание растворов белков прямо противоположно их действию \ на набухание. Ионы, увеличивающие набухание, замедляют застудневание или делают его вообще невозможным. Наобо- ) рот, ионы, уменьшающие объем набухшего студня, способ- / ствуют застудневанию. Как и на набухание, на застудневание | большее влияние оказывают анионы. J,

Температура также сильно влияет на процесс студне- ^; и гелеобразования. С повышением температуры застудневание ' растворов полимеров обычно затрудняется. Растворы, не за-"-студневающие при комнатной температуре, при понижении температуры могут превратиться в твердые студни. Например, • глютин при комнатной температуре образует студень в 5 %-м растворе, а при O⁰C застудневает с концентрацией 0,25 %. Влияние температуры на процесс студне- и гелеобразования объясняется тем, что нагревание усиливает тепловое движение макромолекул или коллоидных частичек и ослабляет связи между ними. Образование сетчатых структур из частичек дисперсной фазы происходит тем легче, чем меньше скорость их движения, т. е. чем ниже температура. Для каждой дис~- J персной системы существует определенная температура, вы/ ше которой геле- и студнеобразование невозможно.

В производстве продовольственных товаров широко поль­зуются температурной зависимостью процесса застудневания различных систем.

Студнеобразование растворов полимеров происходит не мгновенно, а в течение определенного времени. Структурообра- зование в некоторых системах продолжается и после того, как образовался гель или студень. Это положение подтвержда- / ется постепенным повышением прочности и эластичности по-/ лученного геля или студня. '

Многие студни и гели под влиянием механических воздей­ствий способны разжижаться, переходить в золи или растворы полимеров, а затем при хранении снова застудневать. Такое повторное разрушение студня и геля — разжижение и затем снова застудневание — протекает изотермически и называ­ется тиксотропией. Тиксотропия — одно из доказательств то­го, что структурообразование в таких системах происходит за счет межмолекулярных взаимодействий.

При хранении гелей и студней в системах происходят изменения, связанные с агрегацией частичек, повышением

твердости, потерей эластич- ности и т. д. Эти изменения свойств гелей и студней свя- .зьтвают со старением систем. При старении гелей и студней некоторые процессы протека- ют необратимо. ''""Особенно большое значе- ние имеет процесс разделения геля или студня на две фазы, называемый синерезисом.С вы- делением жидкости сам гель или студень уменьшается в объеме и становится менее Рис. 71. Слоистая структура поче- прозрачным. Явление сине- нного камня. резиса часто наблюдается при

хранении продовольственных товаров (черствение хлебо-булочных изделий, «отмокание» мармелада, желе, фруктовых джемов).

Сий'ерезис развивается в живых клетках. Известно, что ч^мясо молодых животных сочнее и нежнее, чем старых. Это объясняется тем, что с возрастом ткани животных вслед­ствие синерезиса и дегидратации становятся более жесткими, отвердевают. Патологические опухоли в организме, а также секреция желез рассматриваются как проявление синере­зиса.

Наличие у студней пространственной молекулярной сетки подтверждается результатами исследования скорости диффу­зии. В студнях невысоких концентраций диффузия низкомо­лекулярных веществ происходит практически с такой же ско­ростью, как и в чистом растворителе. Это возможно только при достаточно больших промежутках между макромолекулами, соединенными друг с другом в трехмерную структуру. С уве­личением концентрации студня или размера диффундирующих частичек скорость диффузии уменьшается. Если размеры диффундирующих частичек настолько велики, что не могут пройти через петли сетки геля, то диффузии вообще не будет. На этих свойствах студней и гелей основано приготовление полупроницаемых мембран, используемых для диализа, для изготовления ионоселективных электродов.

Диффузия в гелях и студнях лежит в основе эффективного метода разделения молекул по их размеру — гель-фильтра­ции. Этот метод позволяет отделять от макромолекул не только ионы солей, но и другие молекулы с низкой молекулярной массой. С помощью гель-фильтрации можно отделить полиса-

хариды от моносахаридов, белки от аминокислот и других низкомолекулярных соединений.

В результате малой скорости диффузии химические реак­ции в студнях также характеризуются незначительными ско­ростями. При реакциях, идущих с образованием осадков, рав­номерного выделения осадка по всему студню не наблюдается. Осадок выделяется слоями или кольцами, отделенными друг от друга совершенно прозрачными промежутками. Ритмич­ное образование слоев или колец в реакции осаждения на­зывается кольцами Лизеганга (по имени исследователя, описав­шего эти явления). Для объяснения ритмичности осадочных реакций в студнях было выдвинуто ряд теорий, однако ни одна из них не завоевала всеобщего признания.

Изучение систем с периодическим распределением ве­ществ необходимо для объяснения целого ряда явлений при­роды. Периодические структуры встречаются в горных поро­дах и минералах земной коры. Часто периодические струк­туры образуются в растительных и животных организмах. На рис. 71 изображен почечный камень в разрезе. Хорошо видна его слоистая структура. В центре находятся ураты, снаружи— слои фосфатов. Изучение свойств периодических структур дает возможность найти способы удаления подобного рода образований из организма. Исследования показали, что перио­дические осадки фосфатов' кальция в гелях могут быть раз­рушены путем введения цитрата натрия. Эти работы помо­гают искать новые методы лечения и еще раз указывают на необходимость тесного союза химии и медицины.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Основные термины и единицы измерения концентрации по Международной системе единиц (СИ)

Термин

Единица измерения

Определение

Примечание

Количество вещества

Молярная масса

Относитель­ная моле­кулярная масса

Относитель­ная атомная масса

Моль (моль) Милли-моль (ммоль) Микро­моль (мкмоль) Киломоль (к моль)

кг/моль г/моль

Безраз­мерная

Безраз­мерная

Моль — количество вещества, со­держащее столько реальных или условных частий, сколько атомов содержится в 0,012 кг углерода-12. При использовании моля как еди­ницы количества вещества следует четко указать, какие именно реаль­ные или условные частицы име­ются в виду

Молярная масса M (X) — масса од­ного моля вещества X Молярную массу находят как от­ношение массы (т) вещества к его количеству в молях

Относительная молекулярная мас­са M_r (X)—молярная масса моле­кулы вещества X, отнесенная к 1/12 молярной массы атома угле­рода-12

Относительная атомная масса A_r (X) — молярная масса атома ве­ществах, отнесенная к 1/12 моляр­ной массы атома углерода-12 я (X) п (HCl) = 2 моль п (Ca²⁺) = 3 моль п (F^-) = 6 мкмоль п (H₂SO₄) = 0,5 моль

M (X) = /п/п (X) M (Hg₂Cl₂) = 472 г/моль M (Ca²⁺) = 40,08 г/моль M(H) =0,00108 кг /моль

M_r (X) M_r (HCl) = 36,52 M_r (Br₂) = 159,82

Ar (X) А_г(Вг) =79,91

Под реальными частицами сле­дует понимать атомы, ионы, мо­лекулы, радикалы, электроны и т. д., под условными — такие как, например. 1 /5 молекулы KMnO₄, в случае окислительно-восстановительной реакции в кислой среде (см. Эквивалент). Слово «моль» после числа и в заголовках таблиц не склоняют

При использовании термина «мо­лярная масса» следует указать вид частицы, молярная масса которой определяется. Напри­мер, M (KCl)₁ M (Ca²⁺) и т. п.

Термин «относительная молеку­лярная масса» введен вместо терминов «молекулярный вес» и «молекулярная масса». Значение M_r (X) численно равно прежнему грамм-молю вещества X

Термин «относительная атомная масса» введен вместо терминов «атомный вес» и «атомная масса». Значение A_r(X) численно равно прежнему грамм-атому вещества X

Фактор эквивалент»

ности

Эквивалент

Молярная масса эквивалента

Молярная концентра­ция

Количество

вещества эквивалента

Безра з-мерная

Безраз­мерная

кг/моль г/моль

моль/м³ моль/дм³ моль/см³ моль/л моль/мл

моль ммоль мкмоль

Число, обозначающее, какая доля реальной частицы вещества X эк­вивалентна одному иону водорода в данной кислотно-основной реак­ции или одному электрону в дан­ной окислительно-восстановитель­ной реакции. Фактор эквивалент­ности может быть равен или мень­ше единицы

Реальная или условная частица ве­щества X, которая в данной кислот­но-основной реакции эквивалентна одному иону водорода или в дан­ной окислительно-восстановитель­ной реакции — одному электрону

Молярная масса эквивалента ве­щества X — масса одного моля эквивалента этого вещества, рав­ная произведению фактора эквива­лентности на молярную массу ве­щества X

Молярная концентрация С (X) — отношение количества вещества X (в молях), содержащегося в систе­ме (например в растворе), к объе­му V этой системы

Количество вещества (в молях), в котором частицами являются эк­виваленты (см. Эквивалент)

/экв (X) = I/*

/_жв (KMnO₄) = 1/5 (кислая среда) 4кв (Cu²⁺)= 1/2

/»кв W *

/_экв (KMnO₄) KMnO₄ =

= V₅KMnO₄ (в кислой среде) /_ЭКв(^Си2+>^Си2+= V₂Cu²⁺ M (/_экв (X) X) =

= /экв (X) ^М W M (V₂H₂C₂O₄ = = V₂M (H₂C₂O₄) = = 45,02 г/моль

п (X) т (X)

C(X)- ^ -_Д](Х)1/[

C(H⁺) = 10 моль/л С (КМпО₄)=0,1 моль/дм= С (H₂SO₄) = 0,2 моль/л

"(/экв (X) X) n (V₂Ca²⁺) =0,5 моль (при титровании Ca (OH)₂

раствором HCl) «(VsKMnO₄) = 0,1 моль (реакция в кислой среде)

Фактор эквивалентности рассчи­тывают на основании стехио­метрии данной реакции

Понятие «эквивалент» распро­страняется также на реакции ионного обмена, реакции в электроаналитических методах и Др.

Молярная масса эквивалента численно равна прежнему грамм-эквиваленту вещества X f

Термин «молярность» ие реко­мендуется

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Уильяме В. Р., Уильяме X. В. Физическая химия для биологов. M.: Мир, 1976.— 600 с.

2. Кузнецов В. В., Усть-Качкинцев В. Ф. Физическая и коллоидная химия.— M.: Высш. шк., !976.— 252 с.

3. Николаев Л. А. Физическая химия.— M.: Высш. шк., 1979.— 371 с.

4. Чанг Р. Физическая химия с приложениями к биологическим си­стемам.— M.: Мир, 1980.— 662 с.

5. Балезин С. А. я др. Основы физической и коллоидной химии.— M.: Просвещение, 1975.— 398 с.

6. Губанов Н. И., Утенбергенов А. П. Медицинская биофизика.— M.: Медицина, 1978.— 335 с.

7. Михайличенко H. И. Общетеоретические основы химии.— К-: Вища шк. Головное изд-во, 1979.— 220 с.

8. Калинин Ф- Л- Основы молекулярной биологии.— К.: Вища шк. Головное изд-во, 1978-— 485 с.

9. Равич-Щербо М. И., Новиков В. В. Физическая и коллоидная хи­мия.— M.: Высш. шк., 1975.— 255 с

10. Воюцкий С- С- Курс коллоидной химии.— M.: Химия, 1976.— 512 с.

11. Дулицкая Р. А., Фельдман Р. И. Практикум по физической и кол­лоидной химии.— M.: Высш. шк., 1978.— 296 с.

12. Маршелл Э. Биофизическая химия.— M.: Мир, 1981.— 820 с.

13. Методы практической биохимии /Под ред. Б. Уильямса, К- Уил-сона.— M.: Мир, 1978.— 268 с.

14. Практикум по физико-химическим методам в биологии/Под ред. Ф. Ф. Литвина.— M.: Изд-во Моск. ун-та, 1981.— 240 с.

15. Фридрихсберг Д. А. Курс коллоидной химии.— Л.: Химия, 1984,— 368 с

16. Писаренко А. П. и др. Курс коллоидной химии.— M.: Высш. шк., 1969.— 248 с.

17. Девис С, Джеймс А. Электрохимический словарь.— M.: Мир, 1979.— 281 с.

18. Лукьянов А. Б. Физическая и коллоидная химия.— M.: Химия, 1980.— 224 с

19. Основы биохимии/А. Уайт, Ф. Хендлер, Э.Смит и др. — M.: Мир, 1981.— Т. 1.— 532 с.

20. Измайлов Н. А. Электрохимия растворов.— M.: Химия, 1976.— 488 с.

21. Физиология человека /Под ред. E.. Б. Бабского.— M.: Медицина, 1972.— 656 с.

22. Маркосян А. А. Физиология.—M.: Медицина, 1968.— 392 с.

23. Виноградова Р. П. и др. Физико-химические методы в биохимии.— К.: Вища шк. Головное изд-во, 1983.— 287 с.

24. Полинг Л., Полинг П. Химия.— M.: Мир, 1978.— 683 с.

25. Пасынский А. Г. Биофизическая химия.— M.: Высш. шк., 1968. —432 с.

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

Абсорбция 173, 209 Аддитивность 226 Адсорбент (ы) 174 сл.

твердые 176, 177, 180, 186 Адсорбтив 174 сл. Адсорбция 169 сл., 173, 183

газов на твердых адсорбентах

174 сл.

из растворов 177 сл.

• ионная 177, 178

• молекулярная 177, 178

на поверхности катализатора 152

отрицательная 170

положительная 169 Активность

ионов 62, 63, 108, 109, 114

поверхностная 170

ферментативная 155, 171 Алкалоз 76, 87 Амфилоны см. Цвиттерионы Амфолиты 67, 88, 159 Антагонизм 64, 226 Антикоагулянты 229 Ацидоз 76, 87 Аэрозоли 190

Белки 240 сл. вискозиметрия 251 сл. высаливание 248 денатурация 250, 251 ИЭТ 243

классификация 243

конформация 242, 243

нативные 243, 250

осаждение 248, 249

структура 241, 242 Биополимеры 239 сл., 246

вязкость 251 сл.

нуклеиновые кислоты 240

полисахариды 239, 240

растворимость 247 Биопотенциалы 131 сл.

действия 133—135

покоя 132, 133

Броуновское движение 198 сл. 208,

209, 231 Буферная емкость 82, 83 Буферное действие 80 сл.

Вероятность термодинамическая 23

Вивидиализ 195, 196 Вода 37 сл.

гидратная 245, 248

ионное произведение 68 сл.

константа диссоциации 68

растворяющая способность 43 сл.

свободная 248

свойства 37 сл.

содержание в организме 37, 38

структура 39, 40 Водородный показатель (рН)

68 сл., 159

измерение 123 сл. Высокомолекулярные соединения

(ВМС) 191, 238 сл.

искусственные 238

набухание 244 сл.

природные 238

синтетические 238 Вязкость 251 сл.

приведенная 252

удельная 252

Гели 190, 233, 254 сл.

крахмальный 221

полиакриламидный 221 Гель-фильтрация 258 Гемодиализ 196 Гемосорбция 178, 182 Гидратация см. Сольватация Гидрозоли 190, 193 Гидрокарбонат стандартный 87, 88 Гидролиз 71 сл., 143, 161

АТФ 72, 73, 161

константа 73, 74

степень 73, 74

Гликоген 240 Гомеостаз 36 Гранула 216, 225

Защитное число 235 Золи 190, 192 сл., 211, 215, 233 сл. окраска 209, 210

Давление онкотическое 53

осмотическое 49, 51 сл., 200 сл.

парциальное 46, 47 Декоагуляция 237 Денатурация 250, 251 Деполяризация 133, 134 Депрессия 59 Десорбция 174 Детергенты 236, 237 Диализ 194, 196 Диспергаторы 236 Диффузия 40, 49, 50, 187, 197 сл.

в гелях и студнях 258

в растворах 50

ионов 130 сл. ДЭС (двойной электрический слой)

106, 107, 212 сл.

строение 213, 214

Закон (ы) Бугера — Ламберта — Бера 91. 210

Ваит-Гоффа_.52. Генри 46 Гесса 11 сл.

Гротгуса — Дрепера 164 Дальтона 46

действующих масс 29 сл. ионной силы 60, 63, 64 Кирхгофа 18 Кольрауша 97 Кулона 43

Лавуазье — Лапласа 16 Лапласа гипсометрический 202 парциальных давлений разбавления Оствальда 60, 101 распределения Максвелла — Больцмана 148 —»— Нернста 49 Рауля 56 сл. термодинамики

• второй 21 сл., 29, 35

• первый 9 сл.

• третий 22 Фика 50, 197 ■

• второй 198

• первый 197

фотохимической эквивалентности Эйнштейна 164 Застудневание 255

Изотерма адсорбции 169, 170 Ингибиторы

катализаторов 150

ферментов 160 Инициаторы 162, 163 Иониты 180—182

Катализ 149 сл. гетерогенный 150 сл. гомогенный 150 кислотно-основный 151 окислительно-восстановительный 151

отрицательный 150

положительный 150

ферментативный 155 сл. Катализаторы 149 сл.

активные центры 152

селективность 150

твердые 151 Кислотно-основное состояние 87 сл. Кислотность

активная 68 сл.

общая 69 сл. Коагуляция 223 сл.

быстрая 230, 231

в биологических системах 228 сл.

взаимная 228

кинетика 230, 231

медленная 230, 231

порог 225, 230, 234

привыкание 227, 228

скрытая 230

чередование зон 227

электролитами 225 сл., 249 Коацерваты 249, 250 Коацервация 249, 250 Коллоиды 187 сл., 209

молекулярные 191, 222 сл. Колориметрия 90 сл. Кольца Лизеганга 259 Кондуктометрия 100 сл., 248

применение в медицине 103, 104

титрование 101, 102 Конус Тиндаля 205 Константа

адсорбционного равновесия 175

Больцмана 198, 202, 233, 234

гидролиза 73, 74

диссоциации 59, 60, 67 сл., 78, 158

• кислот 68 кислотности 68 криоскопическая 58 Михаэлиса 159 основности 68 равновесия 29 сл., 73, 142

• истинная 31

• кажущаяся 31

скорости реакции 141, 147, 148

эбулиоскопнческая 58

ячейки 100 Коэффициент (ы)

абсорбции 47

активности 63, 64

Вант-Гоффа (изотонический) 53

диффузии 50, 138, 198, 199, 231

дыхательный 20

проницаемости мембраны 133

распределения 49 ,183, 186

температурный 145 сл.

электропроводимости 97 Крахмал 239

Мембрана (ы)

биологические 171 сл., 182

полупроницаемые 194 Мицелла 214 сл.

изоэлектрическое состояние 218

строение 214—216

формула 216, 217 Мультиплеты 152, 153

Набухание 40, 244

неограниченное 245

ограниченное 245

степень 245, 246

теплота 244 Нефелометрия 206, 207 Нуклеиновые кислоты 240

Оптическая плотность 91 Органозоли 190, 193 Осмос 50, 187, 197 сл.

Пептизация 193, 237 Плазмолиз 52, 53

Поверхностно-активные вещесгиа 167

Поверхностное натяжение 167 сл. Подвижность 97 сл. Полиэлектролнты 89, 101 Положение Веймарна 188 Поляризация электрода 137 сл.

Полярография 137 сл. применение 139 сл.

Потенциал (ы) см. .также Биопо­тенциалы

диффузионный 130, 131 изобарно-изотермический 25, 30 107, 108, 250

изохорно-изотермический 25 мембранный 131 оседания 210 сл. полуволн 138 равновесный 137

термодинамические 25 сл., 212, 233

—. течения 210 сл. химический 33 электродный 106—108 — окислительно-восстановитель­ный 116, 117, 127 сл., 136

— стандартный 109 сл. Потенциометрия 90 сл. Правило

Вант-Гоффа 145

выравнивания полярности фаз

Ребиндера 177

Дюкло-Траубе 168

избирательной адсорбции 179

Шульце — Гарди 225, 234 Принцип

ле Шателье 33, 247

независимости поверхностного

действия !70, 17! Пролонгация 182 Промоторы 150, 153 Противоионы 213 сл. 225 Процесс (ы)

изобарные 10

изотермические 10

изохорные 10

необратимые 22

обратимые 22

ферментативные 155 сл.

— скорость 155, 159 экзотермические 11 экзэргонические 26, 162 эндотермические 11, 250 эндэргонические 26, 162

Работа

максимальная 25, 30 сл.

расширения 31 Равновесие

Доннана 55

седиментационно - диффузионное 201 сл.

химическое 29 сл. Разбавление 94 Раствор (ы) 37 сл.

буферные 77 сл., 220

ВМС 41, 191, 194, 198, 223, 243.

251

гипертонические 53, 54

гипотонические 53

диффузия 50

изотонические 53

ионная сила 63

истинные 41, 191, 197, 215

коллигативные свойства 49 сл.

коллоидные 41, 192 сл., 215

концентрация 41, 42

электролитов 59 сл.

электропроводимость 93 сл. Растворимость 45 сл. Реакция (и)

молекулярность 144

параллельные 161

полупериод 143 сл.

порядок 142 сл.

последовательные 161

скорость 140 сл.

сопряженные 162

химически обратимые 29

цепные 162—164

— фотохимические 164 —166

циклические 162 Ряд (ы)

лиотропные 179, 225, 226, 249 электрохимический 112

Светорассеяние 204 сл. Седиментация 202 сл. Селективность 150, 178 Силикагель 176, 178. 186, 190 Синергизм 226 Синерезис 258 Система (ы) 8

буферные 77 сл., 84 сл.

• гемоглобиновая 85

• гидрокарбонатная 85

• оксигемоглобиновая 85 гетерогенная 9, 166 гомогенная 9 дисперсные 187 сл.

• защита 234 сл.

• классификация 188 сл.

• коагуляция 223 сл.

• коллоидно-дисперсные 187

• лиофильные 191, 194

• лиофобиые 191, 194, 215, 223 —оптические свойства 204 сл.

■— устойчивость см. Устойчивость

дисперсных систем

закрытая 8

изолированная 8

открытая 8, 35 Солюбилизация 172 Сольватация 16, 44, 61, 98, 215,

223, 244 Сорбент 173, 186 Сорбтпв 173 Сорбция 173 сл.

объемная см. Абсорбция

поверхностная см. Адсорбция

физическая 173

хемосорбция 173 Студни 245, 254 сл. Суспензии 190, 205, 219 --Суснензоиды 191, 215, 222

Теорема Пригожина 36

Теория (и) активации 147 активных соударений 148 биоэлектрических потенциалов Бернштейна 131, 132 быстрой коагуляции Смолухов­ского 231, 232 БЭТ 176

гетерогенного катализа 152 сл.

• активных ансамблей Н. И. Ко­бозева 152—154

• мультиплетная А. А. Балан­дина" 152, 153

• электронно-химическая С. 3. Рогинского 152, 154 Дебая — Гюккеля 62 ДЛФО 232—234

кислот и оснований 65 сл.

• Измайлова 67

• протолитическая Бренстеда 66

• электронная Льюиса 66 коагуляции смесями электроли­тов 226, 227

Ленг.мюра 174 мицеллярная 213 сл. молекулярно-кинетическая 197 сл.

переходного состояния 149 растворов

• гидратная 42, 61

• физическая 43 электродных потенциалов Пи-саржевского — Изгарышева 106 электролитической диссоциации Аррениуса 59 сл., 65, 94

Тепловой эффект реакции 11 сл.,

17 сл., 147

Теплоемкость 18 Теплота

нейтрализации 15

образования см. Энтальпия

приведенная 22

растворения 22

сгорания см. Энтальпия Термодинамика 8 сл.

второй закон 21 сл.

первый —»— 9

— применимость к биологиче­ским системам 19 сл. третий закон 23

Термохимия 11 сл.

Тиксотропия 232, 233, 257

Титрование индикаторное 127 кондуктометрическое 101 сл. потенциометрическое 126, 127

Точка

изоэлектрическая 88—90, 201, 221

эквивалентности 101, 126

Уголь активированный 176, 178, 190

Ультрамикроскопия 208, 209 Ультрафильтрация 196 Ультрацентрифугирование 197, 202 сл., 249

аналитическое 203, 204 препаративное 203 Уравнение (я) Аррениуса 148 Вант-Гоффа 52, 201 Гельмгольца—Смолу ховского 219

Гендерсона 130

Гендерсона—Хассельбалха 79,

87

Гиббса 170

Гольдмана 133

Дебая — Гюккеля 63

Доннана 55, 56

изобары реакции 32

изотермы адсорбции Ленгмюра

174, 177

—»— реакции 31 кинетическое 143 сл. Кирхгофа 19 Кольрауша 96 Марка — Хувинка 253 Михаэлиса — Ментен 157—159 Нернста 107, 108, 122, 131, 181 Нернста — Петерса 116 Рэлея 205, 206

состояния идеального газа 31 Шишковского 168 Штаудннгера 252 Устойчивость дисперсных систем 222 сл.

агрегативная 223 кинетическая 223 факторы 223, 224

Ферменты 155 сл., 251

активные центры 155, 156, 160

ингибироваиие 160 сл.

—бесконкурентное 160

—конкурентное 160

—неконкурентное 160

молекулярная активность 155

специфичность 155, 160, 182 Флокулы 236 Флокулянты 237 Флокуляция 236, 237

Химическое сродство 32 Хроматография 183 сл. адсорбционная 183 аффинная 184 бумажная 184—186 газовая 184, 185 газожидкостная 183 ионообменная 183 колоночная 184, 185 прогивоточная 183 тонкослойная 184—186

Цвиттерионы 67, 68, 88, 89, 217

Цеолиты 176, 177

Цепи

гальванические 106 сл.

• для измерения рН 123 сл.

• концентрационные 121, 122, 125, 130

• окислительно-восстановитель­ные 122, 123

—- химические 121 углеводородные 170, 171

Цикл Кребса 161, 162

Цис-транс-шзомеряя 165

Э. д. с. 106, 107, 110, 122

измерение 135 сл. Экстракция 49 Электрод (ы)

второго рода 113 сл.

— каломельный" 113, 114, 124,

138

• сурьмяный 114, 123, 124

• хлорсеребряный 113, 114, 121, 138

газовые 115, 116

• водородный 109, 111, 115, 121, 123

• кислородный 112, 115, 116 железный 110, 111

золотой 110, 111 индикаторные 123, 126, 127 ионоселективные 120, 121 классификация 112 сл. мембранные 118, 119

• стеклянный 118, 119, 123, 124 окислительно-восстановитель­ные 116, 117

• хингидронный 117, 123, 124 первого рода

■— медный 113

— серебряный 113 ртутный капельный 137, 138 сравнения 124, 125, 138

Электродиализ 195 Электроосмос 210 сл., 219 Электропроводимость 93 сл.

ионная 97 сл.

клеток и тканей 103 сл.

удельная 93 сл., 103

эквивалентная 93 сл. Электрофорез 210 сл., 219 сл. Элемент (ы)

гальванические 105 сл.

• Весгона 136 .

• Якоби — Даниэля 105, I^ 121, 130

Элюат 185 Элюирование 185 Эмульсии 190, 219 Энергия 9

активации 147 сл., 163

внутренняя 9 сл.

поверхностная 166 сл.

свободная Гельмгольца 25

—»— Гиббса 25, 27

связанная 22 Энтальпия 10, 11, 32, 44, 250

образования 13, 17

сгорания 14, 17 Энтропия 21 сл., 36, 250 Эффект (ы)

действия фермента 156 сл.

• концентрационный 156, 157

• ориентационный 156, 157

• полифункциональный 156, I релаксации 95 сольватационный 224 Тиндаля — Фарадея 205 глектрофоретический 95

Яды 160 каталитические 150, 153

'.1IJT ВЛИОТЕОД.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение. Предмет биофизической химии и ее значение для био-

логии и медицины . 3

Глава 1. Химическая термодинамика и биоэнергетика 8

§ 1. Понятия и терминология 8

§ 2. Первый закон термодинамики 9

§ 3. Термохимия II

§ 4. Применение первого закона термодинамики к биологи- ческим системам 19

§ 5. Второй закон термодинамики. Энтропия ....... 21

§ 6. Термодинамические потенциалы 25

§ 7. Биологические системы и AG⁰' 27

§ 8. Термодинамика химического равновесия . . . .^. . . '29

§ 9. Термодинамика открытых систем 35

- Глава II. Учение о растворах 37

§ 1. Роль воды в жизнедеятельности организма 37

§ 2. Некоторые представления о растворах 41

§ 3. Процессы растворения и растворяющая способность воды 43

§ 4. Коллигагивные свойства растворов 49

§ 5. Растворы слабых и сильных электролитов 59

§ 6. Кислоты, основания, амфолиты .... 65

§ 7. Ионное произведение воды. Величина рН — мера активной

кислотности среды . 68

§ 8. Гидролиз 71

§ 9. Физиологическое действие ионов водорода и гидроксид-ионо^т< 75

§10. Буферные растворы и системы организма 77

§11. Колориметрический метод измерения рН 90

Глава III. Электрохимия и электрохимические методы исследова- ний' в физиологии и медицине 93

Электропроводимость растворов электролитов 93

§ 1. Удельная и эквивалентная электропроводимость 93

§ 2. Подвижности ионов 97

§ 3. Измерение электропроводимости растворов 99

§ 4. Кондуктометрическое исследование свойств растворов элек- тролитов !00

§ 5. Кондуктометрическое титрование 101

§ 6. Электропроводимость клеток и тканей. Применение кондук-

тометрии в медицине. 103

Гальванические элементы. Применение потенциометрических

методов исследования в медицине 105

§7. Гальванические элементы и электродные потенциалы . . . 105 § 8. Уравнение Нернста для э. д. с. гальванического элемента

и электродного потенциала ... 107

§ 9- Стандартные электродные потенциалы 109

§10. Классификация электродов 112

§11. Классификация гальванических цепей 121

§12. Электроды и цепи для измерения рН 123

§13. Потенциометрическое титрование 126

§14. Окислительно-восстановительные потенциалы биологи- ческих систем 127

§15. Диффузионные и мембранные потенциалы. Природа биопо- тенциалов 130

§16. Методики измерения э. д. с. и рН 135

Полярография 137

§17. "Теоретические основы метода 137

§18. Применение полярографического метода в медико-биологи- ческих исследованиях 139

Глава IV, Физико-химические основы кинетики биохимических

реакций 140

§ 1. Понятие о скорости химической реакции. Кинетический

вывод закона действующих масс 140

§ 2. Порядок и молекулярность реакций 142

§ 3. Зависимость скорости реакции от температуры. Энергия ак- тивации 145

§ 4. Катализ и катализаторы 149

§ 5. Особенности кинетики ферментативных процессов .... 155 § 6. Механизмы химических и биохимических реакций . . .161 У 7. Фотохимические реакции 164

Глава V. Поверхностные явления и адсорбция '.166

§ 1. Поверхностная энергия и поверхностное натяжение . . . 166 § 2. Поверхностно-активные вещества и их свойства . . . .167

§ 3. Общая характеристика сорбционных явлений 173

§ 4. Адсорбция газов на твердых поверхностях 174

§ 5. Адсорбция из растворов 17"

§ 6. Хроматографический метод анализа 183

Глава VI, Физикохимия дисперсных систем 187

^J Общая характеристика дисперсных систем 18

§ 1. Классификация дисперсных систем 18

§ 2. Методы получения и очистки коллоидных растворов . . . 192 § 3. Тйолекулярно-кинетические свойства дисперсных систем . . 197

§ 4. Оптические свойства дисперсных систем 204

§ 5. Электрокинетические явления 210

§ 6. Двойной электрический слой. Мицеллярная теория строения

коллоидных частичек 21

§ 7. Электрокинетический потенциал и его свойства 21

§ 8. Электрофорез в медико-биологических исследованиях . . 220

Устойчивость и коагуляция дисперсных систем 222

§ 9. Виды и факторы устойчивости дисперсных систем .... 222 §10. Коагуляция электролитами- Коагуляция биологических си- стем 225

§11. Теория коагуляции 230

§12. Стабилизация дисперсных систем (коллоидная защита) . . 234

Глава VII. Свойства растворов высокомолекулярных соединений 238

§ 1. Некоторые сведения о синтетических и природных ВМС . ■ 238

§ 2. Набухание и растворение ВМС 244

§ 3. Устойчивость растворов ВМС и методы осаждения белков 248

§ 4. Вязкость растворов ВМС 251

§ 5. Свойства гелей и студней 254

Приложение 260

Список рекомендуемой литературы 263

Предметный указатель 264