1. Поверхностное натяжение, поверхностная активность. Уравнение Гиббса. Пав, особенности строения, примеры, применение. Схема строения клеточной мембраны

Поверхностное натяжение (σ)-стремление вещества (жидкости или твердой фазы) уменьшить избыток своей потенциальной энергии на границе раздела с др. фазой (поверхностную энергию). Определяется как работа, затрачиваемая на создание единицы площади поверхности раздела фаз (размерность Дж/м²). Согласно др. определению, поверхностное натяжение-сила, отнесенная к единице длины контура, ограничивающего поверхность раздела фаз (размерность Н/м); эта сила действует тангенциально к поверхности и препятствует ее самопроизвольному увеличению.Поверхностное натяжение различных  жидкостей на границе с собственным паром изменяется в широких пределах: от единиц для сжиженных низкокипящих газов до неск. тыс. мН/м для расплавленных тугоплавких в-в. Поверхностное натяжение зависит от температуры. Для мн. однокомпонентных неассоциирующихжидкостей (вода, расплавы солей, жидкие металлы) вдали от критической температуры хорошо выполняется линейная зависимость:

где σ и σ₀-поверхностное натяжение при температурах T и T₀ соотв., a 0,1 мН/(м·К)-температурный коэффициент поверхностного натяжения. Основной способ регулирования поверхностного натяжения заключается в использовании поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Поверхностная активность, способность вещества при адсорбции на границе раздела фаз понижать поверхностное натяжение(межфазное натяжение). Адсорбция Г в-ва и вызванное ею понижение поверхностного натяжения s связаны с концентрацией с вещества в фазе, из которой в-во адсорбируется на межфазную поверхность, уравнением Гиббса (1876):

где R-газовая постоянная, Т-абсолютная температура (см. Адсорбция). Производная   служит мерой способности вещества понижать поверхностное натяжение на данной межфазной границе и также наз. поверхностной активностью. Обозначается G (в честь Дж. Гиббса), измеряется в Дж·м/моль (гиббсах). Поверхностную активность определяют с помощью изотерм адсорбции, на которых можно выделить линейный участок роста Г с увеличением с и предельное значение  , соответствующее насыщению адсорбционного слоя.

ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА, в-ва, адсорбция к-рых из жидкости на пов-сти раздела с др. фазой (жидкой, твердой или газообразной) приводит к значит.понижению поверхностного натяжения. В наиб. общем и важном с практич. точки зрения случае адсорбирующиеся молекулы (ионы) ПАВ состоят из полярной группы и неполярного углеводородного радикала (дифильные молекулы). Поверхностной активностью в отношении неполярной фазы (газ, углеводородная жидкость, неполярная пов-сть твердого тела) обладает углеводородный радикал, к-рый выталкивается из полярной среды. В водном р-ре ПАВ на границе с воздухом образуется адсорбц. мономолекулярный слой с углеводородными радикалами, ориентированными в сторону воздуха. По мере его насыщения молекулы (ионы) ПАВ, уплотняясь в поверхностном слое, располагаются перпендикулярно пов-сти.

В зависимости от состояния ПАВ в р-ре условно различают истинно р-римые (молекулярно-диспергированные) и коллоидные ПАВ. Условность такого разделения состоит в том, что одно и то же ПАВ может относиться к обеим группам в зависимости от условий и хим. природы (полярности) р-рителя. Обе группы ПАВ адсорбируются на фазовых границах, т. е. проявляют в р-рах поверхностную активность, в то время как объемные св-ва, связанные с возникновением коллоидной (мицеллярной) фазы, проявляют лишь коллоидные ПАВ. Указанные группы ПАВ отличаются значением безразмерной величины, к-рая наз. гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ) и определяется отношением:

где   -сродство (своб. энергия взаимодействия) неполярной части молекулы ПАВ к углеводородной жидкости (b-безразмерный параметр, зависящий от природы ПАВ,   -своб. энергия взаимод. в расчете на одну группу CH₂, v-число групп CH₂ в углеводородном радикале), a-сродство полярной группы к воде.

Классификация ПАВ принятая на III Международном конгрессе по ПАВ и рекомендованная Международной организацией по стандартизации (ISO)в 1960. Она основана на хим. природе молекул и включает четыре основных класса ПАВ: анионактивные (содержат группы COOH(M), OSO₂OH(M), SO₃H(M), где M-металл) ,катионактивные (азотсодержащие соед,, пиридина, хинолина, фталазина, бензи-мидазола, бензотиазола, бензотриазола, производные пир-ролидина, имидазола, пиперидина, морфолина, пиперазина, оксиды, аминов) неионогенные (RO (C₂H₄O)_n H, RCOO (C₂H₄O)_n H) и амфотерные (RNH (CH₂)_n COOH, RCH [N⁺ (CH₃)₃] COO^- ). Иногда выделяют также высокомолекулярные (белки, нуклеиновые к-ты), перфторированные и кремнийорганические ПАВ, однако по химической природе молекул эти ПАВ могут быть отнесены к одному из вышеперечисленных классов.

Применение ПАВ. Мировоепроиз-во ПАВ составляет 2-3 кг на душу населения в год. Примерно 50% производимых ПАВ используется для бытовой химии (моющие и чистящие ср-ва, косметика), остальное-в пром-сти и с. х-ве. Одновременно с ежегодным ростом произ-ва ПАВ соотношение между их применением в быту и пром-сти изменяется в пользу пром-сти.

Клеточная мембрана представляет собой двойной слой (бислой) молекул класса липидов, большинство из которых представляет собой так называемые сложные липиды — фосфолипиды. Молекулы липидов имеют гидрофильную («головка») и гидрофобную («хвост») часть. При образовании мембран гидрофобные участки молекул оказываются обращены внутрь, а гидрофильные — наружу. Мембраны — структуры инвариабельные, весьма сходные у разных организмов. Некоторое исключение составляют, пожалуй, археи, у которых мембраны образованы глицерином и терпеноидными спиртами. Толщина мембраны составляет 7—8 нм.