Модульная единица № 2

Биологически активные неорганические соединения (строение, свойства, участие в функционировании живых систем). Физико-химия поверхностных явлений и свойства дисперсных систем

Занятие 1.2.4.

Методические указания для студентов

ТЕМА: Физико-химия поверхностных явлений в функционировании живых систем.

ЦЕЛЬ:Изучить явление адсорбции, применение адсорбционных процессов в медицине

Торетические вопросы:

1.Поверхностная энергия Гиббса и поверхностное натяжение.

2. Явление адсорбции. Понятие адсорбента и адсорбтива.

3. Адсорбционные равновесия и процессы на подвижных границах раздела фаз. Уравнение Гиббса. Поверхностно-активные и поверхностно-неактивные вещества.

4. Изотерма поверхностного натяжения. Поверхностная активность. Правило Дюкло-Траубе.

5. Изотерма адсорбции. Ориентация молекул в поверхностном слое и структура биомембран.

6.Адсорбционные равновесия на неподвижных границах раздела фаз. Физическая адсорбция и хемосорбция. Адсорбция газов на твёрдых телах. Адсорбция из растворов. Уравнение Лэнгмюра.

7.Зависимость величины адсорбции от различных факторов. Правило выравнивания полярностей. Избирательная адсорбция.

1. Значение адсорбционных процессов для жизнедеятельности. Физико-химические основы адсорбционной терапии, гемосорбции, применение в медицине ионитов.

2. Мицеллообразование в растворах ПАВ. Определение критической концентрации мицелообразования. Липосомы.

Основные уравнения

1) поверхностная активность

2) относительная адсорбция на подвижных поверхностях раздела фаз (уравнение Гиббса )

3) расчёт площади одной молекулы занимаемой в адсорбционном слое

4) расчёт толщины одной молекулы

5) расчёт адсорбции жидких веществ твёрдыми поверхностями (уравнение Ленгмюра)

6) расчёт адсорбции газообразных веществ твёрдыми поверхностями (ур-ние Ленгмюра)

7) Г = К_ф×С ⁿ уравнение Фрейндлиха

Обучающие задачи.

Задача № 1. Определить величину адсорбции при 10⁰С для раствора, содержащего 0,05 г в литре нонановой (пеларгоновой) кислоты C₈H₁₇COOH. Поверхностное натяжение воды при данной температуре 74,210^-3 н/м, а исследуемого раствора 57 10^-3 Н/м

Решение: Уравнение Гиббса для адсорбции на границе жидкость-газ имеет вид:

Определяем концентрацию кислоты в растворе

Ответ: Г=7,3×10^-3 моль/м²

Задача № 2. Пользуясь правилом Дюкло-Траубе, определите во сколько раз поверхностная активность пальмитиновой кислоты (С₁₅Н₃₁СООН) меньше поверхностной активности арахиновой кислоты (С₁₉Н₃₉СООН).

Решение: Согласно правилу Дюкло-Траубе - при увеличении углеводородного радикала на одну метиленовую группу -СН₂- поверхностная активность увеличивается в 3,2 раза, то в нашем случае

G С₁₅Н₃₁СООН

 = 3,2⁴ = 104,85 раза.

G С₁₉Н₃₉СООН

Задача № 3. Найдите площадь, приходящуюся на одну молекулу в насыщенном адсорбционном слое анилина на поверхности его водного раствора, если предельная адсорбция равна 6,0  10^-6 моль/см²

Решение:

Ответ: S₀= 2,7×10^-19 см²

Задание № 4 Опишите поведение приведенных ниже структур в системе вода-липид. В каком качестве они применяются медицине (в хирургии, в частности).

I – бензалкония хлорид (N-бензил-N, N-диметил-N- октадецил аммония хлорид);

II –цистеинилэтил-N, N -диметил-N-цетил аммония хлорид

Ответ: Соединения в своей структуре содержат катион (гидрофильный фрагмент молекулы, склонный растворяться в воде) (полярная головка) и длинный углеводородный «хвост», имеющий гидрофобные свойства (стремящийся максимально отдалиться от воды). В связи с особенностями своего строения соединения обладают дифильными свойствами. Они легко встраиваются в биологические мембраны вирусов и бактерий и способствуют их гибели за счет разрушения биологических мембран. Применяются в медицине, в том числе в хирургии, в качестве антисептических и фунгицидных средств.

Задачи для самостоятельного решения:

1. Пользуясь правилом Дюкло-Траубе, определите во сколько раз поверхностная активность амилового спирта СН₃(СН₂)₃СН₂ОН больше поверхностной активности этилового спирта СН₃СН₂ОН.

2. Опредлите, во сколько раз поверхностная активность цетилового спирта (С₁₆Н₃₃ОН) больше поверхностной активности гептанола (С₇Н₁₅ОН).

3. Определите величину адсорбции водного раствора капроновой кислоты (С₅Н₁₁СООН) при 15^оС, если ее концентрация составляет 0,25 моль/л, поверхностное натяжение раствора 3510^-3 Н/м, а поверхностное натяжение воды равно 73,410^-3 Н/м.

4. Определите величину адсорбции водного раствора пеларгоновой кислоты (С₈Н₁₇СООН) при 10^оС, если ее концентрация составляет 0,05 г/л. Поверхностное натяжение воды при указанной температуре равно 74,210^-3 Н/м, исследуемого раствора 57×10^-3 Н/м.

5. Г_max для изоамилового спирта равна 7×10^-6 моль/см², молярная масса 88 г/моль,  = 0,81 г/см³. Определите толщину и площадь, занимаемую одной молекулой на поверхности раздела.

6. Найдите площадь, приходящуюся на 1 молекулу в насыщенном адсорбционном слое анилина(С₆Н₅NH₂) на поверхности его водного раствора, если предельная адсрбция равна 6,0 10^-6 моль/см².