Матеріали для самоконтролю. Тести

1.За яких умов вимірюють стандартні електродні потенціали?

A.р = 101,3 кПа; а = 1 моль/л; Т = 298К.

B.р = 101,3 кПа; Т = 273К; С = 1 моль/л.

C.t = 20 C; C = 0,1 моль/л; р = 1 атм.

D.р = 1 атм; Т = 298К; С = 0,1 моль/л.

E.р = 1 атм; Т = 273К; С = 0,1 моль/л.

2.Розрахуйте потенціал водневого електроду при концентрації

СH+ = 0,01 моль/л (25 С).

A.–0,118

B.0

C.0,118

D.1,0

E.0,059

3.При якій концентрації йонів визначать стандартний

електродний потенціал?

A.1 моль/л.

B.1 моль/м3.

C.0,1 моль/л.

D.0,01 кмоль/дм3.

E.0,1 моль·екв/моль.

4.Гальванічний елемент складається з хлорсрібного електроду

(е =0,201В) і свинцевого (е =-0,128В). Як зміниться величина ЕРС елемента при збільшенні концентрації йонів Плюмбуму?

A.Збільшиться.

B.Зменшиться.

C.Не зміниться.

D.Дорівнюватиме нулю.

E.Набуватиме негативних значень.

Завдання

1.При 25°С потенціал мідного електроду, зануреного в 0,005 моль/л розчин купрум нітрату, дорівнює 0,266В. Розрахувати нормальний електродний потенціал мідного електроду.

2.Розрахуйте ЕРС і зміну вільної енергії при 250С для мідноцинкового гальванічного елементу Якобі-Даніеля (Zn/Zn2+//Сu/Сu2+), у якому цинковий електрод занурений у розчин з концентрацією йонів цинку 0,03 моль/л, а мідний - у розчин з концентрацією однойменних йонів 0,6 моль/л.

3.Потенціал редокс-системи Fe3+/Fe2+ при 25оС дорівнює 0,89 В. Розрахуйте співвідношення окисненої та відновленої форми цієї

системи в розчині, якщо еоFe3+/Fe2+ = 0,77 В.

4.Вираховувати відношення концентрацій іонів Fе3+ і Fе2+, якщо потенціал платинового електрода, зануреного в розчин, що містить суміш солей цих йонів, дорівнює 0,783 В при 298 К.

5.Обчислити потенціал цинкового електроду, зануреного у 200 мл розчину, що містить 0,2 г ZnSO4, при температурі 298 К

Зразок білету для кінцевого контролю знань студентів

1. Вкажіть рівняння Нернста:

0,059

A. e = e0 lg aMen+; n

B.A = nFe

C.E = e+ e

D.G = -nFE

E.∆H0 =∆Hутв. кінц. - ∆Нутв. прод.

2.За яких умов вимірюють стандартні електродні потенціали?

A.t = 20C; C = 0,1 моль/л; р = 1 атм

B.р = 101,3 кПа; а = 1 моль/л; Т = 298К

C.р = 101,3 кПа; Т = 273К; С = 1 моль/л

D.р = 1 атм; Т = 298К; С= 0,1 моль/л

E.р = 101,3 Па; а = 1 моль/л; Т = 298К

3.Оберіть електрод порівняння.

A.Cu / Cu2+

B.Ag / Ag+

C.Ag / AgCl, KCl

D.Hg / Hg2+

E.Pb / Pb2+

4.Яка фізична величина є мірою окиснювальної і відновної здатності редокс-систем?

A.Стандартний редокс-потенціал.

B.Концентрація йонів в редокс-системі.

C.Співвідношення концентрацій окисника і відновника в системі.

D.Кількість електронів, які переходять від відновника до окисника.

E.Умови середовища.

5.Гальванічний елемент складається з насиченого хлорсрібного

електрода (е = 0,201 В) і алюмінієвого електрода (е = - 1,66 В). Які процеси відбуваються на електродах?

A.Алюмінієвий електрод окиснюється.

B.Хлорсрібний електрод є катодом.

C.Алюмінієвий електрод відновлюється.

D.Алюмінієвий електрод є анодом.

E.Хлорсрібний електрод окиснюється.

6.Концентрацію яких йонів слід змінювати для збільшення ЕРС мідно-цинкового гальванічного елемента?

A.збільшити СZn2+.

B.збільшити СCu2+.

C.CZn2+ = CCu2+.

D.CZn2+ CСu2+.

E.CZn2+ = 1 моль/л

7.При 25 С потенціал мідного електроду, який занурений в

0,005 моль/л розчин купрум нітрату, дорівнює 0,266 В. Який нормальний електродний потенціал мідного електроду, якщо солі = 0,9.

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА

Основна: Мороз А.С. Медична хімія /А.С.Мороз, Д.Д.Луцевич, Л.П.Яворська. – Вінниця: Нова книга. – 2006. – С. 488-545.

Додаткова: Мороз А.С. Біофізична та колоїдна хімія / А. С. Мороз, Л. П. Яворська, Д. Д. Луцевич та ін.– Вінниця: Нова книга,

2007. – С. 192-273.

ТЕМА 11. СОРБЦІЯ БІОЛОГІЧНО-АКТИВНИХ РЕЧОВИН НА

МЕЖІ ПОДІЛУ ФАЗ. ЙОННИЙ ОБМІН. ХРОМАТОГРАФІЯ

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ. Переважна більшість процесів у живому організмі проходить на межі поділу фаз, а їх швидкість поряд з іншими чинниками визначається площею поверхні. Недарма загальна площа альвеол легень сягає 90м2 (у 50 разів більша поверхні тіла), еритроцитів крові - 3200 м2, білкових молекул 1 мл сироватки крові – 100 м2, мембран усіх клітин – 15000 м2.

ТРИВАЛІСТЬ ЗАНЯТТЯ: 2 год

НАВЧАЛЬНІ ЦІЛІ ЗАНЯТТЯ. Студент повинен:

розпізнавати ПАР, ПНР, ПІР, розрізняти вибіркову та йонообмінну адсорбцію електролітів;

пояснювати зв’язок між поверхневою активністю речовин та адсорбцією;

аналізувати рівняння адсорбції Гіббса;

трактувати особливості будови поверхневого шару адсорбованих молекул ПАР;

пояснювати правило Траубе –Дюкло;

трактувати принципи будови біологічних мембран;

аналізувати рівняння адсорбції Ленгмюра та межі його застосування;

аналізувати рівняння Фрейндліха, трактувати закономірності адсорбції речовин з розчинів на твердій поверхні;

розрізняти мономолекулярну та полімолекулярну адсорбцію;

мати уявлення про теорію БЕТ;

пояснювати основи та різновиди методів адсорбційної терапії;

інтерпретувати правило Панета-Фаянса;

пояснювати основи та класифікацію хроматографічних методів аналізу, їх використання в медико-біологічних дослідженнях.

ПОРАДИ СТУДЕНТУ

Підготуйте питання до практичного заняття і виконайте вказівки до них.

Теоретичні відомості з теми

ПОВЕРХНЕВИЙ НАТЯГ РІДИН ТА РОЗЧИНІВ

По вер хн ев і яви ща – це процеси, які відбуваються на межі поділу фаз у гетерогенних системах. За агрегатним станом контактуючих фаз поверхні поділу класифікують на:

1)рухомі межі поділу: Р-Г, Р-Р;

2)нерухомі межі поділу: Т-Г, Т-Р, Т-Т.

Будь-яка поверхня поділу фаз має поверхневу енергію. Особливо велика вона для твердих тіл. Молекули, які знаходяться на поверхні, мають більший запас потенціальної енергії, ніж ті, що знаходяться в об’ємі твердої чи рідкої фази, бо на них зі сторони повітря діє менше число молекул, ніж зі сторони твердої чи рідкої фази. Тому, щоб перемістити молекулу із об’єму на поверхню, треба затратити роботу.

Надлишкова енергія молекул поверхневого шару називається ві ль -

но ю п о в ер х нево ю е нер г і єю :

F = σ·S

де F – поверхнева енергія; S – площа поверхні; σ – поверхневий натяг. Отже, поверхнева енергія залежить від поверхневого натягу та площі поверхні поділу фаз.

По вер хн еви й на тя г – це поверхнева енергія одиниці площі поверхні, інакше – питома поверхнева енергія. Вимірюють в одиницях сили на одиницю довжини (Н/м) або величиною енергії на одиницю площі (Дж/м2). Відносну величину поверхневого натягу можна визначити методами сталагмометра, Ребіндера, відриву кільця та іншими.

Величина поверхневого натягу залежить від:

- природи речовини (тим більша, чим більша полярність

- температури (лінійно зменшується з підвищенням температури)

На межі поділу фаз відбуваються процеси, що зумовлюють самочинне зменшення поверхневої енергії. Можливість проходження таких процесів визначають за зміною вільної поверхневої енергії ΔGs:

ΔGs ≤ σΔS + SΔσ,

де σ, Δσ – поверхневий натяг і його зміна; S, ΔS – площа поверхні поділу фаз і її зміна. Знак < належить до самочинного оборотного процесу, знак «=» до оборотного рівноважного процесу.

Поверхневі явища умовно поділяють на 2 групи:

1 група – поверхневі явища з постійним значенням поверхневого натягу, тому зменшення енергії Гіббса ΔGs зумовлено зменшенням поверхні поділу фаз ΔS. Цей процес відбувається за рахунок створення сферичної й гладкої поверхонь рідини (краплини мають сферичну будову) або укрупнення частинок (агрегація, коагуляція).

2 група – надлишок вільної поверхневої енергії на межі поділу фаз компенсується за рахунок самочинного зменшення поверхневого натягу Δσ, що має місце під час адсорбції. Адсорбція – це самочинний процес зміни концентрації компонентів у поверхневому шарі порівняно з їх концентрацією у об’ємі фази.

ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНІ І ПОВЕРХНЕВО-НЕАКТИВНІ РЕЧОВИНИ

Стосовно води усі речовини поділяють на ПАР, ПНР та ПІР. Такий поділ є умовним, оскільки велика кількість речовин, які є поверхнево-активними у водних розчинах є поверхнево-неактивними у інших розчинниках (див. табл. 19).

Таблиця 19. Приклади ПАР, ПІР, ПНР

Згідно п р а ви лу Тр а уб е - Дю кло : поверхнева активність у гомологічному ряду ПАР збільшується в середньому у 3,2 рази при збільшенні вуглеводневого радикалу на кожну групу–СН2–, тобто gn+1 / gn = β ~ 3-3,5, де g – поверхнева активність; n – число груп СН2, β – коефіцієнт Траубе.

Правило Траубе-Дюкло точно виконується за низьких концентрацій розчинених речовин. З нього випливає важливий висновок: площа, яка припадає на одну молекулу максимально насиченого ПАР адсорбційного шару, залишається сталою в межах гомологічного ряду. Відповідно до правила Дюкло-Траубе змінюється анальгезійна та наркотична дія лікарських препаратів.

Основні поняття сорбційних явищ

ВИДИ АДСОРБЦІЇ (Т-Р)

гірше вона адсорбується з розчину

Для розчинів Йонна сильних

електролітів

ОСОБЛИВОСТІ АДСОРБЦІЇ З РОЗЧИНІВ

1.Адсорбція з розчину (суміші) має змішаний характер. На поверхні адсорбенту, поряд з адсорбцією розчиненої речовини, відбувається адсорбція розчинника, тобто молекули розчинника конкурують з молекулами розчиненої речовини за адсорбційні центри на поверхні твердого тіла. Тому можливі два види адсорбції з розчинів: додатна, коли молекули розчиненої речовини адсорбуються краще за молекули розчинника і від’ємна, коли молекули розчинника адсорбуються краще за молекули розчиненої речовини.

2.Адсорбція з розчинів відбувається повільніше від адсорбції газів. Для прискорення встановлення адсорбційної рівноваги систему перемішують.

3.З підвищенням температури розчину адсорбція зменшується. Тому на адсорбцію з розчинів впливають природа розчиненої речовини, розчинника та адсорбенту.

Чинники, що впливають на адсорбцію газів на нерухомій поверхні поділу фаз

природою адсорбенту і адсорбтиву, умовами досліду. Адсорбція досягає граничного значення, коли вся поверхня адсорбційних центрів буде зайнята молекулами адсорбату і утвориться насичений мономолекулярний шар. Фрейндліх запропонував ізотерми адсорбції у досить широкому інтервалі парціальних тисків газів чи парів: х/ m= k р1/n, де х – кількість адсорбованої речовини, , m – кількість адсорбента; k і 1/n – константи (визначають графічним методом)

3. Природа газу Газ тим краще адсорбується, чим легше він зріджується і чим вища його критична температура

4.Природа адсорбенту і його Sпит

АДСОРБЦІЯ НА МЕЖІ ТВЕРДЕ ТІЛО-ГАЗ

Теоретична інтерпретація адсорбційних явищ на твердих адсорбентах дана в тео р ії Ле нгм юр а , що заснована на таких молекулярно-кінетичних положеннях:

Адсорбція зумовлена фізико-хімічною взаємодією адсорбенту і адсорбтиву.

Адсорбція проходить не на всій поверхні, а на активних центрах. В якості активних центрів можуть виступати нерівності твердої поверхні, що характеризуються нескомпенсованими між молекулярними силами.

Адсорбція протікає тільки до утворення мономолекулярного шару адсорбтиву.

Адсорбційний процес є рівноважним.

A M V1 AM , V2

де А – активні центри адсорбенту; М – молекули адсорбтиву; АМ – комплекс молекул адсорбтиву є активним центром адсорбенту.

Рів ня ння Ле н гмю р а виражає залежність величини адсорбції на поверхні твердого адсорбенту від концентрації адсорбтиву, а у випадку адсорбції газів – від тиску газу, при постійній температурі:

Х – кількість молей адсорбенту, m – маса адсорбенту, оскільки питому поверхню його практично неможливо визначити; Г∞ – гранична адсорбція, що відповідає повному заповненню всіх активних центрів молекулами адсорбтиву з утворенням моношару; К – константа адсорбційної рівноваги; С і Р – відповідно концентрація і тиск адсорбтиву.

Це рівняння дозволяє розрахувати величину адсорбції на одиниці маси адсорбенту. Воно описує експериментальні дані, пояснюючи лінійну залежність адсорбції при малих концентраціях і прямування її до насичення при високих.

АДСОРБЦІЯ НА МЕЖІ ПОДІЛУ РІДИНА-ГАЗ ТА РІДИНАРІДИНА. РІВНЯННЯ ГІББСА

Графічна залежність величин поверхневого натягу та адсорбції від концентрації розчиненої речовини при постійній температурі

показує зменшення поверхневого натягу розчину при зміні концентрації ПАР на одиницю і характеризує адсорбційну здатність речовини. Вимірюють у Дж·м/моль або Н·м2/моль. Рівняння Гіббса є математичним обґрунтуванням загального правила: речовина, яка зменшує поверхневий натяг, концентрується у поверхневому шарі.

Якщо поверхневий натяг із збільшенням концентрації розчиненої речовини зменшується, то g і адсорбція буде позитивною, що має місце у випадку ПАР. Якщо поверхневий натяг із збільшенням концентрації розчиненої речовини збільшується, то адсорбція буде негативною.

Будова біологічних мембран

Компонентом клітин є зовнішні (плазматичні) мембрани, які відокремлюють внутрішній вміст клітини від зовнішнього середовища. Мембрана є фільтром, який пропускає одні частинки та затримує інші. Структурну основу мембрани складають дифільні молекули ліпідів. Мембранні ліпіди містять довгі вуглеводневі групи, холестерин та його естери. Найчастіше дифільними сполуками у складі мембран є фосфоліпіди – естери гліцерофосфату.

Мал. Схема будови клітинної мембрани: 1 - елементи цитоскелета; 2 – гідрофобні головки ліпідів; 3 – гідрофільні головки ліпідів; 4 - вуглеводи; 5 - поверхневі білки; 6 - білок, який перетинає мембрану

Усередині подвійного шару фосфоліпідів знаходяться молекули білків. Вони відіграють роль каталізаторів хімічних реак-

цій, що відбуваються на мембранах та рецепторів-сигналів, за допомогою яких клітина взаємодіє з навколишнім середовищем та іншими