![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Комплексные соединения. Физическая химия поверхностных явлений
- •Глава 1. Комплексные соединения
- •1.1. Основные положения координационной теории
- •1.2. Природа химической связи в комплексном ионе
- •1.2.1. Электростатическая теория
- •1.2.2. Метод валентных связей
- •1.2.3. Метод молекулярных орбиталей
- •1.3. Пространственное строение и изомерия комплексных соединений
- •1.4. Классификация комплексных соединений
- •1.5. Номенклатура комплексных молекул
- •1.6. Диссоциация в растворах
- •1 Ступень
- •2 Ступень
- •1.7. Реакции комплексообразования
- •1.8. Хелатирование. Его роль в биологии и медицине
- •Полидентатные лиганды
- •1.9. Хелатотерапия
- •Глава 2. Физическая химия поверхностных явлений
- •2.1. Адсорбция
- •2.1.1. Поверхностная энергия и поверхностное натяжение
- •2.1.2. Поверхностная активность. Поверхностно-активные, поверхностно-неактивные и поверхностно-инактивные вещества
- •2.1.3. Адсорбция на границе раздела жидкость-газ. Уравнение Гиббса
- •2.1.4. Ориентация молекул в поверхностном слое жидкость-газ
- •2.1.5. Адсорбция на границе раздела двух несмешивающихся жидкостей
- •2.1.6. Адсорбция на границе раздела твердое тело-газ
- •2.1.7. Адсорбция на границе раздела твердое тело-раствор
- •2.1.7.1 Молекулярная адсорбция
- •2.1.7.2. Адсорбция электролитов
- •2.1.8. Количественное определение адсорбции
- •2.2. Хроматография
- •2.2.1. Сущность метода. Его применение в биологии и медицине
- •2.2.2. Классификация хроматографических методов
- •2.2.3. Молекулярно-адсорбционная хроматография
- •2.2.4. Проникающая (гель-) хроматография
- •2.2.5. Распределительная хроматография
- •2.2.6. Ионообменная хроматография
- •Основная литература
- •Дополнительная литература
- •Содержание
- •Глава 1. Комплексные соединения 4
- •Глава 2. Физическая химия поверхностных явлений 38
- •Для заметок Для заметок
2.1. Адсорбция
2.1.1. Поверхностная энергия и поверхностное натяжение
Откуда берется в поверхностных слоях избыточная энергия, ведущая к адсорбции? Любая молекула обладает определенным запа-
сом
энергии, сосредоточенной в ядрах и
электронах. Но энергетическое состояние
молекулы в межфазном поверхностном
слое и в глубине фазы различно (рис.
2.3). В наиболее простом случае
однокомпонентной системы вода – водяной
пар межмолекулярные силы притяженияƒ1,
действующие на молекулу воды, расположенную
в глубине фазы, проявляются равномерно
со стороны соседних молекул и
равнодействующая сила равна нулю
вследствие симметрии силового поля.
Молекулы, находящиеся на границе раздела
фаз вода-водяной пар, принадлежат обеим
фазам и испытывают действие межмолекулярных
сил в большей степени со стороны жидкой
фазы ƒ1,
чем со
стороны газообразной ƒ2,
поскольку концентрация молекул в газе
намного меньше, чем в жидкости. Суммарная
составляющая результирующей силы F
пропорциональна разности межфазных
(ƒ1 -
ƒ2),
а также разновекторных ƒ1
сил и для молекул сосредоточенных на
поверхности направлена внутрь жидкости.
Преобладание межмолекулярных сил
притяжения со стороны жидкой фазы, по
сравнению с газообразной, приводит к
тому, что поверхностные молекулы под
действием силы F
постоянно уходят в глубь объема, а на
смену им из глубины фазы выходят новые
молекулы. Идет постоянная работа по
обновлению и формированию поверхностного
слоя.
Таким образом, если внутри жидкости вся энергия молекул задействована на образование физических ван-дер-ваальсовых, химических ковалентных, ионных или водородных связей с другими молекулами, то на поверхности она задействована частично и у поверхностных молекул остается свободная поверхностная энергия, называемая поверхностной энергией Гиббса – GS. Единицей ее измерения в системе СИ является джоуль (Дж) или ньютон·метр (Н·м). На практике иногда используют внесистемную единицу – эрг. Этот избыток поверхностной энергии молекул, отнесенный к единице поверхности (1м2), называется удельной свободной поверхностной энергией или поверхностным натяжением и обозначается буквой σ (сигма). Выражается поверхностное натяжение в Дж/м2 или, учитывая, что Дж = Н·м, в Н/м.
Свободная энергия поверхности определяется уравнением:
,
где
S – площадь поверхности раздела, м2 .
GS
– важнейшая
термодинамическая характеристика
системы, зависящая от площади поверхности
и поверхностного натяжения. Согласно
второго закона термодинамики GS
всегда
стремится к минимуму. У индивидуальных
(однородных) жидкостей, где
,
снижение поверхностной энергии происходит
за счет сокращения поверхности до
минимальных размеров (из всех геометрических
фигур наименьшая поверхность характерна
для сферы). Этим объясняется шарообразная
форма мелких капель жидкости, находящихся
в свободном состоянии: в аэрозолях,
туманах, эмульсиях. В условиях невесомости
наблюдаются идеально сферические формы
жидких металлов. Стремление к уменьшению
объема свойственно твердым телам и в
обычном состоянии. Однако значительные
межмолекулярные силы, проявляющиеся
между частицами твердого вещества,
препятствуют самопроизвольному
уменьшению их поверхности.
В неоднородных системах (растворах) снижение поверхностной энергии происходит не только за счет снижения удельной поверхности, но и за счет снижения поверхностного натяжения – σ. Поверхностное натяжение биологических жидкостей подвержено значительным колебаниям при ряде заболеваний (анафилактический шок, рана, травма, рак и др.). В сыворотке крови оно уменьшается с возрастом человека, играя заметную роль в таких явлениях, как деление клетки, фагоцитоз, пиноцитоз, амебоидное движение, изменение проницаемости клеточных мембран. Колебания поверхностного натяжения у различных жидкостей значительны и зависят от природы жидкости, ее температуры, давления, концентрации растворенных веществ. Оно тем больше, чем более полярны образующие ее молекулы и меньше силы межмолекулярного взаимодействия между жидкостью и растворенными в ней веществами. С увеличением давления поверхностное натяжение на границе раздела жидкость – газ уменьшается, так как возрастает концентрация молекул в газовой фазе и сила F снижается. Рост температуры понижает величину σ, а вблизи критической температуры она становится равной нулю (исчезает поверхность раздела фаз).
Для живых организмов, где давление, температура, объем постоянны, основными факторами, влияющими на величину поверхностного натяжения, являются природа и концентрация растворенных в жидкости веществ.