Задание 18
Обратимые и необратимые реакции. Константа равновесия. Принцип Ле-Шателье.
Обратимые реакции – тип химических реакций, способных протекать в прямом и в обратной направлении.
Необратимыми называют реакции, протекающие до конца, то есть до тех пор, пока полностью не израсходуется одно из исходных веществ.
Конста́нтаравнове́сия — величина, определяющая для данной химической реакции соотношение между термодинамическими активностями исходных веществ и продуктов в состоянии химического равновесия (в соответствии с законом действующих масс). Зная константу равновесия реакции, можно рассчитать равновесный состав реагирующей смеси, предельный выход продуктов, определить направление протекания реакции.
Принцип Ле-Шателье. Если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, воздействуют внешние факторы, равновесие системы смещается в сторону, сводящую ее к минимуму.
Принцип применим к равновесию любой природы: механическому, тепловому, химическому, электрическому.
Химическое равновесие смещается в ту или иную сторону при изменении любого из следующих параметров:
1) температуры системы, т. е. при её нагревании или охлаждении
2) давления в системе, т. е. при её сжатии или расширении
3) концентрации одного из участников обратимой реакции
Задание 19
Поверхностные явления. Поверхностное натяжения жидкостей. Поверхностно-активные и поверхностно-неактивные вещества. Правило Дюкло-Траубе. Сорбционные процессы: адсорбция, абсорбция, хемосорбция.
Поверхность энергии – избыточная энергия количества молекул по сравнению с объемом фазы. Зависит от площади. Любая система старается уменьшить свою поверхностную энергию.
Поверхностное натяжение жидкостей – термодинамическая характеристика поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз, определяемаяработой обратимого изотермокинетического образования единицы площади этой поверхности раздела при условии, что температура, объем системы и химические потенциалы всех компонентов в обеих фазах остаются постоянными. Поверхностное напряжение численно равно работе, которую необходимо выполнить чтобы образовалась единица поверхности.
По способности изменять поверхностное напряжение в растворе, все вещества можно разделить на:
Поверхностно-активные вещества (ПАВ). Уменьшают поверхность напряжения. Относятся спирты, амины, органические кислоты.
Поверхностно-неактивные вещества (ПНВ). Относятся углеводы (сахароза, фуктоза..)
Поверхностно-инактивные вещества (ПИВ). Относятся неорганические соединения (соли, кислоты, основания).
Правило Дюкло-Траубе (об увеличении активности):
Увеличение длины углеводородного радикала ПАВ на одну CH2-группу увеличивает его поверхностную активность в 3-3,5 раза.
Адсорбция – концентрирование вещества на поверхности раздела фаз по сравнению с объемом фазы.
Абсорбция – концентрирование вещества по всему объему вещества.
Хемосорбция – химическая адсорбция. Вызвана химическими взаимодействиями. Необратима. Специфична. Первая стадия гетерогенной реакции.
Задание 20
Адсорбция на поверхности раздела жидкость-газ и жидкость-жидкость. Уравнение Гиббса. Ориентация молекул в поверхностном слое. Представление о структуре биологических мембран.
Адсорбция – концентрирование вещества на поверхности раздела по сравнению с объемом фазы.
Адсорбент – вещество, на поверхности которого происходит адсорбция. Адсорбтив – вещество, которое адсорбируется на поверхности адсорбента.
При адсорбции веществ на границе раздела фаз поверхностное натяжение может уменьшаться, повышаться или оставаться неизменным.
Вода – наиболее часто применяющийся растворитель. Она обладает большим поверхностным натяжением, поэтому по отношению к ней многие вещества являются поверхностно-активными. Поверхностное натяжение биологических жидкостей меньше воды вследствие наличия в них ПАВ различной природы. В результате эти вещества самопроизвольно накапливаются у стенок сосудов, клеточных мембран, что облегчает их проникновение сквозь эти мембраны.
В качестве примера можно привести образование на поверхности воды пленок нефти, бензина, масел. Такие пленки могут быть невидимы невооруженным глазом, проявляться в виде интерференционной картины или могут быть обнаружены как достаточно толстые окрашенные пленки.
Пленки на поверхности жидкости могут образоваться двумя способами:
Адсорбцией веществ из объема раствора на его поверхности. По такому механизму образуются пленки малорастворимых в данном растворителе веществ, которые являются по отношению к нему поверхностно-активными. Возможен также механизм адсорбции веществ из газовой фазы.
Непосредственным нанесением вещества на поверхность жидкости получают пленки нерастворимых веществ. В случае жидкостей пленки формируются з счет самопроизвольного растекания. Твердые вещества наносят либо в виде порошка, либо в виде раствора в легколетучем растворителе, который впоследствии может быть удален испарением.
Уравнение Гиббса. Любая система в соответствии со вторым началом термодинамики стремится самопроизвольно перейти в такое состояние, при котором она обладает минимальным запасом энергии Гиббса. Следовательно, она стремится к минимуму поверхностной энергии Гиббса.
Ориентация молекул в поверхностном слое.
Ориентация молекул поверхностно-активных веществ в адсорбционном слое различна.
Ориентация молекул поверхностно-активных веществ определяет возможность создания и стабилизации как обычных буровых растворов, так и утяжеленных с твердой фазой из частиц неглинистых пород.
Все сказанное об ориентации молекул поверхностно-активного вещества на границе вода-воздух относилось к пленкам, полученным из дифильных молекул, очень мало растворимы в воде. Однако это же относится и к поверхностным пленкам растворимых веществ, образованных в результате адсорбции их молекул. Необходимо лишь помнить, что между количеством веществ на поверхности и в объеме всегда устанавливается известное равновесие. Кроме того, следует учесть, что поверхностные пленки растворимых поверхностно-активных веществ, благодаря сравнительно небольшой длине углеводородных радикалов их молекул, почти всегда бывает газообразными.
Структура биологических мембран.
Биологические мембраны – сложные надмолекулярные структуры, окружающие все живые клетки и образующие в них органеллы.
Все мембраны по своей организации и составу обнаруживают ряд общих свойств:
Они состоят из липидов, белков и углеводов.
Являются плоскими замкнутыми структурами.
Имеют внутреннюю и внешнюю поверхности.
Избирательно проницаемы.
Основу мембраны составляет липидный бислой – двойной слой молекул липидов, которые обладают свойствами амфифильности(содержат как гидрофильные, так и гидрофобные функциональные группы).
По выполняемым функциям белки в составе мембран делятся на:
Структурные
Каталитические
Рецепторные
Транспортные.
Одна из главных функций мембран – участие в переносе веществ. Этот процесс обеспечивается при помощи трех основных механизмов: простой диффузией, облегченной диффузией и активным транспортом.