- •Лекция 15
- •Тончайший мономолеку- лярный слой, располо- женный на границе раз- дела двух фаз, накапливает
- •Поверхностное натяжение, адсорбция, адгезия и другие процессы, протекающие на границе раздела двух фаз,
- •Поверхностные явления играют важную роль в осуществлении процессов:
- •Эти явления протекают in vivo на огромной площади поверхностей раздела:
- •План
- •15.1Энергетическое состояние молекул вещества в межфаз- ном поверхностном слое и в глубине фазы
- •Рассмотрим состо- яние молекул в однокомпонентной двухфазной систе- ме: вода – водяной пар.
- •На молекулу воды, нахо- дящуюся в глубине фазы, действуют силы межмо- лекулярного взаимодейст-
- •Молекула на границе раздела фаз в большей степени испытывает дейст-вие межмолекулярных сил со
- •Эта сила создает внутреннее (межмолекулярное) давление жидкости, которое для воды составляет 14 000
- •Межмолекулярные силы, действующие на молекулу, находящуюся на межфазной поверхности, нескомпенсированы
- •Вследствие нескомпенси- рованности сил меж- молекулярного взаимодейст- вия, поверхностный слой имеет избыточную свобод-
- •где S – площадь поверхности раздела фаз, м2 σ – коэффициент про-
- •На поверхностное натяжение жидкос- тей влияет:
- •С увеличением темпера- туры поверхностное на- тяжение жидкостей умень- шается, т.к. разрывается часть
- •Чем выше полярность жидкости, тем больше ее поверхностное натяже- ние, т.к. с увеличением
- •Поверхностное натяжение жидкостей при 298 К
- •Поверхностное натя- жение – важная ха- рактеристика биоло- гических жидкостей.
- •Измерение поверх- ностного натяже- ния крови - важ- ный диагности- ческий тест.
- •Изменения σ сыворотки крови свидетельствует о наличии онкологических заболеваний, анафилакти- ческом шоке и
- •Наиболее принятым методом определения поверхностного натя- жения является ста- логмометрический ме- тод.
- •Согласно второму закону термодинамики Gs → min. Это
- •б) за счет адсорбции, т.к. при адсорбции уменьшается по- верхностное натяже- ние жидкостей.
- •15.2. Адсорбцией называ- ется концентрирование какого-либо вещества в поверхностном слое в результате самопроиз-
- ••При адсорбции
- •Адсорбент – вещество, на поверхности которо- го идет адсорбция. Адсорбат – вещество, которое
- •Адсорбция (Г) выражается в г/м2 или моль/м2 и рассчитывается по формуле:
- •В зависимости от природы сил, дейст- вующих между адсор- бентом и адсорбатом, различают
- •Физическая адсорбция обусловлена межмолеку- лярным взаимодействием (силы Ван-дер-Ваальса). Энергия этих взаимо- действий небольшая
- •Для физической адсорбции
- •В соответствии с принципом
- •Химическая адсорбция (хемосорбция) осущест- вляется при взаимо- действии адсорбента с адсорбатом с образова-
- •Энергия связи при хемосорбции состав- ляет 40-400 кДж/моль, что делает ее прак- тически
- •Повышение темпера- туры усиливает хе- мосорбцию, что при- водит к большому связыванию адсорба-
- •По характеру межфазной поверхности различают ад- сорбцию, протекающую на границе раздела:
- •15.3 При растворении в жидкости какого-либо ве- щества может наблюдаться:
- •Б) повышение ее поверх- ностного натяжения. Так- кие вещества называются поверхностно-инактивными (ПИВ); к
- •В) поверхностное натяжение жидкости не изменяется. Такие вещества называются
- •Поверхностно-актив- ными (ПАВ) назы- ваются вещества, уменьшающие по- верхностное натяже- ние жидкостей.
- •Их молекулы дифильны и ассиметричны; они состоят из неполярного гидрофоб- ного радикала и
- •Классификация ПАВ
- •Ионогенные ПАВ делятся на:
- •Например, цетилтриметил аммоний бромид, используемый как антисептик
- •2)Аниононоактивные:
- •К неионогенным ПАВ относятся:
- •Поверхностно-активными являются многие био- активные соединения:
- •В соответствии с правилом: «Подобное стремится к подоб- ному», гидрофобные ради- калы направлены
- •Адсорбция ПАВ на границе жидкость-газ
- •Поскольку молекулы ПАВ менее полярны, чем молекулы воды, силы поверхностного натяжения в поверх-
- •Зная Гmax можно рассчитать а) длину молекулы ПАВ (ℓ)
- •б) площадь, занимаемую молекулой ПАВ на границе раздела фаз (s):
- •Важнейшей характеристикой ПАВ является их поверхностная активность (g):
- •Правило Дюкло-Траубе
- •Правило выполняется для членов одного гомологического ря- да: спиртов, аминов, карбоновых кислот и
- •Семейство изотерм адсорбции гомологов
- •Зависимость адсорбции ПАВ от их концентрации в растворе описывается уравнением Гиббса (1878):
- •Влияние концентрации ПАВ на поверхностное натяжение раст- воров описывается уравнением Шишковского (1909):
- •Для расчета адсорбции ПАВ используется объединенное уравнение Гиббса-Шишковского:
- •Применение ПАВ 1)Как моющие средства:
- •2) Как антисептики в хирургии:
- •Обеззараживающее действие ПАВ объясняют их влиянием на проницаемость клеточных мембран микроорганизмов, а также
- •3) Для производства
- •Липосомы применяются в медицине для направлен- ной доставки лекарствен- ного препарата к пораженным
- •Липосомы могут переносить широкий круг фармаколо- гически активных веществ: противоопухолевые и противо- микробные
- •Как носители лекарств липосомы наиболее широкое применение получили в онкологии и пульмонологии (лечение
- •15.4 Твердые адсорбенты
- •Развитая внутренняя поверхность имеется у пористых веществ, наружная – у веществ в порошкообразном
- •Важнейшей характерис- тикой твердых адсорбентов является их активная (удельная) поверхность (Sa),
- •Классификация твердых адсорбентов
- •2. Алюмосиликаты –
- •3. Цеолиты –
- •4. Силикагели –
- •5. Оксиды и гидрок- сиды некоторых металлов: Al2O3,
- •6. Пищевые волокна
- •Основные функции пищевого волокна
- •3) Способствуют росту бактерий, синтезирующих витамины группы В, которые, в свою очередь, предупреждают
- •4) Связывают тяжелые металлы и радио- нуклиды в прочные хелатные комплексы, которые легко
- •Пищевое волокно в продуктах питания
- •По мнению диетологов норма потребления пище- вого волокна составляет 10-40 г/день.
- •Виды адсорбции на твердых адсорбентах
- •Молекулярной
- •Некоторые теории молекулярной адсорбции
- •Некоторые теории молекулярной адсорбции
- •Некоторые теории молекулярной адсорбции
- •Для вычисления молекулярной адсорбции используют эмпирическое уравнение Фрейндлиха:
- •æ – масса адсорбата на 1 грамме адсорбента, р – равновесное давление в
- •Определение параметров уравнения Фрейндлиха
- •Влияние растворителя на молекулярную адсорбцию опи- сывает правило Ребиндера: на полярных адсорбентах лучше
- •Адсорбция электро- литов из растворов носит избирательный характер; она описы- вается правилами Панета-Фаянса.
- •Правило 1: на твердой поверхности адсорбируются преимущественно те ионы, которые входят в ее
- •Правило 2: на
- •Способность ионов адсорбиро- ваться на твердых поверх- ностях зависит:
- •Ионы одного знака и заряда образуют лиотропные ряды:
- •Ионообменная адсорбция - это процесс, в котором твердый адсорбент и раствор обмениваются между
- •Сорбенты, способные и обмену ионов, называются ионообменниками или ионитами.
- •Аниониты содержат
- •Иониты
- •В медицине они применяются:
- •● аниониты используются
- •К ионному обмену способны ткани растений и животных.
- •В современной медицине твердые сорбенты при- меняются для проведения:
- •Гемо-, лимфо- и плазмосорбция – это методы очистки крови и других биологических жид-
- •Энтеросорбция –
- •Энтеросорбенты –
- •К побочным эффектам использования энтеро- и гемосорбентов относят: связывание и выведение из организма
- •№ Адсор- k∙103, баты мин-1
- •«Будущее не за вво- дящей, а за вы- водящей медици- ной»
- •15.5Хроматографический метод анализа (от греческого
- •Цвет установил, что зеленый пигмент растений хлорофилл состоит из нескольких веществ. При пропускании
- •Развитие хроматогра- фических методов началось в 30-ые годы, когда возникла потребность в новом
- •Задачи хроматографического анализа
- •Хроматографические методы применяются при анализе
- •Хроматография – это физико- химический метод разделения веществ, основанный на их распределении между
- •Неподвижная фаза пред- ставляет собой поверх- ностно-активное твердое тело или жидкость, закрепленную на
- •Подвижная фаза -
- •Хроматография - процесс, основанный на многократ- ном повторении актов сорбции и десорбции вещества
- •Классификация методов хроматографии
- •Классификация по агрегатному состоянию фаз
- •Классификация по доминирующему механизму
- •б) Распределительная хроматография – процесс разделения основан на различной растворимости веществ в двух
- •в) Ионообменная хро- матография основана на обратимом обмене ионов между раство- ром и
- •Гель - хроматография – непод- вижной фазой является малоактивный материал (гель) с заданной
- •Аффинная (биоспецифическая) хроматография основана на свойстве ВМС и других био- логическиактивных соединений "узнавать"
- •Хроматографию широко применяют в медико- биологических исследованиях:
- •● Исследование состава липидов крови, что привело к пониманию проблемы атеросклероза
- •Внастоящее время в ведущих лабораториях изучают метаболи- ческие профили биосред - крови, мочи,
- •Благодарим
Молекула на границе раздела фаз в большей степени испытывает дейст-вие межмолекулярных сил со стороны жидкой фазы (f1),
чем со стороны газообразной (f2). Результирующий вектор
силы (f3) направлен внутрь жидкости.
Эта сила создает внутреннее (межмолекулярное) давление жидкости, которое для воды составляет 14 000 атм/см2.
Межмолекулярное давление- это причина того, что жидкости практически несжимаемы.
Межмолекулярные силы, действующие на молекулу, находящуюся на межфазной поверхности, нескомпенсированы
пар f2
жидкость f3 f1
Вследствие нескомпенси- рованности сил меж- молекулярного взаимодейст- вия, поверхностный слой имеет избыточную свобод- ную энергию (по сравнению с объемом жидкости):
Gs = σ× S
где S – площадь поверхности раздела фаз, м2 σ – коэффициент про-
порциональности, назы- ваемый поверхностным натяжением.
G |
Дж |
|
Н |
||
σ= |
|
, |
|
= |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|||
|
S |
м2 |
м |
||
Поверхностное натяжение
– это поверхностная энергия единицы площади поверх- ности раздела фаз.
На поверхностное натяжение жидкос- тей влияет:
а) температура, б) полярность среды.
С увеличением темпера- туры поверхностное на- тяжение жидкостей умень- шается, т.к. разрывается часть связей межмоле- кулярного взаимодейст- вия.
Чем выше полярность жидкости, тем больше ее поверхностное натяже- ние, т.к. с увеличением полярности возрастают силы межмолекулярного взаимодействия.
Поверхностное натяжение жидкостей при 298 К
Жидкость 
H2SO4
(безводная)
H2O
C2H5OH
C6H14
ε |
σ×103 н/м |
101 476
78,5
72,7
24,3 22,3
1,89 18,4
