Физико-химия поверхностных явлений в функционировании живых систем

Цель деятельности студентов на занятии.

Студент должен знать:

А) Определение адсорбции, поверхностного натяжения,

Б) Теорию ЛЭнгмюра

В) Правило Шилова

 

Студент должен уметь:

А) Определять поверхностное натяжение и адсорбцию на подвижной поверхности раздела

Б) Количественно измерять адсорбцию из растворов на твердых адсорбентах

В) определять влияние удельной поверхности адсорбента, природы адсорбента, адсорбтива и растворителя на адсорбцию красителей из растворов

Содержание обучения

К поверхностным явлениям относят процессы, протекающие на границах раздела фаз и обусловленные особенностями состава и структуры поверхностей. Клетки, являющиеся основой строения любого организма, отличаются сильно развитой поверхностью раздела (биологические мембраны), на которой и осуществляются многие жизненно важные процессы. Особое значение для понимания механизма функционирования различных биологических структур имеет такое явление, как адсорбция

Адсорбция – самопроизвольное изменение концентрации компонента системы в поверхностном слое. С процесса адсорбции начинается взаимодействие любых веществ с клетками и тканями организма (питательных и токсических веществ, лекарств и т.д.)

Взаимодействие ферментов с субстратами, антител с антигенами, поляризация и деполяризация биологических мембран – все эти явления не могут быть объяснены без применения закономерностей протекания адсорбционных процессов.

В медицине весьма широко применяется адсорбционная терапия, простейшие примеры которой – использование некоторых веществ, называемых адсорбентами (активированный уголь, гидроксид алюминия в составе препарата «альмагель» и др.), для связывания токсинов, нежелательных веществ, попадающих в желудочно-кишечный тракт.

Свободной поверхностной энергией называется термодинамическая функция, характеризующая энергию межмолекулярного взаимодействия частиц на поверхности раздела фаз с частицами каждой из контактирующих фаз.

Свободная поверхностная энергия зависит от количества частиц на поверхности раздела, а поэтому прямо пропорциональна площади раздела фаз и удельной энергии межфазного взаимодействия:

G_s = σS, где σ – удельная свободная поверхностная энергия, которая характеризует энергию межфазного взаимодействия единицы площади поверхности раздела фаз, S – площадь поверхности раздела фаз.

удельную свободную поверхностную энергию для подвижных поверхностей раздела фаз называют коэффициентом поверхностного натяжения

Лабораторная работа

Опыт № 1. Измерение адсорбции уксусной кислоты на активированном угле. В лабораторном журнале записать точное значение концентрации щелочи в таблицу по форме

Колба	Начальная концентрация уксусной к-ты с, ммоль\л	Объем, мл	Равновесная концентрация уксусной к-ты с, моль/л	Адсорбция а, ммоль/г
Уксусной к-ты, взятой для титрования	Р-ра NaOH, израсходованного на титрование
		10,0 10,0 5,00 5,00

 

Занятие № 8

СВОЙСТВА РАСТВОРОВ ВМС

Цель деятельности студентов на занятии.

Студент должен знать:

А) Особенности растворения ВМС

Б) Сущность процесса набухания

В) Факторы, влияющие на набухание ВМС

 

Студент должен уметь:

А) Определять молярную массу ВМС вискозиметрическим методом

Б) Определять изоэлектрическую точку белка по набуханию

В) Давать схематическую формулу макромолекулы белка, находящегося в изоэлектрическом состоянии

 

Теоретическая часть

Высокомолекулярные соединения (ВМС) состоят из очень больших молекул, называемых макромолекулами; их размеры соизмеримы с размерами коллоидных частиц. Поэтому растворы ВМС проявляют ряд свойств, характерных для коллоидных растворов. Это малая скорость диффузии растворенных частиц, неспособность их проникать через диализационные мембраны, эффект Фарадея-Тиндаля и др. Однако растворы ВМС являются истинными. Они удовлетворяют основным критериям истинных растворов, которыми являются: самопроизвольность образования, гомогенность, термодинамическая устойчивость, равновесность и обратимость. Равновесие в растворах ВМС устанавливается медленнее, чем в истинных растворах, и растворению ВМС обычно предшествует набухание.

Набухание – процесс увеличения объема и массы ВМС в результате поглощения высокомолекулярным соединением низкомолекулярной жидкости. Набухание тканей организма наблюдается при образовании отеков, очагов воспаления, ожогах, укусах насекомых, аллергических реакциях, что связано с изменением рН среды и концентрации поступающих в ткани веществ.

Способность полимера набухать количественно характеризуется степенью набухания α

α = V – V₀,

V₀

Где V₀ и V – объем образца полимера до и после набухания.

Величина набухания ВМС зависит от природы ВМС и растворителя, температуры, давления присутствия электролитов, рН среды и т.д.

Влияние рН среды на набухание особенно значительно для амфотерных полиэлектролитов (к ним относятся белки и нуклеиновые к-ты)

Такое состояние макромолекул, при котором число ионизированных кислотных групп равно числу ионизированных основных групп и, следовательно, средний суммарный заряд макромолекул равен нулю, называют изоэлектрическим состоянием. Значение рН раствора, при котором молекулы полиамфолита находятся в изоэлектрическом состоянии, называют изоэлектрической точкой. Она является важнейшей характеристикой белка, определяющей его свойства в той или иной среде.

 

Лабораторная работа

Опыт 1. Изучение влияния электролитов на величину набухания ВМС.

В три сухие пронумерованные пробирки поместить примерно одинаковое количество желатина (0,5 мл по высоте пробирки). С помощью полоски миллиметровой бумаги измерить высоту слоя сухого желатина до набухания (h₀); результаты записать в таблицу. Пробирки примерно до середины заполнить из бюреток: 1 – дистиллированной водой, 2 – раствором сульфата натрия концентрацией 1,0 моль/л, 3 – раствором иодида натрия концентрацией 1,0 моль/л. Через 1-2 мин. После заполнения пробирок содержимое их осторожно перемешать стеклянной палочкой. Примерно через 20 мин. Измерить высоту слоя набухшего желатина (h). Рассчитать степень набухания желатина в воде и растворах электролитов. Результаты измерений записать в таблицу:

Пробирка	Среда, в которой проводилось набухание	Высота слоя сухого желатина h0, мм	Высота слоя набухшего желатина h, мм	Степень набухания
	Дистиллированная вода Раствор Na2SO4 Раствор NaI

 

Опыт 2. Определение изоэлектрической точки желатина.

В шесть сухих пробирок поместить примерно одинаковое количество желатина (0,5 мл по высоте пробирки); с помощью полоски миллиметровой бумаги измерить высоту сухого желатина в каждой пробирке (h₀) и результаты измерений записать в таблицу. В каждую из пробирок осторожно налить из бюреток по 7 мл растворов с различными значениями рН. Содержимое перемешать, а через 20 мин. Осадить всплывшие частицы желатина и измерить высоту слоя набухшего желатина (h); результаты измерений записать в таблицу:

 

пробирка	рН раствора	h, мм	h0, мм	Δ h, мм

 

 

Занятие № 9

КОЛЛОИДНЫЕ РАСТВОРЫ. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ОЧИСТКИ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ.

 

 

Цель деятельности студентов на занятии:

 

Студент должен знать:

а) Классификацию дисперсных систем и их свойства

б) Основные методы получения и очистки коллоидных растворов

в) Кинетические, оптические и электрические свойства коллоидных растворов

г) природу и строение мицелл, общие свойства и различия лиофобных и лиофильных коллоидных систем

д) свойства аэрозолей, суспензий, эмульсий.

 

Студент должен уметь:

а) Получать коллоидные растворы дисперсионным методом и конденсационным методом

б) изображать строение мицеллы в избытке одного из реагентов

 

Содержание обучения: