ТЕМА: Поверхностные явления и адсорбция.
Хроматография
1. ЗНАЧИМОСТЬ ТЕМЫ: Поверхностные явления и адсорбция имеют большое значение в медицине и биологии. Все биопроцессы протекают на поверхности раздела фаз - ферментативные реакции, синтез белка и др. Поверхностно активные вещества (ПАВ) понижают поверхностное натяжение и играют важную роль в физиологических процессах. Например, соли желчных кислот, обладающие высокой поверхностной активностью, обеспечивают эмульгирование жиров и их всасывание. Адсорбция различных веществ при острых отравлениях имеет большое значение в адсорбционной терапии и гемосорбции. Иммуносорбенты найдут широкое применение при лечении микробных интоксикаций, газовой гангрены, столбняка.
2. ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ: Изучить закономерности процессов сорбции, уметь применять на практике теоретические положения процессов адсорбции, вычислять адсорбцию по уравнению Гиббса на границе жидкость - газ, уметь строить графики изотермы поверхностного натяжения и изотермы адсорбции.
3. ЗАДАЧИ: После изучения темы
а) студент должен знать:
- понятие о свободной поверхностной энергии и поверхностном натяжении, а также о факторах, влияющих на них;
- понятие об адсорбции и ее видах;
- теоретические основы адсорбции ПАВ на границе жидкость-газ и математическое описание данного процесса уравнениями Гиббса, Шишковского и Гиббса-Шишковского;
- природные и синтетические материалы, используемые в качестве твердых адсорбентов;
- теоретические основы молекулярной адсорбции на твердых адсорбентах и математическое описание данного процесса уравнениями Ленгмюра и Фрейндлиха;
- теоретические основы адсорбции электролитов на твердых адсорбентах, описываемые правилами Панета-Фаянса;
- теоретические основы ионообменной адсорбции и применение ионитов в медицине и технике;
- применение сорбентов в медицине. Гемо-, лимфо-, плазмо- и энтеросорбция как методы лечения некоторых заболеваний;
б) студент должен уметь:
-объяснить причину появления избыточной энергии у молекул на границе границе раздела двух фаз по сравнению с молекулами в глубине фазы;
- объяснить особенности строения молекул ПАВ и их ориентацию на границе жидкость-газ, а также влияние длины углеводородного радикала на поверхностную активность;
- выполнять расчеты по уравнениям Гиббса, Шишковского, Гиббса-Шишковского, описывающие адсорбцию ПАВ на границе жидкость-газ;
- излагать основные положения теорий молекулярной адсорбции и выполнять расчеты по уравнениям Ленгмюра и Фрейндлиха;
- описывать избирательную адсорбцию электролитов из растворов в соответствии с правилами Панета-Фаянса;
- описывать ионообменную адсорбцию, приводить схемы ионообменных процессов для катионов и анионов;
в) приобрести практические навыки:
- по измерению поверхностного натяжения жидкостей сталагмометрическим методом.
ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕМЫ:
1. Понятие о поверхностной энергии и поверхностном натяжении.
2. Адсорбция на границе жидкость-газ. Понятие о ПАВ. Уравнение Гиббса-Шишковского. Правило Дюкло-Траубе.
3. Адсорбция на твердых адсорбентах. Влияние температуры на смещение адсорбционного равновесия. Уравнение Ленгмюра. Теории молекулярной адсорбции. Уравнение Фрейндлиха.
4. Адсорбция электролитов на твердых адсорбентах: избирательная и ионообменная адсорбция. Правило Панета-Фаянса.
5. Применение адсорбентов в медицине. Энтеросорбенты. Гемо-, плазмо- и лимфосорбция.
6. Хроматография. Роль хроматографии в медико-биологических исследованиях.
Молекулы жидкости, находящиеся в поверхностном слое на границе жидкость - газ, испытывают со стороны молекул газа значительно меньшее притяжение, чем со стороны молекул жидкости. В результате возникает сила, направленная внутрь жидкости. Свободная поверхность жидкости находится в состоянии натяжения и представляет собой как бы натянутую пленку, стремящуюся к сокращению, толщина которой равна радиусу сферы молекулярного действия.
Поверхностное натяжение - это сила, отнесенная к единице длины линии, ограничивающей поверхность жидкости, и действующая в сторону уменьшения этой поверхности; обозначается s (сигма). Поверхностное натяжение численно равно свободной энергии единицы площади поверхности и выражается в Джоулях на квадратный метр (Дж/м2 или Н/М). Поверхностная энергия системы Gs= sS, (где s - поверхностное натяжение; S - площадь поверхности).
Согласно второму закону термодинамики, система стремится уменьшать свободную энергию поверхности. В чистых жидкостях это осуществляется за счет сокращения площади поверхности (жидкость, на которую не действуют посторонние силы, всегда стремится принять форму шара, происходит соединение мелких капель в одну большую). В растворах уменьшение свободной энергии поверхности осуществляется за счет перехода в поверхностный слой молекул вещества, имеющего поверхностное натяжение,меньшее поверхностного натяжения растворителя. Увеличение концентрации вещества в поверхностном слое по сравнению с концентрацией его внутри раствора называется адсорбцией. Вещества, понижающие поверхностное натяжение, накапливаются в поверхностном слое. Это поверхностно-активные вещества. К ним относятся органические соединения, в состав молекул которых одновременно входит полярная группа ( -ОН, -СООН, -NН2) и неполярная углеводородная цепь, т.е. дифильные молекулы. Поверхностный избыток Г (моль/см2 или кмоль/м2) есть избыток растворенного вещества содержащегося в 1 см2 или 1 м2 поверхностного слоя по сравнению с количеством вещества в слое такой же площади внутри объема. Зависимость между Г, и концентрацией раствора C была установлена Гиббсом:
С Δ σ
Г = .
RT Δ C
где R - газовая постоянная;
Т - абсолютная температура;
Δ σ
- бесконечно малое изменение s с бесконечно малым изменением С).
Δ C
По предложению П.А.Ребиндера, величина была названа поверхностной активностью, так как она характеризует способность вещества понижать поверхностное натяжение.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.