ЛЕКЦИЯ 8 ФИЗИКО- ХИМИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЯВЛЕНИЙ В ФУНКЦИОНИРОВАНИИ

ЛЕКЦИЯ 8 ФИЗИКО- ХИМИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЯВЛЕНИЙ В ФУНКЦИОНИРОВАНИИ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ АДСОРБЦИОННЫЕ РАВНОВЕСИЯ

пар С F А жидкость В

Сила, действующая на единицу длины границы раздела и обуславливающая сокращение поверхности жидкости называется поверхностным натяжением (σ) [σ] = Дж/м 2 = H×м/м 2 = [H/м]

σглицерин=64, 7 Н/м σводы=72, 8 Н/м σсыв. крови=45, 4 Н/м σртути=436 Н/м

Величина поверхностной энергии F = σ×S σ – поверхностное (Дж/м 2) натяжение, S – площадь межфазной поверхности, м 2

Поверхностная активность d. C и dσ - бесконечно малые изменения концентрации и поверхностного натяжения

1) Растворённое вещество понижает поверхностное натяжение растворителя (ПАВ) (σр-р < σo) g >0

Примеры катионактивных ПАВ СН 3 СН 2 + СН 2 N СН 3 БЕНЗАЛКОНИЯ ХЛОРИД (N- бензил –N, N – диметил-Nоктадециламмония хлорид) СН 3 • Cl

Пример анионактивных ПАВ Na+[H 3 C – (CH 2)11 – SO 3]лаурилсульфат натрия

2) Растворённое вещество повышает поверхностное натяжение растворителя (ПИВ) (σр-р > σ0) g<0

3) Растворённое вещество практически не изменяет поверхностного натяжения растворителя (ПНА) (σр-р = σ0)

Изотермы поверхностного натяжения σ 3 ПИВ 2 ПНА 1 ПАВ С, моль/л

Полярные группы: -OH, -NH 2, -COOH, -SO 3 H Неполярный радикал: СH 3 -; CH 3 -CH 2 - и т д. СH 3 - CH 2 -COOH R

Ориентация ПАВ в поверхностном слое

ПРАВИЛО ДЮКЛО-ТРАУБЕ: Поверхностная активность вещества одного и того же гомологического ряда возрастает в 3, 2 раза при удлинении углеводородной цепи на одно звено – СН 2 - (метиленовая группа)

Пример правила Дюкло-Траубе σ, Н/м HCOOH CH 3 CH 2 COOH C, моль/л

Мицеллы Гартли Н 2 О

Мицеллы Мак-Бенна

ЛИПОСОМА

Адсорбция обозначается Г Размерность адсорбции: 2], [моль/см 2] [моль/м

ТИПЫ АДСОРБЦИОННЫХ СИСТЕМ АДСОРБЕНТ АДСОРБТИВ (АДСОРБАТ) твёрдая фаза газ твёрдая фаза жидкость жидкая фаза газ жидкая фаза жидкость

Адсорбция на границе раздела жидкость/газ и жидкость/жидкость Уравнение ГИББСА

Г – количество адсорбированного вещества (моль/м 2); С – молярная концентрация растворённого вещества (моль/л); R- газовая постоянная, равная 8, 31 Дж/моль×К; - поверхностная активность

АНАЛИЗ УРАВНЕНИЯ ГИББСА 1)Если поверхностное натяжение с ростом концентрации уменьшается, то адсорбция положительная. то Г > 0 2) Если поверхностное натяжение увеличивается с ростом концентрации, то то Г<0

АНАЛИЗ УРАВНЕНИЯ ГИББСА 3) Если σ не зависит от концентрации, тогда dσ/d. C=0 и Г=0, адсорбция не наблюдается.

ИЗОТЕРМА АДСОРБЦИИ Г Г∞ I II III С

При малых концентрациях ПАВ углеводородные радикалы располагаются С ростом концентрации ПАВ в растворе, число молекул в поверхностном слое увеличивается

Площадь, приходящуюся на 1 молекулу, расположенную в вертикальном положении равна: NA – число Авогадро Г∞ -предельная адсорбция, (моль/м 2)

Длина молекулы ПАВ ρ – плотность ПАВ, кг/м 3; Г∞- предельная адсорбция, моль/м 2; М – молярная масса, кг/моль

Фрагмент структуры биологических мембран

Адсорбция на неподвижных поверхностях раздела Х – количество молей адсорбтива; m – масса адсорбента

УРАВНЕНИЕ ЛЭНГМЮРА для расчёта адсорбции газообразных веществ в случае адсорбции жидких веществ уравнение принимает вид

Гmax- предельная величина адсорбции, моль/см 2; K – константа адсорбционного равновесия, равная отношению констант скоростей процессов десорбции и адсорбции; Р и С – равновесное давление или равновесная концентрация адсорбирующего вещества

1) В области низких концентраций и давлений уравнение примет вид:

2) В области высоких концентраций ( или давлений) (Р>K) и (C>K), тогда уравнение принимает вид

3) Для определения адсорбции в области средних концентраций пользуются уравнением ФРЕЙНДЛИХА Г = Кф × С n Кф- константа Фрейндлиха; Кф и n – константы, которые находятся графически по логарифмическому выражению уравнения Фрейндлиха

АДСОРБЦИЯ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ТВЁРДОЕ ТЕЛО - РАСТВОР Бензол- неполярный растворитель Si. O 2 полярный адсорбент Полярные адсорбенты: силикагель, глина, целлюлоза, Аl 2 O 3, Mg. O

АДСОРБЦИЯ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ТВЁРДОЕ ТЕЛО-РАСТВОР вода - полярный растворитель активированный уголь (неполярный адсорбент) Неполярные адсорбенты: угли, графит, тальк, парафин

Cs+ > Rb+ > K+ > Na+ >Li+ уменьшение адсорбции NO 2 - > J-> Br- > Cl- > Fуменьшение адсорбции, уменьшение радиуса аниона