Физико-химия поверхностных явлений в функционировании живых систем

Поверхностные явления – процессы, протекающие на границе раздела фаз и обусловленные особенностями состава и структуры поверхностей.

Поверхностное натяжение
[Дж/м2]
Физический смысл σ:
Энергия (Дж/м2)
Сила (Н/м)
σН2О = 72,75⋅10-3 Дж/м2 при 298о К

Зависимость σ от С называется изотерма поверхностного натяжения.
1- ПАВ Δσ/ΔС < 0 ЕН2О-Н2О > ЕН2О-ПАВ
2- ПИВ Δσ/ΔС > 0 ЕН2О-ПАВ > ЕН2О-Н2О

Поверхностная активность – способность растворенных веществ изменять поверхностное натяжение.
Мера поверхностной активности
- (dσ/dC) или - (Δσ/ΔC)

Уравнение Шишковского
σ = σо – В ln(1+AC),
С – концентрация ПАВ
Определение σ: 1) статические
2) полустатические
3)динамические

Правило Дюкло-Траубе:
β = Gn+1 / Gn = 3 ÷ 3,5
(для спиртов и карбоновых кислот)

Физическая сорбция – 8 -20 кДж/моль
Хемосорбция – 80-800 кДж/моль

Уравнение Гиббса [моль/м2]

Теория мономолекулярной адсорбции Лэнгмюра

Линеаризация уравнения Лэнгмюра

По величине Гmax можно рассчитать So и l молекул ПАВ в мономолекулярном слое

Адсорбция на твердых сорбентах
Уравнение Фрейндлиха

Правило Шилова:
чем лучше вещество растворяется в данном растворителе, тем хуже оно из него адсорбируется.

Правило Панета-Фаянса:
из всех ионов в растворе в первую очередь адсорбируются те, которые входят в состав сорбента, или имеют с ним общие группы.

Обменная емкость ионита - ммоль ионов на 1 г сухого и 1 мл набухшего ионита

Адсорбция лежит в основе важнейших биологических процессов:
с адсорбции начинается поглощение различных веществ клетками и тканями организма
взаимодействие ферментов с субстратами для протекания ферментативных реакций
адсорбция является основным физико-химическим механизмом работы иммунной системы (образование комплекса «антиген-антитело»)

Адсорбция лежит в основе важнейших биологических процессов:
4) удаление из крови различных токсических веществ, вирусов, бактерий (гемосорбция)
5) удаление токсинов из ЖКТ (альмагель, фосфолюголь и др.)
6) ПАВ вводится в лекарственные препараты для улучшения всасывания (конферон)

Типы сорбентов, использующихся для удаления различных веществ

Для очистки крови больных спидом применяют силикатную матрицу с введенными в ее структуру амино- или карбоксильными группами.
Явление адсорбции лежит в основе хроматографии (М.С. Цвет, 1904 г.)

Хроматография – область науки, изучающая процессы, основанные на перемещении зоны вещества вдоль слоя сорбента в потоке подвижной фазы и связанные с многократным повторением сорбционных и десорбционных актов

«Хроматография – цветозапись» 1903 г. М.С. Цвет
г. Воронеж. Экскурсия у могилы основателя хроматографии М.С. Цвета

Эксперимент М.С. Цвета по разделению хлорофилла (адсорбент СаСО3)
1 – бесцветная зона (коллоидное примеси)
2 – желтая зона (ксантофилл β)
3 – желто-зеленая зона (хлорофиллин β)
4 – Зелено-синяя зона (хлорофиллин α)
5 – желтая зона (ксантофилл)
6 – желтая зона (ксантофилл α)
7 – желтая зона (ксантофилл α)
8 – серо-стальная зона (хлорофиллин)

Подвижная фаза (ПФ) – газ или жидкость.
Неподвижная фаза (стационарная фаза) (НФ) – твердое тело, жидкость (сорбент).

Необходимые условия:
1. Наличие ПФ и НФ.
2. Многократные повторения актов сорбции и десорбции.
3. Равновесие «сорбция ↔десорбция» должно устанавливаться быстро

Выходные кривые разделения сложной газовой смеси на хроматографе (газовая хроматография)
(от метана до изопрена)

Хроматограмма образцов героина
а- и б- идентичные образцы, в- другой источник приобретения
1 – кофеин, 2 – фенобарбитон,
3 – метаквалон, 4 – ацетилморфин,
5 – деаморфин, 6 – папаверин,
7 - наркотин

Жидкостный хроматограф фирмы «Кнауэр» (Германия)

Кривая элюирования смеси щелочных металлов
(метод ионообменной хроматографии – элюент 0,25 н НС1)

Ионный хроматограф «Цвет – 3006» (СССР)

Техника бумажной хроматографии схожа с техникой ТСХ
Нисходящая бумажная хроматография