Тема: Поверхностные явления, имеющие место в живом организме. Адсорбция. Дисциплина «Химия» Для студентов 1 курса специальности: Общая медицина, Стоматология Лектор: ассоциированный профессор кафедры биохимии и химических дисциплин, кандидат химических наук Болысбекова Салтанат Манарбековна

Цель и задачи: Сформировать знания о физико-химии поверхностных явлений. Установить их медико-биологическое значение. Ознакомить с методами хроматографии и их применением в медицинской практике.

Актуальность: Поверхностные явления играют важную роль прежде всего на клеточном и на молекулярном уровнях организации живых организмов. Знание поверхностных явлений лежит в основе понимания избирательной адсорбции ядов и токсинов различными тканями и клетками в организме человека; адсорбционной терапии.

План лекции: Поверхностные явления Сорбция Поверхностно-активные и поверхностно-неактивные вещества Медико-биологическое значение темы Избирательность адсорбции Хроматографея Обратная связь

К поверхностным явлениям относят те эффекты и особенности поведения веществ, которые наблюдаются на поверхностях раздела фаз.

Особенности поверхностных слоев обусловлены наличием избытка поверхностной энергии

Основные понятия Сорбент – поглотитель Сорбтив (сорбат) – поглощаемое вещество Сорбция – процесс поглощения одного вещества другим Адсорбция – поглощение поверхностью сорбента Абсорбция – поглощение всем сорбентом

Поверхностное натяжение Поверхностное натяжение (σ) равно работе, которую нужно совершить для создания единицы поверхности [Дж/м 2 ]. Поверхностное натяжение зависит от: –природы жидкости –температуры (t σ, при t кип σ =0). –давления (p σ ). –концентрации растворенного вещества.

Жидкость Поверхностное натяжение, Дж/ м Жидкость Поверхностное натяжение, Дж/ м Вода 72,8Хлороформ 27,1 Глицерин 64,7Этанол 22,3 Уксусная кислота 27,6Метанол 22,6 Оливковое масло 33,0 Сыворотка крови 45,4 Бензол 29,4Фенол 42,3 Поверхностное натяжение различных жидкостей на границе с воздухом при 293 К

σ биологических жидкостей значительно ниже, чем воды. Поэтому гидрофобные вещества будут накапливаться у стенок сосудов, клеточных мембран, что облегчает их проникновение сквозь эти мембраны.

Поверхностная активность Способность растворенного вещества изменять поверхностное натяжение – поверхностная активность (g) Мера поверхностной активности:

ПАВ, ПИВ, ПНВ 1.Поверхностно-активные вещества (ПАВ): уменьшают σ растворителя. σ раствора О. ПАВ: спирты, органические кислоты, сложные эфиры, белки, холестерин, жиры, липиды, мыла. 2.Поверхностно-инактивные вещества (ПИВ): увеличивают σ растворителя. σ раствора > σ растворителя; g < О. ПИВ: неорганические кислоты, основания, соли, глицерин, Поверхностно-неактивные вещества (ПНВ): не изменяют поверхностное натяжение растворителя. σ раствора = σ растворителя; g = О. ПНВ: сахароза.

Не последнее место в списке бытовой химии занимают стиральные порошки. Стирка – самый трудоемкий процесс в нашем быту. А помощниками в стирке являются поверхностно- активные вещества (ПАВ).

Изотерма поверхностного натяжения Зависимость σ от концентрации растворенного вещества при постоянной температуре – изотерма поверхностного натяжения. ПИВ ПНВ ПАВ σ с

Строение молекулы ПАВ: Молекула ПАВ состоит из: неполярной гидрофобной углеводородной группы (хвост) полярной гидрофильной группы (голова): -ОН, -СООН, -С(О)-О,-NН 2 ; -SО 3 H. хвост голова

Правило Траубе-Дюкло: При удлинении цепи на группу -СН 2 - в гомологическом ряду способность к адсорбции возрастает в 3,2 раза. НСООН СН 3 СООН СН 3 СН 2 СООН СН 3 СН 2 СН 2 СООН σ с

Правило Панета- Фаянса: на твердой поверхности адсорбируются лучше ионы, входящие в состав адсорбента или имеющие общую с адсорбентом группу (родственные ионы). Многовалентные ионы адсорбируются быстрее и больше, чем одновалентные.

Ионы одинаковой валентности по способности к адсорбции образуют лиотропные ряды: Cs + > Rb + > K + > Na + > Li + CNS - > I - > NO 3 - > Br - > Cl -

Уравнение Гиббса >0 Г < 0, т.е. с σ (ПИВ) С вещества в поверхностном слое < С вещества в объёме фазы 0, т.е. с σ (ПАВ) С вещества в поверхностном слое > С вещества в объёме фазы Г - количество адсорбированного вещества [моль/м 2 ] С - молярная концентрация раствора [моль/л] R - универсальная газовая постоянная = 8,31 Дж/моль.град(К) - поверхностная активность растворенного вещества. RT C c Г

Изотерма адсорбции Гиббса 1. Низкие С 1 2 Г c газ вода 2. Высокие С газ вода «частокол Лэнгмюра» Г

Адсорбция твердыми телами Величина адсорбции зависит от: 1. Размера поверхности адсорбента чем > Sповерхности, тем > адсорбция. 2. Температуры (t Г ). 3. Типа сорбента, его сродства к растворителю. - гидрофильные сорбенты (силикагель SiO 2, глина, пористое стекло) для адсорбции полярных веществ из неполярных (неводных) растворителей. - гидрофобные сорбенты (активированный уголь, графит, тальк) для адсорбции неполярных веществ из полярных растворителей. 4. Заряда адсорбента и адсорбтива. 5. Концентрации адсорбтива.

Уравнение Ленгмюра Г = Г С для газов: Г = Г _Р_ К+С К+Р С – концентрация Р - давление газа К - константа адсорбционного равновесия = Кдесорбции Кадсорбции при С << КГ = Г С, линейная зависимость Г от С К при С > К Г = Г, дальнейшее увеличение концентрации не влияет на величину адсорбции. Изотерма адсорбции: а) по Фрейндлиху (парабола) б) по Ленгмюру. Г c

Медико-биологическое значение темы: 1. Усвоение питательных и лекарственных веществ 2. Перенос О 2 и СО 2 из лёгких к тканям 3. Действие ферментов 4. Детоксикация организма: а) Гемосорбция - очистка крови б) Лимфосорбция - очистка лимфы. 5. Поглощение ядовитых веществ в желудочно-кишечном тракте. 6. Хроматографея: - разделение смесей аминокислот; - очистка лекарственных препаратов; - количественное определение витаминов, гормонов; - диагностика заболеваний

Избирательность адсорбции проявляется в человеческом организме. Некоторые яды адсорбируются на активных центрах металлоферментов. Цианистые соединения адсорбируются на Fe 2+ дыхательных ферментов и вызывают смерть через несколько секунд после введения в организм.

Хроматогра́фея (от др.-греч. χρ μα цвет) динамический сорбционный метод разделения и анализа смесей веществ, а также изучения физико-химических свойств веществ. Основан на распределении веществ между двумя фазами неподвижной (твердая фаза или жидкость, связанная на инертном носителе) и подвижной (газовая или жидкая фаза, элюент).др.-греч.метод разделения веществ фазами

По механизму процесса: адсорбционная ионообменная осадочная распределительная окислительно-восстановительная адсорбционно- комплекс о образовательная хроматографея.

По технике выполнения: Колоночная Бумажная Восходящая Нисходящая

Хроматографический анализ используется при анализе белков, витаминов, ферментов, лекарственных веществ, биологических жидкостей с целью диагностики заболеваний.

Вопрос: Расположите в порядке увеличения адсорбционной способности на алюмогеле ионы: Cu 2+, Na +, Fe 3+, Li +

Спасибо за внимание!!!