 |
Тема: Термодинамика поверхностных явлений. Поверхностная энергия Гиббса. Поверхностное натяжение. Адсорбция на границе раздела фаз.
|
|
|
|
2. Цель: К поверхностным явлениям относят те эффекты и особенности поведения веществ, которые наблюдаются на поверхностях раздела фаз. Причиной поверхностных явлений служит особое состояние молекул в слоях жидкости и твердых тел, непосредственно прилегающих к поверхностям раздела. Граница раздела фаз, поверхность раздела отличается по термодинамическим параметрам от обеих фаз. Поэтому на поверхности раздела фаз имеют место поверхностные явления - поверхностное натяжение, адсорбция и др. Важное значение поверхностных явлений для фармации определяется тем, что большинство лекарственных форм являются дисперсными системами с большой удельной поверхностью: порошки, таблетки эмульсии, суспензии мази и т.д. В производстве лекарств большую роль играют такие поверхностные явления, как адсорбция, смачивание, адгезия.
3. Тезисы лекции:
Граница раздела фаз, поверхность раздела отличается по термодинамическим параметрам от обеих фаз. Поэтому на поверхности раздела фаз имеют место поверхностные явления – поверхностное натяжение, адсорбция и др.
Так как многие: физиологические процессы (дыхание, пищеварение, экскреция и др.) протекают на поверхности биомембран для их понимания требуется знание основных закономерностей поверхностных явлений.
Поверхностное натяжение
Поверхностное натяжение есть величина, измеряемая энергией Гиббса, приходящейся на единицу площади поверхностного слоя. Оно численно равно работе, которую необходимо совершить в данной системе для образования в ней единицы поверхности раздела фаз при постоянной температуре.
Поверхностное натяжение различных жидкостей (таблица 1) на границе жидкость – газ возрастает с увеличением взаимодействия между молекулами жидкости, являясь максимальным для воды.
|
|
|
Поверхностное натяжение жидкостей уменьшается с ростом температуры и при критической температуре приобретает нулевое значение, так как поверхность раздела фаз исчезает.
С ростом давления поверхностное натяжение на границе жидкость – газ уменьшается, так как концентрация молекул в газовой фазе возрастает, а следовательно, увеличивается взаимодействие с ними молекул поверхностного слоя, и сила Ғ уменьшается.
Способность растворенных веществ изменять поверхностное натяжение растворителя называется поверхностной активностью. Растворенные вещества могут повышать, понижать или вообще не влиять на поверхностное натяжение жидкостей.
Поверхностное натяжение биологических жидкостей используют в диагностических целях. Так, поверхностное натяжение плазмы крови варьируется в зависимости от заболевания (травма, шок, рана, рак и др.). С возрастом поверхностное натяжение сыворотки крови уменьшается. Поверхностное натяжение играет значительную роль в таких явлениях, как деление клеток и движение бактерий, фагоцитоз, влияет на проницаемость клеточных мембран и др. Существует много несложных методов измерения поверхностного натяжения, которые используют в медико-биологической практике.
Самопроизвольное изменение концентрации растворенного вещества на границе раздела фаз называется адсорбцией. Поглотитель принято называть адсорбентом, а поглощаемое вещество – адсорбтивом или адсорбатом. Величину адсорбции измеряют количеством молей адсорбтива, приходящихся на единицу площади поверхности адсорбента(Г, моль/см2).
Адсорбция обусловлена вандерваальсовыми силами.
В зависимости от характера действующих сил различают физическую и химическую адсорбцию. Для физической адсорбции характерна небольшая энтальпия, а потому процесс обычно обратим. Адсорбционное равновесие устанавливается очень быстро.
|
|
|
Если поглощение адсорбтива происходит вследствие его химического взаимодействия с адсорбентом, тогда имеет место хемосорбция. Теплоты химической адсорбции находятся в пределах от -40 до -400 кДж/моль, потому процесс имеет тенденцию к необратимости.
Адсорбция зависит от температуры, давления и природы адсорбтива, удельной поверхности и природы адсорбента.
4. Иллюстративный материал:
Представлен в виде презентации в мультимедиа.
5. Литература:
Основная:
1. Евстратова К.И., Купина Н.А., Малахова Е.Е. Физическая и коллоидная химия, М., ВШ., 1990г. стр 303-346.
2. Равич - Шербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия, М., 2001г. стр 153-175.
3. Кюрре Д.Г., Крылова Л.В., Музыкантов B.C. Физическая химия, М., ВШ., 1990г. стр 305-3 18.
Дополнительная:
1.Хмельницкий Р.А. Физическая и коллоидная химия. М., ВШ., 1988г. стр 267-292.
2. Стормберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия, М., ВШ., 1988г. стр 454-486.
6. Контрольные вопросы:
1. Что такое поверхностное натяжение?
2. Дайте понятие удельной поверхности.
3. Что такое адсорбция?
4. Дайте понятие адсорбент, адсорбтив.
5. Дайте математическое уравнение Гиббса.
6. Дайте математическое уравнение адсорбции Ленгмюра.
7. Какие ващества называются ПАВ?
8. Какие ващества называются ПИВ?
9. Дайте определение правилу Дюкле- Траубе.
10. Какая адсорбция называется молекулярной?
11. Укажите виды адсорбции сильных электролитов. 12. Дайте понятие ионообменной адсорбции.
Лекция № 3
|
|
|
