 |
Вопросы для самоконтроля. Задачи и примеры. 10.Микроскопический механизм действия давления. Влияние давления на гидрофобную гидратацию
|
|
|
|
Вопросы для самоконтроля
1. Какие факторы приводят к спонтанной диссоциации воды?
2. Как зависит степень диссоциации от температуры среды?
3. Что определяет константа химического равновесия диссоциации?
4. Как определить концентрацию гидроксидов, если известно значение рН?
5. Как влияет кислотность среды на степень инактивации при обработке продуктов питания высоким давлением?
6. Чем обусловлено рост кислотности пищевых продуктов при повышении давления?
7. Как меняются равновесные значения рН для воды с ростом давления или температуры?
Задачи и примеры
1. Найти, как изменяется рН воды при росте температуры от 20 до 80 °С при нормальном давлении. Меняется при этом концентрация гидроксида?
2. Найти, как изменяется рН воды при росте давления от 100 до 600 мпа при температуре 20 °С. Меняется при этом концентрация гидроксида?
3. Пользуясь формулой (9. 5), найдите производную 
Для давления 200 мпа и температуре 20 °С.
4. Пользуясь формулой (9. 5), найдите производную 
Для давления 200 мпа и температуре 20 °С.
10. Микроскопический механизм действия давления
Рассмотрим полученные результаты в свете того, что известно о гидрофобных взаимодействиях в белках и сделаем выводы про влияние давления на эти взаимодействия. [4].
Влияние давления на гидрофобную гидратацию
Современный взгляд на структуру воды [142] состоит в том, что в ней существует единственная трехмерная сетка водородных связей, соединяющих соседние молекулы. Строение этой сетки не похожа на структуры каких-либо кристаллов, она структурно и динамически неоднородна, молекулы воды в ней беспрерывно меняют своих соседей, так что среднее время жизни водородных связей составляет несколько пикосекунд.
|
|
|
«Гидрофобный эффект» при растворении в воде неполярных молекул (типа неполярных газов) возникает из-за нарушения процесса объединения молекул окружающей воды в кластеры и образования «пустот» в трехмерной сетке водородных связей вокруг гидрофобных молекул [143]. Гидрофобная гидратация приводит к локальному уменьшению плотности и рост теплоемкости [144]. Уменьшение плотности обусловлено растяжением сетки водородных связей вокруг гидрофобной молекулы. Разрыв или искажения упорядоченных таким образом связей при увеличении температуры требует дополнительных затрат энергии, обусловливает прирост теплоемкости. Эффекты, вызываемые гидрофобной гидратацией о противоположных тем, которые наблюдаются при полярной гидратации, которая увеличивает плотность и уменьшает теплоемкость через объединение вокруг полярных центров молекул воды с искаженными или разорванными водородными связями. Гидрофобная гидратация сопровождается негативным изменением энтальпии и негативным изменением энтропии через упорядочения водного окружения. Эти термодинамические факторы, в основном, взаимно компенсируются, но энтропийный вклад превалирует, что дает позитивное изменение свободной энергии Гиббса (5. 15) и обусловливает плохую растворимость гидрофобных молекул в воде. При растворении в воде неполярных молекул результирующие изменение объема будет отрицательным через эффективную упаковку растворенных молекул, только частично компенсируется локальным уменьшению плотности растворителя [145]. Итак, по принципу Ле-Шателье, повышение давления приведет к росту растворимости гидрофобных молекул.
Гидрофобное взаимодействие - это взаимодействие между гидрофобными поверхностями, которая передается через воду и приводит к минимизации площади их соприкосновения с водой. Формируются зоны соединения или слипания гидрофобных поверхностей с выдавливанием воды. Такое взаимодействие имеет место во многих гидроколлоидов, клеточных мембранах, белках и тому подобное. Выигрыш в свободной энергии от такого слипания связан с ростом энтропии водного окружения.
|
|
|
|
|
|
