Сорбційні процеси
Перехід речовини із зони меншої концентрації у зону більшої концентрації, що відбувається на межі поділу фаз називається адсорбцією. По іншому- накопичення однієї речовини на поверхні іншої. Концентрація однієї речовини в об’ємі іншої називається абсорбцією.
Обидва ці процеси, які протікають разом, називаються сорбцією (поглинання). Речовина, на поверхні якої проходить сорбція (адсорбція), називається адсорбентом, або сорбентом, а речовина, що адсорбується – адсорбтивом чи сорбтивом.
Процес, зворотній до адсорбції, називається десорбцією. Якщо він протікає при допомозі розчинників – елюція, а суміш розчинників – елюєнтом. В залеж-ності від того, що адсорбується – молекули чи йони, розрізняють відповідно молекулярну чи йонну адсорбцію. За природою сил взаємодії розрізняють хімічну адсорбцію (хемосорбцію) чи фізичну адсорбцію.
При хімічній адсорбції має місце хімічна взаємодія адсорбенту і адсорбтиву, при чому продукти реакції не виділяються в окрему фазу, а адсорбція, як правило, необоротна і збільшується з підвищенням температури, як і звичайна реакція.
При фізичній адсорбції задіяні слабкі міжмолекулярні сили взаємодії між адсорбентом і адсорбтивом. Фізична адсорбція відбувається повільніше, ніж хімічна. Вона оборотна і зменшується з підвищенням температури. В чистому виді хімічної чи фізичної адсорбції не буває, вони супроводжують одна іншу.
Кількісну залежність величини адсорбції на поверхні розчин – повітря від концентрації ПАР і поверхневого натягу описує рівняння Гіббса (1876р.)
де - поверхнева активність, зміна поверхневого натягу зі зміною концентрації
Г – адсорбція, молярний надлишок чи недостача розчинної речовини на 1 м2
поверхні: моль/м2;
с – загальна концентрація розчину, моль/л.
R – універсальна газова стала, Дж/моль·К;
Т – абсолютна температура, К.
Рівняння Гіббса є математичним обгрунтуванням загального правила: речовина, яка зменшує поверхневий натяг, концентрується в поверхневому шарі і навпаки.
Якщо поверхневий натяг зменшується при збільшенні концентрації речовини,
то - <0, а адсорбція Г>0, то таку адсорбцію називають позитивною.
Якщо ж >0, тобто поверхневий натяг збільшується із зростанням концентрації розчинної речовини, то Г<0, а така адсорбція називається негативною.
Для визначення адсорбції необхідно побудувати ізотерму поверхневого натягу. По ізотермі поверхневого натягу можна визначити тангенс кута нахилу дотичної до цієї ізотерми. . Це значення підставляють в рівняння Гіббса як значення поверхневої активності.
Аналіз ізотерми адсорбції Гіббса для ПАР свідчить,що при низьких концентраціях адсорбція пропорційна концентрації, при високих значеннях досягає свого граничного значення Гмакс і потім не змінюється. Гмакс постійна для всіх членів гомологічного ряду.
Поверхнева активність дифільних молекул залежить від довжини вуглеводневого радикалу. Біолог П. Дюкло та фізіолог І.Траубе сформулювали правило: Поверхнева активність жирних кислот, спиртів і інших дифільних сполук у водних розчинах однакової концентрації збільшується у 3 – 3,5 рази зі збільшенням довжини вуглеводневого радикалу на одну – СН2 – групу.
Згідно з цим правилом змінюється і лікувальна дія препаратів. Із правила Дюкло – Траубе можна зробити важливий висновок: площа, яка припадає на 1 молекулу максимально насиченого ПАР адсорбційного шару залишається сталою в межах одного гомологічного ряду. Для спиртів вона 0,25нм2 , для кислот – 0,205нм2. Можна навіть розраховувати розміри ПАР за Гмакс .
Поперечний переріз полярної групи , а
звідки , тоді
Молекули фосфоліпідів клітинних мембран мають також дифільну будову і цим самим обумовлюють специфіку будови біомембран. Згідно сучасних уявлень в мембрані є два шари молекул фосфоліпідів, які гідрофільними групами спрямовані назовні, а гідрофобними - до центру мембрани. На полярних групах молекул фосфоліпідів адсорбовані шари білків. Білки, що входять до складу мембрани, складають 70 – 76 % її маси.
З ...
