Gibbs văzut că influența natura substanței de adsorbție este cuprinsă în mărime și semn al derivatului din ecuația de adsorbție. Valoarea de limitare a acestui derivat cu o → 0, luat cu semnul minus, numita activitate de suprafață (g):
Activitatea de suprafață este o caracteristică importantă a adsorbția substanțelor care determină multe dintre proprietățile și domeniile de aplicare ale acestora. Ecuația (8) arată că tensiunea superficială cu creșterea concentrației scade mai puternic, activitatea de suprafață mai mult. Amploarea și semnul activității de suprafață depinde de natura substanței în sine, și natura solventului și adsorbant.
Întrebarea 5. Conceptul de substanțe de suprafață active și inactive. Regula Duclos-Traube.
Toate substanțele din capacitatea lor de a fi adsorbite la interfața împărțit în trei grupe:
Compuși activi de suprafață (surfactanți). Pentru aceste substanțe g> 0, <0, Г>0. Surfactanții pot acumula în stratul de suprafață, adică, poate merge spontan din volumul de fază pe interfața. Pentru aceasta este necesar ca aceste substanțe să îndeplinească următoarele cerințe:
1) a avut o solubilitate scăzută și nu poate merge adânc în soluție;
2) tensiunea superficială a agentului tensioactiv este mai mică decât tensiunea superficială a unui solvent pur # 963; o, care este, # 963; agenți activi de suprafață <σо. Последнее условие необходимо для того, чтобы замена молекул растворителя в поверхностном слое на молекулы ПАВ была энергетически выгодной.
Astfel de condiții corespund structurii diphilic substanță care este compusă din două părți diferite. Moleculele surfactante sunt non-polare (rest hidrocarbonat) și un polare grupe funcționale, reprezentate prin -COOH, -NH2. -OH, -NO2 și colab. Părți de molecule de surfactant sunt legate atât fazele contact. Radicali hidrocarbonați molecule hidrofobe furnizează o solubilitate scăzută de apă și evacuată la suprafață. Tensiunea superficială a acizilor organici, amine, alcooli, etc. întotdeauna este de câteva ori mai mică decât cea a apei.
substanță inactivă de suprafață (TID). Aceste substanțe crește tensiunea de suprafață odată cu creșterea concentrației soluției. Pentru ei, g<0; ; Г<0. Для ПИВ характерно стремление уйти с поверхности в объем раствора, а для этого они должны обладать следующим условиями:
1) au o solubilitate bună;
2) tensiunea superficială a substanței trebuie să fie mai mare decât solventul pur.
Buna solubilitate asigură transferul moleculelor în profunzimea soluției, și o valoare mai mare a tensiunii superficiale facilitează molecule TID înlocuire în stratul de suprafață a moleculelor de solvent. adsorbție negativă pentru materialul este echivalent cu un solvent pozitiv. Astfel de condiții corespund baze anorganice, acizi, săruri în soluții apoase, caracterizate printr-o interacțiune puternică cu molecule de solvent.
Substanțe inactive (agenți activi de suprafață NVS). Pentru acest grup de substanțe g = 0. T = 0. Aceste substanțe sunt distribuite uniform între cantitatea de fază și stratul de suprafață.
Să se reprezinte în Figura 4 (a, b), în funcție de tensiunea de suprafață și de adsorbție pentru cele trei tipuri de substanțe.
Figura 4 (a, b) Efectul substanțelor dizolvate asupra tensiunii superficiale a apei: 1 - soluție de surfactant substanță inactivă; 2 - soluția de substanțe organice polare; 3 - soluție de surfactant de formare micele
Activitatea de suprafață grăitor, conform ecuației (8) este definit ca panta unei tangente la curba # 963; = f (c) la intersecția cu axa ordonatelor. Pentru punctul A g = tg # 945;.
Regula Duclos-Traube. Structura straturilor adsorbite
Studiile experimentale de adsorbție la gaz lichid-Duclos Traube stabilit următorul model: Activitatea de suprafață în serii omoloage de acizi grași, amine, alcooli crește 3-3,5 ori când trece prin fiecare omologe:
Se poate da următoarea regulă raționament calitative Duclos și Traube: alungirea lanțului de hidrocarburi din molecula de surfactant crește partea hidrofobă, adică scade solubilitatea sa în solvenți polari. Acest lucru duce la creșterea dorinței de a muta moleculele din soluție în vrac la interfața suprafață.
Figura 5 izotermele # 963; = F (a) pentru o serie de soluții apoase de limitare a acizilor grași în sistemul de aer lichid: 1 - acid formic; 2 - acid acetic;
3 - acid propionic; 4 - ulei.
Punctul 6. Orientarea moleculelor din stratul de suprafață.
Conceptul de lipozomi. Structura membranelor biologice
Existența unei valori minime a tensiunii superficiale a soluțiilor de surfactant în adsorbție și valori limită (G∞) I.Lengmyuru permis să-și asume orientarea moleculelor adsorbite în stratul de suprafață. Moleculele surfactante constau din două părți: un polar (hidrofil) și nepolar (hidrofob). La grup polar adsorbție având o mare afinitate pentru faza polară (de exemplu, apă) este tras în ea. În același timp, grupul nepolare este împins în faza nepolar.
Figura 7 Formarea straturilor de suprafață
La concentrații scăzute de radicali de hidrocarbură de surfactant „minciună“ pe suprafața lichidului polar și grupările polare sunt scufundate în ea.
Cu o creștere a concentrației de surfactant în soluție, numărul de molecule în crește stratul de suprafață. Aceasta are ca rezultat o limită la formarea la interfața de adsorbție strat monomolecular saturate, în care moleculele de surfactant sunt orientate maxim. Acest caz se numește figurat moleculară Langmuir palisadă. Existența stratului monomolecular saturate explica bine constanța G∞ limitarea adsorbției substanțelor organice în aceeași serie omoloage.
Folosind reprezentarea Langmuir a structurii stratului de suprafață, este posibil să se calculeze dimensiunile moleculelor de agent tensioactiv în stratul de absorbție saturat. Este evident că adsorbția maximă (G∞) este numeric egală cu cantitatea în exces de agent activ de suprafață (mol) per unitate de suprafață secțiune (m 2). Artwork pentru limitarea adsorbției Avogadro constant (G∞ NA) specifică numărul de molecule care ocupă o unitate de suprafață. Rezultă că secțiunea transversală a moleculelor de agent tensioactiv din zona stratului saturat poate fi calculată prin ecuația:
limitarea produsului adsorbție G∞ surfactant pe o greutate molară (M) este egal cu greutate surfactant (m), pe unitatea de suprafață a stratului de adsorbție saturate:
Apoi, lungimea moleculelor de agent tensioactiv în stratul de adsorbție saturat egal cu grosimea acestui strat poate fi găsit de ecuația:
unde # 961; - densitate surfactant, kg / m3; G∞ - limitarea adsorbției, mol / m 2; M - masa molară în kg / mol.
Reprezentarea orientarea moleculelor de agent tensioactiv în stratul de adsorbție saturate a jucat un rol important în dezvoltarea doctrinei structurii membranelor biologice.
E.Gorshner și G.Grendel (1925) în experimentele cu lipide extrase din membrane eritrocitare, a constatat că suprafața stratului monomolecular format este aproape de două ori mai mare decât suprafața totală a celulelor roșii din sânge în sine.
Acest lucru a permis F.Danieli și G.Davsonu (1931-1933) a propus primul model convențional al membranelor biologice. Conform acestui model, elementul principal al structurii membranei celulare este un strat bimolecuă de molecule de lipide, grupări polare care se confruntă spre exterior și radicali de hidrocarburi nepolare - interior.
grupe polare interactioneaza cu proteinele. Danieli și Dawson presupus că proteinele formează straturi monomoleculare simetrice pe partea exterioară și interioară a bistratului lipidic.
Mai târziu, sa constatat distribuția asimetrică a proteinelor din membranele celulare. Proteinele suplimentare ale membranei sunt cele care sunt capabile să interacționeze cu radicalii hidrofobi și pătrund în membrana (proteine integrale). Deoarece porțiunea din suprafața membranei libere a proteinelor (la aproximativ 30% celule roșii din sânge, membranele microzomale la aproximativ 20%) este în prezent cel mai acceptat este un model de mozaic al membranei. Macromolecule proteine integrale care penetrează porii membranei pot forma - canale ionice care posedă o permeabilitate selectivă pentru diferiți ioni.
Figura 8 Membrană generală diagramă structură
In toate celulele vii, membranele biologice acționează ca o barieră de separare a celulei de mediu și volumul de celule din interior „compartimente“ relativ izolate (compartimente). Prin ele însele, partiția care separă celulele în compartimente construite din strat dublu de molecule lipidice (adesea numit un bistrat lipidic) și în mod substanțial impermeabil la ionii și moleculele polare solubile în apă. Dar acest bistratului lipidic incorporat numeroase molecule de proteine și complexe moleculare, dintre care unele au proprietăți ale selective (adică votare ..) Canal pentru ioni și molecule, și altele - pompe capabile să pompeze activ ioni prin membrană.