Занятие № 13. «Физико-химия поверхностных явлений».

Тема занятия № 13. «Физико-химия поверхностных явлений».
Цель: Вам необходимо овладеть учебной программой данного занятия и научиться
применять учебный материал в своей будущей профессии.
Сделайте записи в рабочей тетради по плану:
 Дата
 Номер занятия
 Тема занятия
 Основные вопросы темы
 Краткое описание порядка выполнения лабораторных работ.
Учебные вопросы занятия:
1. Особенности энергетического состояния поверхностного слоя. Поверхностная энергия
Гиббса и поверхностное натяжение.
2 Виды сорбции, отличия адсорбции от абсорции. Уравнение Гиббса.
3. ПАВ, ПИВ, ПНВ, особенности строения этих веществ, поведение в поверхностном
слое. Поверхностная активность, ее изменение в гомологических рядах. Правило Траубе.
4. Изотермы поверхностного натяжения и адсорбции. Структура биомембран, сущность
поверхностных явлений, протекающих в биомембранах.
5. Адсорбция газов на твердых телах. Уравнение Ленгмюра.
6. Адсорбция из растворов:
6.1 Из молекулярных растворов. Правило Ребиндера.
6.2 Избирательная адсорбция из ионных растворов по правилу Панета-Фаянса.
6.3 Зависимость адсорбции от различных факторов.
7. Адсорбционные процессы в медицине. Гемосорбция и основные виды хроматографии.
Ваши действия по подготовке к занятию и отработке программы занятия:
При подготовки к занятию повторите:
 Агрегатное состояние вещества и виды поверхностей раздела фаз;
 Скорость гомогенных и гетерогенных реакций и ее зависимость от разных факторов;
 Строение органических молекул, тип гибридизации и виды химической связи, которые
образует атом углерода в органической химии.
 Полярность химической связи, длину, энергию и направленность химической связи.
 Полярные и неполярные растворители, растворимость веществ в растворителях разного
типа.
 Закон действующих масс, константу равновесия.
При отработке 1 вопроса обратите внимание на:
• на поведение молекулы в поверхностном слое и внутри жидкости;
• причину возникновения поверхностной энергия и связь поверхностной энергии с
поверхностным натяжением;
При отработке 2 вопроса обратите внимание на:
• явление сорбции и её виды (адсорбция, абсорция, хемосорбция);
• уравнение Гиббса, связь величины адсорбции с поверхностной активностью.
При отработке 3 вопроса обратите внимание на:
• строение молекул ПАВ, ПИВ, ПНВ.
• поведение этих молекул в растворах разной природы.
• выражение величины поверхностной активности;
• правило Траубе-Дюкло.
При отработке 4 вопроса обратите внимание на:
• построение изотерм поверхностного натяжения и адсорбции, их анализ.
• строение клеточной мембраны;
• процессы протекающие на поверхности клеточных мембран.
При отработке 5 вопроса обратите внимание на:
• основные положения теории адсорбции Ленгмюра.
• уравнение Ленгмюра, его анализ.
• факторы, от которых зависит процесс адсорбции газов на твердых адсорбентах.
При отработке 6 вопроса обратите внимание на:
• формулировку правила Ребиндера, и его практическое прменение.
• формулировку правила Панета-Фаянса, и его практическое применение.
• факторы, от которых зависит процесс адсорбции из растворов на твердых адсорбентах.
При отработке 7 вопроса обратите внимание на:
• роль процессов адсорбции в жизнедеятельности организма.
• физико-химические основы процесса гемосорбции
• применение метода хроматографии в медико-биологческих исследованиях.
Рекомендуемая литература:
Основная литература:
1.
Общая химия. Учебник для медицинских вузов. (В.А. Попков, С.А. Пузаков),
976 с. – М,: «ГЭОТАР-Медиа.», 2009 г.
Дополнительная литература:
1.
Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов
Учебник для медицинских вузов (Ю.А. Ершов, В.П. Попков, А.С. Берлянд и др.
Ред. Ю.А. Ершов), 8 изд., 560 с. – М,: «Высшая шк.», 2010 г.
1.
Химия. Основы химии живого. (В.И. Слесарев) 2 изд., 766 с – С-Пб.,:
«Химиздат»
Лабораторная работа № 1. Определение желчных кислот в моче.
Желчные кислоты являются поверхностно-активными веществами (ПАВ), резко
понижающими поверхностное натяжение мочи иногда до 0,035 н/м вместо 0,057-0,068 Н/м
по норме.
На поверхность мочи осторожно насыпают «серный цвет». При поверхностном натяжении
0,05 Н/м и ниже, серный цвет смачивается и падает на дно сосуда; при отсутствии
желчных кислот он остается на поверхности. Сделайте вывод по предложенным образцам
мочи.
Вывод: сделайте вывод по предложенным образцам мочи.
Лабораторная работа № 2. Окрашивание белка шерсти.
В три пробирки приливают по 5 мл 0,05 % раствора метиленового синего (оcновной
краситель ROH ↔R+ + OH-). Первая пробирка — это контрольная проба. Во вторую
пробирку прибавляют 5 капель HCl и в третью 5 капель NaOH. В каждую пробирку вносят
несколько белых шерстяных ниток, оставляют на 20-30 минут, после чего сливают
растворы и тщательно промывают нитки холодной водой. Объясните, почему
интенсивность окраски шерсти различна в зависимости от реакции среды и типа
красителя (кислый, основной), для этого воспользуйтесь пояснением, что шерсть – белок в
ИЭТ не заряжен, имеет общий вид:
NH3+-R-COOКак меняется заряд белка в различных средах и его адсорбционные свойства? Где можно
использовать эти свойства белка?
Вывод: Объясните почему интенсивность окраски шерсти различна от реакции
среды и типа краски (кислые, основные красители), для этого воспользуйтесь
пояснением. Что шерсть-белок и в изоэлектрической точки имеет общий вид: -OOCR-NH3+. Как меняется заряд белка в различных средах и его адсорбционные
свойства? Где можно использовать эти свойства белка?
Лабораторная работа № 3. Адсорбция из водных и спиртовых растворов
(Избирательная адсорбция)
В одну пробирку приливают 5 мл слабо окрашенного водного раствора фуксина, в другую
5 мл так же слабо окрашенного спиртового раствора фуксина, вносят 0,1 г
активированного угля (порошка), взбалтывают и фильтруют засасыванием в стеклянную
трубочку, нижний конец которой плотно заткнут, комочком ваты. Из какого раствора
фуксин не адсорбируется? В выводе дайте объяснением, пользуясь правилами Шилова и
Ребиндера.
Вывод: Из какого раствора фуксин не адсорбируется? Дайте объяснения на основе
правила Шилова и Ребиндера.
Приложение 1.
Эталон билета «контроль на выходе»
Билет № 1.
Поверхностные явления.
1. Выберите верное утверждение:
1) атомы или молекулы на границе раздела фаз обладают большей энергией по сравнению
с атомами или молекулами в глубине фазы;
2) атомы или молекулы на границе раздела фаз обладают меньшей энергией по сравнению
с атомами или молекулами в глубине фазы;
3) атомы или молекулы на границе раздела фаз и в глубине фаз обладают одинаковой
энергией;
4) нет верного утверждения.
2. Поглощение вещества всей массой адсорбента называется:
1) адсорбцией;
2) абсорбцией;
3) сорбцией;
4) десорбцией.
3. Силикагель лучше адсорбирует вещества из растворов с:
1) полярным растворителем;
2) неполярным растворителем;
3) в одинаковой степени;
4) полярность растворителя не влияет на адсорбцию.
4. Величина адсорбции углем карбоновых кислот из их водных растворов по мере
увеличенияи длины гидрофобного радикала:
1) возрастает;
2) уменьшается;
3) не изменяется.
5. Ионы электролитов лучше адсорбируются на:
1) полярных адсорбентах;
2) неполярных адсорбентах;
3) в одинаковой степени;
4) природа адсорбента значения не имеет.
Эталон ответа на билет № 1.
1. Атомы и молекулы на границе раздела фаз обладают большей энергией. Эта энергия
способствует удержанию их в поверхностном слое.
Ответ: 1.
2. Поглощение вещества всей массой адсорбента называется абсорбцией.
Ответ: 2.
3. Силикагель — это полярный адсорбент, поэтому лучше адсорбирует вещества из
растворов с неполярным растворителем (правило Ребиндера).
Ответ: 2.
4. Величина адсорбции углем карбоновых кислот из водных растворов по мере увеличения
длины гидрофобного радикала возрастает, т. к. средство между углем и радикалом
карбоновой кислоты возрастает (оба гидрофобны).
Ответ : 1.
5. Ионы электролитов лучше адсорбируются на полярных адсорбентах — правило ПанетаФаянса.
Ответ: 1.
Таким образом: 1 — 1
2—2
3—2
4—1
5—
Эталон билета «контроль на выходе»
Билет № 6.
1. Используя правило П.А. Ребиндера ответьте какой адсорбент лучше извлечет ПАВ, если
он: а) находится в неполярном растворители (бензоле)? б) если ПАВ в полярном
растворителе (воде)?
а) силикагель;
б) уголь;
в) целлюлоза;
г) сажа.
2. При увеличении концентрации ПАВ в поверхностном слое, что происходит с σ?
а) снижается;
б) не изменяется;
в) увеличивается.
3. Поверхностное натяжение это а) изменение количества вещества на единице поверхности;
б) отношение Δσ/ΔС;
в) поверхностная энергия отнесенная к единице поверхности: σ=F/S.
4. Адсорбция газов на твердых адсорбентах — экзотермический процесс, поэтому
величина адсорбции при охлаждении:
а) возрастает;
б) уменьшается;
в) не меняется;
г) одинакова.
5. Чем хуже адсорбат растворяется в данном растворе, тем он:
а) хуже адсорбируется;
б) величина адсорбции на зависит от растворимости адсорбата;
в) лучше адсорбируется.
Эталон ответа на билет № 6.
1. Из неполярного растворителя ПАВ лучше будет адсорбироваться на силикагеле и
целлюлозе, а из полярного растворителя ПАВ лучше будет адсорбироваться на угле и
саже.
Ответ : а) а и в; б) б и г.
2. При увеличении концентрации ПАВ в поверхностном слое σ-поверхностное натяжение
снижается.
Ответ: а.
3. Адсорбция газов на твердых адсорбентах — экзотермический процесс, поэтому
величина адсорбции при охлаждении возрастает согласно принципу Ле-Шателье.
Ответ: а.
4. Чем хуже адсорбат растворяется в данном растворителе, тем он лучше адсорбируется
согласно правилу Ребиндера.
Ответ: в.