Марата оспанова кафедра химических дисциплин специальность

Упорядоченную форму передачи энергии, связанную с изменением внешних (объема, давления) параметров состояния системы, называют работой, неупорядоченную форму передачи энергии называют теплотой.

Итак, первый закон, или первое начало, термодинамики можно сформулировать так:

теплота, подведенная к системе, расходуется только на увеличение внутренней энергии системы и ни совершение ею работы против внешних сил.

Адиабатный процесс. С рассмотренными выше изопроцессами вы ознакомились в третьей главе, до изучении первого закона термодинамики. Теперь речь пойдет о процессе, протекающем в системе, не обменивающейся теплотой с окружавшими телами. Процесс в теплоизолированной системе называют адиабатным.

ΔU = A

Энтальпия — функция состояния, изменение которой равно теплоте изобарного процесса

3. 
   Тепловые эффекты химических реакций. Закон Гесса. Следствия из закона Гесса. Стандартные теплоты образования и сгорания. Термохимические уравнения.
   

Тепловой эффект химической реакции (термин, используемый в курсе средней школы) и есть фактически изменение энтальпии в ходе Реакции dHr (нижний индекс г показывает, что величина относится к химическому процессу; от англ, reaction — реакция).

Реакции, сопровождающиеся выделением теплоты (dНr< 0), называются экзотермическими, а поглощением теплоты (dНr > 0) эндотермическими.

Закон Гесса: Тепловой эффект реакции зависит только от природы и состояния исходных веществ и конечных продуктов и не зависит от пути, по которому реакция протекает.

Первое следствие из закона Гесса: тепловой эффект реакции равен сумме теплот образования продуктов реакции минус суммп теплот образования исходных веществ.

Второе следствие из закона Гесса: теплота образования органического соединения равна разности между теплотой сгорания простых веществ, из которых оно может быть получено, и теплотой сгорания самого соединения.

Тепловой эффект реакции образования 1 моль какого-либо вещества из простых веществ при стандартных условиях называют теплотой образования или энтальпией образования в стандартном состоянии.

Стандартной энтальпией сгорания органического вещества называют изменение энтальпии, которое происходит при сгорании 1 моль этого вещества при условии, что начальные и конечные вещества находятся в стандартных состояниях.

4. 
   Взаимосвязь между процессами обмена веществ и энергии. Калорийность основных составных частей пищи и некоторых пищевых продуктов.
   

1. Живой организм представляет собой типично открытую систему, непрерывно обменивающуюся с окружающей средой и веществом, и энергией.

2. Приложение второго начала термодинамики к живым организмам немыслимо без учета влияния биологических закономерностей, присущих высшим формам движения материи. Характер изменения энтропии, имеющий решающее значение при оценке процессов в неживых системах, в случае биологических систем имеет лишь подчиненное значение.

3. Все биохимические процессы, происходящие в клетках живых организмов, протекают в условиях постоянства температуры и давления, при отсутствии значительных перепадов концентраций, резких изменений объема и т. д.

5. 
   Термодинамически обратимые и необратимые процессы. Самопроизвольные и несамопроизвольные процессы. Второй закон термодинамики. Энтропия. Второе начало термодинамики и живые организмы.
   

Процесс называют обратимым, если он протекает таким образом, что после окончания процесса он может быть проведен в обратном направлении через все те же промежуточные состояния, что и прямой процесс. После проведения кругового обратимого процесса никаких изменений в среде, окружающей систему, не произойдет.

Второй закон термодинамики: теплота не может самопроизвольно переходить от более холодного тела к более нагретому

6. 
   Объединенное уравнение первого и второго законов термодинамики. Энергия Гиббса (изобарно-изотермический потенциал). Энтальпийный и энтропийный факторы. Экз- и эндэргонические процессы в организме.
   

7. 
   Обратимые и необратимые по направлению реакции. Понятие о химическом равновесии. Константа химического равновесия и способы ее выражения.
   

Отношение произведения равновесных активностей продуктов реакции, возведенных в степени, показатели которых равны их стехиометрическим коэффициентам, к произведению равновесных активностей исходных веществ в степенях, показатели которых равны их стехиометрическим коэффициентам, для данной обратимой химической реакции есть величина постоянная при данной температуре и называется константой равновесия.

Термодинамические процессы могут быть обратимые и необратимые.

Обратимыми называют такие термодинамические процессы, при которых возвращение системы в первоначальное состояние не требует затраты энергии извне и связанных с этих изменений в окружающей среде. При обратимом осуществлении процесса не происходит рассеяния энергии в виде теплоты. Если этот обратимый процесс осуществляется в изолированной системе, то он не сопровождается каким-либо изменением энтропии.

Необратимыми называют термодинамические процессы, при которых возвращение системы в исходное состояние возможно лишь при условии затрат внешней энергии, что влечет за собой определенные изменения в окружающей среде. Необратимые процессы характеризуются переходом части энергии в теплоту, и чем больше эта часть, тем более необратимым является данный процесс. Протекание необратимого процесса в изолированной системе всегда связано с возрастанием энтропии.

8. 
   Смещение химического равновесия при изменении температуры, давления и концентрации. Принцип Ле-Шателье.
   

Анализ уравнений изотермы (влияние изменения концентраций) и изобары (влияние температуры) позволяет установить общую зависимость. Любое из перечисленных воздействий (возмущений), оказывающих влияния на находящуюся в равновесии систему, выводит ее из состояния химического равновесия

9. 
   Предмет и задачи химической кинетики. Реакции простые и сложные, гомогенные и гетерогенные. Скорость гомогенных химических реакций и факторы, влияющие на нее.
   

Раздел физической химии, посвященный изучению скоростей и механизмов химических реакций, называют химической кинетикой.

10. 
    Молекулярность и порядок реакции. Кинетическая классификация простых реакций. Реакции нулевого, первого порядка. Понятие полупериода в биологии.
    

Молекулярностью реакции называют число молекул, одновременным взаимодействием которых осуществляется элементарный акт химического превращения; она может характеризоваться только целыми числами

Реакция нулевого порядка в том случае если прямая идет параллельно оси абсцисс, tga = 0

В том случае если угол наклона прямой на графике (рис. 8.5) составляет 45°, tga = 1. Для реакций первого порядка:

11. 
    Кинетическая классификация сложных реакций. Параллельные, последовательные, сопряженные, цепные, фотохимические реакции.
    

Реакции, при которых одно или несколько исходных веществ А1, А2, А3, … могут реагировать с образованием веществ В1, В2, В3, … и, одновременно, с образованием веществ С1, С2, С3, … называют параллельными. Пример: восстановление разбавленной азотной кислотой металлами цинка, магния, алюминия.

Цепная реакция в химии — реакция, в ходе которой исходные вещества вступают в цепь превращений с участием промежуточных активных частиц и их регенерацией в каждом элементарном акте реакции.

12. 
    Зависимость скорости реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа. Влияние температуры на скорость реакции. Энергия активации.
    

Правило Вант-Гоффа, при повышении температуры на 10 градусов скорость гомогенной реакции увеличивается в 2-4 раза.

Молекулы, обладающие достаточно высокой кинетической энергией для того, чтобы их столкновение с другими молекулами привело к элементарному акту реакции, называют активными

Энергию активации можно определить, как ту минимальную доп. энергию, которую необходимо сообщить молекуле сверх среднего ее значения для того, чтобы стало возможным химическое взаимодействие.

13. 
    Влияние температуры на скорость биологических реакций. Катализ и катализаторы. Ферменты как биологические катализаторы, особенности их действия. Общая схема действия ферментов.
    

Катализатор — химическое вещество, ускоряющее реакцию, но не расходующееся в процессе реакции.

Явление резкого изменения скорости реакции под влиянием тех или иных веществ, не изменяющих свой состав и не расходующихся в ходе химического превращения, называют катализом.

Ферменты – это белковые молекулы, которые обеспечивают ускорение каталитических (химических) процессов в живых системах.

Особенности ферментов:

1. 
   Они проявляют каталитическую активность в довольно мягких условиях температур, давлений и кислотности среды
   
2. 
   Обладают высокой специфичностью, избирательностью ускоряя только вполне определенные биохимический реакции.
   

14. 
    Вода как универсальный растворитель в биосистемах. Содержание и распределение воды в организме человека. Физико-химические свойства воды, обусловливающие ее роль в процессах жизнедеятельности.
    

Вода - универсальный растворитель для ионных и многих ковалентных соединений, обеспечивает протекание химических реакций, транспорт веществ в клетку и из клетки.

Вода - реагент, при участии которого в клетках происходят реакции гидролиза и гидратации, окислительно-восстановительные и кислотно-основные реакции

Вода - опора, обеспечивает упругий состояние клеток (тургор), выступает амортизатором от механических воздействий на организм, выполняет функцию гидроскелет у многих животных.

15. 
    Растворимость твердых веществ, жидкостей и газов в жидкостях и ее зависимость от различных факторов. Законы Генри и Дальтона. Влияние электролитов на растворимость газов: закон Сеченова. Растворимость газов в крови.
    

Растворами называют гомогенные системы, состоящие не менее чем из двух независимых компонентов.

Растворимостью называют способность данного вещества растворятся в том или ином растворителе.

Закон Дальтона: Давление смеси газов, не взаимодействующих друг с другом химически, равно сумме парциальных давлений этих газов.

Закон Генри: при постоянной температуре растворимости газа, выраженная массой этого газа, растворяющейся в единице объема жидкости, прямо пропорциональна его парциальному давлению над раствором.

Закон Сеченова: Растворимость газов в жидкостях в присутствии электролитов понижается, происходит высаливание газов

Содержание каждого из растворённых газов в артериальной крови определяется его парциальным давлением в альвеолярном воздухе и коэффициентом его растворимости в крови. Наиболее важны кислород и углекислый газ, которые находятся в крови в растворённом и в связанном виде. Они образуют легко распадающиеся соединения: СО2 идёт на образование солей, входящих в Буферные системы крови, кислород, соединяясь с Гемоглобином, образует оксигемоглобин. В результате Газообмена содержание газов в венозной и артериальной крови различно.

16. 
    Способы выражения состава раствора: молярная концентрация, молярная концентрация эквивалента, моляльность, массовая доля, мольная доля, титр раствора.
    

17. 
    Коллигативные свойства разбавленных растворов неэлектролитов. Осмос. Осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа. Коллоидно-осмотическое (онкотическое) давление плазмы крови.
    

1. 
   Понижение давление насыщенного пара растворителя
   
2. 
   Повышение температуры кипения растворов
   
3. 
   Понижение температуры замерзания растворов.
   
4. 
   Осмотическое давление
   

Процесс самопроизвольного перехода растворителя через проницаемую перегородку из той части системы, где концентрация растворенного вещества ниже, в другую, где она выше, называется осмосом.

Давление, которое нужно приложить к раствору, чтобы прекратить осмос называют осмотическим давлением.

Закон Вант-Гоффа: осмотическое давление раствора равно тому давлению, которое производило бы растворенное вещество, если бы оно при той же температуре находилось в газообразном состоянии и занимало объем, равный объему раствора.

Осмотическое давление крови человека равна 0.74 – 0.78 Мпа.

18. 
    Давление насыщенного пара над раствором. Закон Рауля. Повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания раствора. Криоскопия. Эбулиоскопия.
    

Давление пара, при котором в условиях определенной температуры наступает динамическое равновесие, характеризующееся равенством скоростей испарения и конденсации жидкости, называют давление насыщенного пара.

Следствие из Закона Рауля: повышение температуры кипения, а также понижение температуры кристаллизации разбавленных растворов прямо пропорционально моляльности раствора.

Эбулиоскопия — метод исследования растворов, основанный на измерении повышения их температуры кипения по сравнению с чистым растворителем. Используется для определения молекулярной массы растворенного вещества, активности растворителя, степени диссоциации.

19. 
    Осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа. Гипо-, гипер- и изотонические растворы в медицинской практике. Плазмолиз и гемолиз.
    

Закон Вант-Гоффа: осмотическое давление раствора равно тому давлению, которое производило бы растворенное вещество, если бы оно при той же температуре находилось в газообразном состоянии и занимало объем, равный объему раствора.

В медицинской и фармацевтической практике изотоническими называют растворы, характеризующиеся таким же осмотическим давлением, как и плазма крови, в частности 0,85 %-ный раствор хлорида натрия (146,0 моль/м3). В столь разбавленных растворах NaCl изотонический коэффициент Вант-Гоффа можно считать равным 2, и расчетное значение осмотического давления для этих растворов при 37 °С будет равно 0,75 МПа. Изотоническим по отношению к плазме крови является также 4,5—5,0 %-ный раствор глюкозы.

Растворы, обладающие более высоким осмотическим давлением, чем плазма крови, называют гипертоническими, а растворы, имеющие более низкое осмотическое давление, — гипотоническими. Во всех случаях, когда в кровяное русло, мышечную ткань, спинномозговой канал и т. д. с определенными терапевтическими целями вводят солевые растворы (физиологические растворы), необходимо заботиться о том, чтобы такая операция не привела к «осмотическому конфликту» — резкому несоответствию между осмотическим давлением плазмы крови, межклеточной или спинно-мозговой жидкостей и осмотическим давлением, которым обладает вливаемый раствор.

Если, например, вводимый внутривенно раствор гипертоничен по отношению к крови, то при этом будет происходить осмос воды из внутренней части эритроцитов в окружающую их плазму, эритроциты будут обезвоживаться и сморщиваться. Если же вводимый раствор гипотоничен по отношению к крови, то осмос будет осуществляться в обратном направлении — внутрь эритроцитов, эритроциты при этом будут увеличиваться в объеме, что может привести к разрыву оболочки. В результате этих разрывов гемоглобин, находящийся внутри эритроцитов, будет поступать в плазму и смешиваться с ней. Это явление называется гемолизом или эритроцитолизом.

Гемолиз — разрушение эритроцитов с выбросом гемоглобина в плазму крови.

Плазмолиз, отделение протопласта от клеточной стенки в гипертоническом растворе. Плазмолизу предшествует потеря тургора. Плазмолиз возможен в клетках, имеющих плотную клеточную стенку.

20. 
    Коллигативные свойства разбавленных растворов электролитов. Изотонический коэффициент Вант-Гоффа, его физический смысл и связь со степенью диссоциации слабого электролита.
    

1) Понижение давление насыщенного пара растворителя

2) Повышение температуры кипения растворов

3) Понижение температуры замерзания растворов.

4) Осмотическое давление

Изотонический коэффициент Вант-Гоффа равен отношению числа отдельных частиц N1 к общему числу молекул растворенного вещества в объеме раствора

Исходя из уравнения (4.14), можно было бы ожидать, что растворы самых разнообразных веществ, имеющие одну и ту же молярную концентрацию, должны быть изотопическими. В действительности из-за того, что одни вещества при растворении распадаются на ионы, более простые молекулы или же в результате ассоциации образуют более сложные полимерные молекулы, а другие при этом не претерпевают изменений, растворы равной молярной концентрации не всегда оказываются изотоническими. (Эти отступления от осмотического закона в его первоначальной формулировке служили С. Аррениусу одним из аргументов в пользу выдвинутой им теории электролитической диссоциации.) Если учесть, что из N0 молекул растворенного вещества образуется N1 дочерних частиц, то в уравнение (4.14) для расчета осмотического давления придется ввести дополнительный сомножитель I, называемый изотоническим коэффициентом Вант-Гоффа:

21. 
    Осмолярность и осмоляльность биологических жидкостей. Вклад различных компонентов плазмы крови в поддержание ее осмолярности.
    

22. 
    Основные положения теории растворов слабых электролитов. Степень диссоциации и Константа диссоциации (ионизации) слабого электролита и факторы, их определяющие. Закон разведения Оствальда.
    

Процесс оказывается обратимым элетрической диссоциации оказывается обратимым, причем равновесие наступает при распаде на ионы лишь небольшой части молекул, находящихся в растворе. Такие вещества называются слабыми электролитами.

Константа электрической диссоциации Кд характеризует способность данного электролита в среде данного растворителя распадаться на ионы.

Значение константы диссоциации зависит от природы электролита и от температуры.

Отношение числа молекул диссоциированных на ионы к суммарному числу диссоциированных и недиссоциированных молекул называют степенью диссоциации.

23. 
    Основные положения теории растворов сильных электролитов. Активность. Коэффициент активности и факторы, его определяющие. Ионная сила раствора.
    

При растворении в полярных растворителях молекулы многих веществ практически полностью распадаются на ионы. Такие вещества называют сильными электролитами.

Коэффициент активности – величина, характеризующая отклонение свойств концентрированных растворов сильных электролитов от свойств разбавленных растворов слабых электролитов.

24. 
    Диссоциация воды. Ионное произведение воды. Водородный показатель - рН как количественная мера активной кислотности и щелочности. Интервал значений рН важнейших биологических жидкостей.
    

25. 
    Буферные системы. Классификация буферных систем. Расчет рН буферных систем: уравнение Гендерсона-Гассельбаха. Факторы, определяющие рН буфера.
    

Буферными называют растворы, рН которых практически не изменяется от добавления к ним небольших количеств сильной кислоты или щелочи, а также при разведении.

26. 
    Буферные системы, механизм их действия. Буферная емкость и факторы, ее определяющие. Буферные системы крови и их вклад в буферную емкость крови.
    

Способность буферного раствора сохранять рН по мере прибавления сильной кислоты или щелочи приблизительно на постоянном уровне далеко не беспредельна и ограничена величиной буферной емкости

Буферная емкость возрастает по мере увеличения концентрации его компонентов и приближения к соотношению 1 к 1.

Фосфатная буферная система:

Буферная система оксигемоглобин – гемоглобин:

27. 
    Электродные потенциалы: механизм их возникновения и определяющие их факторы. Уравнение Нернста.
    

Реакции между окислителями и восстановителями часто называют редокс-процессами. Металлическая пластинка при этом приобретает отрицательный заряд, а близлежащий слой воды — положительный. Таким образом, на границе раздела металл — вода возникает двойной электрический слой. Двойной электрический слой подобен заряженному конденсатору с определенной разностью потенциалов между обкладками. Изменение потенциала при переходе через границу происходит резко, поэтому говорят, что имеет место скачок потенциала. Устанавливающаяся при этом разность потенциалов в двойном электрическом слое зависит от природы металла и температуры.

28. 
    Окислительно-восстановительные (ОВ) потенциалы: механизм их возникновения и определяющие их факторы. Уравнение Петерса. Стандартный ОВ потенциал. Измерение ОВ потенциалов.
    

Таким образом, величина редокс-потенциала зависит как от природы частиц, образующих редокс-систему, так и от их концентрации.

29. 
    Потенциометрия. Потенциометрическое определение рН. Потенциометрическое титрование, его сущность и использование в количественном анализе и медико- биологических исследованиях.
    

30. 
    Комплексные соединения. Координационная теория Вернера. Классификация и номенклатура комплексных соединений. Хелаты.
    

Комплексиными называются соединения, в узлах кристаллической решетки которых находятся сложные частицы, состоящие из центрального атома и окружающих его молекул или ионов.

1. 
   Комплексы сожержащие молекулярные монодентатные лиганды
   
2. 
   Комплексы содержащие ионные лиганды
   
3. 
   Циклические комплексные соединения
   

Координационная теория Вернера:

1. 
   Помимо главных валентностей, у атомов существуют побочные валентности, которые проявляют себя при некоторых реакциях
   
2. 
   Насыщение главных валентностей лежит в основе образования соединений первого порядка
   
3. 
   Насыщение побочных валентностей лежит в основе образования соединений высшего порядка.
   

31. 
    Константы нестойкости и устойчивости комплексов. Разрушение комплексных соединений. Характер связи в комплексах с точки зрения метода валентных связей.
    

Количество способность комплексного соединения к диссоциации в растворе характеризуется величиной константы диссоциации

Чем меньше константа нестойкости комплексного соединения, тем оно прочнее

32. 
    Комплексообразующая способность s-, p- и d-элементов. Дентантность лигандов. Биолиганды. Понятие о металлоферментах. Применение комплексных соединений в медицине.
    

Биолиганды - это молекулы или ионы, взаимодействующие в организме с биометаллами.

33. 
    Учение В.И.Вернадского о биосфере. Макро- и микроэлементы в окружающей среде и организме человека. Связь эндемических заболеваний с особенностями биогеохимических провинций.
    
34. 
    Биологическая роль элементов в зависимости от положения в периодической системе Д.И.Менделеева. Топография важнейших биогенных элементов в организме человека. Экологические аспекты действия неорганических соединений.
    
35. 
    Общая характеристика элементов s-блока. Биологическая роль соединений s-элементов и их применение в медицине. Пероксид водорода. Бактерицидные свойства пероксида водорода.
    
36. 
    Общая характеристика элементов d-блока. Особенность кислотно-основных, окислительно-восстановительных и комплексообразующих свойств соединений d- элементов. Биологическая роль соединений d-элементов и применение в медицине.
    
37. 
    Общая характеристика элементов р-блока. Особенность кислотно-основных, окислительно-восстановительных и комплексообразующих свойств соединений р- элементов. Биологическая роль р-элементов и применение их соединений в медицине.
    
38. 
    Поверхностная энергия и поверхностное натяжение. Поверхностно-активные и поверхностно-инактивные вещества. Изотерма поверхностного натяжения. Поверхностная активность. Правило Дюкло-Траубе.
    

Вещества, растворение которых вызывает повышение поверхностного натяжения жидкостей, называют поверхностно-инактивными веществами.

Вещества, растворение которых вызывает понижение поверхностного натяжения жидкостей, называют поверхностно-активными веществами.

Уравнение Гиббса:

Правило Дюкло – Траубе:

39. 
    Адсорбция на границе раздела жидкость–газ и жидкость–жидкость. Уравнение Гиббса. Ориентация молекул в поверхностном слое и структура биологических мембран. Поверхностные явления и их значение в биологии и медицине.
    

Самопроизвольное изменение концентрации растворенного вещества на границе раздела фаз называется адсорбцией

Адсорбируемое вещество называют адсорбата, адсорбирующее – адсорбента.

Адсорбцию на границе раздела жидкость — газ непосредственно не измеряют, а вычисляют с помощью уравнения Гиббса, которое выведено на основании 2-го начала термодинамики: уравнение Гиббса устанавливает связь между величиной адсорбции в интервале концентраций и коэффициентом поверхностного натяжения:

Существование минимального значения поверхностного натяжения у растворов ПАВ и предельного значения адсорбции позволили Ленгмюру высказать предположение об ориентации адсорбированных молекул в поверхностном слое. Молекулы ПАВ состоят из двух частей: полярной (гидрофильной) и неполярной (гидрофобной). При адсорбции полярная группа, обладающая большим сродством к полярной фазе (например, к воде), втягивается в нее. В то же время неполярная группа выталкивается в неполярную фазу

Представления об ориентации молекул ПАВ в насыщенном адсорбционном слое сыграло большую роль в развитии учения о структуре биологических мембран.

40. 
    Адсорбция на границе раздела твердое тело–газ и твердое тело–жидкость (раствор). Уравнения Ленгмюра и Фрейндлиха. Хемосорбция. Применение хроматографических методов в медико-биологических исследованиях.
    

Твердое тело, на поверхности которого происходит адсорбция, называется адсорбентом; вещество, которое адсорбируется на поверхности адсорбента, называют адсорбтивом или адсорбатом

1. 
   Адсорбционные силы подобны силам основных валентностей и действуют на малых расстояниях
   
2. 
   Адсорбционной активностью обладает не вся поверхность адсорбента, а лишь определенные активные центры
   
3. 
   Молекулы адсорбированного газа фиксируется на адсорбционных центрах, не перемещаются по поверхности адсорбента и не взаимодействуют друг с другом.
   

Хемосорбция, химическая сорбция, поглощение жидкостью или твёрдым телом веществ из окружающей среды, сопровождающееся образованием химических соединений.

41. 
    Адсорбция сильных электролитов (избирательная, обменная). Понятие об адсорбционной терапии. Иониты, их применение в медицине.
    

Сильные электролиты адсорбируются в виде ионов.

Ионная адсорбция происходит по 2 механизмам

1. 
   Ионообменная адсорбция. 2. Избирательная адсорбция
   

Ионный обмен. Ионообменная адсорбция состоит в том, что практически нерастворимый адсорбент способен диссоциировать с поверхности и поглощать из раствора катионы или анионы, выделяя одновременно в раствор эквивалентное число катионов или анионов другого рода, имеющих меньшее сродство к данному адсорбенту.

Аниониты – являются нерастворимыми многоатомными основаниями, которые высвобождают и обменивают анионы.

Адсорбционная терапия применяется для удаления токсинов и вредных веществ из пищеварительного тракта. Такие адсорбенты, как гидроксид алюминия, оксид магния, фосфат алюминия, входят в состав препаратов альмагель, фосфалюгель и др. активированный уголь давно применяется как адсорбент газов (при метеоризме), токсинов (при пищевых токсикоинфекциях), алкалоидов и тяжелых металлов (при отравлениях).

42. 
    Дисперсные системы. Классификация дисперсных систем по степени дисперсности, по агрегатному состоянию фаз, по силе взаимодействия между дисперсной фазой и дисперсионной средой.
    

Дисперсными (от лат disperses — раздробленный, рассеянный) называют системы, состоящие из дисперсной фазы — совокупности раздробленных частиц и непрерывной дисперсионной среды, в которой во взвешенном состоянии находятся эти частицы.

Степень диспертности:

По степени дисперсности различают грубодисперсные системы (размер частиц от 10“7 до 10~5 м) и коллоидно-дисперсные (размер частиц от 10-9 до 10-7 м).

Г. Фрейндлих предложил называть системы со слабым взаимодействием между дисперсной фазой и дисперсионной средой лиофобными, с сильным взаимодействием — лиофильными.

Лиофобные системы являются необратимыми: после удаления дисперсионной среды и последующего ее добавлению к дисперсной фазе первоначальная система дисперсных систем самопроизвольно не образуется. К лиофобным системам относят практически все классические коллоидные системы, т. е. золи металлов, оксидов металлов, труднорастворимых солей в воде (гидрофобные золи), золи полярных веществ в неполярных растворителях (органозоли).

Лиофильные системы после разделения на две фазы способны самопроизвольно возвращаться к исходному состоянию. К лиофильным системам относили растворы высокомолекулярных веществ, коллоидных ПАВ (мыло, алкалоиды, красители и др.).

43. 
    Коллоидные растворы. Методы получения и очистки коллоидных растворов. Фильтрация, диализ, электродиализ, ультрафильтрация.
    

Для получения коллоидных систем необходимо соблюдение следующих условий: I) достижение коллоидной степени дисперсности; 2) выбор дисперсионной среды, в которой практически нерастворимо вещество дисперсной фазы; 3) подбор стабилизатора, обеспечивающего необходимую степень устойчивости коллоидной системы.

В качестве стабилизаторов используют вещества, препятствующие агрегации коллоидных частиц в более крупные и выпадению их в осадок. Таким действием обладают: небольшой избыток одного из реагентов, из которых получается вещество дисперсной фазы, ПАВ, в том числе и белки, полисахариды. Стабилизация белками и полисахаридами имеет исключительное значение для природных дисперсных систем, так как в коллоидном состоянии в жидкостях организма присутствуют фосфаты, карбонаты, оксалаты, ураты и др.

Для достижения требуемой степени дисперсности применяют механическое дробление, ультразвуковое, электрическое и химическое диспергирование.

Методы очистки

Фильтрование (от лат. filtrum — войлок) основано на способности коллоидных частиц проходить через поры обычных фильтров, при этом более крупные частицы, размер которых соответствует частицам грубодисперсных систем, задерживаются. Таким образом, фильтрование используют для очистки коллоидных растворов от примесей грубодисперсных частиц.

Электродиализ используют для увеличения скорости диализа низкомолекулярных электролитов. С этой целью в диализаторе создают постоянное электрическое поле с падением потенциала 20—250 В/см и выше.

Ультрафильтрацию в определенной степени можно рассматривать как диализ под давлением, градиент которого создается либо повышением давления во внутреннем сосуде (содержащем очищаемую дисперсную систему) или разрежением во внешнем сосуде (содержащем растворитель). Ультрафильтрацию широко используют для очистки воды, белков, нуклеиновых кислот, ферментов, витаминов, а также в микробиологии при определении размеров вирусов и бактериофагов.

44. 
    Молекулярно-кинетические свойства коллоидных растворов: броуновское движение, диффузия, седиментация, осмотическое давление. Оптические свойства дисперсных систем. Эффект Фарадея-Тиндаля. Уравнение Рэлея.
    

Броуновское движение проявляется в хаотическом и непрерывном движении частиц дисперсных частиц под действием ударов молекул дисперсной среды.

Диффузией называют самопроизвольный процесс выравнивания концентрации частиц по всему объему раствора или газа под влиянием теплового или броуновского движения.

Седиментацией называют процесс оседания частиц дисперсной фазы в жидкой или газообразной среде под действием силы тяжести.

Явление осмоса присуще коллоидным растворам. Осмотические давление пропорционально числу частиц растворенного или диспергированного вещества в единице объема раствора и не зависит от природы и массы частиц.

– частичная концентрация; – число Авагадро;

Для истинных растворов характерно пропускание; они являются оптически прозрачными. В грубодисперсных системах линейные размеры частиц много больше длины волны электромагнитного излучения видимой части спектра, в результате чего свет отражается по законам геометрической оптики. Грубодисперсные системы называют оптически мутными. Для золей характерно рассеивание света. Рассеивание света возникает в системах, размер частиц в которых не превышает 0,1—0,2 длины волны падающего света.

Если на золь направить интенсивный пучок света и посмотреть на золь сбоку, можно наблюдать светящуюся (опалесцирующую) полоску. Иными словами, луч света в коллоидно-дисперсной среде становится видимым. Наблюдаемое явление получило название конус Тиндаля

45. 
    Строение мицелл. Электрокинетические свойства дисперсных систем. Электрофорез и электроосмос.
    

Мицелла – это структурная коллоидная единица, т.е. частица дисперсной фазы, окруженная двойным электрическим слоем.

46. 
    Кинетическая и агрегативная устойчивость коллоидных растворов. Коагуляция. Порог коагуляции. Правило Шульце-Гарди. Взаимная коагуляция.
    

Дисперсные системы в отличие от истинных растворов являются термодинамически неустойчивыми. В общем случае под устойчивостью системы понимают ее способность сохранять во времени все параметры без обмена энергией и веществами с окружающей средой

Седиментационная устойчивость — это устойчивость частиц к оседанию под действием силы тяжести. Условием седиментационной устойчивости является малый размер частиц дисперсной фазы — такой, чтобы действие силы тяжести не превышало энергии теплового движения и возрастания энтропии системы из-за броуновского движения частиц.

Агрегативная устойчивость — это способность дисперсных систем сохранять размер частиц и их индивидуальность. Энтропийный фактор способствует некоторым образом и агрегативной устойчивости систем, так как тепловое движение делает термодинамически невыгодны м укрупнение частиц. В агрегативно неустойчивых системах проходят процессы укрупнения частиц. Коллоидно-дисперсные системы являются агрегативно неустойчивыми. Это связано с большой величиной удельной поверхности дисперсной фазы в таких системах и как следствие — большим избытком энергии Гиббса на межфазных границах.

Коагуляцией называется потеря коллоидными системами агрегативной устойчивости.

Наибольшее теоретическое и практическое значение имеет разрушение золя при добавлении электролита. Процесс начинается только после достижения некоторого определенного значения концентрации электролита. Минимальная его концентрация, по достижении которой начинается коагуляция, называется порогом коагуляции Спор.

Правило Шульце-Гарди:

Коагулирующим действием обладает тот ион электролита, который имеет заряд, противоположный заряду гранулы; коагулирующее действие тем сильнее, чем выше заряд иона коагулятора.

При смешении двух коллоидных растворов с разноименно заряженными частицами нередко наблюдается образование осадка, вызываемое взаимной коагуляцией.

47. 
    Коллоидная защита. Медико-биологическая роль процессов коагуляции, пептизации и коллоидной защиты.
    

Белки плазмы оказывают защитное действие по отношению к коллоидно-дисперсным частицам крови, повышая агрегативную устойчивость системы в целом. Этот феномен известен под названием коллоидная защита.

Например, при множественной миеломе, сахарном диабете, ишемической болезни сердца в плазме увеличивается концентрация глобулинов.

Коагуляцией называется потеря коллоидными системами агрегативной устойчивости.

Пептизацией называют процесс перехода свежеполученного при коагуляции осадка в золь под действием веществ, называемых пептизаторами. Пептизация представляет собой процесс, обратный коагуляции, происходящий в результате дезагрегации частиц осадка до отдельных коллоидных частиц

48. 
    Классификация и общие свойства грубодисперсных систем. Аэрозоли, суспензии, эмульсии. Использование в медицине.
    

Аэрозолями называют дисперсные системы с газообразной дисперсионной средой. В зависимости от агрегатного состояния дисперсной фазы различают: туманы — аэрозоли с жидкой дисперсной фазой, дымы, пыли — аэрозоли с твердой дисперсной фазой; смоги — аэрозоли со смешанной дисперсной фазой.

Размеры частиц дисперсной фазы аэрозолей в соответствии с классификацией дисперсных систем колеблются в пределах от 10-7 до 10~9 м. Но очень часто к аэрозолям относят и грубодисперсные системы с размерами частиц от 10‘4 до 10~6 м.
Суспензиями называют грубодисперсные системы с жидкой дисперсионной средой и дисперсной фазой, состоящей из твердых частиц. В зависимости от концентрации дисперсной фазы различают разбавленные и концентрированные суспензии — пасты. Разбавленные суспензии мутны как в проходящем, так и в рассеянном свете. Наличие конуса Тиндаля обусловлено неупорядоченным отражением лучей света от поверхности частиц дисперсной фазы. Из-за больших размеров частиц дисперсной фазы броуновское движение, диффузия и осмотическое давление у суспензий практически отсутствуют. На границе раздела фаз возможно образование двойного электрического слоя.

Эмульсиями называют грубодисперсные системы, у которых дисперсная фаза и дисперсионная среда представляют собой несмешивающиеся жидкости. В зависимости от концентрации дисперсной фазы (шд) различают эмульсии разбавленные (о)д < 1%), концентрированные (сод < 74%) и высококонцентрированные (сод > 74%). В зависимости от природы дисперсной фазы и дисперсионной среды различают эмульсии масло в воде, или М/В (полярная дисперсионная среда и неполярная дисперсная фаза), и вода в масле, или В/М (неполярная дисперсионная среда и полярная дисперсная фаза).

49. 
    Особенности образования растворов ВМС. Механизм и кинетика набухания. Влияние различных факторов на степень набухания.
    

К высокомолекулярным соединениям (ВМС) относят вещества с большими относительными молекулярными массами. Многие ВМС являются полимерами. Молекулы полимеров состоят из большого числа мономерны х звеньев — повторяющихся одинаковых групп атомов. Структурные единицы ВМС — макромолекулы.

ВМС могут образовывать как истинные, так и коллоидные растворы.

В процессе набухания происходит односторонняя диффузия молекул воды в полимер. Это объясняется тем, что крупные макромолекулы, связанные в надмолекулярные структуры, практически не могут переходить в растворитель, а мелкие и хорошо диффундирующие молекулы воды легко проникают в полимер, увеличивая его объем. При набухании отдельные молекулы надмолекулярных структур гидратируются, межмолекулярное взаимодействие значительно ослабевает, в результате чего становится возможной диффузия макромолекул в растворитель

Процесс набухания — самопроизвольный. Его протеканию способствует и энтальпийный (на первой стадии набухания выделяется теплота вследствие гидратации), и энтропийный (вследствие ослабления межмолекулярных связей увеличивается число возможных конформаций макромолекул) факторы. Увеличение энтропии системы способствует и растворению полимера. Размеры гибких цепей молекул биополимеров, находящихся в конформации статистического клубка, часто совпадают с размерами частиц дисперсной фазы коллоидных растворов.

Степень набухания полимера и его способность к растворению зависят от гибкости полимерных цепей. Так, волокна незрелого коллагена (в котором еще не установились поперечные ковалентные «сшивки») достаточно хорошо набухают и могут переходить в раствор, тогда как волокна зрелого коллагена нерастворимы. На интенсивность процесса набухания влияют также температура, давление, присутствие электролитов и величина pH.

50. 
    Вязкость растворов ВМС. Уравнение Штаудингера. Коллигативные свойства (осмотическое давление) растворов ВМС. Уравнение Галлера.
    

Осмотическое давление разбавленных растворов ВМС подчиняется закону Вант-Гоффа. При увеличении концентрации ВМС наблюдаются отклонения от этого закона: реальное осмотическое давление становится выше теоретического, рассчитанного по уравнению.

Аномально высокая вязкость растворов ВМС объясняется наличием в их растворах надмолекулярных структур. При увеличении напряжения сдвига надмолекулярные структуры ориентируются вдоль оси потока, что снижает вязкость; при больших значениях напряжения сдвига может произойти разрушение надмолекулярных структур, вследствие чего раствор приобретет свойства ньютоновской жидкости