Поверхностные явления. Адсорбция. (Лекция 1)

Содержание

Слайд 2

Медико-биологическое значение темы Абсорбция Метаболизм Экскреция Распреде-ление Усвоение питательных и лекарственных веществ

Медико-биологическое значение темы
Абсорбция
Метаболизм
Экскреция
Распреде-ление

Усвоение питательных и
лекарственных веществ

Слайд 3

Абсорбция Перенос О2 и СО2 из лёгких к тканям Газовый обмен в лёгких Медико-биологическое значение темы

Абсорбция

Перенос О2 и СО2 из лёгких к тканям

Газовый обмен
в

лёгких
Медико-биологическое значение темы
Слайд 4

Ферментативный катализ Адсорбция Субстрат Фермент Фермент-субстратный комплекс Фермент Продукт

Ферментативный
катализ

Адсорбция

Субстрат

Фермент

Фермент-субстратный
комплекс

Фермент

Продукт

Слайд 5

Ферментативный катализ Субстрат адсорбируется на активных центрах фермента.

Ферментативный катализ

Субстрат адсорбируется на активных центрах фермента.

Слайд 6

Адсорбция Поглощение сорбентами ядовитых веществ в желудочно-кишечном тракте Медико-биологическое значение темы

Адсорбция

Поглощение сорбентами ядовитых веществ в желудочно-кишечном тракте
Медико-биологическое значение темы

Слайд 7

Детоксикация организма: а) Гемосорбция б) Лимфосорбция Адсорбция Медико-биологическое значение темы

Детоксикация организма: а) Гемосорбция б) Лимфосорбция

Адсорбция
Медико-биологическое значение темы

Слайд 8

Хроматография: - разделение смесей аминокислот; - очистка лекарственных препаратов; - количественное

Хроматография:
- разделение смесей аминокислот;
- очистка лекарственных препаратов;
- количественное определение витаминов, гормонов;
-

диагностика заболеваний

Адсорбция
Медико-биологическое значение темы

Слайд 9

Медико-биологическое значение темы Большинство лекарственных форм являются дисперсными системами с большой

Медико-биологическое значение темы

Большинство лекарственных форм являются дисперсными системами с

большой поверхностью: порошки, таблетки, эмульсии, суспензии, мази.
Слайд 10

Многие процессы фарм. технологии - испарение, сублимация и конденсация, адсорбция, гетерогенный

Многие процессы фарм. технологии - испарение, сублимация и конденсация, адсорбция,

гетерогенный катализ и химические реакции протекают на границе раздела фаз.

Медико-биологическое значение темы

Слайд 11

Медико-биологическое значение темы Вопросы рациональной технологии, стабилизации, хранения, повышения эффективности терапевтического

Медико-биологическое значение темы

Вопросы рациональной технологии, стабилизации, хранения, повышения эффективности

терапевтического действия лекарств неразрывно связаны исследованиями поверхностных явлений.
Слайд 12

Поверхностные явления. Основные понятия На границе раздела фаз протекают процессы, обусловленные

Поверхностные явления. Основные понятия

На границе раздела фаз протекают процессы, обусловленные

особенностями состава и строения поверхностей. Такие процессы называют поверхностными явлениями.
Слайд 13

Поверхностные явления. Основные понятия Поверхность раздела фаз - слой от одного

Поверхностные явления. Основные понятия

Поверхность раздела фаз - слой от одного

до нескольких молекулярных диаметров, возникающий на границе раздела фаз.
Существует 5 типов: Т-Г, Т-Ж, Т-Т, Ж-Г, Ж-Ж. Поверхность раздела фаз характеризуется следующими параметрами:
Удельная поверхность фазы Sуд.
Свободная поверхностная энергия Gs
Поверхностное натяжение σ
Слайд 14

Поверхностные явления. Основные понятия Sуд = S / V или Sуд

Поверхностные явления. Основные понятия

Sуд = S / V или Sуд =

S / m
[м2/м3 = 1/м или м2/кг]
Она зависит от кривизны
поверхности дисперсности фаз.

Удельная поверхность фазы Sуд – это величина, равная отношению площади поверхности к её объему или массе.

Слайд 15

Поверхностная энергия Всякая поверхность характеризуется запасом так называемой поверхностной энергии (GS

Поверхностная энергия

Всякая поверхность характеризуется запасом так называемой поверхностной энергии (GS или

F). В эту энергию превращается работа, затрачиваемая на образование поверхности раздела. Ее создают некомпенсированные силовые поля частиц поверхностного слоя, которые направлены в окружающую среду.
Слайд 16

Поверхностная энергия Поверхностная энергия (GS) зависит от величины поверхностного натяжения (σ)

Поверхностная энергия

Поверхностная энергия (GS) зависит от величины поверхностного натяжения (σ) и

площади поверхности (S). Эта зависимость выражается уравнением:
GS = σ S, где
GS - [Дж (н м)],
σ - [н м-1],
S - [м2].
Слайд 17

Поверхностное натяжение В свою очередь, величина поверхностного натяжения определяется изменением энергии

Поверхностное натяжение

В свою очередь, величина поверхностного натяжения определяется изменением энергии Гиббса

(∆GS), приходящейся на единицу поверхности (∆S):
σ = ∆GS /∆ S.
Поверхностное натяжение (σ) равно работе, которую нужно совершить для создания единицы поверхности [Дж/м2].
Слайд 18

Поверхностные явления. Основные понятия Поверхностная энергия подчиняется основным законам ТД: Согласно

Поверхностные явления. Основные понятия

Поверхностная энергия подчиняется основным законам ТД:
Согласно первому закону

ТД, поверхностная энергия может переходить в химическую, электрическую и свободную энергию Гиббса.
Согласно второму закону ТД, поверхностная энергия может быть причиной самопроизвольных процессов, определяемых уменьшением энергии Гиббса.
Слайд 19

Сорбция. Основные понятия Уменьшение свободной поверхностной энергии гетерогенной системы может происходить

Сорбция. Основные понятия

Уменьшение свободной поверхностной энергии гетерогенной системы может происходить

за счет сорбции различных веществ из окружающей среды.
Сорбция (от лат. Sorbeo – поглощаю) – процесс поглощения одного вещества другим.
Сорбент – поглотитель.
Сорбтив (сорбат) – поглощаемое вещество.
Слайд 20

Адсорбция – поглощение поверхностью сорбента. Абсорбция – поглощение всем сорбентом. Сорбция. Основные понятия Адсорбция Абсорбция

Адсорбция – поглощение поверхностью сорбента.
Абсорбция – поглощение всем сорбентом.

Сорбция. Основные

понятия

Адсорбция Абсорбция

Слайд 21

Адсорбция Абсорбция ФАЗА I ФАЗА 2 ФАЗА I ФАЗА 2

Адсорбция

Абсорбция

ФАЗА I

ФАЗА 2

ФАЗА I

ФАЗА 2

Слайд 22

Процесс адсорбции Адсорбент

Процесс адсорбции

Адсорбент

Слайд 23

Адсорбция Адсорбция характеризуется обратимостью и высокой скоростью. Процесс обратный адсорбции называется

Адсорбция

Адсорбция характеризуется обратимостью и высокой скоростью.
Процесс обратный адсорбции называется десорбцией.
В

зависимости от характера взаимодействия частиц сорбента и сорбтива сорбция бывает чисто физическая (за счет сил Ван-дер-Ваальса) и химическая (когда происходит химическое взаимодействие). Химическую сорбцию называют хемосорбцией.
Слайд 24

Адсорбция на жидких адсорбентах Об адсорбционной способности жидких адсорбентов судят либо

Адсорбция на жидких адсорбентах
Об адсорбционной способности жидких адсорбентов судят либо

по величине поверхностного натяжения, либо по величине адсорбции.

Адсорбция на жидких адсорбентах встречается в системах: ж – г, ж – ж, ж – т.

Слайд 25

Адсорбция на жидких адсорбентах а = (Со – С) V/S, где

Адсорбция на жидких адсорбентах

а = (Со – С) V/S, где
а –

величина адсорбции (удельная сорбционная емкость) [ммоль м-2];
Со – начальная концентрация адсорбата [ммоль дм-3];
С – равновесная концентрация адсорбата [ммоль дм-3];
V – объем жидкой фазы [дм3];
S – площадь поверхности адсорбента [м2].
Слайд 26

Изотерма избыточной адсорбции Гиббса 1 2 Г С Г Зависимость величины

Изотерма избыточной адсорбции Гиббса

1

2

Г

С

Г

Зависимость величины адсорбции от концентрации адсорбата называют

изотермой адсорбции.

Полное насыщение
поверхности

Слайд 27

Адсорбция на жидких адсорбентах газ вода 2. Высокие С газ вода

Адсорбция на жидких адсорбентах

газ

вода

2. Высокие С

газ

вода

«частокол Лэнгмюра»

С увеличением концентрации адсорбируемого вещества

величина адсорбции возрастает и достигает максимального значения при полном насыщении поверхности.
Слайд 28

Уравнение Гиббса Математически эта взаимосвязь характеризуется уравнением Гиббса: [ммоль м-2], где

Уравнение Гиббса

Математически эта взаимосвязь характеризуется уравнением Гиббса:
[ммоль м-2], где
Г - количество

адсорбированного вещества [ммоль/м2], С – равновесная концентрация адсорбата [ммоль/л], R - универсальная газовая постоянная,
Т – абсолютная температура.
Слайд 29

Поверхностная активность Мера поверхностной активности (g) - способность растворенного вещества изменять

Поверхностная активность

Мера поверхностной активности (g) - способность растворенного вещества изменять

поверхностное натяжение.
По знаку величины g вещества разделяют на поверхностно-активные (ПАВ), поверхностно-инактивные (ПИВ) и поверхностно-неактивные (ПНВ).
Слайд 30

Адсорбция на жидких адсорбентах Поверхностно-активные вещества (ПАВ) обладают низким поверхностным натяжением

Адсорбция на жидких адсорбентах

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) обладают низким поверхностным натяжением
.

Поэтому из уравнения Гиббса следует, что Г > 0.
ПАВ вызывают положительную адсорбцию, так как они не растворяются в жидком адсорбенте, а концентрируются в поверхностном слое.
ПАВ: спирты, органические кислоты, сложные эфиры, белки, холестерол, жиры, липиды, мыла.
Слайд 31

Строение молекулы ПАВ: Молекула ПАВ состоит из: неполярной гидрофобной углеводородной группы

Строение молекулы ПАВ:

Молекула ПАВ состоит из:
неполярной гидрофобной углеводородной группы (“хвост”)
полярной

гидрофильной группы (“голова”):
-ОН, -СООН, -С(О)-О,-NН2; -SО3H.
“хвост” “голова”
Слайд 32

Правило Траубе-Дюкло: При удлинении цепи на группу -СН2 - в гомологическом

Правило Траубе-Дюкло:

При удлинении цепи на группу -СН2 - в гомологическом ряду

способность к адсорбции возрастает в 3,2 раза.

СН3СН2СН2СООН
СН3СН2СООН
СН3СООН
НСООН

а

с

Слайд 33

Правило Ребиндера газ вода В адсорбционном слое молекулы ПАВ располагаются упорядоченно

Правило Ребиндера

газ

вода

В адсорбционном слое молекулы ПАВ располагаются упорядоченно в соответствии

с правилом Ребиндера:
На границе раздела полярные группы молекул ПАВ ориентируются в сторону более полярной фазы, а углеводородный радикал – в сторону менее полярной фазы.
Слайд 34

ПАВ Это свойство молекул ПАВ широко распространено в природе, по этому принципу устроены клеточные мембраны.

ПАВ

Это свойство молекул ПАВ широко распространено в природе, по этому принципу

устроены клеточные мембраны.
Слайд 35

ПАВ Например, на процессы усвоения жиров в организме влияют соли желчных

ПАВ

Например, на процессы усвоения жиров в организме влияют соли желчных кислот,

которые, обладая очень низким поверхностным натяжением, являются прекрасными эмульгатарами жиров (жиры в виде эмульсий лучше усваиваются).
Слайд 36

ПАВ ПАВ широко используются в фармации в качестве основы для приготовления

ПАВ

ПАВ широко используются в фармации в качестве основы для приготовления

мазей, свечей, эмульсий, а также солюбилизаторов.
Солюбилизация – растворение органических веществ в углеводородной части ПАВ.
Это позволяет перевести в водный раствор жирорастворимые вещества.
Слайд 37

Адсорбция на жидких адсорбентах Поверхностно-инактивные вещества (ПИВ) обладают высоким поверхностным натяжением

Адсорбция на жидких адсорбентах

Поверхностно-инактивные вещества (ПИВ) обладают высоким поверхностным натяжением .

Следовательно, Г < 0. ПИВ вызывают отрицательную адсорбцию.
Эти вещества распространяются по всему объему сорбента, а не на его поверхности.
К поверхностно-инактивным веществам относятся все неорганические электролиты (кислоты, щелочи, соли) и некоторые органические вещества (муравьиная кислота).
Слайд 38

ПАВ, ПИВ, ПНВ Поверхностно-неактивные вещества (ПНВ): не изменяют поверхностное натяжение растворителя. ПНВ: сахароза.

ПАВ, ПИВ, ПНВ

Поверхностно-неактивные вещества (ПНВ): не изменяют поверхностное натяжение растворителя.
ПНВ:

сахароза.
Слайд 39

Изотерма поверхностного натяжения ПИВ ПНВ ПАВ σ с

Изотерма поверхностного натяжения

ПИВ
ПНВ
ПАВ

σ

с

Слайд 40

Центры адсорбции Адсорбция на твердых адсорбентах встречается в системах: т –

Центры адсорбции

Адсорбция на твердых адсорбентах встречается в системах: т – г,

т – ж.

Адсорбция на твердых адсорбентах

Слайд 41

Адсорбция на твердых адсорбентах Величина адсорбции для твердых сорбентов рассчитывается по

Адсорбция на твердых адсорбентах

Величина адсорбции для твердых сорбентов рассчитывается по формуле:
a

= (Со – С) V / m, где
a – величина адсорбции [ммоль кг-1];
Со – начальная концентрация адсорбата [ммоль дм-3];
С – равновесная концентрация адсорбата [ммоль дм-3];
V – объем раствора адсорбата [дм3];
m – масса сорбента [кг].
Слайд 42

Адсорбция на твердых адсорбентах Величина адсорбции зависит от: Размера поверхности адсорбента

Адсорбция на твердых адсорбентах

Величина адсорбции зависит от:
Размера поверхности адсорбента (↑ S

↑ Г).
2. Температуры (↑t ↓Г ).
3. Типа сорбента, его сродства к растворителю.
4. Заряда адсорбента и адсорбтива.
5. Концентрации адсорбтива.
Слайд 43

Адсорбция на твердых адсорбентах Твердые сорбенты делят на гидрофильные (глины, силикагели)

Адсорбция на твердых адсорбентах

Твердые сорбенты делят на гидрофильные (глины, силикагели)

и гидрофобные (угли, графит, тальк, парафин).
По принципу подобия на неполярных адсорбентах лучше адсорбируются неполярные вещества, на полярных – полярные.
Наибольшей сорбционной емкостью обладают сорбенты с большой поверхностью. Сорбенты с размерами пор от 2 до 200 нм (например, углеродные) используют для гемосорбции.
Слайд 44

Адсорбционное равновесие на пористых адсорбентах Адсорбированные молекулы Равновесие Пора Начало Позднее Ламинарный пограничный слой

Адсорбционное равновесие на пористых адсорбентах

Адсорбированные
молекулы

Равновесие

Пора

Начало

Позднее

Ламинарный
пограничный слой

Слайд 45

Электролитная адсорбция Электролитная (ионная) адсорбция – это избирательная адсорбция ионов (катионов

Электролитная адсорбция

Электролитная (ионная) адсорбция – это избирательная адсорбция ионов (катионов или

анионов) из раствора электролита на полярном адсорбенте.
Слайд 46

Электролитная адсорбция Избирательный характер адсорбции описывается следующими правилами: I. Правилом Панета-Фаянса:

Электролитная адсорбция

Избирательный характер адсорбции описывается следующими правилами: I. Правилом Панета-Фаянса:

на поверхности кристалла преимущественно адсорбируются те ионы, которые входят в состав кристаллической решетки.
Слайд 47

Электролитная адсорбция Какой ион преимущественно адсорбируются на хлориде серебра? Ответ: хлорид-анион.

Электролитная адсорбция

Какой ион преимущественно адсорбируются на хлориде серебра?
Ответ: хлорид-анион.

Адсорбент

– AgCl, адсорбаты: Cl-, NO3-, SO42-.
Слайд 48

Электролитная адсорбция II. Правило изоморфизма: На полярном адсорбенте из раствора электролита

Электролитная адсорбция

II. Правило изоморфизма:
На полярном адсорбенте из раствора электролита преимущественно адсорбируются

ионы, близкие по строению и размерам к одному из ионов кристаллической решетки адсорбента.
Слайд 49

Электролитная адсорбция Какой ион преимущественно адсорбируются на хлориде серебра? Ответ: бромид-анион.

Электролитная адсорбция

Какой ион преимущественно адсорбируются на хлориде серебра?
Ответ: бромид-анион.

Адсорбент

– AgCl, адсорбаты: Br-, NO3-, SO42-.
Слайд 50

Электролитная адсорбция III. Если ионы-адсорбаты имеют одинаковые по знаку и разные

Электролитная адсорбция

III. Если ионы-адсорбаты имеют одинаковые по знаку и разные по

величине степени окисления, то в первую очередь адсорбируются ионы с большей степенью окисления:
Fe3+ > Ca2+ > K+.
Слайд 51

IV. Если ионы-адсорбаты имеют одинаковые по величине и знаку степени окисления,

IV. Если ионы-адсорбаты имеют одинаковые по величине и знаку степени окисления,

то в первую очередь адсорбируются менее гидратированные ионы (с большим ионным радиусом).
Лиотропный ряд (ряд Гофмейстера) для катионов: Cs+ > Rb+ > K+ > Na+ > Li+;
для анионов: SCN- > I- > Br- > Cl-.

Электролитная адсорбция

Слайд 52

Электролитная адсорбция Различают необратимую и обратимую электролитную адсорбцию. При необратимой адсорбции

Электролитная адсорбция

Различают необратимую и обратимую электролитную адсорбцию.
При необратимой адсорбции адсорбат

и адсорбент образуют нерастворимое химическое соединение. При обратимой адсорбции ионы на поверхности адсорбента закреплены слабо и способны обмениваться с ионами из раствора. Такую электролитную адсорбцию называют ионообменной.
Слайд 53

Ионообменная адсорбция Ионообменная адсорбция - это процесс, при котором твердый адсорбент

Ионообменная адсорбция

Ионообменная адсорбция - это процесс, при котором твердый адсорбент (ионит)

обменивает эквивалентное количество своих ионов на ионы того же знака из жидкого раствора.
Слайд 54

Классификация ионитов По происхождению: природные (кристаллические силикаты, апатиты, гуминовые кислоты) и

Классификация ионитов

По происхождению: природные (кристаллические силикаты, апатиты, гуминовые кислоты) и

синтетические (в качестве каркаса используют, алюмосиликаты, ионно-обменные смолы и ВМВ (целлюлоза)).
По составу: неорганические (апатиты,) и органические (гуминовые кислоты, сапропель, целлюлоза).
Гуминовые кислоты
Слайд 55

Ионообменная адсорбция Основой любого ионита является матрица (R), не участвующая в

Ионообменная адсорбция

Основой любого ионита является матрица (R), не участвующая в

ионообменной адсорбции.
На ней закреплены либо ионы (H+, Na+, Cl- и др.) либо ионогенные группы (-SH, -NH2, -COOH и др.). Эти группы участвуют в ионообменной адсорбции.
Слайд 56

Полимерные цепи Обмениваю-щиеся противоионы Фиксирован-ные смолой функциональ-ные группы Поперечные сшивки Ионит

Полимерные цепи

Обмениваю-щиеся противоионы

Фиксирован-ные смолой функциональ-ные группы

Поперечные сшивки

Ионит

Слайд 57

Ионообменная адсорбция Микрофотографии гранул ионитов

Ионообменная адсорбция

Микрофотографии гранул ионитов

Слайд 58

Ионообменная адсорбция Формулы ионитов в общем виде: R – H, R – OH, R – COOH.

Ионообменная адсорбция

Формулы ионитов в общем виде:
R – H, R –

OH, R – COOH.
Слайд 59

Ионообменная адсорбция В зависимости от природы обменивающихся ионов, различают: катиониты; аниониты; амфолиты.

Ионообменная адсорбция

В зависимости от природы обменивающихся ионов, различают:
катиониты;
аниониты;
амфолиты.

Слайд 60

Ионообменная адсорбция + Ca2+ ? Катиониты обмениваются только катионами.

Ионообменная адсорбция

+ Ca2+ ?

Катиониты обмениваются
только катионами.

Слайд 61

Ионообменная адсорбция Н+-форма Солевая форма Катиониты (сапропель, целлюлоза), могут находиться либо

Ионообменная адсорбция

Н+-форма

Солевая форма

Катиониты (сапропель, целлюлоза), могут находиться либо в Н+-форме, т.

е. содержать способные к обмену ионы водорода, либо в солевой форме, имея катионы металла.
Слайд 62

Ионообменная адсорбция + SO42- ? Аниониты (апатиты) обмениваются только анионами. Аниониты

Ионообменная адсорбция

+ SO42- ?

Аниониты (апатиты) обмениваются только анионами.

Аниониты

применяют как
в ОН-форме, так и в солевой форме.
Слайд 63

Ионообменная адсорбция Амфолиты (гуминовые кислоты) обмениваются и катионами и анионами. Ионообменная

Ионообменная адсорбция

Амфолиты (гуминовые кислоты) обмениваются и катионами и анионами.
Ионообменная

адсорбция подчиняется:
закону эквивалентов,
всем 4 правилам электролитной адсорбции,
Принципу Ле Шателье-Брауна, что позволяет регенерировать иониты.
Слайд 64

Использование ионитов в фармации и медицине В санитарно-гигиенической практике иониты используются

Использование ионитов в фармации и медицине

В санитарно-гигиенической практике иониты используются

для очистки воды, выделения и очистки радиоактивных изотопов, являются составной частью безотходных экологически чистых методов производства;
Слайд 65

Использование ионитов в фармации и медицине: для декальцинирования крови с целью ее консервации;

Использование ионитов в фармации и медицине:

для декальцинирования крови с целью ее

консервации;
Слайд 66

Использование ионитов в фармации и медицине для осуществления гемодиализа крови (используется

Использование ионитов в фармации и медицине

для осуществления гемодиализа крови (используется

ионит - алюмогель);
беззондовой диагностики кислотности желудочного сока;

Алюмогель

Слайд 67

Использование ионитов в фармации и медицине детоксикации организма при различных отравлениях.

Использование ионитов в фармации и медицине

детоксикации организма при различных отравлениях.

Аниониты - антацидные средства, катиониты используются для предотвращения ацидоза, предупреждения и лечения отеков, связанных с декомпенсацией сердечной деятельности;

Антацидные
средства

Слайд 68

Использование ионитов в фармации и медицине в фарм. технологии для получения

Использование ионитов в фармации и медицине

в фарм. технологии для получения и

очистки лекарственных и биологически активных (витаминов, ферментов, гормонов) веществ, как катализатор реакций этерификации, гидратации, дегидратации;
для аналитических целей в качестве инструмента извлечения из смесей того или иного компонента.