Измерительный стеклянный электрод

Стекло шарика изготовлено из ион-се­лективного стекла (литий – барий – силикат­ное стекло). Это стекло чувствительно к ио­нам H⁺ (концентрация H⁺ внутреннего рас­твора постоянна). Между внутренней и на­ружной поверхностью возникает мембран­ный потенциал, величина которого зависит от концентрации H⁺, то есть от величины pH наружного раствора. Обычно шкала потен­циометра сразу откалибрована в единицах pH.

Перед измерением pH растворов с помощью стеклянных электродов прибор калибруют с помощью буферных растворов с точным значение pH.

3) Для измерения концентрации других ионов используют ион-селективные электроды, мембрана которых чувствительны только к данному виду ионов.

Рис.6.6 Ионселективный электрод

Приборы, которые используют для измерения концентраций других ионов, называют иономерами.

Метод потенциометрии используют:

а) для определения pH растворов;

б) для определения концентрации ионов;

в) для потенциометрического титрования – определения точки эквивалентности в титриметрическом анализе.

Потенциометрическое титрование.

Это титриметрический метод анализа, в котором точка эквивалентности определяется с помощью прибора по изменению величины рН в ходе титрования анализируемого раствора.

Потенциометрическое титрование осуществляют следующим образом:

Определённый объём анализируемого раствора наливают в стаканчик, опускают в раствор электроды и добавляют из бюретки титрант определёнными порциями, например по 0,2 мл. После каждого добавления и перемешивания раствора измеряют и записывают величину ЭДС или рН. Затем строят кривые потенциометрического титрования.

Рис.6.7. Определение точки эквивалентности при потенциометрическом титровании.

Достоинства и возможности потенциометрического титрования.

– Метод позволяет определять содержание сильной и слабой кислот в их смеси (два скачка титрования);

– Позволяют определять константу кислотности (Ка);

– Проводить анализ окрашенных и мутных растворов;

- автоматизировать аналитические определения.

Заключение

После ознакомления со свойствами коллоидных систем, становятся более понятными механизмы явлений, которые осуществляются в коллоидных сис­темах живого организма.

С адсорбции начинаются любые процессы на многочисленных поверхно­стях раздела фаз в организме: мембранах, нервных и мышечных волокнах, стенках сосудов, кишечника и т.д.

1. Мембранное пищеварение на поверхности слизистой оболочки кишеч­ника, в результате которого происходит гидролитическое расщепление бел­ков, жиров и углеводов, начинается с адсорбции. Слизистая оболочка кишеч­ника имеет многочисленные складки, ворсинки и микроворсинки, увеличи­вающие поверхность примерно в 500 раз. На поверхности микроворсинок ад­сорбируются пищеварительные ферменты и пищеварительные субстраты, только потом происходит процесс пищеварения

2. Детоксикация в организме токсичных продуктов пищеварения расти­тельными волокнами (клетчаткой) основан на явлении адсорбции. Как из­вестно, клетчатка (целлюлоза) не усваивается организмом человека из-за от­сутствия соответствующих ферментов. Но она является незаменимым компо­нентом пищи, т.к. адсорбирует токсичные продукты пищеварения, продукты гниения в толстом кишечнике и выводит их из организма.

3. Адсорбция является первоначальным этапом фагоцитоза – обезврежива­ния бактерий путем переноса их в клетку макрофага.

4. В основе взаимодействия ферментов с субстратами в ходе биохимиче­ских реакций лежит процесс хемосорбции.

5. Иммунное взаимодействие антигенов с соответствующими антителами с образованием комплекса «АГ – АТ» также является процессом хемосорбции.

6. Действие некоторых гормонов также осуществляется через стадию ад­сорбции. Например, некоторые гормоны (адреналин, пептидные) не прони­кают в клетку, однако активируют ферменты-протеинкиназы, находящиеся внутри клетки. Молекула гормона хемосорбируется на специфическом рецеп­торе с наружной стороны мембраны, вызывая конформационную перестройку ферментного белка мембраны - аденилатциклазы, который из неактивной формы переходит в активную. В результате этого с внутренней стороны мем­браны начинается синтез циклонуклеотида – ц-АМФ из АТФ, а образовав­шийся ц-АМФ активирует протеинкиназы.

7. Некоторые белки плазмы крови, обладающие дифильной структурой, являются поверхностно-активными веществами (ПАВ) и обеспечивают посто­янное поверхностное натяжение плазмы - около 46·10^-3 Дж/м². Изменение по­верхностного натяжения плазмы может вызвать патологическое состояние. Например, при анафилактическом шоке поверхностное натяжение плазмы резко снижается, что приводит к нарушению процесса свертывания крови и проницаемости сосудов.

8. При адсорбции ПАВ на поверхности некоторых клеток может нару­шаться и подавляться их жизнедеятельность. На этом основано использова­ние ПАВ в качестве дезинфицирующих средств – детергентов. Наибольшее применение для обработки операционного поля и рук медперсонала находят катионные детергенты (соли четвертичных аминов) – церигель, дегмицид, хлоргексидин, роккал. Своею головкой – катионом они легко адсорбируются на отрицательно заряженной поверхности микроогранизмов и лишают их жизнедеятельности.

Обычное мыло (стеарат натрия) является ани­онным ПАВ. Поэтому после мытья рук мылом их следует тщательно ополоснуть водой перед обработкой катионным ПАВ во избежание нейтра­лизации его заряда.

Роккал

Коллоидные и микрогетерогенные системы широко представлены в живых организмах. Такой сложной системой является кровь. Её очистка от низкомолекулярных продуктов метаболизма происходит в почечных нефронах по принципу ультрафильтрации с градиентом давления около 2,5 кПа.

1. При заболеваниях почек и острых отравлениях для детоксикации орга­низма используется аппарат «искусственная почка», работающий по принципу диализа. Кровь больного пропускают через систему мембран, изготовленных из синтетического полисульфонового волокна, а в качестве «чистого» раство­рителя используют изотонический раствор NaCl. Очищенная кровь поступает обратно в организм.

2. При острых отравлениях используют также перитониальный диализ. При этой процедуре в брюшную полость вводится около 2л теплого гиперто­нического раствора. Роль естественной полупроницаемой мембраны играет брюшина с площадью поверхности около 2м². Через 20 – 30 минут экспозиции диализный раствор вместе с перешедшими в него примесями удаляют.

4. Коагуляция лежит в основе сложного ферментативного процесса свер­тывания крови, благодаря которому уменьшаются кровопотери при поврежде­ниях тканей. С другой стороны, свёртывание приводит к образованию тром­бов в кровеносных сосудах. Удивительно, но природа предусмотрела одно­временное присутствие в крови и антикоагулянта – гепарина.

5. Возможность коагуляции биологических коллоидных систем следует учитывать при инъекции лекарств-электролитов в кровь или мышечную ткань. Электролит следует вводить медленно, чтобы он успевал уноситься с током крови, благодаря чему не достигается пороговая концентрация и не наступает коагуляция.

6. При нарушении коллоидной защиты (белки крови) может происходить коагуляция коллоидных растворов фосфата кальция и холестерина в крови, приводящая к отложению их на внутренней поверхности кровеносных сосу­дов.

Ответы к тестовым заданиям

Адсорбция

1) 2 8) 2 15) 3

2) 2 9) 3 16) 3

3) 2 10) 2 17) 2

4) 2 11) 2 18) 2

5) 2 12) 1 19) 1,4

6) 3 13) 2 20) 4,5

7) 3 14) 2 21) 1

Коллоидные системы

1) 4 5)6 10) 2

2) А 1,2 6) 4 11) 1,6

Б 3,4 7) 1,4 12) 2

3) 5 8) 4 13) 4

4) 2 9) 4

Растворы коллоидных ПАВ

1) А2, Б4 4) Б 7) 3

В 5 5) 2 8) 1

2) 3 6) 4 9) 2

3) 1

Микрогетерогенные системы

1) 4 9) 3 18) 1

2) 3 10) 3 19) 2

3) 3 11) 2 20) 3

4) 4 12) 1 21) 1

5) 2 13) 1 22) 4

6) 3 14) 3 23) 3

7) 2 15) 1 24) 3

8) А 1,2,3 16) 3 25) 2

Б 4 17) 2 26) 2

Растворы высокомолекулярных соединений

1) 2 10) А 6 16) А 3

2) 3 Б 1 Б 2

3) 1 11) 3 17) 3

4) 2 12) 2 18) 6

5) 2 13) 2 19) 2

6) 2 14) 2,4 20) 3

7) 3 15) А3 21) 3

8) 1 Б 5

9) 3

Список литературы.

1. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. Под ред. Ю. А. Ершова. – М. Высш. школа, 2005.

2. Слесарев В. И. Химия. Основы химии живого. – С. – Пб. Химиздат, 2000.

3. Зимон А. Д. Коллоидная химия. – М., «Агар», 2001.

4. Пузаков С.А., Попков В.А., Филлипов А.А. Сборник задач и упражнений по общей химии. М.; Высшая школа, 2004.

Приложение.

Основные понятия.

Табл.1.

Адсорбция

Самопроизвольный процесс накопления веществ на поверхности раздела фаз.

Сущность:

Уменьшение избыточной поверхностной энергии за счет уменьшения поверхностного натяжения.

Причина (движущая

Физическая.

Химическая.

сила адсорбции):

Слабые силы Вандер-Вальса.

Прочные ковалентные ионные.

Виды адсорбции по

характеру

связей

адсорбат-адсорбент:

Природа адсорбента.

Площадь поверхно- сти.

Темпера- тура

Концен- трация адсорбата.

Природа адсорбата.

Влияющие

Подвижные.

Неподвижные.

факторы:

Типы

поверхностей

Г/Т

Г/Ж

Ж/Ж

Ж/Т

раздела:

Изотермы

адсорбции

Г=f(C)

Табл.2. Адсорбция растворенных веществ на поверхности газ - жидкость.

ПИВ поверхностно- инактивные

ПНВ поверхностно- неактивные

ПАВ поверхностно- активные

Типы растворен-

Ных

веществ:

∆ >0

∆ =0

∆ <0

Их влияние на

раст-ля

Электролиты К+An-

Неэлектролиты

Вещества с дифильной структурой молекул.

Природа

веществ:

ПИВ рас-ля ПНВ ПАВ С

Изотерма

Поверхностного

натяжения:

Уравнение

изотермы

Гиббса:

∆ <0, Г › 0

∆ >0 , Г ‹ 0

Его анализ:

Отрицательная адсорбция.

Положительная адсорбция.

Вид

адсорбции:

Самопроизвольно уходят в глубь жидкости.

Самопроизвольно накапливаются на поверхности из раствора.

Поведение

Веществ в

растворе:

Н   П

П   Н

Частокол Ленгмюра

Г Г СПАВ

ПАВ в жидкостях

разной полярности:

Изотерма

адсорбции ПАВ:

Табл. 3 Адсорбция газа на твёрдом адсорбенте.

неполярные	полярные
активированный уголь; сажа; тальк; полиэтилен.	силикагель; оксид алюминия; алюмосиликаты; цеолиты; целлюлоза (вата).

Адсорбенты:

Теория механизма

Мономолекулярная теория Лэнгмюра

адсорбции:

Образуется мономолекулярный слой - предельная адсорбция ( Г∞).

Молекулы адсорбата не взаимодейст-вуют друг с другом.

На одном центре адсорбируе-тся одна молекула газа.

Адсорбция идет на активных центрах адсорбента.

Адсорбция обратимая: адсорбция десорбция.

Полож-ения

теории:

Уравнение

Ленгмюра

(описывает

участки 1,3):

Г Г∞ 1 2 3 С

Изотерма

Ленгмюра:

Уравнение

Фрейндлиха

(описывает

участок 2)

Табл.4. Молекулярная адсорбция неэлектролитов из раствора на твёрдом адсорбенте.

Растворитель + неэлектролит Адсорбент

Состав системы:

На данном адсорбенте молекулы неэлектролита адсорбируются тем лучше, чем хуже на нём адсорбируется растворитель (хуже смачивает его).

Правило

Ребиндера:

«Подобное взаимодействует с подобным.»

Принцип

смачивания:

Несмачивание. П Н Н П

Смачивание.   П Н П Н

Полярности

адсорбента и

растворителя:

Н/Э

Схема адсорбции

неэлектролита:

Расчетное уравнение:

Табл.5. Избирательная ионная адсорбция.

Адсорбция одного вида ионов из раствора.

Сущность:

Правила Панета-Фаянса.

Её закономерности:

На заряженной поверхности адсорбируются ионы противоположного знака.

Адсорбируется ион, входящий в состав адсорбента, способный достраивать его кристаллическую решетку.

1 и 2 правила:

K+ Cl- Cl- AgCl

R-H + H+

Табл.6. Ионообменная адсорбция.

Обмен одноименными ионами из раствора и ионами ионогенных групп на поверхности адсорбента.

Сущность:

Катиониты.

Аниониты.

Адсорбенты-

иониты:

-СОО-Na+ -СОО-Na+ + Н+Сl- -СОО-Na+ Na+Cl- -СОО- Н+ -СОО- Н+ -СОО- Н+

Пример ионного

обмена:

Табл.7. Коллоидные системы

Коллоидные системы.

Гетерогенность.

Высокая дисперсность.

Основные

признаки:

Дисперсная фаза, размер частиц 10-9-10-7м.

Стабилизатор.

Коллоидный размер частиц ДФ 10-9-10-7м.

Плохая растворимость ДФ в среде.

Дисперсион-ная среда.

Состав:

Присутствие стабилиза-тора.

Высокое разбавление.

Условия

Диспергационные.

Конденсационные.

Образован.

Методы

получения:

Механическое дробление.

Физические.

Химические.

Замена растворителя.

Конденсация пара.

Ультразвуковой.

Фильтрация.

Диализ.

Ультрафильт-рации.

Электро-диализ.

Примеры:

Электрический.

Пептизация.

Методы очистки

Табл.8. Микрогетерогенные системы.

Микрогетерогенные и грубодисперсные системы.

Размер частиц ДФ 10-7-10-4м.

Термодинами-чески неустойчивы.

Рассеивают свет.

Получают диспергиро-ванием и конденсацией.

Общая

характеристика:

Порошки.

Суспензии.

Эмульсии.

Пены.

Аэрозоли.

Классифи-

кация:

Т

Ж

Г

Г

Ж

Ж

Агрегатное

состояние ДС:

	Г

ДФ

Т

Т

Ж

Т

Ж

:

Молоко, нефть

Пенный огнетушитель

Суспензии, мази, пасты.

Туман.

Примеры:

Стабилизатор.

Заряд.

Факторы

устойчивости:

ПАВ

ВМС

Порошки.

Типы стабилизаторов: