Презентация - Поверхностные явления. Адсорбция


Поверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. Адсорбция
На весь экран

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Лекция 15 Поверхностные явления. Адсорбция

Слайд 2

Тончайший мономолекулярный слой, расположенный на границе раздела двух фаз, накапливает огромный запас свободной поверхностной энергии (G s ) .

Слайд 3

Поверхностное натяжение, адсорбция, адгезия и другие процессы, протекающие на границе раздела двух фаз, называются поверхностными явлениями.

Слайд 4

Они осуществляются самопроизвольно за счет свободной поверхностной энергии.

Слайд 5

Поверхностные явления играют важную роль в дыхании, пищеварении, экскреции.

Слайд 6

Они протекают in vivo на развитых поверхностях раздела: поверхность кожи – 1,5 м 2 эритроцитов – 3000 м 2 альвеол – 1000 м 2

Слайд 7

План 15.1 Поверхностная энергия и поверхностное натяжение 15.2 Адсорбция и ее виды 15.3 Адсорбция на границе жидкость-газ

Слайд 8

15.1 Энергетическое состояние молекул вещества в межфазном поверхностном слое и в глубине фазы различно.

Слайд 9

Рассмотрим состояние молекул в однокомпонентной двухфазной системе: вода – водяной пар.

Слайд 10

На молекулу воды, находящуюся в глубине фазы, действуют силы межмолекулярного взаимодействия ( f 1 ), причем их равнодействующая равна нулю вследствие симметрии силового поля.

Слайд 11

f 1 пар жидкость f 1 0 Межмолекулярные силы, действующие на молекулу в глубине фазы, скомпенсированы

Слайд 12

Молекула на границе раздела фаз в большей степени испытывает действие межмолекулярных сил со стороны жидкой фазы ( f 1 ), чем со стороны газообразной ( f 2 ). Результирующий вектор силы (f 3 ) направлен внутрь жидкости.

Слайд 13

f 2 f 1 f 3 пар жидкость Межмолекулярные силы, действующие на молекулу, находящуюся на межфазной поверхности, нескомпенсированы.

Слайд 14

Сила f 3 создает внутреннее (межмолекулярное) давление жидкости, которое для воды составляет 14 000 атм/см 2 . Межмолекулярное давление - это причина того, что жидкости практически несжимаемы.

Слайд 15

Вследствие нескомпенсированности сил межмолекулярного взаимодействия, поверхностный слой имеет избыточную свободную энергию (по сравнению с объемом жидкости): G s σ S

Слайд 16

где S – площадь поверхности раздела фаз, м 2 σ – коэффициент пропорциональности, называемый поверхностным натяжением.

Слайд 17

G s Дж Н σ , S м 2 м Поверхностное натяжение – это поверхностная энергия единицы площади поверхности раздела фаз.

Слайд 18

Поверхностное натяжение – важная характеристика жидкостей; оно зависит а) от температуры, б) от полярности среды.

Слайд 19

С увеличением температуры поверхностное натяжение жидкостей уменьшается, т.к. разрывается часть связей межмолекулярного взаимодействия.

Слайд 20

Чем выше полярность жидкости, тем больше ее поверхностное натяжение , т.к. с увеличением полярности возрастают силы межмолекулярного взаимодействия.

Слайд 21

Жидкость ε σ 10 3 н/м H 2 SO 4 (безводная) 101 476 H 2 O 78,5 72,7 C 2 H 5 OH 24,3 22,3 C 6 H 14 1,89 18,4 Поверхностное натяжение жидкостей при 298 К

Слайд 22

Поверхностное натяжение – важная характеристика биологических жидкостей. В норме σ крови равно 45,4 10 -3 н/м.

Слайд 23

Измерение поверхностного натяжения крови - важный диагностический тест.

Слайд 24

Изменения σ сыворотки крови свидетельствует о наличии онкологических заболеваний, анафилактическом шоке и других заболеваниях. Кроме того, поверхностное натяжение уменьшается с возрастом.

Слайд 25

Наиболее принятым методом определения поверхностного натяжения является сталогмометрический метод .

Слайд 26

Согласно второму закону термодинамики G s min. Это стремление реализуется: а) за счет уменьшения площади поверхности (стремление жидкости принять форму шара, слияние капель);

Слайд 27

б) за счет адсорбции , т.к. при адсорбции уменьшается поверхностное натяжение жидкостей.

Слайд 28

15.2. Адсорбцией называется концентрирование какого-либо вещества в поверхностном слое в результате самопроизвольного перехода его из объема фазы.

Слайд 29

Активирован-ный уголь Молекулы газа

Слайд 30

При адсорбции различают два понятия: Адсорбент , Адсорбат .

Слайд 31

Адсорбент – вещество, на поверхности которого идет адсорбция. Адсорбат – вещество, которое концентрируется на поверхности адсорбента.

Слайд 32

Адсорбция (Г) выражается в г/м 2 или моль/м 2 и рассчитывается по формулам: Г ν S m – масса адсорбата, г ν – количество адсорбата, моль S – площадь поверхности адсорбента, м 2 Г m S

Слайд 33

В зависимости от природы сил, действующих между адсорбентом и адсорбатом, различают физическую и химическую адсорбцию.

Слайд 34

Физическая адсорбция обусловлена межмолекулярным взаимодействием ( силы Ван-дер-Ваальса) . Энергия этих взаимодействий невелика и составляет 4-40 к Дж/моль.

Слайд 35

Для физической адсорбции характерны: обратимость : одновременно с адсорбцией протекает десорбция, неспецифичность : она подчиняется правилу «подобное растворяется в подобном», экзотермичность (Δ адс Н О)

Слайд 36

В соответствии с принципом Ле Шателье, протеканию физической адсорбции способствует: понижение температуры, увеличение концентрации адсорбата, повышение давления в системе (при адсорбции газа или пара).

Слайд 37

Химическая адсорбция (хемосорбция) осуществляется при взаимодействии адсорбента с адсорбатом с образованием химической (ковалентной) связи.

Слайд 38

Энергия связи при хемосорбции составляет 40-400 к Дж/моль , что делает ее практически необратимой, специфичной и локализованной.

Слайд 39

Повышение температуры усиливает хемосорбцию, что приводит к большому связыванию адсорбата.

Слайд 40

По характеру межфазной поверхности различают адсорбцию, протекающую на границе раздела: А) жидкость/газ , Б) жидкость/жидкость , В) твердое тело/жидкость , Г) твердое тело/газ

Слайд 41

15.3 При растворении в воде какого-либо вещества может наблюдаться: А) понижение ее поверхностного натяжения. Такие вещества называются поверхностно-активными (ПАВ);

Слайд 42

Б) повышение ее поверхностного натяжения. Такие вещества называются поверхностно-инактивными (ПИВ); к ним относятся неорганические кислоты, основания и соли;

Слайд 43

В) поверхностное натяжение жидкости не изменяется. Такие вещества называются поверхностно-неактивными (ПНВ) . К ним относятся глюкоза, сахароза и другие сахара.

Слайд 44

ПИВ ПНВ ПАВ σ , н/м Концентрация Изотермы поверхностного натяжения

Слайд 45

Поверхностно-активными (ПАВ) называются вещества, уменьшающие поверхностное натяжение жидкостей.

Слайд 46

Их молекулы дифильны и ассиметричны ; они состоят из неполярного гидрофобного радикала и полярной гидрофильной группы:

Слайд 47

Классификация ПАВ ПАВ Электролиты Неэлектролиты (ионогенные) (неионогенные)

Слайд 48

Ионогенные ПАВ делятся на: Катионоактивные : Соли и гидроксиды алкиламмония

Слайд 49

Например, цетилтриметил аммоний бромид , используемый как антисептик CH 3 - (CH 2 ) 15 N (CH 3 ) 3 Br

Слайд 50

2) Аниононоактивные: Соли карбоновых кислот R-COOMe , Соли сульфокислот R-SO 3 Me

Слайд 51

К неионогенным ПАВ относятся: Карбоновые кислоты R-COOH, Сульфокислоты R - SO 3 H, Спирты R - OH, Тиолы R - SH, Амины R – NH 2

Слайд 52

Поверхностно-активными являются многие биоактивные соединения: Жиры, Фосфолипиды Желчные кислоты

Слайд 53

В соответствии с правилом «Подобное стремится к подобному», гидрофобные радикалы направлены в неполярную фазу (воздух), а гидрофильные группы – в полярную (вода). В результате ПАВы концентрируются на границе раздела двух фаз.

Слайд 54

Насыщен-ный слой Ненасыщен-ный слой «частокол Ленгмюра» Адсорбция ПАВ на границе жидкость-газ

Слайд 55

Поскольку молекулы ПАВ менее полярны, чем молекулы воды, силы поверхностного натяжения в поверхностном слое уменьшаются .

Слайд 56

С (ПАВ) Г моль м 2 Изотерма адсорбции ПАВ Г max Г max – максимальная адсорбция , соответствующая насыщенному монослою

Слайд 57

Зная Г max можно рассчитать а) длину молекулы ПАВ ( ℓ) ℓ Г max M ρ ρ – плотность ПАВ, М- молярная масса ПАВ

Слайд 58

б) площадь, занимаемую молекулой ПАВ на границе раздела фаз (s): s 1 Г max N A где N A – число Авогадро

Слайд 59

Важнейшей характеристикой ПАВ является их поверхностная активность (g ): g Δσ Δ C где Δσ – уменьшение поверхностного натяжения жидкости при увеличении концентрации ПАВ на Δ С

Слайд 60

Правило Дюкло-Траубе (1888): с увеличением длины гидрофобного радикала на группу - CH 2 - поверхностная активность ПАВ возрастает в 3-3,5 раза при одинаковой молярной концентрации.

Слайд 61

Правило выполняется для членов одного гомологического ряда: спиртов, аминов, карбоновых кислот и т.д.

Слайд 62

С n С n 1 С n 2 C ПАВ σ , Н м Семейство изотерм поверхностного натяжения гомологов

Слайд 63

Семейство изотерм адсорбции гомологов С ПАВ Г моль м 2 С n 2 С n 1 С n

Слайд 64

Зависимость адсорбции ПАВ от их концентрации в растворе описывается уравнением Гиббса (1878): Г d σ d с C ПАВ RT

Слайд 65

Влияние концентрации ПАВ на поверхностное натяжение растворов описывается уравнением Шишковского (1909): σ σ о – а ln (1 b c ПАВ ) где a и b – параметры уравнения (табл . ), σ – поверхностное натяжение раствора, σ о -поверхностное натяжение растворителя

Слайд 66

Для расчета адсорбции ПАВ используется объединенное уравнение Гиббса-Шишковского: Г a RT b c 1 b c

Слайд 67

Применение ПАВ Как моющие средства: молекулы ПАВ адсорбируются на поверхности жирного пятна, образуя гидрофильную систему, хорошо растворимую в воде.

Слайд 68

Жир

Слайд 69

2) Как антисептики в хирургии: антимикробная активность ионогенных ПАВ значительно выше (до 300 раз) активности традиционно используемого фенола.

Слайд 70

Обеззараживающее действие ПАВ объясняют их влиянием на проницаемость клеточных мембран микроорганизмов, а также ингибирующим действием на ферментативные системы бактерий.

Слайд 71

3) Для производства липосом Липосома (греч. «липос» - жир, «сома» - тело) – это надмолекулярная структура, состоящая из бислоя фосфолипидов и находящегося между ними раствора.

Слайд 72

Слайд 73

Липосомы применяются для направленной доставки лекарственного препарата к пораженным органам и тканям .

Слайд 74

Липосомы могут переносить широкий круг фармакологически активных веществ: противоопухолевые и противомикробные препараты, гормоны, ферменты, вакцины, а также дополнительные источники энергии для клетки и генетический материал.

Слайд 75

При этом препарат не отравляет здоровые ткани человека.

Слайд 76

Как носители лекарств, наиболее широкое применение липосомы получили в онкологии и пульмонологии (лечение туберкулеза), т.е. в тех областях медицины, в которых используются наиболее токсичные лекарственные вещества.

Слайд 77

Благодарим за внимание!!!