Итоговая №3 по ФХО

Итоговая №3 по ФХО

Скачать файл: fho3.docx [50,8 Kb] (cкачиваний: 1087)
Посмотреть онлайн файл: fho3.docx

1 Вопрос) Поверхностные явления происходят на границах раздела фаз и обусловлены особенностями состава и структуры поверхностей.

Абсорбция – самопроизвольный процесс поглощения веществ, при котором поглощаемые вещества (абсорбтивы) за счет диффузии распространяются по всему объему вещества – поглотителя (абсорбента).

Абсорбируемость газа жидкостью зависит от:

-Природы газа;

-Давления газа;

-Температуры;

-Присутствия электролитов.

 

Влияние природы газа:

Чем легче газ сжижается, тем сильнее он поглощается.

Влияние давления газа:

Абсорбция газов в жидкости подчиняется закону Генри:

При постоянной температуре абсорбция газа в единице объема жидкости прямо пропорциональна парциальному давлению этого газа в газовой смеси над жидкостью.

Математическое выражение закона:

с(Х) = k×р(Х)

Влияние температуры:

С увеличением температуры, растворимость (абсорбция) газов уменьшается.

Влияние электролитов: Абсорбция газов в растворах электролитов подчиняется закону Сеченова:

Растворимость газов в жидкостях в присутствии электролитов понижается вследствие высаливания газов.

Математическое выражение закона:

 ,

 

Абсорбция происходит при газовом обмене в легких, при процессах питания живых клеток.

2 Вопрос) Адсорбция на неподвижной поверхности раздела фаз:

- Адсорбция газов и паров на твердых адсорбентах

- Адсорбция из растворов

- Адсорбция ионов из растворов

- Ионообменная адсорбция

Твердые адсорбенты имеют поры различного размера.

адсорбенты

пример

непористые

сахар, рис, пшено, гречка, некоторые сорта растворимого кофе

макропористые

мука, хлеб, сухари, макароны, пастила, зефир

мезопористые

минеральные адсорбенты

микропористые

активированный уголь

Теория Ленгмюра, основные положения которой следующие:

- адсорбция молекул происходит не на всей поверхности адсорбента, а только на адсорбционных (активных) центрах, где имеются участки с нескомпенсированными силовыми полями;

- каждый адсорбционный центр может удерживать только одну молекулу адсорбтива, при этом адсорбированные молекулы не взаимодействуют со свободными молекулами, что и приводит к образованию мономолекулярного слоя поглощаемого вещества;

- процесс адсорбции носит динамический характер, т.к. адсорбиро- ванные молекулы удерживаются адсорбционными центрами толь- ко в течение определенного промежутка времени, после чего про- исходит десорбция этих молекул и адсорбция того же числа новых молекул.

Исходя из этих положений, Ленгмюр предложил уравнение адсорбции:

Г = Г¥ ,

где Г¥  – величина предельной адсорбции; с – равновесная концентрация адсорбтива в системе, a - константа адсорбционного равновесия.

 

3 Вопрос) Адсорбция газов и паров на твердых адсорбентах (г/тв, ж/тв) является чисто поверхностным процессом, который заключается во взаимодействии молекул адсорбата (адсорбтива) с поверхностью адсорбента за счет сил Ван-дер-Ваальса и водородных связей. Количество поглощенного газа или пара твердым адсорбентом в результате адсорбции зависит от следующих факторов:

- природы и площади поверхности адсорбента;

- природы поглощаемого газа или пара;

- концентрации адсорбтива (газа или пара);

- температуры.

 

Адсорбция газов и паров на твердых адсорбентах зависит прежде всего от свободной поверхностной энергии, которая имеет большую величину для адсорбентов с аморфной структурой (активированный уголь) на выступах, впадинах и в капиллярах, а для кристаллических (оксиды кремния, алюминия) - на ребрах, углах и в трещинах кристаллов. Поэтому адсорбент тем эффективней, чем мельче измельчен и чем выше его пористость.

Адсорбируемость газа или пара определяется его сродством к поверхности адсорбента. Полярные вещества лучше адсорбируются на полярных адсорбентах, а неполярные – на неполярных адсорбентах. При этом, чем больше адсорбтив склонен к межмолекулярным взаимодействиям, тем лучше он адсорбируется.

4 Вопрос) Адсорбция из растворов, главное отличие от адсАЎ¦ҐАЎ¦ҐPўҐ }ўҐ(ў¦ҐаЎ¦Ґ@аЎ¦Ґроваться на поверхности твердого адсорбента.

Влияние концентрации растворенного вещества на процесс его адсорбции из раствора при постоянной температуре можно описать, используя уравнения Ленгмюра или Фрейндлиха.

Адсорбция растворенных веществ твердыми адсорбентами подчиняется общему правилу:

Чем хуже данный растворитель смачивает поверхность адсорбента и хуже растворяет вещество, тем лучше будет происходить адсорбция растворенного вещества.

Влияние природы поглощаемого вещества определяется несколькими правилами: Во-первых, правилом - подобное взаимодействует с подобным, которое указывает на необходимость сродства между адсорбируемым веществом и адсорбентом.

правилом Н.А. Шилова: Чем больше растворимость вещества в данном растворителе, тем хуже оно адсорбируется на поверхности твердого адсорбента.

Это происходит из-за конкурентного характера молекулярной адсорбции из раствора, где концентрация растворителя всегда значительно больше, чем вещества в растворе. Поэтому из лиофильной системы, прежде всего, будет адсорбироваться растворитель, а не вещество.

Используется при лечении желудочно-кишечных отравлений, интоксикаций, вздутий.

5 Вопрос) Адсорбция ионов из растворов.

В зависимости от природы адсорбента процессы адсорбции ионов электролитов подразделяются на ионную адсорбцию и ионообменную адсорбцию.

 Ионная адсорбция заключается в адсорбции ионов из растворов электролитов на поверхности твердых веществ, кристаллическая решетка которых состоит из ионов или полярных молекул, т.е. на полярных адсорбентах.

Ионная адсорбция имеет ряд характерных особенностей:

  1. В результате ионной адсорбции на поверхности адсорбента за счет адсорбции потенциалопределяющих ионов возникает определенный заряд, который притягивает из раствора противоположно заряженные ионы - противоионы, в результате на границе раздела фаз возникает двойной электрический слой.
  2. Скорость ионной адсорбции меньше скорости молекулярной ад- сорбции.
  3. Ионная адсорбция не всегда обратима.
  4. Наблюдается неравенство адсорбции катионов и анионов, что зави- сит от природы адсорбента и природы иона (заряд, радиус, степень гидратации).
  5. Если в растворе электролита имеются такие же ионы как и в составе твердого адсорбента, то ионная адсорбция принимает строго избирательный характер, описываемый правилом Панета-Фаянса- Пескова:

На поверхности кристалла преимущественно будут адсорбироваться те ионы, которые входят в состав кристаллической решетки адсорбента или изоморфны (сходны) им по строению.

Ионообменная адсорбция

Ионообменная адсорбция протекает только на тех адсорбентах, которые способны диссоциировать с поверхности, посылая в раствор катионы или анионы и образуя двойной электрический слой без участия ионов растворенного электролита.

Особенности ионообменной адсорбции:

  1. Специфичность, т.е. данный адсорбент способен к обмену только определенных ионов;
  2. Может быть необратимой;
  3. Протекает более медленнее, чем молекулярная;
  4. Может изменяться рН среды при обмене ионов Н+ или ОН–.

6 Вопрос) Хроматография – физико-химический метод разделения и анализа смесей веществ, основанный на повторяющихся процессах сорбции и десорбции разделяемых веществ между подвижной и неподвижной фазами.

Сущность хроматографии заключается в том, что через слой адсорбента, являющегося неподвижной фазой, пропускают поток элюента – жидкость или газ (подвижная фаза), содержащего разделяемую смесь. Так как различные вещества на одном и том же адсорбенте адсорбируется в разной степени, то при адсорбционном равновесии они разное время будут находиться на поверхности адсорбента. Вещество, имеющее большее сродство к адсорбенту, будет адсорбироваться первым, и будет дольше удерживаться на поверхности адсорбента. Вещество, имеющее слабое сродство к адсорбенту, будет адсорбироваться последним и слабо удерживаться на его поверхности. В результате этого смесь разделяется на зоны, каждая из которых преимущественно содержит чистое вещество.

С помощью хроматографии определяют аминокислоты, ферменты, гормоны, клетки, липиды, нуклеиновые кислоты, токсины, рецепторы.

7 Вопрос) (Не совсем понял вторую часть вопроса) В зависимости от агрегатного состояния подвижной фазы различают:

  • Газовая хроматография
  • Жидкостная хроматография

В газовой хроматографии подвижной фазой является газ, а неподвижной - твердое тело или жидкость. В соответствии с этим газовую хроматографию делят на газо-адсорбционную с твердым адсорбентом и газо-жидкостную. Жидкостную хроматографию делят на жидкостно-адсорбционную (неподвижная фаза-твердый адсорбент) и жидкостно-жидкостную. Жидкостная неподвижная фаза в газо-жидкостной и жидкостно-жидкостной хроматографии может быть образована путем закрепления жидкости в порах твердого инертного носителя.

8 Вопрос) По механизму процесса разделения различают следующие виды хроматографии: адсорбционная, распределительная, ионнообменная, молекулярноситовая (гель-хроматография), хемосорбционная.

Адсорбционная хроматография — вид хроматографии, при которой разделение веществ, входящих в смесь и движущихся в потоке подвижной фазы, происходит за счёт их различной способности адсорбироваться и десорбироваться на поверхности адсорбента с развитой поверхностью, например, силикагеля. Процесс взаимодействия может сопровождаться химическим взаимодействием примесей с неподвижной фазой, то есть хемосорбцией. Адсорбционная хроматография основана на различии в адсорбционных свойствах разделяемых веществ. Компоненты, не адсорбирующиеся стационарной фазой, будут во время анализа находиться только в подвижной фазе, скорость их перемещения вдоль стационарной фазы будет максимально возможной. Наоборот, хорошо адсорбирующиеся компоненты будут медленно передвигаться вдоль стационарной фазы.

Распределительная хроматография — хроматографический метод, при котором неподвижная (стационарная) фаза химически связана с поверхностью неподвижного носителя. Подвижной фазой является жидкость, которая служит растворителем, или газ (газовая хроматография). Разделение происходит за счёт различия полярности разделяемых веществ. Основана на различиях в коэффициентах распределений, представляющих собой отношение концентрации вещества в неподвижной фазе – жидкости – к концентрации вещества в подвижной фазе – газе или жмдкости.

С помощью хроматографии определяют аминокислоты, ферменты, гормоны, клетки, липиды, нуклеиновые кислоты, токсины, рецепторы.

9 Вопрос) По механизму процесса разделения различают следующие виды хроматографии: адсорбционная, распределительная, ионнообменная, молекулярно-ситовая (гель-хроматография), хемосорбционная.

Ионообменная хроматография основана на различной способности разделяемых ионов к ионному обмену с фиксированными ионами сорбента, образующимися в результате диссоциации ионогенных групп сорбента.

Молекулярно-ситовая (гель-хроматография) (ситовая хромато-графия). В отличие от распределительной хроматографии в гель-хроматографии подвижной и неподвижной фазами служит одна и та же жидкость-растворитель. Та часть жидкости, которая протекает вдоль слоя твердого носителя - з?рен геля, выполняет функцию подвижной фазы и переносит компоненты смеси вдоль колонки. Другая часть этой же жидкости проникает в поры з?рен геля и выполняет функцию неподвижной фазы.

Разделение смеси веществ в гель-хроматографии происходит, если размеры молекул этих веществ различны. При фильтровании раствора смеси веществ более мелкие молекулы, проникая в поры геля, задерживаются в растворителе, содержащемся в порах, и движутся вдоль слоя геля медленнее, чем крупные молекулы, не способные проникать в поры.

 

10 Вопрос) По технике выполнения различают:

  • Колоночную хроматографию
  • Плоскостную хроматографию

Плоскостная в свою очередь включает бумажную и тонкослойную хроматографию. Наиболее широко используется колоночная хроматография, в процессе которой разделение веществ происходит в узкой и длинной хроматографической колонке, заполненной адсорбентом. В бумажной хроматографии в качестве адсорбента используют специальную однородную бумагу, а в тонкослойной хроматографии применяют тонкие слои адсорбентов, нанесенные на пластинки из инертных материалов.

Бумажная хроматография основана на различии в скорости перемещения компонентов анализируемой смеси по бумаге в потоке растворителя. В бумажной хроматографии используют специальную бумагу, которая содержит только целлюлозные волокна.

Тонкослойная хроматография (ТСХ) основана на различии в скорости перемещения компонентов анализируемой смеси вдоль тонкого слоя сорбента в потоке растворителя.

 

11 Вопрос)  К оптическим методам анализа относят физико-химические методы, основанные на взаимодействии электромагнитного излучения с веществом. Это взаимодействие приводит к различным энергетическим переходам, которые регистрируются экспериментально в виде поглощения излучения, отражения и рассеяния электромагнитного излучения.  Оптические методы включают в себя большую группу спектральных методов анализа.

Фотометрический анализ относится к абсорбционным методам, т.е. основан на измерении поглощения света веществом.  Он включает спектрофотометрию, фотоколориметрию и визуальную фотометрию, которую обычно называют колориметрией.

Каждое вещество поглощает излучение с определенными (характерные только для него) длинами волн, т.е. длина волны поглощаемого излучения индивидуальна для каждого вещества, и на этом основан качественный анализ по светопоглошению.

 

12 Вопрос) Растворы электроли?тов — растворы или расплавы веществ, которые проводят электрический ток вследствие диссоциации на ионы, или движения ионов в кристаллических решётках твёрдых электролитов.

Электролитическая подвижность ионов (u) – это средняя скорость направленного движения ионов в растворе при напряженности электрического поля 1 В/м.

Величина электролитической подвижности ионов в растворах зависит от:

Природы иона: чем меньше истинный радиус иона, тем больше его эффективный радиус в растворе электролита, тем ниже подвижность. Степень гидратации будет тем больше, чем больше плотность заряда на поверхности иона электролита. Скорость движения многозарядных ионов мало отличается от скорости движения однозарядных, что обу- словлено большей степенью гидратации многозарядных вследствие большей плотности заряда на их поверхности.

Природы растворителя:

а) чем больше его полярность, тем больше степень гидратации, тем меньше электролитическая подвижность; б) чем больше вязкость среды, тем больше сопротивление движению иона, тем меньше подвижность.

Ионной силы раствора: чем больше ионная сила раствора, тем сильнее межионное взаимодействие, тем меньше подвижность.

Температуры раствора: с увеличением температуры уменьшается вяз- кость среды и степень сольватации (гидратации) в связи с чем увеличивается электролитическая подвижность.

Концентрации ионов. При повышении концентрации электролита увеличивается ионная сила раствора, и скорость движения ионов уменьшается за счет возрастающих межионных взаимодействий.

 

13 Вопрос) Удельная электрическая проводимость (каппа) – количество электричества, переносимое ионами, содержащимися в растворе, через поперечное сечение раствора площадью 1 м2, при напряженности однородного электрического поля 1 В,м за 1 с.

Удельная электрическая проводимость зависит от природы электро- лита, его концентрации (разведения), скорости движения ионов и температуры.

Чем выше заряд иона, тем большее количество электричества пере- носит данный ион соответствующему электроду.

Удельная электрическая проводимость имеет наибольшее значение в растворах сильных электролитов.

 

Вопрос 14) Молярная электрическая проводимость ( Лс) – это электрическая   проводимость 1 моль электролита, находящегося в растворе между параллельными электродами с расстоянием между ними 1 м при напряженности электрического поля 1 В/м.

Молярная электрическая проводимость при разбавлении может только возрастать, так как при постоянном количестве растворенного вещества у слабых электролитов увеличивается общее число ионов за счет возрастания степени диссоциации (закон Оствальда), а у сильных электролитов за счет уменьшения межионного взаимодействия. При бесконечном разведении молярная электрическая проводимость перестает зависеть от концентрации и достигает максимального значения, называемого предельной молярной электрической проводимостью (Ло).

Вопрос 15) Предельная молярная электрическая проводимость ионов ( о) – молярная электрическая проводимость электролита в бесконечном разбавленном растворе.

Бесконечное разведение – это такое разведение, при котором у сильных электролитов межионное взаимодействие практически отсутствует, а у слабых – степень диссоциации достигает своего максимального значения для данного электролита, однако, у слабых электролитов степень диссоциации не достигает единицы.  Молярная электрическая проводимость при данном разведении ( Лс) всегда меньше Ло. Отношение этих величин характеризует: а) для сильных электролитов - коэффициент электрической проводимости:

б) для слабых электролитов – степень диссоциации:

Закон независимого движения ионов Кольрауша. При бесконечном разведении межионные взаимодействия в растворе практически отсутствуют, поэтому ионы переносят электричество независимо друг от друга пропорционально заряду, подвижности и концентрации ионов.

Предельная молярная электрическая проводимость ионов – количество электричества, переносимое 1 моль ионов данного вида в бесконечно разбавленном растворе за 1 секунду через поперечное сечение раствора площадью 1 м2 при напряженности однородного электрического поля 1 В/м. 

Предельная молярная электрическая проводимость данного электролита равна сумме предельных молярных проводимостей ионов, входящих в его состав.

Вопрос 16)  Кондуктометрия – это физико-химический метод анализа, основанный на измерении электрической проводимости жидких сред. 

Различают прямую кондуктометрию и кондуктометрическое титрование (косвенная кондуктометрия). Прямая кондуктометрия основана на том, что в области разбавленных и умеренно концентрированных растворов электрическая проводимость растет с увеличением концентрации электролита. Кондуктометрическое измерение содержания электролитов проводится с помощью калибровочного графика зависимости электрической проводимости раствора от концентрации тех или иных электролитов. В связи с относительно близкими значениями подвижностей ионов кондуктометрические измерения позволяют получить информацию, главным образом, только об общей концентрации ионов в растворе. Преимущества – быстрота проведения анализа и возможность автоматизации. Прямая кондуктометрия применяется для определения:

– суммарного содержания электролитов в различных биологических средах;

– основности органических кислот;

– растворимости и константы растворимости малорастворимых соединений;

– кислотности различных растворов, в том числе биологических жидкостей;

– минерализации почв и грунта.

АЎ¦ҐАЎ¦ҐPўҐ }ўҐ(ў¦ҐаЎ¦Ґ@аЎ¦Ґля перегонки или деминерализации воды снабжаются кондуктометрическими датчиками (кондуктометрами). 

Кондуктометрическое титрование – титриметрический метод анализа, в котором точка эквивалентности определяется по изменению электрической проводимости раствора электролита в процессе титрования. 

Преимуществом кондуктометрического титрования является:

 – возможность использовать реакции, при которых вещества реагируют не в стехиометрических отношениях. Однако обязательным условием при этом является постоянство состава образующихся продуктов реакции;

 – использование окрашенных и мутных растворов. В кондуктометрическом титровании используются химические реакции, в ходе которых достаточно заметно изменяется электрическая проводимость раствора или резкое изменение электрической проводимости после точки эквивалентности.

К таковым относятся реакции: кислотно-основного взаимодействия (нейтрализации); комплексообразования, осаждения, окислительно- восстановительные. Наибольшее распространение получили методы кондуктометрического титрования, основанные на использовании кислотно-основных ре- акций. Зависимость между электрической проводимостью титруемого раствора и добавленным объемом титранта отражается в виде кондуктометрический кривой.

Кондуктометрия используется для оценки кровенаполнения органов: во время систолы сердца при увеличении наполнения органа кровью его сопротивление уменьшается, при диастоле сердца сопротивление органа увеличивается. Метод регистрации изменения сопротивления органов в связи с изменением их кровенаполнения называют реографией. Таким образом, исследуется кровообращение в печени, почках, сердце, кровоток в магистральных и мелких сосудах. Реоэнцефалография позволяет исследовать мозговое кровообращение.

Вопрос 17)  Величина, характеризующая способность вещества проводить электрический ток, называется электрическая проводимость.

Электрическая проводимость клеток и тканей в норме и при патологии.

Живой организм с точки зрения электрохимии можно рассматривать как открытую систему, состоящую из клеток и межклеточного пространства, заполненного раствором электролитов.

Удельная электрическая проводимость клеток составляет приблизительно, а межклеточной жидкости - .

По электрической проводимости биологические жидкости и ткани можно расположить в такой последовательности: кровь, лимфа, ликвор, желчьмышечная ткань, серое вещество мозгаткань легких, сердечная мышца, ткань печенижировая ткань, костная тканьроговой слой эпидермиса кожи.

Изменение электрической проводимости тканей и клеток широко используют для диагностических целей. Патологические процессы, а также отмирание тканей приводят к изменению проницаемости клеточных мембран. Это, в свою очередь, приводит к тому, что уменьшается зависимость электрической проводимости от частоты тока, а при полной гибели клеток она вообще перестает зависеть от частоты тока. Так как электрическая проводимость клеток и тканей определяется концентрацией свободных ионов, по электр. проводимости судят о проницаемости клеточных мембран для ионов. Повышение электрической проводимости указывает на увеличение содержания свободных ионов, а уменьшение – на то, что их концентрация падает. Сравнение электрических проводимостей цитоплазмы и водного раствора, имеющего изоионный состав, позволяет определить долю свободных и связанных ионов.

 

Вопрос 18)  Если две фазы содержат заряженные частицы (ионы и электроны), то при их контакте возможен переход частиц в неэквивалентном количестве из одной фазы в другую фазу. При этом в поверхностных слоях каждой из фаз возникают электрические заряды, равные по величине, но противоположные по знаку. Образуется двойной электрический слой (ДЭС)

ДЭС – это упорядоченное распределение противоположно заряженных частиц на границе двух фаз.

ДЭС характеризуется возникновением скачка потенциала. В зависимости от природы соприкасающихся фаз различают четыре вида электрических потенциалов:

  1. Электродный потенциал, возникающий на границе металл-раствор, содержащий катионы этого металла.
  2. Окислительно-восстановительный (редокс) потенциал, возникающий на границе инертный металл-раствор, содержащий сопряженную окислительно-восстановительную пару.
  3. Диффузионный потенциал, возникающий на границе двух растворов, содержащих разные ионы или разные концентрации одних и тех же ионов.
  4. Мембранный потенциал, возникающий по обе стороны мембраны, обладающей избирательной проницаемостью, разделяющей растворы различной концентрации. В живом организме содержится множество различных соприкасающихся фаз, содержащих ионы, поэтому возникновение межфазных потенциалов имеет важное значение для жизнедеятельности организма.

Электродные потенциалы.  Электрод состоит из металла (электронного проводника) и раствора соли этого металла (ионного проводника). Схема электрода:

 

                     Ме     ?    Меz+

электронный проводник ионный проводник

Величина потенциала на границе металл–раствор зависит от: а) природы металла; б) активности ионов металла в растворе; в) температуры.

Стандартный электродный потенциал.  Стандартный электродный потенциал возникает на границе металл–раствор при активности потенциалопределяющих ионов в растворе  1 моль/л и Т = 298 К. Абсолютное значение о измерить или рассчитать невозможно. Определяют относительно стандартного электрода. По Международному соглашению в качестве стандартного электрода используют стандартный водородный электрод. 

Вопрос 19) Гальванический элемент – это устройство, в котором химическая энергия окислительно-восстановительной реакции превращается в электрическую энергию за счет пространственного разделения процессов окисления и восстановления. 

Гальванический элемент состоит из двух электродов, соединенных во внешней цепи металлическим проводником, а во внутренней цепи – электролитическим мостиком – стеклянной трубкой, заполненной насыщенным раствором КСl, или пористой перегородкой.  В гальваническом элементе различают анод и катод.  

Анод – электрод, на котором протекает процесс окисления. Катионы металла переходят в раствор, масса анода уменьшается. Анод заряжается отрицательно.

Катод – электрод, на котором протекает процесс восстановления катионов металла из раствора, масса катода увеличивается. Катод заряжается положительно.

Условная запись гальванического элемента:

  (–) Анод | Анодный раствор || Катодный раствор | Катод (+)

Способность гальванического элемента к переносу электронов во внешней цепи характеризуется электродвижущей силой (ЭДС). В обратимых условиях ЭДС гальванического элемента равна разности потенциалов катода и анода:  Е = (катода) – (анода).

ЭДС гальванического элемента зависит от: 1) природы электродов; 2) активности потенциалопределяющих ионов в анодном и катодном растворах; 3) температуры.

Вопрос 20) Мембранный потенциал возникает между сторонами избиратель- но проницаемой мембраны, разделяющей два раствора различного состава, в результате направленного перехода ионов через эту мембрану.

Электрические потенциалы устанавливаются на клеточных мембранах возбудимых клеток. К возбудимым клеткам относятся нервные, мышечные и железистые клетки. Электрический импульс может передаваться вдоль мембраны. Возникновение биоэлектрических потенциалов определяется, главным образом, калий – натриевой избирательностью мембран и неравно- мерным распределением ионов между клеткой и внеклеточной средой, которое поддерживается механизмами активного переноса ионов, локализованными в мембране.

Мембранные потенциалы клеток подразделяются на потенциалы по- коя и потенциалы действия. Потенциал покоя – мембранный потенциал, возникающий между внутренней и наружной сторонами клеточной мембраны, находящейся  в невозбужденном состоянии.

Согласно теории Ходжкина-Хаксли-Катца клеточная мембрана в состоянии покоя проницаема в основном для ионов калия. Ионы калия диффундируют по градиенту концентраций через клеточную мембрану в окружающую жидкость, анионы не могут проникать через мембрану и ос- таются на ее внутренней стороне, поэтому внутренняя поверхность мембраны имеет отрицательный заряд, а внешняя – положительный. Измеренное значение потенциала покоя во многих случаях соответствует вычисленному по уравнению Нернста. В некоторых случаях между измеренной и вычисленной величинами имеются значительные отличия. Это объясняется тем, что на величину потенциала покоя оказывает влияние диффузия ионов натрия. 

Потенциал действия – амплитуда колебания (деполяризация и реполяризация) мембранного потенциала, возникающая при возбуждении клетки.

Потенциал действия, генерируемый нервной клеткой, может быть передан в мышечную клетку. Например, каждому биению сердца предшествует генерация большого по величине потенциала действия. Этот потенциал действия создает ток, который удается регистрировать с помощью электродов, размещенных на грудной клетке (электрокардиография).

Вопрос 21)

Окислительно- восстановительные (ОВ) или редокс- (redox) электроды (от латинских слов rеductio – восстановление и oxidatio – окисление) состоят из инертно- го металла, например, платины, погруженного в раствор, содержащий окисленную и восстановленную форму вещества: Pt | Ох, Red. Инертный металл в окислительно-восстановительных электродах не участвует непосредственно в электродной реакции, он является посредником в передаче электронов от восстановленной формы вещества (Red) к окисленной (Ох), а также ускоряет медленно устанавливающееся электродное равновесие, то есть служит катализатором электродной реакции:  Ох + n?  Red. Рассмотрим механизм возникновения окислительно-восстановительного потенциала. Если в водный раствор, содержащий частицы окисленной и восстановленной форм одного вещества, опустить платиновую пластинку, то в системе будет происходить обмен электронами. Частицы окисленной формы вещества могут присоединять электроны платины, превращаясь в восстановленную форму. Возможен и обратный процесс. Частицы восстановленной формы вещества, отдавая электроны пластине, будут превращаться в окисленную форму. В зависимости от природы окислительно-восстановительной системы и состава раствора возможны следующие случаи.

  1. Активная концентрация восстановленной формы больше активной концентрации окисленной формы. В этом случае скорость процесса окисления в начальный момент будет больше скорости процесса восстановления, поэтому часть электронов останется на пластине и она приобретет относительно раствора отрицательный заряд.
  2. Активная концентрация восстановленной формы меньше активной концентрации окисленной формы. При избытке в растворе окисленной формы вещества в начальный момент скорость окисления будет меньше скорости восстановления, по- этому часть электронов платины перейдет на частицы окисленной фор- мы вещества и платина приобретет относительно раствора положительный заряд.
  3. Активные концентрации окисленной и восстановленной форм равны, но электронодонорная способность восстановленной формы не совпадает с электроноакцепторной способностью окисленной формы. В этом случае платиновая пластинка заряжается положительно, если преобладает электроноакцепторная способность системы, или отрицательно, если выше электронодонорные свойства.

Величина потенциала окислительно-восстановительных электродов зависит от: 1) природы окислительно-восстановительной пары; 2) соотношения активностей окисленной и восстановленной форм; 3) температуры.

Уравнение напишете сами.

Вопрос 22) Диффузионный потенциал возникает на границе раздела двух растворов, содержащих один электролит различной концентрации, или двух растворов различных электролитов вследствие различия в подвижности их катионов и анионов.  Например, если два раствора хлороводородной кислоты разной концентрации разделить пористой перегородкой и привести в контакт между собой, то на границе раздела возникает процесс взаимной диффузии.

Так как подвижность ионов  больше подвижности ионов , то они распределяются неравномерно по отношению к границе раздела. Раствор 2 с меньшей концентрацией НСl приобретает заряд более подвижных ионов Н+. Возникающая разность потенциалов называется диффузионным потенциалом ( диф.). Диффузионный потенциал тормозит более «быстрые» ионы и ускоряет более «медленные», так как силы электрического поля направлены против сил диффузии. Диффузионный потенциал не является равновесным, но в обычных условиях остается – постоянным в течение долгого времени. Диффузионный потенциал рассчитывают по уравнению Гендерсона.

В биологических системах диффузионный потенциал возникает при механическом повреждении клеток, поэтому его называют потенциалом повреждения.

Вопрос 23)

Потенциометрия – физико-химический метод анализа, позволяющий определять активности (концентрации) ионов на основании измерения электродвижущей силы (ЭДС) обратимой гальванической цепи, состоящей из электрода сравнения и электрода определения, опущенных в исследуемый раствор. 

Электрод, потенциал которого зависит от активности (концентрации) определяемых ионов в растворе, называется индикаторным или электродом определения. Для измерения потенциала индикаторного электрода в раствор погружают второй электрод, потенциал которого не зависит от концентрации определяемых ионов. Такой электрод называется электродом сравнения. В потенциометрии используют два основных класса индикаторных электродов. 1) Электроды, на межфазных границах которых протекают реакции с участием электронов. Такие электроды называют электронообменными. 2) Электроды, на межфазных границах которых протекают ионообменные реакции. Такие электроды называют мембранными или ионообменными, их называют также ионоселективными. Потенциометрический анализ широко применяется для непосредственного определения активности ионов, находящихся в растворе (прямая потенциометрия – ионометрия), а также для индикации точки эквивалентности при титровании по изменению потенциала индикаторного электрода в ходе титрования (потенциометрическое титрование). 

Вопрос 24)

Электрод сравнения – это электрод потенциал которого практически постоянен, легко воспроизводим и не зависит от протекания побочных реакций. Наиболее часто применяемым электродом сравнения является хлорсеребряный электрод, который состоит из серебряной проволоки, покрытой слоем хлорида серебра. Электрод погружают в раствор хлорида калия, который находится в сосуде, связанном с анализируемым раствором солевым мостиком.

Схема хлорсеребряного электрода: Ag | AgCl, KCl

Постоянство потенциала электрода сравнения достигается поддержанием в контактирующем внутреннем растворе постоянной концентрации вещества (хлорида калия), на которое  реагирует электрод.

Вопрос 25) Электрод, потенциал которого зависит от активности (концентрации) определяемых ионов в растворе, называется индикаторным или электродом определения.

Индикаторные электроды. Электронообменные электроды. В окислительно-восстановительных реакциях в качестве индикаторных электродов часто применяют инертные металлы, например, платину, золото. Металлические индикаторные электроды изготавливают из плоской металлической пластинки, скрученной проволоки или металлизированного стекла. Отечественная промышленность выпускает тонкослойный платиновый электрод. Ионоселективные электроды (ИСЭ). Ионоселективные электроды делят на группы:   стеклянные;   твердые электроды с гомогенной или гетерогенной мембраной;   жидкостные электроды (на основе ионных ассоциатов, хелатов металлов или нейтральных лигандов);  газовые электроды;   электроды для измерения активности биологических веществ. Ионоселективные электроды состоят из ионоселективной мембраны, внутреннего контактирующего раствора и внутреннего электрода сравнения: 

внешний раствор | мембрана | внутренний раствор, AgCl | Ag                   

                                       ИСЭ 

Стеклянный водородный электрод состоит из тонкостенного шарика из электродного стекла, заполненного раствором хлороводородной кислоты с концентрацией 0,1 моль/л. В раствор хлороводородной кислоты погружен хлорсеребряный электрод. Стеклянная мембрана является неорганическим катионитом на основе оксида кремния и оксидов щелочных и щелочноземельных металлов. В результате ионного обмена при вымачивании электрода в растворе HCl на поверхности стекла образуется тонкая пленка геля поликремниевой кислоты, незначительно диссоциированной на ионы:   

Анионы поликремниевой кислоты сообщают поверхности стекла отрицательный заряд. Ионы водорода заряжают прилегающий к поверхности стекла слой раствора положительно, поэтому скачок потенциала на границе раздела стекловодный раствор зависит от рН среды.

Схема стеклянного электрода:

  | стекло | HCl (a = 0,1М), AgCl | Ag

Вопрос 26)

Для определения рН биологических жидкостей составляют гальванический элемент из стеклянного водородного электрода и хлорсеребряного электрода сравнения. 

Схема гальванического элемента для измерения

 рН  Ag, AgCl | HCl | стекло | исследуемый раствор || KCl | AgCl, Ag

                                                                                 

  Электрод определения                                                  электрод сравнения

ЭДС этой цепи определяется алгебраической суммой потенциалов: . Скачки потенциалов ,,  постоянны, следовательно, ЭДС цепи изменяется в зависимости от потенциала 3, зависящего от рН исследуемого раствора:

скачать dle 12.0




Скачать: fho3.docx
Размер: 50,8 Kb
Скачали: 1087
Дата: 15-11-2015, 22:03