Материал: 12 Поверхностные явления, адсорбция

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Кировская государственная медицинская академия»

Министерства здравоохранения Российской Федерации

Кафедра химии

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ВНЕАУДИТОРНОЙ ПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ

I КУРСА ЛЕЧЕБНОГО И ПЕДИАТРИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТОВ

Занятие № 12

«Химия»

Тема Поверхностные явления. Адсорбция

Значение темы

Адсорбция - одно из поверхностных явлений, протекающих на межфазной поверхности самопроиз­вольно и уменьшающих избыточную поверхностную энергию. В медицине на явлениях адсорбции основаны детоксикационная терапия – гемосорбция, лечение желу­дочно-кишечных отравлений и метеоризма активированным углем (карболеном), использование противогаза, получение детского питания из коровьего молока (ионообменная адсорбция), хроматография в клиническом анализе и др.

Цель занятия - изучить:

• особенности строения и состава поверхностного слоя, строение молекул поверхностно-активных веществ, правило Дюкло-Траубе, уравнение Гиббса;

• строение биологических мембран;

• основы теории мономолекулярной адсорбции, уравнение Лэнгмюра и Фрейндлиха, уметь их использовать;

• особенности адсорбции электролитов.

Теоретические вопросы

I. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ. АДСОРБЦИЯ (ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ)

1. Дисперсная систем: понятие, виды.

2. Избыточная поверхностная энергия. Причина ее возникновения и возможности ее уменьшения. Поверхностное натяжение. Зависимость от различных факторов. Процессы, самопроизвольно уменьшающие по­верхностное натяжение.

3. Адсорбция, движущая сила. Единицы измерения. Изотерма адсорбции.

4. Адсорбция газа на твердой поверхности. Основные положения мономолекулярной теории Ленгмюра. Уравнение Фрейндлиха.

5. Физическая и химическая адсорбция.

6. Адсорбция на поверхности «газ-жидкость». Поверхностная активность вещества. Понятие о ПАВ, ПИВ, ПНВ.

7. Поверхностно – активные вещества (ПАВ). Строение молекул. Ориентация молекул ПАВ на границе вода – воз­дух и бензол – воздух. Влияние ПАВ на поверхностное натяжение жидкости. Правило Дюкло-Траубе.

8. Адсорбция растворителя на твердой поверхности. Ее признаки. Гидрофильные и гидрофобные поверхности. Факторы, Влияющие на смачиваемость поверхности.

9. Молекулярная адсорбция. Правила Ребиндера.

10. Виды ионной адсорбции из растворов электролитов.

11. Сущность ионообменной адсорбции. Катиониты и аниониты.

12. Избирательная адсорбция. Правило Панета-Фаянса.

Выполните письменно задания:

1. Имеется 4 стакана с водой. В каждый поместили по одному веществу одинаковой массы: а) сахарный песок, б) кварцевый песок, в) кусочек кварца, г) сажа. Какая из приведенных систем является: А – гомогенной, Б – гетерогенной, В – дисперсной?

2. В стакане находится раствор. Покажите на рисунке, какие поверхности раздела существуют в этой системе. На каких поверхностях будет происходить адсорбция?

3. Имеются следующие вещества: 1) глюкоза, 2) пальмитоилолеоилфосфатидная кислота, 3) хло­рид натрия, 4) аминоэтанол, 5) масляная кислота, 6) стеарат натрия. Какие из них сле­дует отнести к А) поверхностно-активным, Б) поверхностно-инактивным, В) поверхно­стно-неактивным?

4. Чему равна поверхностная энергия слоя воды площадью 100см², имеющей поверхностное на­тяжение 72·10^-3 Дж/м²?

5. Приготовили два водных раствора одинаковой концентрации пропионовой (С₂Н₅СООН) и ва­лериановой (С₄Н₉СООН) кислот.

А) изменится или нет поверхностное натяжение и по­верхностная энергия жидкости по сравнению с чистой водой и почему?

Б) сравните поверхностное натяжение полученных растворов (σ₁ и σ₂), где оно меньше и во сколько раз? Приведите правило, которое вы использовали для ответа.

6. На водоочистном предприятии произошел выброс хлора. Для работы в загазованном помеще­нии по устранению неисправности использовали противогаз с активированным уг­лем. Предположите характер влияния на процесс адсорбции Cl₂ на угле следующих факто­ров: а) давления, б) концентрации Cl₂, в) температуры (эффективность противогаза выше зимой или летом?), г) какой это вид адсорбции: физическая или химическая?

7. Имеется водный раствор изопропилового спирта. Известно, что спирты обладают значитель­ной полярностью. На каком сорбенте они будут адсорбироваться из водного рас­твора: А) на неполярном активированном угле или Б) на сильнополярных сорбентах типа BaSO₄ и CaCO₃? Какой это вид адсорбции? В соответствии с каким правилом она происхо­дит? Дайте его формулировку и поясните на схеме.

8. В стакане находятся вода, стеарат натрия (С₁₇Н₃₅СООNa) и активированный уголь. Изобра­зите схематично, как происходит процесс адсорбции в этой системе. Какой это вид адсорб­ции и какому правилу он подчиняется? Почему система становится более устойчивой?

9. Какие ионы будут адсорбироваться на сорбенте СаСО₃: PO₄^3-, Cl^-, CO₃^2-, NO₃^-, CH₃COO^-, Ba²⁺, K⁺, Ca²⁺, Pb²⁺? Какой это вид адсорбции и какому правилу он подчиняется?

10. Для уменьшения жесткости воды её пропускают через фильтр, заполненный зернами катионита в Н-форме. Какой вид адсорбции происходит в этой системе? Изобразите ее схематично. Какова реакция среды после фильтра (pH=7, pH>7, pH<7)?

ЛИТЕРАТУРА

1. Конспект лекций.

2. Беляев А.П. Физическая и коллоидная химия. М. : ГЭОТАР-Медиа, 2014. 752с.

3. Власова Л.В. Коллоидная химия. Учебное пособие.- Киров: КГМА, 2009.- 100 с.

4. Ленский А.С. Биофизическая и бионеорганическая химия: учебное пособие для студентов медицинских ВУЗов. МИА, 2008. – 408с.

5. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: учебник для медицинских вузов./ Ю.А.Ершов, В.А.Попков, А.С.Берлянд и др.. - Под ред. - Ю.А.Ершова. - М.: Высшая школа. – 2007. – 559с.

Заведующий кафедрой химии

д.м.н., профессор Цапок П.И.