химический каталог




Биофизика

Автор М.В.Волькенштейн

да отталкивает неполярные молекулы, в частности, углеводороды — керосин или масло не смешиваются с водой.

В равновесном растворе или смеси химические потенциалы компонент равны. Для любых двух окружений а и Ъ молекул данного вещества

p(a> = \i(b) (4.38)

или

р(°а) + RT In л:(в) = р(°Ь) -f- RT In X(bh (4.39)

где х(а) и х(Ь) — молярные доли вещества в средах а и Ь, находящегося в равновесии, RT In х характеризует энтропию смешения, ц.0 — унитарный химический потенциал, включающий свободную энергию всех молекулярных движений изолированного вещества и энергию специфических взаимодействий с окружающими молекулами. Представим себе систему, состоящую из неполярной жидкости, скажем, СС14, и воды. Так как СС14 не смешивается с водой, система расслаивается. Вводим в систему неполярное вещество, например, углеводород. Оно растворяется преимущественно в неполярном растворителе. В равновесии из ,(4.39) следует для углеводорода

^ссь-^о = ^1п^2.<0; . (4.40)

так как #cci« ^ xnto- Действительно, для углеводородов разности унитарных химических потенциалов (4.40) отрицательны и составляют примерно 3570 Дж/моль СН2-групп и 8400 Дж/моль СНа-групп. Гидрофобный эффект определяется свойствами воды — гидрофобные вещества безразличны к неполярным органическим растворителям.

Молекулы, содержащие как полярные, так и неполярные группы, располагаются таким образом, что первые группы контактируют с водой, а вторые удаляются из водного окружения. Ленг-мюр показал, что так построены мономолекулярные слои жирных кислот на поверхности воды — полярные карбоксильные группы молекул погружены в воду, а неполярньге углеводородные радикалы обращены наружу. Та же ситуация определяет структуру мицелл в водных коллоидных растворах мыл: гидрофобные группы располагаются внутри мицеллы, гидрофильные — на ее поверхности.

Физическая природа гидрофобных взаимодействий своеобразна. Плохая растворимость углеводородов в воде связана не с повышением энтальпии системы, а с уменьшением ее энтропии. Соответственно растворимость углеводорода в воде уменьшается, а не растет при нагревании. Энтальпия понижается также, но в общем балансе свободной энергии этот эффект перекрывается энтропийным. Так, при растворении бутана С4Н10 в воде при 298 К энтропия понижается на 96,6 Дж/(моль«К), а энтальпия — на 4200 Дж/моль. В результате свободная энергия возрастает на

AG = АН - Т AS = -4200 + 298 • 97 « 33000 Дж/моль. (4.41)'

Растворение углеводорода в воде можно трактовать как внедрение неполярных молекул в структурированные (льдоподобные) области воды и в более плотные неструктурированные области. В первом случае неполярные молекулы размещаются в пустотах рыхлой структуры, образуя клатраты, причем дополнительные контакты молекул с водой приводят к уменьшению энергии. Во втором случае увеличение числа контактов углеводород — вода приводит к уменьшению числа контактов вода — вода, которым отвечает более низкая энергия. В результате энтальпия увеличивается. Углеводороды лучше растворяются в структурированных областях и равновесие сдвигается в сторону увеличения структурированности (образование «айсбергов»), что означает понижение энтропии. Это — качественная картина. В целом «антипатия» углеводородов и воды определяется большим выигрышем свободной энергии при контактах вода—вода, чем при контактах углеводород — вода. Свободные энергии образования контактов двух жидкостей равны: октана с водой и октана с октаном 0,042 Дж/м2, воды с водой 0,144 Дж/м2.

Среди аминокислотных остатков белка имеются как Полярные, так и неполярные, как гидрофобные, так и гидрофильные. Поскольку белковая цепь обладает некоторой гибкостью (благодаря наличию неупорядоченных участков), она может свернуться в глобулу так, чтобы гидрофобные остатки преимущественно контактировали друг с другом, а не с водой. Иными словами, центральная область глобулы, ее сердцевина должна быть гидрофобной («жирной»), а внешняя поверхность — гидрофильной («мыльной»).

Действительно, глобулярные белки денатурируются, т. е. переходят в неупорядоченное клубкообразное состояние, под действием слабополярных органических растворителей, образующих водородные связи хуже, чем вода. Действие этих растворителей определяется контактами с неполярными аминокислотными остатками белка и, тем самым, нарушением гидрофобных взаимодействий. Денатурирующее действие спиртов на белки возрастает с увеличением размеров алифатического радикала. Сильное денатурирующее действие мочевины также объясняется ослаблением гидрофобных взаимодействий.

Именно потому, что гидрофобные остатки «заталкиваются» внутрь глобулы, вода, окружающая белок, не подвергается добавочному структурированию. Конечно, молекулы Н20 взаимодействуют с полярными остатками на поверхности глобулы, но это взаимодействие имеет характер обычной сольватации.

Фишер дал грубую оценку влияния гидрофобных остатков на форму глобулы. Он разбил все аминокислотные остатки на две группы: полярные и гидрофильные (Apr, Асп, Гис, Глу, Лиз, Сер, Тир, Тре) и гидрофобные (оста

страница 41
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228

Скачать книгу "Биофизика" (6.44Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
дистанционное обучяение ремонту холдильников
отель азимут в кёльне
концерт мельницы спб
купить детскую футбольную форму цска

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(18.12.2017)