Proceset e elektrodës. Koncepti i kërcimeve të mundshme dhe forcës elektromotore (EMF). Qarqet elektrokimike, qelizat galvanike. Elektroda standarde e hidrogjenit, potenciali standard i elektrodës. Klasifikimi i qarqeve elektrokimike dhe elektrodave.
LEKTURA 9
Shndërrimi i ndërsjellë i formave elektrike dhe kimike të energjisë ndodh në sistemet elektrokimike duke përfshirë:
ª përçuesit e llojit të dytë - substanca me përçueshmëri jonike (elektrolite).
ª përçuesit e llojit të parë - substanca me përçueshmëri elektronike.
Në ndërfaqen ndërmjet dy fazave, ndodh transferimi i ngarkesës elektrike, d.m.th. ndodh një kërcim i mundshëm ().
Një sistem i përbërë nga përçuesit kontaktues të llojit të parë dhe të dytë quhet elektrodë.
Proceset që ndodhin në ndërfaqen midis përçuesve të llojit të parë dhe të dytë në elektroda quhenproceset e elektrodës .
Një elektrodë është një sistem i përbërë nga të paktën dy faza.
Le të shqyrtojmë se si një kërcim potencial - potenciali i elektrodës - ndodh në ndërfaqen midis një metali dhe një solucioni të kripës të këtij metali. Kur një pllakë metalike zhytet në një tretësirë kripe, disa nga jonet metalike nga sipërfaqja e pllakës mund të kalojnë në tretësirën ngjitur me sipërfaqen e pllakës. Metali ngarkohet negativisht dhe forcat elektrostatike që rezultojnë parandalojnë shfaqjen e mëtejshme të këtij procesi. Ekuilibri vendoset në sistem. Procesi i kundërt i transferimit të kationeve metalike nga tretësira në pllakë është gjithashtu i mundur. Këto procese çojnë në shfaqjen e një shtrese elektrike të dyfishtë dhe një kërcim potencial.
Drejtimi i procesit të transferimit të joneve metalike përcaktohet nga raporti i potencialeve elektrokimike të joneve () në fazën e tretësirës dhe fazën e kondensuar. Procesi vazhdon derisa potencialet elektrokimike të barazohen në dy faza.
Potenciali elektrokimik përbëhet nga dy terma
m kim. - potenciali kimik që karakterizon reagimin kimik ndaj ndryshimeve në mjedisin e një grimce të caktuar.
m el - komponenti elektrik i potencialit elektrokimik ose energjia potenciale e fushës elektrike që karakterizon përgjigjen ndaj fushës elektrike.
Për një lloj të caktuar grimcash të ngarkuara (i)
z i- ngarkesa jonike,
– potencialin e brendshëm, që korrespondon me punën e transferimit të një ngarkese elementare negative nga pafundësia në një vakum thellë në fazë.
Ekuilibri i një sistemi elektrokimik karakterizohet nga barazia e potencialeve elektrokimike (dhe jo kimike) të grimcave të ngarkuara në faza të ndryshme.
Në zgjidhjen e sistemit të ekuilibrit (I)/metal (II), kemi:
Në një sistem jo ekuilibër, puna e transferimit të një mole-eq. jonet nga faza I në fazën II është e barabartë me
Që atëherë
Në ekuilibër, duke marrë parasysh (1), kemi:
ku është kërcimi në ndërfaqe (potenciali absolut i elektrodës). Le të shënojmë
ku është kërcimi i mundshëm në ndërfaqen në dhe i = 1 (Potenciali standard i elektrodës).
Potenciali standard është një vlerë karakteristike e një procesi elektrodë të caktuar. Varet nga temperatura dhe natyra e elektrodës. Pastaj për një elektrodë të tipit Me Z+ /Me:
Një kërcim i mundshëm ndodh gjithashtu në ndërfaqen midis dy zgjidhjeve, ky është potenciali i difuzionit.
Në terma të përgjithshëm (për çdo lloj elektroda):
ose për 298 K
Duhet mbajtur mend se nëse gazrat përfshihen në reaksionin e elektrodës, atëherë aktiviteti supozohet të jetë i barabartë me presionin e pjesshëm; për fazën e kondensuar të përbërjes konstante të përbërjes, A=1.
Quhen ekuacionet (1), (2). Ekuacionet Nernst për potencialin e elektrodës. Diferenca e potencialit elektrik mund të matet eksperimentalisht vetëm ndërmjet dy pikave të së njëjtës fazë ku μ i = konst. Kur një ngarkesë elementare lëviz midis dy pikave të vendosura në faza të ndryshme, përveç asaj elektrike, duhet të bëhet punë e lidhur me një ndryshim në mjedisin kimik të ngarkesës. Madhësia e këtij komponenti kimik të punës nuk mund të përcaktohet, kështu që vlera absolute e potencialit të elektrodës nuk mund të matet. Eksperimentalisht, është e mundur të përcaktohet vetëm madhësia e EMF të një qelize galvanike të përbërë nga dy elektroda.
Rregullat për regjistrimin e elektrodave dhe qarqeve elektrokimike.
Sistemet që përbëhen nga dy ose më shumë elektroda, të lidhura në mënyrë të veçantë dhe të afta për të prodhuar punë elektrike, domethënë të shërbejnë si burim energjie elektrike quhen. qelizat galvanike.
Forca elektromotore e një qelize galvanike(EMF GE) është shuma e kërcimeve të potencialit të elektrodës në të gjithë kufijtë e fazës në kushte ekuilibri (rryma në qarkun e jashtëm është zero).
a) Për elektrodat miratohen rregullat e mëposhtme të regjistrimit: substancat në tretësirë tregohen në të majtë të vijës vertikale, substancat që formojnë një fazë tjetër (gaz ose të ngurtë) tregohen në të djathtë.
Nëse një fazë përmban disa substanca, atëherë simbolet e tyre ndahen me presje.
Për shembull,
Ekuacioni i reagimit të elektrodës për një elektrodë individuale është shkruar në mënyrë që substancat në formë të oksiduar dhe elektronet janë të vendosura në të majtë, dhe substancat në formën e reduktuar në të djathtë:
b) Gjatë regjistrimit të qelizave galvanike, një elektrodë me një potencial më negativ ndodhet në të majtë; tretësirat e të dy elektrodave ndahen nga njëra-tjetra me një vijë vertikale me pika nëse janë në kontakt me njëra-tjetrën dhe nga dy vija të forta nëse ka një urë kripe midis tretësirave, për shembull, një tretësirë e ngopur KCl, me ndihmën e prej të cilave eliminohet potenciali i difuzionit. Kështu, një elektrodë e ngarkuar pozitivisht tregohet gjithmonë në të djathtë, dhe një e ngarkuar negativisht në të majtë.
Elektroda , mbi të cilën rrjedh procesi i oksidimit, thirri anodë ().
Elektroda në të cilën ndodh rrjedha procesi i rimëkëmbjes, thirri katodë ().
Reaksionet në katodë dhe anodë quhen reaksionet e elektrodës.
Procesi i përgjithshëm kimik që ndodh në një qelizë galvanike përbëhet nga proceset e elektrodës dhe shprehet me ekuacionin:
Nëse proceset e elektrodës dhe reaksionet kimike në një qelizë galvanike mund të kryhen në drejtimet e përparme (kur elementi është në funksion) dhe të kundërt (kur rryma elektrike kalon nëpër element), atëherë elektroda të tilla dhe qeliza galvanike quhen e kthyeshme.
Në vijim, do të merren parasysh vetëm elektrodat e kthyeshme dhe qelizat galvanike.
Nëse ndonjë metal bie në kontakt me një elektrolit, atëherë ngarkesat e shenjës së kundërt shfaqen në metal dhe në elektrolit. Në këtë rast, metali fiton një potencial të caktuar elektrik në lidhje me elektrolitin, i cili quhet potencial elektrokimik. Shfaqja e potencialeve elektrokimike u shpjegua nga Nernst.
Potenciali elektrokimik varet nga lloji i metalit dhe përqendrimi i elektrolitit. Në këtë rast, vetëm përqendrimi i vetë joneve metalike në tretësirë ka rëndësi, pasi vetëm jonet mund të lëvizin midis metalit dhe tretësirës. Prania e joneve të tjera në elektrolit nuk ndikon në potencialin elektrokimik.
Nëse përqendrimi i joneve metalike në tretësirë mbahet konstant, atëherë potenciali elektrokimik do të varet vetëm nga lloji i metalit dhe do të karakterizojë aftësinë e tij për të ngopur tretësirën me jone.
Çdo qelizë galvanike ka dy elektroda. EMF i një qelize galvanike (tensioni i qarkut të hapur) është i barabartë me ndryshimin në potencialet elektrokimike të elektrodave të tij (j 1 - j 2).
Duke ditur potencialet elektrokimike të metaleve që përbëjnë elektrodat, mund të gjendet emf i burimit të rrymës kimike.
Emf i një qelize galvanike është puna maksimale e reaksioneve kimike e llogaritur për njësi ngarkese. Për një vlerësim të përafërt, supozohet se puna maksimale është e barabartë me energjinë totale të çliruar gjatë reaksioneve kimike. Pastaj
ku p 1 dhe p 2 janë efektet termike të reaksioneve në të dyja elektroda (llogaritur për 1 kg substancë elektrodë);
k 1 dhe k 2 janë ekuivalente elektrokimike të substancës së elektrodës.
Efektet termike të reaksioneve në të dy elektrodat p 1 dhe p 2 dhe ekuivalentët elektrokimikë të substancës së elektrodave k 1 dhe k 2 mund të përfaqësohen si
; ; ; , (7.50)
ku Q 1 dhe Q 2 janë efektet termike të reaksioneve për 1 kilogram-atom;
A 1 dhe A 2 - peshat atomike të materialeve të elektrodës;
Z 1 dhe Z 2 – valencë;
F – Numri i Faradeit.
Pastaj për EMF-në e një burimi të rrymës kimike, do të kemi
. (7.51)
Duhet të theksohet se në qelizat galvanike, energjia e çliruar në reaksionet kimike shndërrohet drejtpërdrejt në energjinë e rrymës elektrike. Ky proces ka një efikasitet më të lartë se ai i përdorur në termocentralet konvencionale. Prandaj, qelizat galvanike (burimet e rrymës kimike) janë me interes të madh themelor.
Sidoqoftë, kostoja e energjisë elektrike e marrë nga qelizat galvanike është dukshëm më e lartë se kostoja e energjisë së prodhuar në termocentralet konvencionale, pasi qelizat nuk konsumojnë karburant të lirë (për shembull, qymyr), por substanca të shtrenjta (për shembull, zink). Në këtë drejtim, burimet kimike të rrymës (celula galvanike) përdoren vetëm në rastet kur kërkohet pak energji (ku kostoja e saj nuk luan rol), por transportueshmëria dhe thjeshtësia e burimit aktual janë të rëndësishme.
Kur një burim i rrymës kimike lidhet me qark të shkurtër në një qark të jashtëm, forca e rrymës në qark nuk është konstante, por zvogëlohet me kalimin e kohës.
7.7. Rryma elektrike përmes elektroliteve.
Ligji i Ohmit për elektrolitet
Tretësirat e kripërave, acideve dhe alkaleve në ujë dhe tretës të tjerë përçojnë mirë elektricitetin. Kjo për faktin se molekulat e lëndës së tretur disociohen, d.m.th. zbërthehet në jone pozitive dhe negative. Nëse shpërbërja e molekulave nuk ndodh gjatë shpërbërjes, atëherë tretësira nuk është përcjellës i rrymës elektrike.
Le të përcaktojmë densitetin e rrymës j në lëng, d.m.th. ngarkesa e transferuar në një sekondë përmes një sipërfaqeje njësi pingul me drejtimin e lëvizjes së joneve (Fig. 7.17). Meqenëse transferimi i ngarkesës kryhet nga jonet e të dy shenjave, atëherë
ku q + dhe q - janë ngarkesat e joneve pozitive dhe negative;
n + dhe n - – përqendrimet e këtyre joneve;
v + dhe v - janë shpejtësitë mesatare të lëvizjes së renditur të këtyre joneve.
Duke marrë parasysh që zgjidhja është përgjithësisht neutrale, mund të shkruajmë
, (7.53)
ku q është ngarkesa e një joni të çdo shenje;
n është përqendrimi i joneve të së njëjtës shenjë.
Sasia e ngarkesës në një jon përcaktohet nga humbja ose mbajtja e elektroneve të valencës gjatë shpërbërjes së molekulës. Duke treguar valencën e jonit me z, për ngarkesën e jonit do të kemi
ku e është vlera absolute e ngarkesës së elektronit.
Duke marrë parasysh formulat (7.53) dhe (7.54), marrim
. (7.55)
Në një fushë elektrike, dy forca veprojnë mbi jonet: forca që vepron nga fusha elektrike dhe forca e fërkimit të brendshëm.
Forca e fushës elektrike
ku E është madhësia e forcës së fushës elektrike.
Forca e fërkimit të brendshëm, nëse supozojmë se joni ka formën e një topi me rreze r, atëherë sipas ligjit të Stokes
, (7.57)
ku h është koeficienti i viskozitetit të lëngut.
Me lëvizje të qëndrueshme (që ndodh pothuajse njëkohësisht me shfaqjen e fushës elektrike), F E = F tr, prandaj kemi
, (7.58)
ku është lëvizshmëria e jonit.
Kështu, lëvizshmëria e jonit b është e barabartë me raportin e shpejtësisë së jonit me forcën e fushës elektrike:
Siç shihet nga formula (7.58), lëvizshmëria e joneve rritet me rritjen e temperaturës (për shkak të uljes së viskozitetit të lëngut). Shpejtësia e lëvizjes së joneve është proporcionale me fuqinë e fushës elektrike.
Duke marrë parasysh relacionin (7.58) për densitetin e rrymës elektrike, marrim
(7.60)
Ku 
- përçueshmëri specifike e elektrolitit.
Shprehjet (7.60) dhe (7.61) paraqesin ligjin e Ohm-it në formë diferenciale për elektrolitet.
Nga formula (7.60) për rezistencën e elektrolitit kemi
. 7.62)
Meqenëse lëvizshmëria dhe përqendrimi i joneve rritet me rritjen e temperaturës, atëherë, sipas formulës (7.62), me rritjen e temperaturës rezistenca e elektroliteve zvogëlohet.
Përqendrimi i joneve varet nga shkalla e shpërbërjes, e karakterizuar nga koeficienti i disociimit a. Koeficienti i disociimit përcaktohet nga raporti i përqendrimit të n joneve me përqendrimin e n o molekulave të substancës së tretur:
Përqendrimi i molekulave të padisocuara
. (7.65)
Në një tretësirë, si shpërbërja e molekulave ashtu edhe molizimi i joneve ndodhin njëkohësisht dhe vazhdimisht, d.m.th. duke kombinuar jonet në molekula neutrale. Në kushte ekuilibri, intensitetet e proceseve të shpërbërjes së molekulave dhe molestimit të joneve, duke ndryshuar përbërjen e tretësirës në drejtime të kundërta, janë të barabarta. Gjatë shpërbërjes së molekulave, shpejtësia e ndryshimit të përqendrimit të joneve të secilës shenjë është në përpjesëtim me përqendrimin n " të molekulave të padisocuara:
, (7.66)
ku b është koeficienti i proporcionalitetit.
Shpejtësia e ndryshimit të përqendrimit të molekulave të padisocuara si rezultat i jonizimit të joneve është proporcionale me produktin e përqendrimeve të joneve pozitive dhe negative:
, (7.67)
ku h është koeficienti i proporcionalitetit.
Në ekuilibër, pra, duke marrë parasysh (7.66) dhe (7.67), mund të marrim një formulë që lidh koeficientin e disociimit me përqendrimin e substancës së tretur:
. (7.68)
Natyrisht, koeficienti i disociimit varet nga përqendrimi i substancës së tretur. Në një përqendrim shumë të ulët (n o »0), barazia (7.68) jep
Nëse a<<1, то из (7.68) получаем
. (7.70)
Kështu, koeficienti i disociimit zvogëlohet me rritjen e përqendrimit të lëndës së tretur.
Duke marrë parasysh këtë, ekuacioni për densitetin e rrymës në elektrolite mund të shkruhet si më poshtë:
. (7.71)
Lëvizshmëria e joneve dhe koeficienti i disociimit brenda një game të gjerë ndryshimesh në fuqinë e fushës elektrike nuk varen nga forca e fushës elektrike E.
Në përqendrime të ulëta të tretësirës, koeficienti i disociimit dhe shuma e lëvizshmërisë së joneve (b + + b -) janë afërsisht konstante. Prandaj, në përqendrime të ulëta të tretësirës, përçueshmëria elektrike është proporcionale me përqendrimin. Me rritjen e përqendrimit, varësia e përçueshmërisë elektrike nga përqendrimi bëhet dukshëm më komplekse.
Duhet të theksohet se madhësia e rrymës përmes kolonës së elektrolitit në çdo seksion është e njëjtë, megjithëse në shikim të parë duhet të jetë e ndryshme.
Le të imagjinojmë se ka tre seksione të kolonës së elektrolitit 1, 2, 3 (Fig. 7.18).
Vetëm jonet negative kalojnë nëpër seksionin 1, vetëm jonet pozitive kalojnë nëpër seksionin 3 dhe të dy kalojnë nëpër seksionin 2. Prandaj, duket se rryma përmes seksionit 2 është më e madhe sesa përmes seksioneve 1 dhe 3. Kjo është e pasaktë, rryma nëpër çdo seksion duhet të jetë e njëjtë, përndryshe ngarkesa do të grumbullohet midis seksioneve. Përmbushja e ligjit të ruajtjes së ngarkesës në elektrolite është për faktin se shpejtësia e lëvizjes së porositur dhe përqendrimi i joneve të shenjave të ndryshme nuk janë konstante përgjatë boshtit të zgjedhur OX.
Në rajonin qendror të kolonës së elektrolitit, përqendrimet e joneve pozitive dhe negative janë afërsisht të barabarta, prandaj, densiteti i ngarkesës vëllimore është afër zeros. Jonet negative grumbullohen në elektrodën pozitive (anodë). Dendësia e ngarkesës së vëllimit është negative. Elektroda negative (katoda) ka një ngarkesë hapësinore pozitive.
Në Fig. Figura 7.19 tregon ndryshimin e potencialit ndërmjet elektrodave (për një diferencë të caktuar potenciale ndërmjet tyre) të shkaktuar nga ngarkesat hapësinore. Vija e ngurtë korrespondon me ndryshimin e potencialit në vakum, vija me pika - në të njëjtën hapësirë të mbushur me elektrolit. Në Fig. Për krahasim, Figura 7.20 tregon ndryshimin e potencialit në hendekun ndërelektrodik në të cilin janë futur dy rrjete. Rrjeti i majtë ngarkohet negativisht në raport me anodin dhe simulon një ngarkesë negative hapësinore. Rrjeti i duhur ngarkohet pozitivisht në lidhje me katodën dhe simulon një ngarkesë hapësinore pozitive. Krahasimi i kurbave të ndryshimit potencial në hapësirën ndërelektrodike tregon se ndryshimi i mundshëm në rastin e parë dhe të dytë është pothuajse i njëjtë.
Qëndrueshmëria e madhësisë së rrymës elektrike në elektrolite është për shkak të faktit se intensiteti i rrymës elektrike, dhe për këtë arsye shpejtësia e lëvizjes së porositur të joneve në pika të ndryshme të vëllimit të dielektrikës, është e ndryshme. Në rajonin qendror ato janë më të vogla se në rajonet e tjera.
Sistemet e jetesës në të gjitha nivelet e organizimit janë sisteme të hapura. Prandaj, transporti i substancave përmes membranave biologjike është një kusht i domosdoshëm për jetën. Proceset metabolike të qelizave, proceset bioenergjetike, formimi i biopotencialeve, gjenerimi i një impulsi nervor, etj., shoqërohen me transferimin e substancave përmes membranave. Trajtimi shpesh përfshin depërtimin e barnave përmes membranave qelizore. Efektiviteti i një ilaçi varet kryesisht nga përshkueshmëria e membranës. Koncepti i potencialit elektrokimik ka një rëndësi të madhe për përshkrimin e transportit të substancave.
Potenciali kimik të kësaj substance m teështë një sasi numerikisht e barabartë me energjinë Gibbs për mol të kësaj lënde. Matematikisht, potenciali kimik përkufizohet si derivat i pjesshëm i energjisë Gibbs, G, në lidhje me sasinë e substancës kth, në temperaturë konstante T, presion P dhe sasitë e të gjitha substancave të tjera m l (l¹k).
m k = (¶G/¶m k) P , T , m
Për një tretësirë të holluar të përqendrimit të substancës C:
m = m 0 + RTlnC
ku m 0 është potenciali kimik standard, numerikisht i barabartë me potencialin kimik të një lënde të caktuar në përqendrimin e saj prej 1 mol/l në tretësirë.
Potenciali elektrokimik m- një vlerë numerikisht e barabartë me energjinë Gibbs G për një mol të një substance të caktuar të vendosur në një fushë elektrike.
Për tretësirat e holluara
m = m o + RTlnC + ZFj (1)
ku F = 96500 C/mol është numri i Faradeit, Z është ngarkesa e jonit të elektrolitit (në njësitë elementare të ngarkesës), j është potenciali i fushës elektrike, T [K] është temperatura.
Transporti i substancave nëpër membranat biologjike mund të ndahet në dy lloje kryesore: pasive dhe aktive.
Çfarë do të bëjmë me materialin e marrë:
Nëse ky material ishte i dobishëm për ju, mund ta ruani në faqen tuaj në rrjetet sociale:
| Tweet |
Të gjitha temat në këtë seksion:
Vitebsk
EE "VSU me emrin. P. M. Masherova" UDC 577 (075) BBK 28.071ya73 B 63 Botuar me vendim të këshillit shkencor dhe metodologjik
Biofizika si shkencë. Lënda e biofizikës
Pyetje teorike: 1. Lënda dhe detyrat e biofizikës. Nivelet e kërkimit biofizik; metodat e kërkimit dhe kërkesat për to.
2. Isto
Lëndët e detyrës së biofizikës. Historia e zhvillimit të biofizikës
Biofizika është një shkencë që studion proceset fizike dhe fiziko-kimike që ndodhin në biosisteme në nivele të ndryshme organizimi dhe janë baza e akteve fiziologjike. Shfaqja e saj ishte për shkak të
Le të prezantojmë përkufizimin e termave të mëposhtëm: objekt i kërkimit biofizik, sistem biologjik, teknikë, metodë, metodologji. Sistemi biologjik - një grup modelesh të caktuara të ndërlidhura
Termodinamika e proceseve biologjike
Pyetje teorike: 1. Lënda dhe metodat e termodinamikës. Konceptet themelore të termodinamikës.
2. Parametrat e gjendjes (intensive dhe ekstensive) Funksioni me
Teorema e I. Prigogine. Ekuacionet Onsager
I. Postulati i Prigogine është se ndryshimi i përgjithshëm në entropinë dS të një sistemi të hapur mund të ndodhë në mënyrë të pavarur ose për shkak të proceseve të shkëmbimit me mjedisin e jashtëm (deS
Marrëdhënia midis entropisë dhe informacionit. Sasia e informacionit biologjik, vlera e tij
Sipas formulës së Boltzmann-it, entropia përcaktohet si logaritmi i numrit të mikrogjendeve të mundshme në një sistem të caktuar makroskopik: S = kB ln W
Biomembranologjia. Struktura dhe vetitë e membranave biologjike
Pyetje teorike: 1. Struktura e membranave qelizore.
2. Llojet e membranave biologjike.
3. Proteinat në strukturën e membranave qelizore, struktura e tyre
Funksionet themelore të membranave biologjike
Një sistem jetësor elementar i aftë për ekzistencë, zhvillim dhe riprodhim të pavarur është një qelizë e gjallë - baza e strukturës së të gjitha kafshëve dhe bimëve. Kushtet më të rëndësishme të ekzistencës
Struktura e membranave biologjike
Modeli i parë i strukturës së membranave biologjike u propozua në vitin 1902. U vu re se substancat që janë shumë të tretshme në lipide depërtojnë më mirë përmes membranave dhe në bazë të kësaj u bë
Tranzicionet fazore të lipideve në membrana
Një substancë në temperatura, presione dhe përqendrime të ndryshme të përbërësve kimikë mund të jetë në gjendje të ndryshme fizike, për shembull, e gaztë, e lëngët, e ngurtë, plazma. Kristalor
Fizika e proceseve të transportit të substancave përmes membranave biologjike
Pyetje teorike: 1. Rrugët e depërtimit të substancave nëpër membranat qelizore.
2. Forcat lëvizëse të transportit membranor.
3. Llojet e transportit
Sipas koncepteve moderne, membranat biologjike përmbajnë pompa jonike që funksionojnë duke përdorur energjinë e lirë të hidrolizës ATP - sisteme speciale të proteinave integrale (
Potenciali i membranës
Një nga funksionet më të rëndësishme të një membrane biologjike është gjenerimi dhe transmetimi i biopotencialeve. Ky fenomen qëndron në themel të ngacmueshmërisë së qelizave, rregullimit të proceseve ndërqelizore, funksionimit të sistemit nervor,
Përhapja e një impulsi nervor përgjatë një fije ngacmuese
Nëse një potencial veprimi është formuar në ndonjë pjesë të membranës ngacmuese, membrana depolarizohet dhe ngacmimi përhapet në pjesë të tjera të membranës. Le të shqyrtojmë përhapjen e ngacmimeve
Vetitë e kanaleve jonike të membranave qelizore
Modeli i membranës ngacmuese sipas teorisë Hodgkin-Huxley supozon transportin e kontrolluar të joneve nëpër membranë. Megjithatë, kalimi i drejtpërdrejtë i joneve përmes shtresës së dyfishtë lipidike është shumë i vështirë. Prandaj ai udhëhoqi
Llojet e kanaleve dhe pompave të kontrolluara
1) "Porta" e kanalit është e lidhur me një sistem "levash" me një dipol, i cili mund të rrotullohet
Pjesëmarrja e membranave në transmetimin e informacionit ndërqelizor
Një pronë e rëndësishme e të gjitha qenieve të gjalla është aftësia për të perceptuar, përpunuar dhe transmetuar informacion duke përdorur membranat biologjike. Pavarësisht nga shumëllojshmëria e madhe e sistemeve të ndryshme për të marrë
Proteinat G dhe lajmëtarët e dytë
Nga lidhja e parë, receptori (R), sinjali transmetohet në të ashtuquajturat N- ose G-proteina - proteinat e membranës që aktivizohen nga lidhja e guanozinës trifosfatit (GTP). Proteinat G janë të afta të transmetojnë informacion
Baza molekulare e përcjelljes së impulseve nervore në fibrat nervore dhe sinapset
Natyra ka krijuar dy metoda thelbësisht të ndryshme të sinjalizimit ndërqelizor. Një prej tyre është se mesazhet transmetohen duke përdorur rrymë elektrike; e dyta përdor molekulat, n
Mekanizma të veçantë për transportin e substancave përmes biomembranës (endo- dhe ekzocitoz)
Proteinat e transportit sigurojnë depërtimin e shumë molekulave të vogla polare përmes membranave qelizore, por ato nuk janë të afta të transportojnë makromolekulat, për shembull, proteinat, polinukleotidet
Biofizika si shkencë
1. Remizov A.N. Fizika mjekësore dhe biologjike: tekst shkollor. për universitetet / A.N. Remizov, A.G. Maksina, A.Ya. Potapenko. – M., 2003. – F. 14–17.
2. Biofizika: tekst shkollor. për universitetet / V. F. Antonov [dhe
1. Remizov A.N. Fizika mjekësore dhe biologjike: tekst shkollor. për universitetet / A.N. Remizov, A.G. Maksina, A.Ya. Potapenko. – M., 2003. – F. 184–190.
2. Rubin A.B. Biofizika e proceseve qelizore. M.
Transporti i substancave nëpër membranat biologjike. Potencialet bioelektrike
1. Remizov A.N. Fizika mjekësore dhe biologjike: tekst shkollor. për universitetet / A.N. Remizov, A.G. Maksina, A.Ya. Potapenko. – M., 2003. – F. 191–213.
2. Biofizika: tekst shkollor. për universitetet / V.F. Antonov [
Dispozitat e përgjithshme të elektrokimisë.
Tretësirat e elektrolitit.
Shpërbërja elektrolitike e ujit.
Element galvanik. Elementi Daniel–Jacobi.
Shfaqja e potencialeve të elektrodës.
Elektroda e hidrogjenit. Matja e potencialeve të elektrodës. Potencialet standarde të elektrodës.
Ekuacioni Nernst.
Potenciali elektrod i një elektrode hidrogjeni.
Klasifikimi i sistemeve elektrokimike.
Zinxhirët kimikë.
Reaksionet redoks.
Elektroliza. DISPOZITA TË PËRGJITHSHME TË ELEKTROKIMISË.
Elektrokimia
- është shkencë që studion proceset që ndodhin për shkak të energjisë elektrike, ose në procesin e të cilave formohet energjia elektrike, d.m.th. kalimet e ndërsjella të energjisë kimike dhe elektrike.
Reagimi i mëposhtëm mund të kryhet kimikisht ose elektrokimikisht.
Fe 3+ +Cu + = Fe 2+ +Cu 2+
Reaksion kimik.
1. Përplasja e drejtpërdrejtë e pjesëmarrësve çon në faktin se rruga e elektronit është shumë e shkurtër.
2. Përplasja ndodh në çdo pjesë të sistemit të reaksionit. Kjo nënkupton jo-drejtim të ndërveprimit..
3. Efektet e energjisë shprehen si nxehtësi.
Reaksioni elektrokimik
1. Rruga e elektronit duhet të jetë e madhe në krahasim me madhësinë e elektronit. Nga kjo rrjedh se pjesëmarrësit në reagim duhet të jenë të ndarë hapësinor.
2. Kontakti i drejtpërdrejtë ndërmjet pjesëmarrësve të reaksionit zëvendësohet nga kontakti me elektroda metalike.
3. Kërkohet hapësira e reagimit.:
1. 4. Elektroda është një katalizator - kjo çon në një ulje të energjisë së aktivizimit të procesit. Përbërësit e një sistemi elektrokimik
2. elektroliteve- substancat, shkrirja ose tretësira e të cilave përçojnë rrymë elektrike,
3elektrodat- përcjellësit elektronikë të rrymës elektrike,
. qark i jashtëm
- përçuesit metalikë që lidhin elektrodat.
Tretësirat e elektroliteve.
Sipas kësaj teorie, kur një elektrolit tretet në ujë, ai shpërbëhet në jone të ngarkuar në mënyrë të kundërt. Jonet e ngarkuara pozitivisht quhen kationet; këto përfshijnë, për shembull, jonet e metaleve dhe hidrogjenit (H+). Jonet e ngarkuara negativisht quhen anionet, këto përfshijnë jonet e mbetjeve acidike dhe jonet hidroksid.
Procesi i zbërthimit të molekulave të substancës në jone quhet nën ndikimin e molekulave të tretësit polare, dhe gjithashtu kur ato shkrihen quhet disociimi elektrolitik. Vetëm ato molekula, lidhja kimike e të cilave ka një shkallë mjaft të lartë jonikiteti mund të shpërbëhet në jone.
Pjesa e molekulave që ndahen në jone quhet shkalla e disociimit dhe zakonisht shënohet .
Ku n- numri i molekulave të kalbura, N- numri i përgjithshëm i molekulave
– karakteristikat sasiore të elektroliteve:
>30% - elektrolite të forta;
3%< >30% - elektrolite me fuqi mesatare:
<3% - слабые электролиты.
Elektrolitët e fortë përfshijnë acidet: HClO 4, HCl, HNO 3, HBr, H 2 SO 4; hidroksidet e metaleve alkali dhe alkaline tokësore, shumë kripëra me një rrjetë kristalore jonike, shumë të tretshme në ujë.
Për elektrolitet me forcë mesatare - acidet: HF, H 3 PO 4, H 2 SO 3; hidroksidet metalike të dobëta të tretshme, kripëra të ndryshme.
Elektrolitet të dobëta janë acidet: H 2 CO 3, H 2 S, HCN; shumica e acideve organike, hidroksidet e elementeve d, kripërat pak të tretshme në ujë.
Shkallët e shpërbërjes së elektroliteve të ndryshme janë dhënë në tabelat përkatëse.
Karakteristika e dytë sasiore e elektroliteve është konstante disociimi. Lidhja TE d Dhe mund të konsiderohet duke përdorur shembullin e një elektroliti binar. Elektrolit binarështë një elektrolit i përbërë nga një anion i vetëm i ngarkuar dhe një kation.
ME- përqendrimi total i tretësirës;
ME A- përqendrimi i molekulave të padisocuara;
ME+ - përqendrimi i kationeve;
ME– - përqendrimi i anioneve.
, Ku ME +
= C- =
ME
; C A =
(1-
)ME
- Ligji i hollimit të Ostwald.
Shkalla e disociimit varet nga përqendrimi i elektrolitit, temperatura dhe presioni.
Konstanta e disociimit K d varet nga temperatura dhe presioni.
Bazuar në aftësinë e tyre për t'u ndarë, ekzistojnë 4 klasa të elektroliteve:
1. Bazat shpërndahen për të formuar OH - dhe mbetjen kryesore. Shkëputja ndodh hap pas hapi dhe në mënyrë të kthyeshme.
Disociimi në fazën e parë.
Deri në fazën e dytë
2. Acidet shpërndahen hap pas hapi dhe në mënyrë të kthyeshme për të formuar H + dhe një mbetje acidi.
Faza e parë;
- Faza e dytë.
3. Shkëputja amfolite ndodh nëpërmjet një mekanizmi bazik ose acid në varësi të kushteve.
4. Kripërat janë elektrolite të forta. Shkëputja e tyre është e pakthyeshme; lloji i lidhjes - jonike.
Aftësia për disociim elektrolitik varet jo vetëm nga vetë elektroliti, por edhe nga tretësi.
Sipas ligjit të Kulombit, tërheqja elektrostatike ( F) dy ngarkesa të kundërta (q 1 dhe q 2), distanca ndërmjet të cilave është r:
është konstanta dielektrike e mediumit, domethënë, sa më e madhe të jetë konstanta dielektrike e mediumit, sa më të dobëta të ndërveprojnë grimcat me njëra-tjetrën, aq më shumë gjasa do të ndodhë jonizimi i molekulave. Prandaj, tretësit me konstante të larta dielektrike kanë veti të forta jonizuese. Konstanta e lartë dielektrike e ujit nuk është arsyeja e vetme për efektin e tij të lartë jonizues. Natyra dipole e molekulave të ujit, të cilat kanë çifte elektronesh të vetme, përcakton aftësinë e tij domethënëse për të formuar jone të hidratuar për shkak të ndërveprimit dhurues-pranues, dhe energjia e hidratimit të joneve që çlirohet në këtë rast kompenson energjinë e nevojshme për të kapërcyer forcat e tërheqjes elektrostatike të jonet në rrjetën kristalore të substancës. Në tretësit me konstante dielektrike të ulët, jonet vazhdojnë të tërhiqen mjaft fort nga njëri-tjetri, duke mbetur në formën e çifteve jonike.
Një karakteristikë sasiore e një sistemi elektrokimik është voltazhi - diferenca potenciale e një qarku të hapur siç duhet, që është efekti i përgjithshëm i shfaqjes së kërcimeve të mundshme në secilën prej ndërfaqeve heterogjene.
Le të shqyrtojmë se çfarë e shkakton shfaqjen e një kërcimi të mundshëm në kufirin e fazës.
Në elektrostatikë, potenciali në një pikë të caktuar në fushën elektrike është puna që duhet bërë për të transferuar një ngarkesë të vetme "imagjinare" nga pafundësia në një vakum në një pikë të caktuar të fazës.
Termi "imagjinar" supozon se ngarkesa e transferuar nuk ndërvepron kimikisht me fazën dhe se puna e transferimit shoqërohet vetëm me ndërveprim elektrostatik. Vlera e kësaj pune përcakton potencialin e brendshëm - F.
Është e qartë se kur transferoni një ngarkesë jo nga një vakum në një fazë, por nga një fazë në tjetrën, është gjithashtu e nevojshme të ndikohet në punën e transferimit dhe mund të përkufizohet si ndryshim në potencialet përkatëse të brendshme të fazave relative. në vakum.
Për shkak të faktit se puna e transferimit të ngarkesës në një fushë elektrike nuk varet nga rruga e transferimit, ajo vijon:
φ 1.2 = Ф - Ф (4.4.1)
Diferenca në potencialet e brendshme quhet potencial galvani dhe caktohet φ (phi).
Në proceset reale nuk përfshihen ngarkesa imagjinare, por reale (elektrone, jone). Kur transferoni grimca të tilla nga vakum në këtë fazë, është gjithashtu e nevojshme të shpenzoni punë. Sidoqoftë, në këtë rast, lindin forcat e ndërveprimit elektrostatik dhe forcat e bashkëveprimit kimik midis grimcës reale dhe fazës, të cilat, në parim, janë elektrostatike, por nuk kufizohen në ndërveprimin e Kulombit. Kështu, transferimi nga vakuumi në fazën e një grimce reale shoqërohet me shpenzimet e punës së transferimit elektrike dhe kimike.
Kjo punë zakonisht i atribuohet transferimit të jo një grimce reale, por një mol grimcash dhe quhet potenciali elektrik i fazës.
Në këtë ekuacion, puna kimike lidhet me potencialin kimik, dhe puna elektrike është e lidhur me F të brendshëm. Potenciali elektrokimik matet në xhaul dhe karakterizon gjendjen energjetike të grimcave të ngarkuara në një fazë.
Kur transferoni një mol të grimcave reale nga faza në fazë, puna e transferimit mund të karakterizohet nga ndryshimi në potencialet elektrokimike:
= = 
Procesi i transferimit të grimcave vazhdon derisa të ndodhë ekuilibri elektrokimik në sistem, në të cilin , dhe diferenca e tyre do të jetë e barabartë me zero = 0
Atëherë mund të shkruajmë
Nga shprehja që rezulton