Мембрана, поляризация и мембранный потенциал

ПОЛЯРИЗАЦИЯ МЕМБРАНЫ И МЕМБРАННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ [c.453]

Изучение диффузии водорода через сталь при электроосаждении цинка и кадмия изучалось так называемым электрохимическим методом. Принцип этого метода [6] состоит в следующем. Одна сторона тонкой металлической мембраны (поляризационная) подвергается катодной поляризации или электроосаждению. На другую сторону (диффузионную) накладывается такой анодный потенциал, при котором в растворе щелочи происходит полная ионизация атомов водорода, диффундирующих через мембрану. Ток, идущий на ионизацию водорода, продиффундировавшего через мембрану, фиксируется и позволяет судить как о количестве, так и скорости диффузии водорода через мембрану. [c.158]

При непрерывном процессе электродиализа (как показано на рис. 3) положение является более сложным, так как отношение а"/а изменяется от верхней до нижней части ячеек. В этом случае имеется минимальное напряжение, ниже которого обессоливания с помощью электродиализа не происходит. Наличие мембранных потенциалов может быть легко показано путем измерения напряжения между электродами при прерывании тока и потока жидкости в ячейках, в которых осуществляется электродиализ. В этом случае наблюдается довольно большая разность потенциалов, противоположная внешнему напряжению. Эта разность потенциалов выражает величину поляризации. Ее основными составными частями являются индивидуальные потенциалы мембран. Кроме обратного потенциала, как следует из уравнения (8), определенная таким образом величина поляризации содержит выражения, обусловленные градиентами концентрации в растворе, которые вызывают отклонение от идеального обратного потенциала мембраны. [c.137]

Возникающий потенциал (поляризация мембраны) тормозит дальнейший перенос ионов, так что в конце концов суммарный ток через мембрану прекратится и система придет в состояние, когда / = О и Ф = 0. При этом система не обязательно придет в равновесие, так как нулевое значение суммарного потока заряженных частиц еще не означает отсутствие составляющих его потоков отдельных ионов. И Ф,ч)а+, и Фк+, и Фсг могут не быть равны нулю по отдельности, а тем не менее [c.152]

Метод фиксации напряжения. Важные данные о природе биоэлектрических потенциалов можно получить в результате использования метода фиксации напряжения на плазматической мембране. Этот метод дает возможность подавлять развитие потенциалов действия и контролировать величину мембранного потенциала покоя. Для этого к двум электродам (внутри- или внеклеточным) присоединяют усилитель с обратной связью. Этот усилитель автоматически подает электрический ток, необходимый для смещения мембранного потенциала покоя на любой нужный в эксперименте уровень. В результате такого мгновенного изменения поляризации мембраны возникают ионные токи через мембрану. Так, если плазматическую мембрану деполяризовать до нуля, то возникающий при этом ток имеет три составляющие направленный наружу ток, обусловленный разрядкой мембранной емкости направленный внутрь ионный ток и направленный наружу ионный ток. [c.88]

Для выяснения механизма выделения водорода используется и ряд других методов. Так, например, определенные выводы о механизме выделения водорода можно сделать, изучая проникновение водорода в решетку металла. Такие опыты проводятся в ячейках, которые разделены на две части фольгой — мембраной из исследуемого металла. Одну сторону (поляризационную) мембраны подвергают катодной поляризации и следят за изменением потенциала противоположной стороны (диффузионной). При катодной поляризации одной стороны мембраны потенциал диффузионной стороны также смещается в отрицательную сторону, что свидетельствует об избыточной поверхностной концентрации водорода на поляризационной стороне, вызванной замедленностью стадий удаления водорода, и диффузии водорода через металл. [c.347]

Фундаментальная особенность энергетики живых систем заключается в том, что трансформация энергии в процессах жизнедеятельности осуществляется в окислительно-восстанови-тельных реакциях с участием ферментов и белковых переносчиков электрона. В результате исследований последних десяти лет обнаружен удивительный по своей простоте и универсальности молекулярный механизм преобразования энергии в клетках, включающий транспорт электронов и сопряженную с ним поляризацию биологической мембраны. Локализованные и структурно организованные в биологических мембранах белки осуществляют процессы обмена электронами. При этом часть энергии процесса трансформируется в концентрационный потенциал ионов водорода, поляризующий биологическую мембрану [1—3]. [c.68]

Измерение потенциалов граничной поляризации и вольт-амперных характеристик проводилось на мембранах из катионитов СБС и КУ-2 (МК-40) и на системах, состоящих из двух жестких мембран, между которыми помещалась насыпная диафрагма из того же ионита. Иониты и мембраны обрабатывались по стандартной методике [171 опыты проводились в 5-10"a jv растворе K l. Б предварительных опытах было показано, что числа переноса катиона в жестких и насыпных диафрагмах близки между собой и мало отличаются от 1. Схема установки изображена на рис. 1 вольт-амперные кривые снимались с помощью каломельных электродов по обычной методике потенциал граничной поляризации регистрировался через 0,5 сек после выключения тока. [c.79]

Прохождение постоянного электрического тока через электрохимически активные мембраны приводит к возникновению мембранных потенциалов, которые после выключения тока медленно спадают во времени. В предположении, что в начальный период времени спад потенциалов обусловлен в основном диффузией в растворе, получено выражение для зависимости анодной составляющей потенциала граничной поляризации от времени, удовлетворительно совпадающее с экспериментальными данными. [c.189]

Концентрационная поляризация на внутренних межфазных границах в мембране объясняет также различие между значениями удельной электропроводности мембраны в условиях постоянного и переменного токов. Действительно, концентрационный потенциал, возникающий внутри мембраны при протекании постоянного тока, складывается с омическим и увеличивает суммарный скачок потенциала на мембране по сравнению со случаем переменного тока, когда имеется только омический скачок потенциала. Таким образом, при протекании одного и того же тока в случае постоянного тока необходимо прикладывать более высокую разность потенциалов, что равносильно снижению электропроводности мембраны. Описанный эффект может реализоваться только в неоднородной среде, поэтому электропроводность гомогенных сред одинакова на постоянном и переменном токах (частота тока берется много меньше величины, при которой проявляется эффект Дебая-Фалькенгагена [53]). [c.177]

Потенциал действия. Раздражение нерва открывает натриевые и калиевые каналы в мембране аксона. Вероятно, это происходит в результате изменения конформации и ионизации белков, из которых построены каналы. Натриевые каналы открываются несколько раньше, чем калиевые, и их пропускная способность больше. В результате потока ионов Na внутрь аксона быстро изменяется величина трансмембранного электрического потенциала сначала он становится равным нулю (деполяризация мембраны), а затем вновь происходит поляризация, но теперь внутри аксона больше положительных зарядов, чем снаружи (инверсия полярности). В этом состоянии разность потенциалов достигает 40 мВ, положительный заряд — внутри аксона. Таким образом, общая амплитуда изменения от потенциала покоя (-60...-70 мВ) до максимального значения потенциала при раздражении нерва (+40 мВ) составляет примерно 100 мВ (рис. 23.2). Затем натриевые каналы закрываются, а калиевые открываются, начинается выход ионов [c.534]

При действии раздражителя на нервное или мышечное волокно мембранный потенциал Е в месте раздражения нарушается. Нерв воспламеняется , и поляризация мембраны меняется на обратную (рис. 55, б). Поток ионов Ма+ устремляется внутрь клетки (заса сывается), а затем (рис. 55, в) ионы К+направляются во внешнюю среду. Возвращение к исходному положению (рис. 55, г) происходит спустя одну-две миллисекунды. Нервный импульс пиковый потенциал (потенциал действия) передается по нервному волокну дальше. Мембраны играют важную роль в процессах освобождения и запасания энергии в живых организмах. Ее накопление происходит в виде аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), а при необходимости энергия освобождается за счет разрыва одной из трех богатых энергией связей Р—О—Р. На мембране митохондрии — одного из компонентов клетки — происходит превращение энергии химических связей в мембранный потенциал. При этом важную роль играют проницаемость и электронная проводимость мембран. [c.159]

Как осуществляется такое напряжение, в принципе верно объяснил еще в 1912 г. Бернштейн, ученик основоположника электрофизиологии Дюбуа-Реймона. По мнению Бернштейна, клеточная мембрана электрических пластинок, филогенетически происшедших от мышечного волокна, как и клеточные мембраны мышечной ткани, должна обладать избирательной проницаемостью для ионов К+, но не для ионов Ыа+. Между более высокой концентрацией с внутренней стороны и более низкой концентрацией Ыа+ с внешней стороны пластинки возникает потенциал покоя, причем, согласно ряду напряжения, внутренняя сторона становится электроотрицательной. При раздражении, происходящем вследствие нервного нмпульса, изменяется проницаемость мембран и они начинают пропускать ионы, а следовательно, и ток. Как недавно показали измерения Ходчкина с сотрудниками, поляризация при разрядке не только доходит до точки компенсации исходной [c.463]

Для описания концентрационной поляризации при прохождении постоянного тока через ионитовые мембраны используется аналогия между мембраной и металлическим электродом. Показано, что возникающий мембранный потенциал является суммой двух измененных доннановеких потенциалов и диффузионного потенциала внутри мембраны и определяется отношением активностей в анодном и катодном примембранных граничных слоях. Измерение катодной и анодной составляющих мембранного потенциала позволили определит , активность в анодном и катодном диффузионных слоях у поверхности мембраны при разных плотностях тока. Сравнение найденных экспериментально и вычисленных по уравнешцр кривых зависимости потенциала Е р от плотности тока показывает удовлетворительно1 совпадение при малых . . [c.188]

А — изменение мембранного потенциала и ионного тока на участке возбудимой мембраны а — потенциал действия, б — электротоническое смещение потенциала в сторону гипер-поляризации, в — электротоническое смещение потенциала в сторону деполяризации, г — локальный ответ, д — ионный ток после того, как изменение потенциала достигло величины V , аппроксимирован двумя прямоугольными "столиками 11551,/ .р — деполяризующий ток, — реполяризующий tokj В — [c.89]

Наложение давления на систему, где мембрана разделяет два раствора, также создает поле сил, порождающих потоки через мембрану. Силовое поле неизбежно вызывает поляризацию в высокодисперсных системах как электрическую (индуцированные диполи), так и концентрационную. Аналогично электродиализу, где поле порождает поток электричества (электрический ток), наложение давления создает поток массы жидкости (фильтраг(ию) и вызывает концентрационную поляризацию. Потенциал течения выравнивает ионные потоки противоионов и Кононов (стр. 201), но они отстают от потока растворителя, происходит задержка электролита перед входом в мембрану, разбавление на выходе, и профиль концентрации становится сходным с представленным на рис. ХП. 23, если внешнее поле отсутствует, а фильтрационный поток направлен справа налево. Явление задержки электролита при фильтрации через мембрану называется гиперфнльтра-цией или обратным осмосом (поскольку давление направлено навстречу возникающему осмотическому потоку) и приобретает огромное, все возрастающее значение для опреснения природных вод (см. гл. XVlH). [c.219]

Проиллюстрируем явление концентрационной поляризации в электродиа-лизной ячейке [19]. Для этого рассмотрим развитие течения в каналах концентрата и диализатора (рис. 7.5) при условии равенства концентрации соли в растворе на входе в эти каналы. Это условие означает, что раствор обладает постоянной электропроводностью. Во входном сечении профиль скорости считается развитым, а профиль концентрации — однородным. Поэтому вблизи входа распределение концентрации соли близко к однородному и раствор под действием электрического поля ведет себя как среда с постоянной по сечению электропроводностью. В частности, в такой среде и в мембранах падение потенциала линейное. Дальше, вниз по течению концентрация возле мембран в канале диализата падает, а в канале концентрата растет. У поверхности образуется концентрационный пограничный слой, толщина которого растет с увеличением расстояния от входа. В канале диализата падение потенциала, вызванное градиентом концентрации у мембран, больше, чем падение в растворе с такой же однородной средней электропроводностью. Резкое падение потенциала возле поверхности мембраны имеет ту же природу, что и падение потенциала возле электрода (см. раздел 7.1). После того, как концентрационные пограничные слои достигают оси канала, концентрация ионов начинает изменяться и на осях [c.145]

Настоящая работа посвящена изучению влияния ионообменных наполнителей в камере обессоливания на поляризацию ионитовых мембран. С этой целью измеряли падение потенциала на мембране и прилегающих к ней слоях электролита в зависимости от плотности тока на установке, схема которой йоказана на рис. 1. Установка состояла из электродиализатора, электрической цени для поляризации ионообменных мембран и цепи для измерения падения потенциала на мембране. Электродиализатор 8, выполненный из органического стекла, имел пять камер, разделенных попеременно аниопи-товыми 2 мембранами марки МА-40 и катионитовыми 1 мембранами марки МК-40. Рабочая поверхность каждой мембраны была равна 20 см при длине 20 см. Толщина камеры обессоливания составляла 1,2 см, толищна камер концентрирования 0,8 сж, толщина электродных камер 1 см. [c.166]

В темноте ретиналь-хромофор родопсина находится в 11-цис-положении. Поглощение кванта света переводит его в транс-состояние (рис. XXIX. 13). Фотоизомеризация ретиналя и дает начало последовательности событий, ведущих к появлению зрительного пигмента. Мембрана палочки обладает селективной проницаемостью для разных ионов. В состоянии покоя это приводит к поляризации мембраны и созданию разности потенциалов между протоплазмой палочки и наружной средой (—40 мВ). Освещение палочки вызывает увеличение исходного отрицательного потенциала внутри клетки, т.е. гиперполяризацию клеточной мембраны (до —80 мВ). Это происходит вследствие того, что под действием света резко уменьшается проницаемость клеточной мембраны для ионов натрия, несущих положительный заряд. Поглощение только одного кванта приводит к закрытию 100-300 натриевых каналов в наружной мембране. Возникающий светоиндуцированный электрический сигнал гиперполяризации передается от наружного сегмента к синаптическому окончанию на внутреннем сегменте палочки и приводит к появлению нервного импульса. Таким образом, в основе нейрофизиологического зрительного сигнала лежит индуцированное фотоизомеризацией ретиналя изменение проницаемости наружной мембраны палочки для ионов натрия. [c.412]

Концентрационная поляризация и диффузионный слой играют очень важную роль в формировании свойств мембранной системы. Можно сказать, что, хотя свойства самой мембраны и являются основополагающими, знания этих свойств еще недостаточно для того, чтобы определить выходные характеристики всей системы и управлять ходом электромемб-ранного процесса. В первую очередь это является следствием того, что при достаточно высоких плотностях тока мембранный процесс лимитируется переносом ионов через диффузионный слой. В этих условиях не только суммарный скачок потенциала, но и такое свойство, как специфическая селективность по отношению к одному из сортов конкурирующих противоионов, определяется параметрами обессоливаемого диффузионного слоя. Параметры диффузионного слоя зависят от конструкции мембранного аппарата и от скорости прокачивания раствора. Таким образом, становятся более понятными пути совершенствования электромембранных аппаратов для этого требуются мембраны с заранее заданными свойствами и конструкции каналов, обеспечивающие оптимальные параметры диффузионного слоя. В большинстве случаев оптимальным будет диффузионный слой минимальной толщины, и здесь очень важной оказывается возможность воздействовать на диффузионный слой не только чисто гидродинамическими приемами, но и использовать для этого сопряженные эффекты, такие как гравитационная конвекция и электроконвекция. Отметим также, что конечный результат будет зависеть еще и от того, таким образом протекает эволюция порции раствора, движущейся по мембранному каналу, в частности, от того, каким образом будут воздействовать продукты электромембранных реакций на ход процесса (установлено [17, 218], например, что сдвиг pH в камере обессоливания отрицательно влияет на характеристики процесса обессоливания происходит снижение выхода по току из-за участия в переносе электричества продуктов диссоциации воды, кроме того, ионы воды вызывают эффект депрессии потока противоионов соли, противоположный эффекту экзальтации). Такого рода эффекты, проявляющиеся при движении раствора по длине мембранного канала, изучает динамика электродиализа, однако этот раздел мембранной электрохимии уже выходит за рамки данной книги. [c.347]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология