Потенциал Доннана и мембранный потенциал

Больщинство авторов для объяснения суспензионного эффекта привлекает теорию равновесия Доннана. Рассмотрим более подробно измерение мембранного потенциала в цепи Доннана, а также измерение суспензионного эффекта и покажем их идентичность. [c.309]

При некоторых допущениях э. д. с. такой цепи численно равна сумме двух доннановских потенциалов, возникающих на границе раздела фаз, т.е. разности потенциалов между двумя растворами, разделенными мембраной. Эту величину обычно и называют мембранным потенциалом. В общем случае мембранный потенциал складывается из двух потенциалов Доннана, по одному на каждой границе раздела фаз раствор/мембрана, и одного диффузионного потенциала, происхождение которого связано с различиями в скоростях движения ионов в мембране [c.122]

Приведенное термодинамическое рассмотрение указывает на идентичность ДрН и мембранного потенциала в системе, находящейся в истинном термодинамическом равновесии, однако, механизм возникновения мембранного потенциала в данном случае не рассматривается. Такой, причиной может быть или равновесие Доннана, или какая-либо другая причина. [c.310]

Так как мы не можем без произвольности разделить э. д. с. цепи Доннана на истинный мембранный потенциал и два диффузионных потенциала K l солевых мостиков, то обычно рассматривают э. д. с. всей цепи Доннана, оставляя в стороне без рассмотрения вопрос о точном значении разности потенциалов между суспензией и равновесным с ней раствором. [c.311]

Наряду с изменениями с а Р, весьма важным следствием существования мембранного равновесия является возникновение разности потенциалов между равновесными фазами / и //, так называемого потенциала Доннана. [c.326]

Если ионитовая мембрана разделяет раствор двух электролитов, то разность потенциалов между ними отличается от жидкостного граничного потенциала, возникающего между теми же двумя растворами электролита при свободной диффузии в отсутствие мембраны. Такая разность потенциалов между двумя растворами электролитов, разделенными мембраной, называется мембранным потенциалом. В пределах мембраны, разделяющей растворы электролитов, имеется градиент концентраций, вызывающий диффузионный поток в мембране, т. е. создающий диффузионный потенциал. Мембранный потенциал слагается из диффузионного потенциала самой мембраны и двух потенциалов Доннана на границах мембрана —раствор (рис. 5) [c.21]

Из уравнения (XIII.4.3) следует, что после установления мембранного равновесия активность (концентрация) ионов по обе стороны мембраны неодинакова. Если в оба растворителя погрузить хлор-серебряные или каломельные электроды, то между ними возникнет разность потенциалов. Образуется концентрационный элемент, ЭДС которого определяется отношением активностей. Эта ЭДС получила название потенциала Доннана. [c.407]

Потенциал Доннана и мембранный потенциал [c.186]

Эта электрическая цепь кроме мембранной разности потенциалов включает еще два электродных потенциала, определяемых уравнением Нернста (П. 74). Обычно принимают, что электродные потенциалы в цепи точно компенсируют друг друга. Так как мембранная разность потенциалов определяется разностью потенциалов Доннана с одной и другой стороны мембраны Гд и Яд (П1. 140), а химические потенциалы иона на мембране с обеих сторон одинаковы, то [c.174]

Если фазовая граница между двумя электролитами проницаема не для всех ионов, то на такой границе устанавливается некоторая разность потенциалов, получившая название потенциала Доннана (по имени ученого, который исследовал закономерности возникновения таких потенциалов). Избирательная проницаемость межфазной границы возникает в случае, когда некоторые ионы настолько прочно связаны с одной из фаз, что покинуть ее не могут. То же происходит на пористых полупроницаемых мембранах, когда какие-либо ионы превышают определенный размер и не могут проникнуть через малые поры диафрагмы. [c.186]

Каковы же причины асимметрического распределения ионов Б состоянии пассивного равновесия Одним нз возможных объяснений может служить присутствие в клетке недиффундирующих ионов, приводящих к доннановскому равновесному распределению (см. стр. 155) и возникновению потенциала Доннана , который можно вычислить исходя из уравнения Нернста. Однако для многих наиболее интересных случаев пассивного равновесия в живых клетках феномен Доннана играет, по-видимому, второстепенную роль. Главной причиной возникновения мембранных потенциалов в живых клетках, вероятно, является наличие ионных насосов. В большинстве изученных клеток ионы натрия выкачиваются наружу специальными системами, осуществляющими активный транспорт, а пассивно переносятся [c.315]

Мембранный потенциал в случае ионоселективной мембраны, проницаемой для растворителя и всех видов ионов, кроме какого-то одного вида , — потенциал Доннана Дфа — после установления термодинамического равновесия между обоими растворами определяется следующими формулами. [c.24]

Д. ПОТЕНЦИАЛ ДОННАНА И МЕМБРАННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ [c.76]

Электрические потенциалы, возникающие на мембранах, разделяющих два раствора электролита, можно назвать мембранными. Выше показано, что последние могут возникнуть как диффузионный потенциал в мембране из-за различий в подвижностях ионов. Возможны и другие пути появления потенциала на мембране. Наиболее простой из них — возникновение его за счет омического падения напряжения вследствие протекания тока от внешнего источника э. д. с. через систему растворов, разделенных мембраной. Другой путь возникновения потенциала, но уже статического, связан с добавлением в один из растворов каких-нибудь заряженных частиц, которые не могут пройти сквозь мембрану. Это — система Гиббса — Доннана [15, 16]. Если мембрана не имеет фиксированных зарядов, мембранный потенциал эквивалентен диффузионному и для его описания становятся применимы результаты интегрирования уравнений потока Нерн-ста — Планка (111.48), выполненные Планком [6], Беном [12], Плейелем [11], Джонсоном [10] и Шлёглем [17]. [c.67]

Мембранный потенциал (или потенциал Ф. Г. Донна-н а) возникает в системах из двух растворов электролитов, разделенных полупроницаемой мембраной (рис. 51) при ионообменной адсорбции на границе ионит — раствор. [c.178]

Такое расхождение между экспериментальной и теоретической кривыми может свидетельствовать о том, что в норме мембранный потенциал создается не только калием, но и другими ионами. Действительно, при рассмотрении равновесия Доннана мы предположили, что мембрана в какой-то мере проницаема для С1 и Ыа+. Можно рассчитать равновесные потенциалы для каждого из этих ионов. Так, для натрия этот потенциал составляет [c.139]

Величина потенциала Доннана будет возрастать с ростом концентрации фиксированных зарядов в мембране, с уменьшением концентрации раствора электролита и с уменьшением химического сродства между ионообменной мембраной и противоионами. [c.21]

Физические причины возникновения доннановского потенциала легко объяснимы. Концентрация катионов в катионитовой мембране больше, чем в окружающих мембрану растворах, а концентрация анионов, напротив, больше в растворе, чем в мембране. Это приводит к диффузии катионов из мембраны в раствор и анионов из раствора в мембрану, в результате чего возникает электрическое поле, противодействующее стремлению ионов выравнять концентрации путем диффузии. Между растворами и мембраной устанавливается равновесие электрическое поле, поддерживающее это равновесие, измеряется величиной доннановского потенциала. Таким образом, мембранный потенциал рассматривается в виде суммы двух донна-новских потенциалов, возникающих на границе раздела мембрана — первый раствор и мембрана — второй раствор, и диффузионного потенциала, возникающего вследствие градиента концентрации по толщине мембраны. Перенос электрического тока в мембране осуществляется в основном в результате движения ионов только одного знака заряда, а именно противоионов. Это свойство мембраны и делает ее электрохимически активной. [c.142]

Ограниченность теории Германса — Овербека системами, в которых электростатический потенциал остается сравнительно малым, препятствует ее применению для систем, представляющих значительный интерес. Кимбаллом и др. [769] указывалось, что она должна быть более реальной при условии, что область, занятая полиионом, содержит достаточный избыток противоионов по сравнению с сопутствующими ионами, для того чтобы сделать суммарный заряд этой области незначительным. Для микроскопических систем это предположение аналогично представлениям Доннана о равновесном распределении ионов через полупроницаемую мембрану, ограничивающую движение полиионов в макроскопических системах. Распространяя эту концепцию на любую точку внутри области, занимаемой полиионом, из уравнения (VI1-14) получаем [c.275]

Равновесное распределение по разные стороны мембраны диффундирующих молекул, которые способны проникать через эту мембрану, определяется термодинамическими законами, согласно которым химические потенциалы диффундирующего вещества должны быть одинаковы с обеих сторон мембраны. Это требование приводит к ряду интересных следствий и имеет больщую практическую ценность. Оно объясняет явление осмоса в системах, в которых по одну сторону полупроницаемой мембраны находятся макромолекулы, и зависимость осмотического давления от молекулярной массы макромолекул. На нем основан эффект Доннана, заключающийся в том, что наличие заряженных макромолекул по одну сторону мембраны приводит к неодинаковому распределению малых ионов, свободно диффундирующих через мембрану. Эффект Доннана в свою очередь ответствен за появление мембран Ю1 о потенциала. В биологических мембранах благодаря использованию такого источника энергии, как реакция гидролиза АТР, работают ионные насосы (например, На —К -насос). Это приводит к созданию градиента ионных кон- [c.480]

Содержание электролита в мембране уменьшается с ростом потенциала Доннана. Поэтому этот потенциал и его влияние на ионы имеют первостепенную важность для выяснения механизма сорбции и транспорта ионов через ионообменные и иономерные мембраны. Сорбция электролита и его транспорт зависят главным образом от распределения коионов, так как поглощение электролита и коионов является стехиометрически эквивалентным. К параметрам, которые влияют на величину потенциала Доннана, можно отнести емкость сухой смолы, степень набухания, плотность поперечных сшивок, концентрацию раствора, ионную плотность заряда и т. д. [c.157]

Рассмотрим ионообменную мембрану в контакте с ионным раствором ионы, одноименно заряженные с ионами, связанными с материалом мембраны, не могут проходить через мембрану. Этот эффект известен как исключение Доннана и может быть описан равновесной термодинамикой. Можно рассчитать химический потенциал ионного компонента в обеих присутствующих фазах при условии, что ионный раствор находится в равновесии с заряженной мембраной. Для ионного раствора справедливо выражение [c.267]

В таком виде условия равновесия для однородной системы с мембранами были впервые сформулированы в 19П г, Ф. Доннаном, Поэтому такие равновесия часто называют дон-нановыми равновесиями, а обусловленный ими мембранный потенциал — доннановым потенциалом. Иногда эти названия распространяют и на равновесия при контакте двух разнородных растворов (разд, 5,3). [c.94]

Потенциал Доннана и, следовательно, сорбция электролита, обратно пропорциональны степени набухания и прямо пропорциональны плотности поперечных связей. Поскольку равновесие Доннана определяется свойствами электрического поля, которые зависят от полного заряда как фиксированных, так и подвижных групп, то именно эти параметры влияют на величину потенциала Доннана. Падение эффективности уменьшения содержания электролита в мембране с увеличением концентрации раствора обусловлено увеличением способности ионов устранять концентрационные различия за счет диффузии S постоянном электрическом поле. Электрическое поле является постоянным, так как концентрация фиксированных зарядов в мембране постоянна. Равновесие между такими противоположными процессами смещения приводит к уменьшению потенциала Доннана и увеличению содержания электролита в мембране. Противокатионы с высокой плотностью заряда [маленький размер и (или) высокая валентность] и коионы с низкой плотностью заряда уменьшают до минимума изменение содержания электролита. Это влияние обусловлено максимальным притяжением противоионов и минимальным отталкиванием коионов фиксированными ионными группами. Кроме этих эффектов взаимодействия с мембраной и отталкивания от нее, противоионы с высокой и коионы с низкой плотностью заряда подавляют образование пар коионов между подвижными ионами. В результате этого внешние силы, например электрическое поле, наведенное фиксированными зарядами мембран, оказывают более сильное влияние, чем в случае воздействия сильных ассоциатов между составляющими электролита. С другой стороны, когда пары и комплексы ионов образуются противоионами и коионами, соединение может вести себя как агрегат с эффективной плотностью заряда, соответствующей относительным количествам положительных и отрицательных зарядов. В таком случае исключение коионов и, следовательно, эффективность эффекта Доннана можно снизить за счет вхождения КОНОНОВ как скрытой части комплекса противоионов. [c.158]

Для коллодиевых мембран с сульфополистиролом определены подвижности и коэффициенты активности ионов малых размеров при использовании водных растворов КС1 различных концентраций [37]. Коэффициенты активности рассчитывали по уравнению Доннана, анализируя содержание ко- и противоионов в фазе мембраны. С помощью этих данных в сочетании со значениями мембранного потенциала и ионных проницаемостей определяли ионные подвижности посредством применения функции, связывающей их. Аналогичный способ исследования распространен и на другие солевые растворы [38]. В каждом случае подвижность коиона одинакова с таковой в объеме раствора во всем интервале исследованных концентраций подвижность же противоионов очень сильно снижается с уменьшением концентрации солевого раствора. [c.103]

Мембранный потенциал без учета диффузионного потенциала внутри мембранной фазы представляет собой сумму этих двух дон-нановских потенциалов (для Сг>С1) [c.222]

Рис. 5. Схема, поясняющая образование мембранного потенциала. Е донНф —ф "дон = ф" ф" дифф = ф—ф"

Каким может быть мембранный потенциал по величине По данным табл. 25.1, для / р = 20 мембранный потенциал Фу, = 77 мВ, адлягр = 1,01 величина Фу, равна 0,26 мВ. Таким образом, мембранный потенциал может быть довольно большим однако при достаточно высокой концентрации соли эффект Доннана в значительной мере подавляется и мембранный потенциал фактически становится равным нулю. [c.454]

В случае сильнозаряженных ионообменных мембран такого рода аномальные изменения величины мембранного потенциала не наблюдаются, а отклонение от соотношений Доннана обычно связывают с неравномерным распределением функциональных групп в ионообменниках. Рассмотрим более подробно некоторые модели описания необменной сорбции электролитов, основанные на представлениях о неоднородной структуре ионитов. [c.54]

Потенциометрический метод определения чисел переноса технически реализуется более просто, чем метод Гитторфа [67, 95]. Теория же потенциометрических чисел переноса (или теория ионоселективных электродов) весьма сложна. В термодинамическом подходе, приведшем нас к формулам (5.10)—(5.12), потенциометрическое ЧП остается, вообще говоря, неизвестной функцией концентраций с и а также свойств мембраны. Именно отыскание этой функции, или, другими словами, зависимости мембранного потенциала от внешних концентраций с и и от свойств мембраны (емкости Q, подвижностей ионов и и и т.п.), и составляет задачу теории. Этим вопросам посвящено огромное количество работ. Это классические работы Доннана [96], Теорелла [97], Мейера и Сиверса [98], Шлёгля [99], монографии [1, 95, 100], а также работы авторов [101—105]. Мы не будем касаться в этой книге теоретических вопросов, рассмотрим лишь проблему определения электромиграционного ЧП из потенциометрических измерений. [c.216]

Ранее мы уже показали, что свободная энергия гидролиза АТР зависит от концентрации трех реагирующих веществ - АТР, ADP и Pi (см. рис. 7-22). ДО для синтеза АТР - это та же величина, взятая с минусом. Свободная энергия перемещения протонов через мембрану равна сумме (1) ДО для перемещения одного моля любых ионов между областями с разностью потенциалов ДУ и (2) ДО для перемещения моля любых молекул между областями с различной их концентрацией. Уравнение для протонодвижущей силы, приведенное в разд. 7.1.7, обьединяет те же самые составляющие, но только разность концентраций заменена эквивалентным ей приращением мембранного потенциала, так что получается выражение для электрохимического потенциала протона. Таким образом, ДО для перемещения протонов и протонодвижущая сила учитывают один и тот же потенциал, только в первом случае он измеряется в килокалориях, а во втором - в милливольтах. Коэфф ициентом для перевода из одних единиц в другие служит число Фарадея. Таким образом, ДОн = -0,023 (протонодвижущая сила), где ДОн + выражается в килокалориях на 1 моль (ккал/моль), а протон о движущая сила - в милливольтах (мВ). Если электрохимический протонный градиент равен 220 мВ, то ДОн = 5,06 [c.449]

В общем случае для мембран, проницаемых для одних сортов ионов и не проницаемых для других, при расчете М. п. требуется введение определенных приближений в зависимости от толщины мембраны, ее состава и строения, а также от механизма переноса. В случае мембран макроскопич. размера полный М.п. слагается из трех компонентов двух граничных потенциалов, локализованных в двойных электрич. слоях на границе мембрана-р-р электролитов, и внутримембранного, локализованного в электронейт-ральном объеме мембраны. Кроме того, при пропускании электрич. тока через мембрану внутри нее возникает падение напряжения. Обычно считается, что переход ионов через межфазнзто границу происходит быстро, так что их распределение равновесно затруднен только перенос ионов через объем мембраны. Для системы, в к-рой в фазе а имеется бинарный электролит В А , присутствующий и в мембране, а мембрана содержит ион К с зарядовым числом г , не проникающий через межфазные границы, граничный потенциал определяется ф-лой Доннана н наз. доннановским [c.28]

При помещении мембраны в раствор электролита на граниие раздела фаз мембрана — раствор возникает электрический потенциал, называемый потенциа.юм Доннана. Его возникновение обусловлено следующим фактом. Так как активность данных ионов в растворе и на мембране различна, то прояв.чяется тенденция к их выравниванию. В то же время катионы и анионы в растворе и мембране связаны между собой условием [c.209]