Мембранный потенциал термодинамическая

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]

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]

Мембранный потенциал есть термодинамическое выражение того факта, что при равновесии мембрана, изображенная на рис. 61, должна быть поляризована, чтобы нейтрализовать градиенты концентрации ионов внутри мембраны. [c.277]

Числа переноса в мембранах часто вычисляют из данных по измерению мембранного потенциала. Если число перенос. равно единице, то говорят, что мембрана обладает идеальной селективной проницаемостью при этом мембранный потенциал дается формулой Нернста НТ 1Р) п а у а , где значения а определяются концентрациями электролита по обе стороны мембраны. Если число переноса катиона внутри мембраны +, то термодинамическая формула для мембранного потенциала (измеренного, например, с помощью каломельных электродов, соединенных с обеими сторонами солевыми мостиками) будет иметь следующий вид (2 +— 1)(/ 7 //= ) 1п(а+)2/(а )1. Итак, величину можно вычислить из измерения мембранного потенциала. [c.166]

Материал книги разбит на три части. В первой из них после введения (глава I), в которой читателя знакомят с набором существующих ионоселективных мембранных электродов, следует глава П, где излагаются термодинамические принципы и другие концепции, лежащие в основе описания поведения растворов электролитов. В главе HI дается обзор различных теорий мембранного потенциала электродов с жидкими и твердыми мембранами. Автор полагает, что теоретические основы, изложенные в главах II и III, помогут читателю — будь он студент, инженер или исследователь, — мало или вовсе не сведущему в электрохимии, сознательно применять электроды в своей специальной области. [c.9]

Термодинамические теории изотермического мембранного потенциала [c.71]

В отличие от теории ТМС мембранного потенциала, в рамках которой он зависит от сведений о внутренней структуре и свойствах мембраны, термодинамические теории в таких сведениях не нуждаются. [c.71]

В мембранных системах под действием различных обобщенных термодинамических сил (градиентов концентрации, электростатического потенциала, давления, температуры) возникают потоки ионов и растворителя, а также мембранный потенциал и ток протекания. [c.216]

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]

Состав смеси меняется по степенному или экспоненциальному закону в диффузионных пограничных слоях напорного и дренажного каналов, примерно линейно — в мембране и пористой подложке и скачкообразно — на поверхности раздела. Каждую из областей можно рассматривать как открытую неравновесную подсистему, а мембранный элемент в целом — как открытую систему, состоящую из четырех подсистем, разграниченных поверхностями раздела. На основе представлений о локальном термодинамическом равновесии концентрации компонентов на границах раздела подсистем находят из условия равенства химических потенциалов этих компонентов в каждой из сопрягающихся подсистем. Газовые смеси в напорном и дренажном каналах представляют однородные объемные фазы, поэтому химический потенциал каждого из п компонентов газовой смеси зависит только от давления, температуры и состава смеси [c.11]

Уравнение для потенциала Д ф на границе исследуемый раствор — мембрана можно получить из термодинамического условия равновесия заряженных частиц, т. е. условия равенства электрохимических потенциалов ц,- ионов /-го рода, способных проникать в мембрану р. = Д , где прямая черта над 1 и ф означает, что эта величина относится к фазе мембраны. Итак [c.520]

Однако еще в работе [6] обращалось внимание на то, что в общем выражение потенциала стеклянного электрода при более строгом в термодинамическом отношении подходе необходимо учесть еще одно переменное слагаемое — диффузионный потенциал внутри его мембраны, как это и делалось уже тогда в применении к ионитовым мембранам [7]. [c.305]

Заключение. В процессе фотосинтеза происходит превращение энергии света в биохимическую энергию. Первичное действие света состоит в том, что в фотохимических реакционных центрах электроны донора переносятся на акцептор в термодинамически невыгодном направлении. По крайней мере часть электронов возвращается по электрон-транспортной цепи к реакционным центрам. Благодаря особому расположению компонентов электрон-транспортной системы в мембране это сопровождается направленным переносом протонов и созданием протонного потенциала. Таким образом, аппарат фотосинтеза-это прежде всего протонный насос, приводимый в действие светом. Протонный потенциал обеспечивает возможность преобразования энергии путем фос- [c.392]

В основе дальнейших рассуждений лежит предположение о том, что потенциалы движущих сил, т. е. электрохимические потенциалы, на всех границах раздела изменяются непрерывно. Это условие было впервые сформулировано Кирквудом [23]. Если переходный сдой между двумя соседними фазами бесконечно тонкий, его сопротивление потоку равно нулю. Отсюда следует, что в этом слое не должно происходить падения электрохимического потенциала, так как в противном случае возникли бы локальные потоки, в пределе бесконечно большие, а это бы нарушило требование стационарности. (Не следует отождествлять переходный слой с промежуточным слоем, который может иметь конечное сопротивление и в этом случае рассматривается как дополнительный элемент.) Таким образом, в системе, составленной из последовательно соединенных элементов, термодинамические силы, действующие на элементы, являются аддитивными величинами. Непрерывность электрохимических потенциалов пе означает непрерывности в значениях отдельных величин, функциями которых они являются концентрации, давления, электрический потенциал могут претерпевать скачки на границах слоев. Однако в отношении химического потенциала электронейтральных частиц свойство непрерывности должно выполняться, В то же время градиенты потенциалов, или локальные силы, в общем случае прерывны на границах элементов, так как потоки по всей мембране должны сохраняться постоянными, а отдельные элементы могут характеризоваться различными феноменологическими коэффициентами. Для серии [c.461]

Скэтчард [12] рассматривает мембранные потенциалы с точки зрения термодинамических соотношений для ЭДС гальванических элементов с переносом, и предложенное им уравнение для определения потенциала имеет следуюш ий вид [c.139]

Ионоселективные солевые мембранные электроды представляют тонкую пластинку соли (вмонтированную в дно цилиндрического сосуда), находящуюся в контакте с двумя растворами электролитов, имеющих одноименные ионы с солью мембраны. На границе раздела мембрана — электролит возникает скачок электрического потенциала, величина которого зависит от активности ионов электролита в соответствии с уравнениями, аналогичными уравнениям Нернста для электродов 1- и 2-го рода. Формальной причиной возникновения потенциалов на границах раздела солевая мембрана — раствор является различие химических потенциалов подвижных ионов на поверхности мембраны и в толще раствора. Из термодинамического условия равновесия, характеризующегося равенством электрохимических потенциалов подвижных ионов на поверхности мембраны и в растворе, может быть получено уравнение [c.58]

Фазовые переходы в липидах мембран удается описать в более общем виде с помощью феноменологической теории Ландау. Она позволяет представить термодинамический потенциал (свободная энергия) вблизи точки фазового перехода в виде степенного разложения по параметру порядка v [c.55]

Энергия А ц используется для синтеза АТФ в специальном ферменте - мембранной АТФ-синтетазе. Надо ясно понимать, что сама по себе величина электрохимического потенциала характеризует термодинамическую движущую силу синтеза АТФ, но ничего не говорит о молекулярных механизмах этого процесса. [c.166]

Транспорт веществ через мембрану. Проницаемость биомембран. Проницаемость липидных мембран при фазовых превращениях липидов. Проницаемость липидных мембран для воды. Ионная проницаемость липосом. Влияние холестерина на ионную проницаемость биомембран. Методы изучения проницаемости. Движущие силы и механизмы процесса переноса вещества через мембрану. Электрохимический потенциал. Активный и пассивный транспорт. Термодинамические уравнения и критерии процессов пассивного и активного транспорта. Уравнения диффузии, проницаемости, константа проницаемости. [c.283]

Мы утверждаем, что неравновесная термодинамика конструктивна, поскольку образует самосогласованную, логичную и компактную форму организации и систематизации информации. Построение систематических корреляций по разнородным данным позволяет выявить единообразие между разными на первый взгляд системами. Часто оказывается, что формализм, развитый при анализе одной системы, непосредственно применим к совершенно другой системе. Так, например, обстоит дело, когда мы рассматриваем случай поддержания градиента электрохимического потенциала на эпителиальной мембране и изометрического напряжения в мышце. Кроме того, в пределах данной системы термодинамический подход позволяет выявить связи между различными явлениями, которые с других точек зрения отнюдь не очевидны. Например, расхождения между коэффициентом проницаемости для изотопной -метки и для суммарного потока дают количественную меру аномальности отношения потоков. При других способах рассмотрения связь [c.7]

Солнер и его сотр. использовали явление аномального осмоса как критерий электрохимической активности 41ембраны [G18]. В более ранних работах [S51, 84] Солнер развил теорию, объясняющую аномальный осмос на основании модели мембраны, имеющей поры различного размера (гетеропористая модель). В качестве примера для иллюстрации своей теории он рассмотрел две поры, одну— узкую, другую — несколько шире, в катионитовой мембране, разделяющей два раствора электролита различной концентрации. Из-за высокой концентрации фиксированных ионов в узких порах одноименные ионы исключаются, вследствие чего между концами этих пор возникает термодинамический максимум мембранного потенциала. В результате этого более разбавленный раствор становится положительно заряженным. Однако в более широких порах присутствуют некоторые одноименные ионы и величина потенциала получается ниже максимальной. В результате между двумя порами существует несбалансированная э. д. с. и положительный ток течет через узкие поры от концентрированного к разбавленному раствору и обратно через широкие поры. Этот процесс, согласно Солнеру, вызывает общий электроосмотический поток через более широкие поры, т. е. происходит положительный аномальный осмос. Солнер пытался объяснить подобным образом и отрицательный аномальный осмос. Для этого он постулировал несколько иные условия для размера пор и проникновения одноименного иона, а также подвижность одноименного иона, большую, чем подвижность противоиона. [c.117]

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]

Очевидно, при а=а, когда критерий эволюции или кинетический потенциал равны нулю, происходит потеря устойчивости, и возможен скачкообразный переход в качественно новое состояние мембранной системы. Зависимость переменных хну от управляющего параметра а называют бифуркационной диаграммой, а состояние при а=а — бифуркационной точкой. На рис. 1.7 показана бифуркационная диаграмма для системы с одной переменной х в бифуркационной точке происходит переход с нижней ветви устойчивых состояний в область неустойчивости, т. е. из области I в области III или V (см. также рис. 1.6). Переходы типа узел — фокус (1- П) возможны на термодинамической ветви состояний, т. е. ао<а< а при этом нарушается лишь монотонный характер приближения к стационарному состоянию, возникают затухающие колебания концентраций. Как отмечалось выше, термодинамический критерий эволюции в виде соотношения (1.24) фиксирует условия, где возможны переходы в новые состояния, но не определяет новую структуру мембраны. Последнее возможно на основе анализа неустойчивости, если известен конкретный вид функций Fx x, у) и Fy(x, у) т. е. описание кинетики в йепи химических превращений в мембране. [c.34]

Электродный потенциал - один из основных электрохимичесз-ких параметров, измерение которого составляет суть метода потенциометрии, - был предметом многочисленных исследований. Впервые в 1889 г. В. Нернст вывел термодинамическую зависимость э.д.с. от концентрации ионов в растворе. В настоящее время под термином "электродный потенциал" понимают э.д.с. электрохимической цепи ( ), составленной из стандартного водородного электрода и электрода, представляющего любую другую окислительно-восстановительную полуреакцию. Таким образом, данная формулировка включает два основных типа электродов электроды, функционирующие на основе а) электронного и б) электронно-ионного равновесия, иными словами, электроды, обладающие электронной и смешанной (электронноионной) проводимостью. Однако необходимо принять также во внимание третий тип, а именно электроды, перенос зарядов в которых осуществляется за счет ионов, т.е. электроды с ионной проводимостью. По этому принципу функционируют так называемые мембранные электроды, которые рассматриваются в разделе "Ионометрия". [c.20]

Впервые обратимость потенциала стеклянной мембраны к ионам водорода наблюдали Габер и Климансиевич (1909—1910 гг.). Исследуя электро-кинетические явления на поверхности стекла, они определили величину термодинамического потенциала стеклянной поверхности и нашли, что этот потенциал является функцией pH раствора. Эти наблюдения Габера и Кли-мансиевича послужили основанием для ряда работ по теории и практике применения стеклянных мембран для определения pH растворов. [c.421]

Таким образом, осмотическое давление представляет собой термодинамический параметр, характеризующий стремление раствора к понижению концентрации при соприкосновении через полупроницаемую мембрану с чистым растворителем или раствором менвшей концентрации вследствие направленной диффузии молекул растворителя за счет выравнивания его химического потенциала по обе стороны мембраны. [c.214]

Липиды, входящие в состав вещества мембран, содержат фосфор. Это так называемые фосфолипиды, структура молекул которых как будто специально приспособлена для создания макрогете-рогенных структур и поверхностей раздела. Дело в том, что многие биологически важные вещества состоят из молекул, в которых можно обнаружить как гидрофильную часть, т. е. группы атомов (как, например, ОН, СООН, NH2), и гидрофобную, состоящую из углеводородных цепей, или циклов. Последние также окружены молекулами воды, но сближение и объединение углеводородных частей, связанные с частичным разрушением упорядоченной водной оболочки, дают в итоге убыль соответствующего термодинамического потенциала, поэтому между углеводородными частями различных молекул в водной среде обнаруживаются силы притяжения ( гидрофобные силы ). Строение фосфолипидов можно представить себе, если в молекуле глицерина заместить два гидроксильных атома водорода на остатки жирных кислот, а третий [c.387]

Как будет показано ниже, продольная деформация мембраны может быть выбрана в качестве независимой переменной состояния для частично закрытой бислойной мембранной системы, что приводит к фундаментальному уравнению типа уравнения Шаттлворта, подобно тому, как это сделано в случае нерастворимых поверхностных пленок. С другой стороны, введение деформационно-зависимого химического потенциала для мембранообразующего липида в бислое позволяет почти полностью следовать гиббсовскому методу, приводящему к фундаментальным уравнениям гиббсовского типа. Полностью открытая бислойная мембрана может быть рассмотрена непосредственно в рамках гиббсовского метода. Ниже мы покажем, что открытые би-слойномембранные системы представляют также определенные преимущества для извлечения желаемой термодинамической информации о составе мембраны, энергии, энтропии и т. д. [c.318]

Хотя прямое определение разности потенциалов между твердым веществом и раствором неосуществимо, Кольтгоф и Сэн-дерс установили, что потенциалы мембранных электродов из галогенидов серебра изменяются в зависимости от активности иона галоида (или иона серебра), и эта зависимость хорошо согласуется с уравнением (8-3). В этой связи следует отметить, что осадочные мембраны Фишера и Бабкока состоящие из частиц осадка, включенных в парафиновую матрицу, совсем не проявляют свойств, присущих мембранам с ионной решеткой, а реагируют на противоположные ионы в растворе (см. раздел 8-3), так как перенос электричества через такую мембрану осуществляется через водный слой, а не через твердую фазу. Следовательно, определяемый в этом случае потенциал — это скорее электрокинетический потенциал (раздел 8-4), а не термодинамический. [c.170]

Широкое использование электродов серебро—галогенид серебра в электрохимических измерениях объясняется их компактностью и легкостью изготовления. Наиболее важным применением хлорсеребряного электрода является исследование термодинамических свойств электролитов, таких, как стандартный электродный потенциал и коэффициенты активности. Электроды типа серебро—галогенид серебра могут также использоваться в неводных растворах. Однако это применение ограничено сильной тенденцией иона серебра к образованию комплексов, что значительно увеличивает растворимость галогенндов серебра. Хлорсеребряные электроды нашли важное применение в исследовании свойств биологических мембран. [c.141]

Формулы Шмида и Гельмгольца — Смолуховского, так же как и формула Ставермана [598], приведены в табл. 2.6. Ставерман применил методы термодинамики неравновесных процессов для явления переноса в мембранах и вывел уравнения, связывающие обычные термодинамические и феноменологические постоянные, не зависящие от модели данной мембраны. Поскольку эти уравнения содержат величины, связанные с переносом как заряженных, так и незаряженных частиц, они обеспечивают связь между легко определяемыми свойствами, такими, как потенциал мембраны, электропроводность и электроосмотический перенос воды. Уравнения Ставермана имеют общий характер, они справедливы почти во всех случаях, поэтому ими можно пользоваться для проверки уравнений, выведенных из теорий Шмида и Гельмгольца — Смолуховского. [c.108]

Уравнения, полученные в главах II и VIII, могут быть применены и к простейшему случаю мембранного равновесия, когда одна из фаз, помимо прочих веществ, включает в себя все компоненты другой фазы. Но в общем случае, когда каждая из фаз содержит среди прочих компоненты, отсутствующие в другой фазе, уравнения, полученные в главах II и VII, теряют силу и должны быть заменены иными термодинамическими соотношениями. Вид этих соотношений будет зависеть от того, к ионной или неионной системе они относятся, поэтому в случае равновесий, связанных с неполнотой распределения компонентов, ионные системы требуют специального обсуждения. Двухфазные ионные системы, характеризующиеся неполнотой распределения заряженных частиц, называют электродами. Для них важными дополнительными характеристиками состояния являются скачок электрического потенциала и заряд у поверхности разрыва. [c.239]

Осмотическое давление. Термодинамическим условием осмотического равновесия является равенство химических потенциалов компонента, способного проходить через мембрану (обычно растворителя), по обе стороны закрепленной иолупропицаемой мембраны (см. гл. I). Как показывает опыт, равновесие можно сохранить только в том случае, если давление Р, действую-1цее с одной стороны мембраны на раствор, иревын1аот давление Р , действующее с другой стороны мембраны иа растворитель. Как было показано, химический потенциал компонента 1, который мы будем считать растворителем, выражается для бинарного раствора следующей формулой [c.177]

Известно, что химический потенциал слабо зависит от давления. Поэтому для слабых растворов при изотермических условиях равенство химических потенциалов соответствует равенству концентраций растворенных вне и внутри клетки веществ, проникающих через клеточную мембрану. Выравнивание концентраций какого-либо из растворенных веществ вне и внутри клетки, отражающее стремление системы возвратиться к состоянию термодинамического равновесия, может происходить различными путями. Если суммарное содержание растворенных внутри клетки веществ ниже, чем снаружи, то концентращ111 могут стать равными либо за счет осмотического удаления ч-асти воды из клеток, либо за счет проникновения определенного количества растворенных веществ снаружи внутрь клеток. Обычна растворитель (вода) проникает через мембраны клеток или липидных везикул значительно быстрее, чем молекулы других веществ. Поэтому при переносе клетки (везикулы) из изотонического в гипертонический раствор объем клетки в начале экспозиции уменьшается до значения - оЛл/ло (где Л л — разность осмотического давления между внутри- и внеклеточным растворами, яо — осмотическое давление криоконсерванта), так что [c.35]