2014-02-09
2202
Dx— градиент концентрации,
T – абсолютная температура
M моль
Jm = –– - –––– ( – - –––– ); m - количество вещества
S × t м с Jm - (джей) – плотность потока вещества.
Электрохимический потенциал –- величина, равная энергии Гиббса G на один моль данного вещества, помещенного в электрическом поле.
Свободная энергия Гиббса (или просто энергия Гиббса, или потенциал Гиббса, или термодинамический потенциал в узком смысле) — это величина, показывающая изменение энергии в ходе химической реакции и дающая таким образом ответ на вопрос о принципиальной возможности протекания химической реакции; это термодинамический потенциал следующего вида:
G = U + PV – TS
где U — внутренняя энергия, P— давление, V— объём, T — абсолютная температура, S — энтропия.
(Термодинамическая энтропия S, часто просто именуемая энтропия, в химии и термодинамике является функцией состояния термодинамической системы)
Энергию Гиббса можно понимать как полную химическую энергию системы (кристалла, жидкости и т. д.)
Понятие энергии Гиббса широко используется в термодинамике и химии.
Термодинамическая энтропия S, часто просто именуемая энтропия, в химии и термодинамике является функцией состояния термодинамической системы.
Для разбавленных растворов плотность потока вещества определяется уравнением Нернста-Планка.
d × C d ×φ
Jm= – U ×R×T –––– - – U×C×Z×F –––– -;
d × x d × x
U – подвижность частиц,
R— газовая постоянная 8,31 дж/моль,
dC
z – заряд иона электролита,
F—число Фарадея 96500 кг/ моль,
dφ—потенциал электрического поля,
d φ
Существуют две причины переноса вещества при пассивном транспорте: градиент концентрации и градиент электрического потенциала. (Знаки минус перед градиентом показывают, что градиент концентрации вызывает перенос вещества от мест с большей концентрации к местам с меньшей концентрацией). Градиент электрического потенциала вызывает перенос положительных зарядов от мест с большим, к местам с меньшим потенциалом.
Может происходить пассивный перенос веществ от мест с меньшей концентрацией к местам большей концентрацией, (если второй член уравнения по модулю больше первого).
Если не электролиты Z=0; или отсутствует электрическое поле, то происходит простая диффузия – закон Фика.
d × C
Jm = – - D × ––––;
d × x
D – коэффициент диффузии;
d ×C
- – - ––– градиент концентрации;
d ×x
Диффузия – самопроизвольное перемещение веществ из мест с большей концентрацией в места с меньшей концентрацией вещества, вследствие хаотичного теплового движения молекул.
Диффузия вещества через липидный бислой вызывается градиентом концентрации в мембране. Коэффициент проницаемости мембраны зависит от свойств мембраны и переносимых веществ. (Если концентрации вещества у поверхности в мембране прямо пропорциональны концентрациям у поверхности вне мембраны).
D × K
P = - – - –– - – коэффициент проницаемости
L
K – коэффициент распределения, который показывает соотношение концентрации вещества вне мембраны и внутри ее.
L – толщина мембраны;
D – коэффициент диффузии;
Коэффициент проницаемости тем больше, чем больше коэффициент диффузии (чем меньше вязкость мембраны), чем тоньше мембрана и чем лучше вещество растворяется в мембране.
Хорошо проникают через мембрану неполярные вещества – органические жирные кислоты, плохо – полярные водорастворимые вещества: соли, основания, сахара, аминокислоты.
При тепловом движении образуются небольшие свободные плоскости между хвостами – называются клинки, через которые могут проникать полярные молекулы. Чем больше размер молекулы, тем меньше проницаемость мембраны для этого вещества. Избирательность переноса обеспечивается набором в мембране пор определенного радиуса, соответствующих размеру проникающей частицы.
Облегченная диффузия – происходит при участии молекул переносчиков. Переносчик ионов калия – валиномицин, который имеет форму манжетки; устлан внутри полярными группами, а снаружи –неполярными. Характерна высокая избирательность. Валиномицин образует комплекс с ионами калия, которые попадают внутрь манжетки, а также он растворим в липидной фазе мембраны, так как снаружи его молекула неполярна.
Молекулы валиномицина у поверхности мембраны захватывают ионы калия и переносят его через мембрану. Перенос может происходить в обе стороны.
Облегченная диффузия происходит от мест с большей концентрацией переносимого вещества к местам с меньшей концентрацией.
Отличия облегченной диффузии от простой:
1) перенос вещества с переносчиком происходит быстрее.
2) Облегченная диффузия обладает свойством насыщения, при увеличении концентрации с одной стороны мембраны, плотность потока возрастает до тех пор пока все молекулы переносчика не будут заняты
3) При облегченной диффузии наблюдается конкуренция переносимых веществ, когда переносчиком переносятся разные вещества; при этом одни вещества переносятся лучше чем другие и добавление одних веществ затрудняет транспорт др. Так из сахаров глюкоза переносится лучше чем фруктоза, фруктоза лучше, чем ксилоза, а ксилоза, лучше чем арабиноза.
4) Есть вещества, блокирующие облегченную диффузию – они образуют прочный комплекс с молекулами переносчик. Неподвижные молекулы – переносчики, фиксированные поперек мембраны передаются от молекулы к молекуле.
Фильтрация— движение раствора через поры в мембране под действием градиента давления. Скорость переноса при фильтрации подчиняется закону Пуазейля.
D v P1 – P2
– - –– = - ––––––;
