27. Окислительно-восстановительный потенциал. Уравнение Нернста-Петерса.
Окислительно-восстановительный (редокс) потенциал – потенциал, возникающий в системе, состоящей из инертного проводника первого рода и раствора, содержащего окислительно-восстановительную пару.
Количественной характеристикой окислительно-восстановительной системы является редокс-потенциал (от английского RedOx – Reduction/ Oxidation), возникающий на границе раздела фаз платина − водный раствор. Величина потенциала в единицах СИ измеряется в вольтах (В) и рассчитывается по уравнению Нернста-Петерса:
где аOх и aRed – активность окисленной и восстановленной форм соответственно; n – число электронов, принимающих участие в элементарном редокс-процессе. Величина φ0 – стандартный редокс-потенциал, то есть потенциал, измеренный при условиях аOх = aRed = a(H+) = 1 моль/л и данной температуре.
Форма записи уравнения Нернста-Петерса при 25 °C:
В общем виде процесс, сопровождающийся переходом электронов в окислительно-восстановительной полуреакции может быть изображен:
Ox + ne <->Red.
Окислительно-восстановительный потенциал, возникающий в таких системах, зависит от природы редокс-реакции и от активностей обоих электроактивных соединений, а также других возможных участников процесса.
28. Диффузный и мембранный потенциалы. Механизм действия и их роль в генерации биопотенциалов в организме.
Диффузионный потенциал возникает на границе между двумя разными растворами электролита или разными концентрациями одного раствора электролита.
Появление диффузионного потенциала обусловлено неравномерным распределением катионов и анионов вдоль границы раздела растворов из-за различий в скорости диффузии ионов через границу раздела .
Диффузионные потенциалы могут возникать и в биологических объектах при повреждении, например, оболочек клеток. При этом нарушается избирательность их проницаемости и электролиты начинают диффундировать в клетку или из нее – в зависимости от разности концентраций. Причем поврежденная ткань заряжается отрицательно по отношению к неповрежденной.
Диффузионный потенциал может сильно возрасти, если растворы электролитов различных концентраций разделить специальной мембраной, проницаемой только для ионов одного какого-то знака.
Мембранные потенциалы весьма стойки и могут без изменения сохраняться долгое время. Мембранный потенциал связан с работой натриевой протонной помпы, других механизмов саморегуляции клеточного обмена; с устойчивостью эритроцитов, но особенно хорошо видна роль мембранного потенциала при анализе работы нервных клеток.
29. Потенциометрия. Сущность метода и области применения в химических и медико-биологических исследованиях.
Потенциометрия – физико-химический метод анализа, позволяющий определять активности (концентрации) ионов на основании измерения электродвижущей силы (ЭДС) обратимой гальванической цепи, состоящей из электрода сравнения и электрода определения, опущенных в исследуемый раствор.
Электрод, потенциал которого зависит от активности (концентрации) определяемых ионов в растворе, называется индикаторным или электродом определения.
Для измерения потенциала индикаторного электрода в раствор погружают второй электрод, потенциал которого не зависит от концентрации определяемых ионов. Такой электрод называется электродом сравнения.
В потенциометрии используют два основных класса индикаторных электродов.
Электроды, на межфазных границах которых протекают реакции с участием электронов. Такие электроды называют электронообменными.
Электроды, на межфазных границах которых протекают ионообменные реакции. Такие электроды называют мембранными или ионообменными, их называют также ионоселективными.
Потенциометрический анализ широко применяется для непосредственного определения активности ионов, находящихся в растворе (прямая потенциометрия – ионометрия), а также для индикации точки эквивалентности при титровании по изменению потенциала индикаторного электрода в ходе титрования (потенциометрическое титрование).