Ties dviejų nelygių sprendinių riba visada atsiranda potencialų skirtumas, kuris vadinamas difuzijos potencialu. Tokio potencialo atsiradimas siejamas su nevienodu katijonų ir anijonų judumu tirpale. Difuzijos potencialų dydis paprastai neviršija kelių dešimčių milivoltų ir dažniausiai į juos neatsižvelgiama. Tačiau atliekant tikslius matavimus, imamasi specialių priemonių, kad jų būtų kuo mažiau. Difuzinio potencialo atsiradimo priežastys buvo parodytos dviejų gretimų skirtingos koncentracijos vario sulfato tirpalų pavyzdžiu. Cu2+ ir SO42- jonai pasklis per sąsają iš labiau koncentruoto tirpalo į mažiau koncentruotą. Cu2+ ir SO42- jonų judėjimo greičiai nevienodi: SO42- jonų judrumas didesnis nei Cu2+. Dėl to mažesnės koncentracijos tirpalo pusėje tirpalo sąsajose atsiranda neigiamų SO42- jonų perteklius, o labiau koncentruotoje – Cu2+ perteklius. Atsiranda potencialų skirtumas. Perteklinis neigiamas krūvis sąsajoje slopins SO42- judėjimą ir pagreitins Cu2+ judėjimą. Esant tam tikram potencialui, SO42- ir Cu2+ normos taps vienodos; bus nustatyta stacionari difuzinio potencialo vertė. Difuzinio potencialo teoriją sukūrė M. Planckas (1890), vėliau A. Hendersonas (1907). Jų gautos skaičiavimo formulės yra sudėtingos. Bet sprendimas supaprastinamas, jei difuzijos potencialas atsiranda dviejų tirpalų, kurių to paties elektrolito koncentracija skiriasi C1 ir C2, ribose. Šiuo atveju difuzijos potencialas yra lygus. Difuzijos potencialai atsiranda nepusiausvyrinių difuzijos procesų metu, todėl jie yra negrįžtami. Jų dydis priklauso nuo dviejų kontaktinių sprendimų ribos pobūdžio, nuo dydžio ir konfigūracijos. Tiksliems matavimams naudojami metodai, kurie sumažina difuzijos potencialo dydį. Šiuo tikslu tarp puselementų tirpalų įtraukiamas tarpinis tirpalas su mažiausiomis įmanomomis U ir V judrumo reikšmėmis (pavyzdžiui, KCl ir KNO3).

Difuzijos potencialas vaidina svarbų vaidmenį biologijoje. Jų atsiradimas nesusijęs su metaliniais elektrodais. Būtent sąsajos ir difuzijos potencialai sukuria biologines sroves. Pavyzdžiui, elektrinėse rajose ir unguriuose susidaro iki 450 V potencialų skirtumas Biopotencialai jautrūs fiziologiniams ląstelių ir organų pokyčiams. Tai yra elektrokardiografijos ir elektroencefalografijos metodų (širdies ir smegenų biosrovių matavimo) taikymo pagrindas.

55. Tarpskysčių fazės potencialas, atsiradimo mechanizmas ir biologinė reikšmė.

Potencialų skirtumas taip pat atsiranda ties nesimaišančių skysčių sąlyčio riba. Teigiami ir neigiami jonai šiuose tirpikliuose pasiskirsto netolygiai, o jų pasiskirstymo koeficientai nesutampa. Todėl skysčių sąsajoje atsiranda potencialus šuolis, kuris neleidžia nevienodai pasiskirstyti katijonams ir anijonams abiejuose tirpikliuose. Bendrame (bendrame) kiekvienos fazės tūryje katijonų ir anijonų skaičius yra beveik vienodas. Jis skirsis tik fazinėje sąsajoje. Tai yra tarpskysčių potencialas. Difuzijos ir tarpskysčių potencialai vaidina svarbų vaidmenį biologijoje. Jų atsiradimas nesusijęs su metaliniais elektrodais. Būtent sąsajos ir difuzijos potencialai sukuria biologines sroves. Pavyzdžiui, elektrinėse rajose ir unguriuose susidaro iki 450 V potencialų skirtumas Biopotencialai jautrūs fiziologiniams ląstelių ir organų pokyčiams. Tai yra elektrokardiografijos ir elektroencefalografijos metodų (širdies ir smegenų biosrovių matavimo) taikymo pagrindas.

Membranos elektriniai potencialai egzistuoja beveik visose kūno ląstelėse. Kai kurios ląstelės, pavyzdžiui, nervų ir raumenų ląstelės, gali generuoti greitai kintančius elektrocheminius impulsus, kurie naudojami signalams perduoti išilgai šių ląstelių membranų. Kitų tipų ląstelėse, tokiose kaip liaukos, makrofagai ir blakstienos ląstelės, vietiniai membranos potencialo pokyčiai taip pat suaktyvina daugelį ląstelių funkcijos. Šiame skyriuje aptariami membranų potencialai, kuriuos sukuria ramybės būsenos ir aktyvios nervų ir raumenų ląstelės.

Difuzijos potencialas, dėl jonų koncentracijų skirtumo abiejose membranos pusėse. Kalio jonų koncentracija nervinės skaidulos viduje yra didelė, tačiau išorėje labai maža. Tarkime, kad šiuo atveju membrana yra pralaidi kalio jonams, bet nepralaidi kitiems jonams. Dėl didelio koncentracijos gradiento yra didelė tendencija, kad daug kalio jonų išsklaido iš ląstelės per membraną. Difuzijos metu jie neša teigiamus elektros krūvius į išorę, todėl membrana teigiamai įkraunama išorėje ir neigiamai viduje, nes viduje likę neigiami anijonai kartu su kalio jonais neišsisklaido iš ląstelės.

Maždaug per 1 ms skirtumas potencialai tarp vidinės ir išorinės membranos pusių, vadinamas difuzijos potencialu, tampa pakankamai didelis, kad blokuotų tolesnę kalio jonų difuziją į išorę, nepaisant didelio jų koncentracijos gradiento. Žinduolių nervinėse skaidulose tam reikalingas potencialų skirtumas yra apie 94 mV s neigiamas krūvis pluošto viduje. Šie jonai taip pat turi teigiamą krūvį, tačiau šį kartą membrana yra labai pralaidi natrio jonams ir nepralaidi kitiems jonams. Teigiamai įkrautų natrio jonų difuzija į pluoštą sukuria priešingo poliškumo membranos potencialą nei paveiksle pateiktas membranos potencialas – su neigiamu krūviu išorėje ir teigiamu viduje.

Kaip ir pirmuoju atveju, membranos potencialas metu milisekundės dalies pakanka sustabdyti natrio jonų difuziją į pluoštą. Šiuo atveju žinduolių nervinių skaidulų potencialas yra maždaug 61 mV, o pluošte yra teigiamas krūvis.

Taigi, skirtumas jonų koncentracijos per selektyviai pralaidžią membraną tinkamomis sąlygomis gali sukurti membranos potencialą. Tolesniuose šio skyriaus skyriuose parodysime, kad greiti membranų potencialų pokyčiai, stebimi perduodant nervinius ir raumenų impulsus, atsiranda dėl greitų difuzijos potencialų pokyčių.

Komunikacijos sklaida potencialus su koncentracijos skirtumais. Nernsto potencialas. Membranos difuzijos potencialo lygis, visiškai sustabdantis bendrą tam tikro jono difuziją per membraną, vadinamas to jono Nernsto potencialu. Nernsto potencialo dydį lemia konkretaus jono koncentracijų santykis abiejose membranos pusėse. Kuo didesnis šis santykis, tuo didesnė jonų tendencija difunduoti viena kryptimi, taigi, tuo didesnis Nernsto potencialas, reikalingas bendrai difuzijai išvengti. Naudodami šią Nernsto lygtį galite apskaičiuoti bet kokių monovalentinių jonų Nernsto potencialą esant normaliai kūno temperatūrai (37 °C):
EMF (mV) = ± 61 log (koncentracija viduje / koncentracija išorėje), kur EMF yra elektrovaros jėga (potencialų skirtumas).

Naudojant šį formules Tarpląstelinio skysčio potencialas už membranos paprastai laikomas nuliu, o Nernsto potencialas reiškia potencialą membranos viduje. Be to, potencialo ženklas yra teigiamas (+), jei jonas, sklindantis iš vidaus į išorę, yra neigiamas, ir neigiamas (-), jei jonas yra teigiamas. Todėl, jei teigiamų kalio jonų koncentracija viduje yra 10 kartų didesnė nei išorėje, dešimtasis 10 logaritmas yra 1, taigi potencialas viduje, pagal Nernsto lygtį, turi būti -61 mV.

Difuzijos potencialai atsiranda dviejų tirpalų sąsajoje. Be to, tai gali būti arba skirtingų medžiagų tirpalai, arba tos pačios medžiagos tirpalai, tik pastaruoju atveju jie turi skirtis vienas nuo kito savo koncentracijomis.

Kai susiliečia du tirpalai, dėl difuzijos į juos prasiskverbia ištirpusių medžiagų dalelės (jonai).

Šiuo atveju difuzijos potencialo atsiradimo priežastis yra nevienodas ištirpusių medžiagų jonų judrumas. Jei elektrolito jonai turi skirtingą difuzijos greitį, tada greitesni jonai palaipsniui atsiranda prieš mažiau judrius. Tarsi susidaro dvi skirtingai įkrautų dalelių bangos.

Jei maišomi tos pačios medžiagos tirpalai, bet skirtingos koncentracijos, tada praskiestas tirpalas įgauna krūvį, kuris sutampa su judresnių jonų krūviu, o mažiau praskiestas tirpalas įgyja krūvį, kuris sutampa su mažiau judrių jonų (90 pav.).

Ryžiai. 90. Difuzinio potencialo atsiradimas dėl skirtingų jonų greičių: aš– „greitai“ jokių, neigiamai įkrauti; II– „lėti“ jonai, teigiamai įkrauti

Tirpalo sąsajoje atsiranda vadinamasis difuzijos potencialas. Vidutina jonų judėjimo greitį (sulėtina „greitesnius“, o „lėtesnius“ pagreitina).

Palaipsniui, pasibaigus difuzijos procesui, šis potencialas sumažėja iki nulio (dažniausiai per 1-2 valandas).

Difuzijos potencialas taip pat gali atsirasti biologiniuose objektuose, kai pažeidžiamos ląstelių membranos. Tokiu atveju sutrinka jų pralaidumas ir elektrolitai gali difunduoti iš ląstelės į audinių skystį arba atvirkščiai, priklausomai nuo koncentracijos skirtumo abiejose membranos pusėse.

Dėl elektrolitų difuzijos atsiranda vadinamasis žalos potencialas, kuris gali siekti 30–40 mV. Be to, pažeistas audinys dažniausiai yra neigiamai įkraunamas nepažeistų audinių atžvilgiu.

Difuzijos potencialas atsiranda galvaniniuose elementuose dviejų tirpalų sąsajoje. Todėl tiksliai apskaičiuojant emf. galvaninės grandinės būtinai turi pakoreguoti jo vertę. Siekiant pašalinti difuzijos potencialo įtaką, galvaninių elementų elektrodai dažnai yra sujungti vienas su kitu „druskos tilteliu“, kuris yra prisotintas tirpalas.KCl.

Kalio ir chloro jonai turi beveik identišką judrumą, todėl jų naudojimas leidžia žymiai sumažinti difuzijos potencialo įtaką emf reikšmei.

Difuzijos potencialas gali labai padidėti, jei skirtingos sudėties ar skirtingos koncentracijos elektrolitų tirpalai yra atskirti membrana, pralaidžia tik tam tikro krūvio ženklo ar tipo jonams. Tokie potencialai bus daug patvaresni ir gali išlikti ilgiau – jie vadinami skirtingai membranos potencialai. Membraniniai potencialai atsiranda, kai jonai pasiskirsto netolygiai abiejose membranos pusėse, priklausomai nuo jos selektyvaus pralaidumo, arba dėl jonų mainų tarp pačios membranos ir tirpalo.

Atsiradus membranos potencialas remiantis veikimo principu vadinamasis jonams selektyvus arba membraninis elektrodas.

Tokio elektrodo pagrindas yra tam tikru būdu gauta pusiau pralaidi membrana, kuri turi selektyvų joninį laidumą. Membranos potencialo ypatybė yra ta, kad elektronai nedalyvauja atitinkamoje elektrodo reakcijoje. Čia tarp membranos ir tirpalo vyksta jonų mainai.

Kietosios membranos elektroduose yra plona membrana, kurios abiejose pusėse yra skirtingi tirpalai, kuriuose yra tie patys aptinkami jonai, bet skirtingos koncentracijos. Viduje membrana plaunama etaloniniu tirpalu, kurio tiksliai žinoma jonų koncentracija nustatoma, o iš išorės – analizuojamu tirpalu, kurio jonų koncentracija nežinoma.

Dėl skirtingos tirpalų koncentracijos abiejose membranos pusėse jonai keičiasi su vidine ir išorės šalys membranas įvairiais būdais. Tai lemia tai, kad skirtingose ​​membranos pusėse susidaro skirtingi elektros krūviai ir dėl to atsiranda membranos potencialų skirtumas.

Tarp jonams selektyvių elektrodų plačiai paplito stiklinis elektrodas, kuriuo nustatomas tirpalų pH.

Centrinė stiklo elektrodo dalis (91 pav.) yra rutulys, pagamintas iš specialaus laidžio hidratuoto stiklo. Jis pripildytas žinomos koncentracijos (0,1 mol/dm 3) vandeniniu HCl tirpalu. Į šį tirpalą dedamas antrojo tipo elektrodas - dažniausiai sidabro chloridas, kuris veikia kaip etaloninis elektrodas. Matavimų metu į analizuojamą tirpalą, kuriame yra antrasis etaloninis elektrodas, panardinamas stiklo karoliukas.

Elektrodo veikimo principas pagrįstas tuo, kad stiklo struktūroje K +, Na +, Li + jonai pakeičiami H + jonais, ilgai mirkant rūgšties tirpale. Tokiu būdu stiklo membrana gali keistis H + jonais su vidiniais ir išoriniais tirpalais (92 pav.). Be to, dėl šio proceso abiejose membranos pusėse atsiranda skirtingi potencialai.

Ryžiai. 91. Stiklo elektrodo schema: 1 – stiklinis rutulys (membrana); 2 – vidinis HC1 tirpalas; 3 – sidabro chlorido elektrodas; 4 – išmatuotas tirpalas; 5 – metalinis laidininkas

Ryžiai. 92. Stiklinis elektrodas tirpale, kurio H + jonų koncentracija nežinoma (a) ir jonų mainų tarp dviejų fazių diagrama (b)

Naudojant etaloninius elektrodus, esančius išoriniuose ir vidiniuose tirpaluose, išmatuojamas jų skirtumas.

Potencialas vidinėje membranos pusėje yra pastovus, todėl stiklo elektrodo potencialų skirtumas priklausys tik nuo vandenilio jonų aktyvumo tiriamajame tirpale.

Bendra grandinės schema, įskaitant stiklinį elektrodą ir du etaloninius elektrodus, parodyta Fig. 93.

Ryžiai. 93. Stiklinio elektrodo veikimo principą paaiškinanti grandinė

Stiklinis elektrodas turi daug reikšmingų pranašumų, palyginti su vandenilio elektrodu, kuriuo taip pat galima matuoti H + jonų koncentraciją tirpale.

Jis yra visiškai nejautrus įvairioms priemaišoms tirpale, "jomis neapnuodytas", gali būti naudojamas, jei analizuojamuose skysčiuose yra stiprių oksiduojančių ir redukuojančių medžiagų, taip pat plačiausiame pH verčių diapazone - nuo 0 iki 12. Stiklo elektrodo trūkumas – didelis jo trapumas.

Difuzijos potencialas

Elektrocheminėse grandinėse potencialų šuoliai atsiranda nevienodų elektrolitų tirpalų sąsajose. Dviejų tirpalų su tuo pačiu tirpikliu toks potencialo šuolis vadinamas difuzijos potencialu. Sąlyčio taške tarp dviejų erdvėlaivio elektrolito tirpalų, kurie skiriasi vienas nuo kito koncentracija, jonų difuzija vyksta iš 1 tirpalo, kuris yra labiau koncentruotas, į 2 tirpalą, kuris yra labiau atskiestas. Paprastai katijonų ir anijonų difuzijos greitis skiriasi. Tarkime, kad katijonų difuzijos greitis yra didesnis nei anijonų difuzijos greitis. Per tam tikrą laikotarpį iš pirmojo tirpalo į antrąjį pateks daugiau katijonų nei anijonų. Dėl to 2 tirpalas gaus teigiamų krūvių perteklių, o 1 – neigiamų krūvių perteklių. Kadangi tirpalai įgyja elektros krūvius, katijonų difuzijos greitis mažėja, anijonų difuzijos greitis didėja ir laikui bėgant šie greičiai tampa vienodi. Pastovioje būsenoje elektrolitas difunduoja kaip vienas vienetas. Šiuo atveju kiekvienas tirpalas turi krūvį, o tarp tirpalų nustatytas potencialų skirtumas atitinka difuzijos potencialą. Apskaičiuoti difuzijos potencialą paprastai yra sunku. Atsižvelgdami į kai kurias prielaidas, Planckas ir Hendersonas išvedė centrinės vertės apskaičiavimo formules. Taigi, pavyzdžiui, kai susiliečia du to paties elektrolito tirpalai, turintys skirtingą aktyvumą (b1b2)

kur ir yra didžiausi jonų moliniai elektriniai laidumai. CD vertė nedidelė ir dažniausiai neviršija kelių dešimčių milivoltų.

Elektrocheminės grandinės EML, atsižvelgiant į difuzijos potencialą

……………………………….(29)

(29) lygtis naudojama apskaičiuoti (arba) iš E matavimo rezultatų, jei (arba) ir yra žinomi. Kadangi difuzijos potencialo nustatymas yra susijęs su dideliais eksperimentiniais sunkumais, EML patogu pašalinti matuojant jį naudojant druskos tiltelį. Pastarajame yra koncentruotas elektrolito tirpalas, jonų moliniai elektriniai laidumai yra maždaug vienodi (KCl, KNO3). Druskos tiltelis, kuriame yra, pavyzdžiui, KS1, dedamas tarp elektrocheminių tirpalų, o vietoje vienos skysčio ribos sistemoje atsiranda dvi. Kadangi jonų koncentracija KC1 tirpale yra žymiai didesnė nei jo jungiamuose tirpaluose, per skysčio ribas difunduoja beveik tik K+ ir C1- jonai, kuriems esant atsiranda labai maži ir priešingo ženklo difuzijos potencialai. Jų sumos galima nepaisyti.

Elektrinio dvigubo sluoksnio struktūra

Įkrautų dalelių perėjimą per tirpalo ir metalo ribą lydi elektrinio dvigubo sluoksnio (DEL) atsiradimas ir potencialo šuolis ties šia riba. Elektrinį dvigubą sluoksnį sukuria ant metalo esantys elektros krūviai ir priešingo krūvio jonai (kontrajonai), orientuoti tirpale netoli elektrodo paviršiaus.

Formuojantis jonų plokštelei d.e.s. Dalyvauja ir elektrostatinės jėgos, kurių įtakoje priešionai artėja prie elektrodo paviršiaus, ir šiluminio (molekulinio) judėjimo jėgos, dėl kurių d.e.f. įgauna neryškią, išsklaidytą struktūrą. Be to, kuriant dvigubą elektrinį sluoksnį metalo ir tirpalo sąsajoje, svarbų vaidmenį vaidina specifinės paviršinio aktyvumo jonų ir molekulių, kurios gali būti elektrolite, adsorbcijos poveikis.

Elektrinio dvigubo sluoksnio struktūra, kai nėra specifinės adsorbcijos. Pagal pastatą D.E.S. suprasti krūvio pasiskirstymą jo joninėje plokštelėje. Paprasčiau tariant, jonų plokštelę galima suskirstyti į dvi dalis: 1) tankiąją, arba Helmholco, suformuotą iš jonų, kurie yra beveik arti metalo; 2) difuzinis, sukurtas jonų, esančių atstumu nuo metalo, viršijančiu solvatuoto jono spindulį (1 pav.). Tankiosios dalies storis yra apie 10-8 cm, difuzinės - 10-7-10-3 cm Pagal elektros neutralumo dėsnį

……………………………..(30)

kur yra krūvio tankis metalinėje pusėje, tirpalo pusėje, tankios difuzijos dalyje. atitinkamai.

1 pav. Elektrinio dvigubo sluoksnio struktūra tirpalo ir metalo sąsajoje: ab - tankioji dalis bv - difuzinė dalis;

Potencialų pasiskirstymas elektrinio dvigubo sluoksnio joninėje plokštelėje, atspindintis jo struktūrą, pateiktas 2 pav. Potencialaus šuolio μ dydis tirpalo ir metalo sąsajoje atitinka potencialo kritimo dydžių sumą tankioje emp dalyje ir difuzinėje dalyje. D.E.S. struktūra nustatoma pagal bendrą tirpalo koncentraciją, jai didėjant, susilpnėja priešpriešinių medžiagų difuzija nuo metalo paviršiaus į tirpalo masę, dėl to sumažėja difuzinės dalies dydis. Tai veda prie potencialo pasikeitimo. Koncentruotuose tirpaluose difuzinės dalies praktiškai nėra, o dvigubas elektrinis sluoksnis yra panašus į plokščią kondensatorių, kuris atitinka Helmholtzo modelį, kuris pirmasis pasiūlė elektros energijos struktūros teoriją.

1 pav. Potencialų pasiskirstymas jonų plokštelėje esant skirtingoms tirpalo koncentracijoms: ab - tankioji dalis; bv - difuzinė dalis; ts – potencialų skirtumas tarp tirpalo ir metalo; w, w1 - potencialo kritimas tankiose ir difuzinėse emp dalyse.

Elektrinio dvigubo sluoksnio struktūra specifinės adsorbcijos sąlygomis. Adsorbciją - medžiagos koncentraciją iš fazių tūrio sąsajoje tarp jų - gali sukelti tiek elektrostatinės jėgos, tiek tarpmolekulinės sąveikos jėgos, tiek cheminės. Adsorbcija, kurią sukelia neelektrostatinės kilmės jėgos, paprastai vadinama specifine. Medžiagos, kurios gali būti adsorbuojamos sąsajoje, vadinamos paviršiaus aktyviosiomis medžiagomis (paviršinio aktyvumo medžiagomis). Tai apima daugumą anijonų, kai kuriuos katijonus ir daugybę molekulinių junginių. Elektrolite esančios paviršinio aktyvumo medžiagos specifinė adsorbcija įtakoja dvigubo sluoksnio struktūrą ir -potencialo reikšmę (3 pav.). 1 kreivė atitinka potencialo pasiskirstymą elektriniame dvigubame sluoksnyje, kai tirpale nėra aktyviosios paviršiaus medžiagos. Jei tirpale yra medžiagų, kurios disociacijos metu gamina paviršinio aktyvumo katijonus, tai dėl specifinės adsorbcijos metalo paviršiuje katijonai pateks į tankią dvigubo sluoksnio dalį, padidindami jo teigiamą krūvį (2 kreivė). Esant sąlygoms, kurios padidina adsorbciją (pavyzdžiui, padidėjus adsorbato koncentracijai), tankioje dalyje gali būti perteklinis teigiamų krūvių kiekis, palyginti su neigiamu metalo krūviu (3 kreivė). Iš potencialo pasiskirstymo kreivių dvigubame sluoksnyje aišku, kad katijonų adsorbcijos metu -potencialas kinta ir gali turėti ženklą, priešingą elektrodo potencialui.

3 pav.

Specifinės adsorbcijos poveikis stebimas ir neįkrautame metaliniame paviršiuje, t.y. sąlygomis, kai tarp metalo ir tirpalo nevyksta jonų mainai. Adsorbuoti jonai ir atitinkami priešionai sudaro elektrinį dvigubą sluoksnį, esantį arti metalo tirpalo pusėje. Adsorbuotos polinės molekulės (paviršinio aktyvumo medžiaga, tirpiklis), orientuotos šalia metalo paviršiaus, taip pat sukuria elektrinį dvigubą sluoksnį. Potencialų šuolis, atitinkantis elektrinį dvigubą sluoksnį su neįkrautu metaliniu paviršiumi, vadinamas nuliniu įkrovos potencialu (ZPC).

Nulinio krūvio potencialą lemia metalo prigimtis ir elektrolito sudėtis. Kai katijonų adsorbcija p.n.s. tampa pozityvesnis, anijonai – neigiamesnis. Nulinio įkrovimo potencialas yra svarbi elektrodų elektrocheminė charakteristika. Esant potencialams, artimiems p.s.e., kai kurios metalų savybės pasiekia ribines vertes: aktyviosios paviršiaus medžiagos adsorbcija yra didelė, kietumas didžiausias, drėkinamumas elektrolitų tirpalais minimalus ir kt.

Tyrimų rezultatai elektrinio dvigubo sluoksnio teorijos srityje leido plačiau apsvarstyti potencialo šuolio prigimties tirpalo ir metalo sąsajoje klausimą. Dėl šio šuolio dėl šių priežasčių: įkrautų dalelių perėjimas per sąsają (), specifinė jonų () ir polinių molekulių () adsorbcija. Galvaninis potencialas tirpalo ir metalo sąsajoje gali būti laikomas trijų potencialų suma:

……………………………..(31)

Esant sąlygoms, kai įkrautų dalelių mainai tarp tirpalo ir metalo nevyksta, taip pat jonų adsorbcija nevyksta, vis tiek išlieka potencialus šuolis, kurį sukelia tirpiklio molekulių adsorbcija - . Galvani potencialas gali būti lygus nuliui tik tada, kai ir kompensuoja vienas kitą.

Šiuo metu nėra tiesioginių eksperimentinių ir skaičiavimo metodų, leidžiančių nustatyti atskirų potencialių šuolių dydį tirpalo ir metalo sąsajoje. Todėl klausimas, kokiomis sąlygomis potencialo šuolis tampa nuliu (vadinamasis absoliutus nulinis potencialas), lieka atviras. Tačiau norint išspręsti daugumą elektrocheminių problemų, žinios apie atskirus potencialius šuolius nėra būtinos. Pakanka naudoti elektrodų potencialų reikšmes, išreikštas įprastine skale, pavyzdžiui, vandenilio skale.

Elektrinio dvigubo sluoksnio struktūra neatsispindi termodinamines savybes pusiausvyros elektrodų sistemos. Tačiau kai elektrocheminės reakcijos vyksta nepusiausvyros sąlygomis, jonus veikia dvigubo sluoksnio elektrinis laukas, dėl kurio keičiasi elektrodo proceso greitis.

Išorinis korinis membrana– plazmolema – iš esmės yra lipidų sluoksnis, kuris yra dielektrikas. Kadangi abiejose membranos pusėse yra laidžioji terpė, visa ši sistema elektrotechnikos požiūriu yra kondensatorius. Taigi kintamoji srovė per gyvus audinius gali praeiti tiek per aktyviąsias varžas, tiek per elektrines talpas, kurias sudaro daugybė membranų. Atitinkamai, atsparumas praėjimui kintamoji srovė per gyvą audinį veiks du komponentai: aktyvus R - atsparumas krūvių judėjimui per tirpalą ir reaktyvusis X - atsparumas elektrinės talpos srovei ant membranų struktūrų. Reaktyvioji varža turi poliarizacinį pobūdį, o jos vertė yra susieta su elektrinės talpos verte pagal formulę:

kur C – elektrinė talpa, w – apskritimo dažnis, f – srovės dažnis.

Šie du elementai gali būti sujungti nuosekliai arba lygiagrečiai.

Lygiavertis elektros schema gyvas audinys– tai elektros grandinės elementų jungtis, kurių kiekvienas atitinka tam tikrą tiriamo audinio struktūros elementą.

Jei atsižvelgsime į pagrindines audinio struktūras, gautume toliau pateiktą diagramą:

2 pav. Ekvivalentinė gyvo audinio elektros grandinė

R c - citoplazmos atsparumas, R mf - tarpląstelinis atsparumas, Cm - membranos elektrinė talpa.

Impedanso samprata.

Varža– elektros grandinės aktyviųjų ir reaktyviųjų komponentų suminė kompleksinė varža. Jo vertė yra susieta su abiem komponentais pagal formulę:

kur Z yra varža, R yra aktyvioji varža, X yra reaktyvumas.

Pilnos varžos dydis nuosekliai jungiant reaktyviąją ir aktyviąją varžą išreiškiamas formule:

Varžos dydis lygiagrečiai jungiant reaktyviąją ir aktyviąją varžą rašomas taip:

Išanalizavus, kaip kinta impedanso reikšmė keičiantis R ir C, prieitume prie išvados, kad tiek nuosekliai, tiek lygiagrečiai sujungus šiuos elementus, didėjant aktyviajai varžai R, didėja varža, o didėjant C. mažėja, ir atvirkščiai.

Gyvo audinio varža yra labilus dydis, kuris priklauso, pirma, nuo išmatuojamo audinio savybių, būtent:

1) dėl audinio struktūros (mažos ar didelės ląstelės, tankios arba laisvos tarpląstelinės erdvės, ląstelių membranų lignifikacijos laipsnis);

2) audinių vandens kiekis;

4) membranos sąlygos.

Antra, varžą veikia matavimo sąlygos:

1) temperatūra;

2) tikrinamos srovės dažnis;

3) elektros grandinės schema.

Kai membranas sunaikina įvairūs ekstremalūs veiksniai, dėl ląstelių elektrolitų išsiskyrimo į tarpląstelinę erdvę bus stebimas plazmalemos, taip pat apoplasto, atsparumo sumažėjimas.

Nuolatinė srovė daugiausia tekės per tarpląstelines erdves ir jos dydis priklausys nuo tarpląstelinės erdvės varžos.

3 pav. Audinio talpos (C) ir varžos (R) pokytis keičiant kintamosios srovės dažnį (f)

Pirmenybinis kintamosios srovės kelias priklauso nuo naudojamos įtampos dažnio: didėjant dažniui, vis didesnė srovės dalis tekės per elementus (per membranas), o kompleksinė varža mažės. Šis reiškinys - varžos sumažėjimas didėjant bandymo srovės dažniui - vadinamas elektros laidumo dispersija.

Sklaidos nuolydis apibūdinamas poliarizacijos koeficientu. Gyvų audinių elektrinio laidumo dispersija yra žemų dažnių poliarizacijos rezultatas, kaip ir DC. Elektros laidumas yra susijęs su poliarizacija – didėjant dažniui, poliarizacijos reiškiniai turi mažesnį poveikį. Elektros laidumo dispersija, taip pat gebėjimas poliarizuotis būdingas tik gyviems audiniams.

Jei pažvelgsite į tai, kaip poliarizacijos koeficientas keičiasi mirštant audiniams, tai pirmosiomis valandomis jis gana ženkliai sumažėja, tada jo mažėjimas sulėtėja.

Žinduolių kepenų poliarizacijos koeficientas yra 9-10, varlių kepenyse 2-3: kuo aukštesnis metabolizmo lygis, tuo didesnis poliarizacijos koeficientas.

Praktinė reikšmė.

1. Atsparumo šalčiui nustatymas.

2. Vandens prieinamumo nustatymas.

3. Asmens psichoemocinės būsenos nustatymas (Tonus prietaisas)

4. Melo detektoriaus komponentas – poligrafas.

Membranos difuzijos potencialas

Difuzijos potencialas– elektrinis potencialas, atsirandantis dėl mikroskopinio krūvių atskyrimo dėl įvairių jonų judėjimo greičio skirtumų. O skirtingas judėjimo per membraną greitis yra susijęs su skirtingu selektyviu pralaidumu.

Jai atsirasti būtinas skirtingos koncentracijos elektrolitų kontaktas ir skirtingo judrumo anijonai bei katijonai. Pavyzdžiui, vandenilio ir chloro jonai (1 pav.). Sąsaja yra vienodai pralaidi abiem jonams. H + ir Cl - jonų perėjimas įvyks link mažesnės koncentracijos. H + judrumas judant per membraną yra daug didesnis nei Cl -, dėl to bus sukurta didelė jonų koncentracija su dešinioji pusė nuo elektrolito sąsajos atsiras potencialų skirtumas.

Susidaręs potencialas (membranos poliarizacija) slopina tolesnį jonų transportavimą, todėl ilgainiui visa srovė per membraną sustos.

Augalų ląstelėse pagrindiniai jonų srautai yra K +, Na +, Cl - srautai; jų randama dideliais kiekiais ląstelės viduje ir išorėje.

Atsižvelgiant į šių trijų jonų koncentracijas ir jų pralaidumo koeficientus, galima apskaičiuoti membranos potencialo reikšmę dėl netolygaus šių jonų pasiskirstymo. Ši lygtis vadinama Goldmanno lygtimi arba pastovaus lauko lygtimi:

Kur φ M - potencialų skirtumas, V;

R - dujų konstanta, T - temperatūra; F - Faradėjaus skaičius;

P - jonų pralaidumas;

0 - jonų koncentracija už ląstelės ribų;

I – jonų koncentracija ląstelės viduje;