Теория - Мембранно равновесие - Технически речник, том VI
Теорията за мембранното равновесие, разработена от Donnan, предполага, че електролитът обикновено се разпределя неравномерно от двете страни на мембраната. Нека разгледаме основните положения на теорията за мембранното равновесие. Според теорията на Донан за мембранното равновесие (виж глава Разширявайки теорията за мембранното равновесие до явленията на йонообмен, се приема, че колоидният мицел, към който е прикрепен обмененият йон, е недифундиращ йон. Въпреки че при равновесие на йонообмен нямаме никаква мембрана, конвенционално мембраната се приема като интерфейс между твърдата и течната фази. Горното заключение не разкрива ясно условията на йонен обмен. Въпреки това чрез подходящ избор на условия е възможно да се постигне обмен. Разширявайки теорията за мембранното равновесие до явленията на йонен обмен, се приема, че колоидният мицел, към който е прикрепен обмененият йон, е недифундиращ йон. Въпреки че при равновесието на йонния обмен нямаме никаква мембрана, конвенционално мембраната се приема за интерфейс между твърдата и течната фази.Горното заключение не разкрива ясно условията на йонен обмен.Въпреки това, чрез подходящ избор на условия е възможно да се постигне обмен. Донан, Теория на мембранното равновесие 53 ате. Въз основа на теорията за мембранното равновесие на Донан в системи, съдържащи различни катиони с една и съща валентност, йоните са взаимно еквивалентни в тяхната адсорбция. Това се наблюдава в системи, при които всяко йонообменно зърно е в контакт с разтвор, съдържащ два различни едновалентни йона, например натриев хлорид и калиев хлорид, и в които разглеждаме обмена например на натриеви катиони от йонообменника с калиеви катиони в разтвор. Помислетеосновните положения на теорията за мембранното равновесие. Нека има съд, разделен на две части с полупропусклива мембрана, която може свободно да пропуска електролитни йони, но задържа колоидни частици. В едната страна на този съд се поставя разтвор, съдържащ iNa електролит и колоиден анион R - задържан от мембраната. От другата страна на мембраната, в същия съд, има електролит NaCl, чиито йони преминават свободно през мембраната. Добре известната зависимост на обема на набъбналия протеин (например желатиново желе) от pH на средата може да се обясни много просто от гледна точка на теорията за мембранното равновесие. Минималната степен на набъбване на желето трябва да съответства на изоелектричната точка на протеина, тъй като осмотичното налягане, което е причината за набъбването, също е минимално. От двете страни на този минимум кривата на обем спрямо рН се покачва и след достигане на максимума се понижава, тъй като осмотичното налягане също зависи от рН по същия начин. Когато тълкуваме подуването от гледна точка на Donpan, няма абсолютно никакво значение дали протеиновите макромолекули са кинетични единици или образуват триизмерна мрежа. С други думи, няма значение какви са причините поливалентните йони да се държат заедно в системата - дали в резултат на наличието на полупропусклива преграда или факта, че тези поливалентни йони са свързани един с друг чрез силни връзки и образуват триизмерна мрежа. Добре известната зависимост на обема на набъбналия протеин (например желатиново желе) от pH на средата може да се обясни много просто от гледна точка на теорията за мембранното равновесие. Минималната степен на набъбване на желето трябва да съответства на изоелектричната точка на протеина, тъй като осмотичното налягане, което е причината за набъбването, също е минимално. От двете страни на този минимум кривата обем-рН се покачва и,след като достигне максимум, той се понижава, тъй като осмотичното налягане също зависи от pH по същия начин. Когато тълкуваме подуването от гледна точка на Donnan, няма абсолютно никакво значение дали протеиновите макромолекули са кинетични единици или образуват триизмерна мрежа. С други думи, няма значение какви са причините поливалентните йони да се държат заедно в системата - дали в резултат на наличието на полупропусклива преграда или факта, че тези поливалентни йони са свързани един с друг чрез силни връзки и образуват триизмерна мрежа. Характеристики на работа на електродиализатора при различна производителност. По този начин получените данни показват, че увеличаването на степента на обезсоляване, от една страна, се дължи на по-висока селективност на йонообменните мембрани при по-ниско съдържание на сол и, от друга страна, на по-ниски плътности на тока, което е в добро съответствие с по-рано дадените разпоредби на теорията за мембранното равновесие. Освен това от табл. 1 показва, че стойностите на плътностите на тока, наблюдавани в тези експерименти, не достигат границата, те са няколко пъти по-ниски. В силно кисела среда могат да се обменят еквивалентни количества аниони, но при високи стойности на рН настъпва промяна в степента на дисоциация на системата от функционална активна група и противойон. Теорията на мембранното равновесие е приложима за отчитане на ефекта от разреждането. Теорията за мембранното равновесие, разработена от Donnan, предполага, че електролитът обикновено се разпределя неравномерно от двете страни на мембраната. Нека разгледаме основните положения на теорията за мембранното равновесие. Както знаете, гранулите от йонообменници, подобно на йонообменните мембрани, имат селективна пропускливост по отношение на йони с определен знак. За да се обясни това явление, може да се приложи теорията за мембранното равновесие, според която на интерфейсайонообменник - разтвор съществува определена потенциална разлика, наречена потенциал на Донан. Причината за възникването на последното е свързана с наличието на фиксирани йоногенни групи в йонообменната матрица. В резултат на това катионообменниците придобиват отрицателен заряд по отношение на разтвора, а анионообменниците придобиват положителен заряд, което предотвратява по-нататъшната дифузия на койони в йонообменната фаза. Обикновено равновесната концентрация на койони в йонообменната фаза е много по-ниска, отколкото в околния разтвор. Зависимостта на диализата от осмотичното налягане на разтвора се определя от теорията на Donnan за мембранното равновесие. Електродиализата на ензимни разтвори трябва да се извършва след диализа, като се обръща внимание на факта, че рН на диализируемия разтвор се променя леко.
Основните научни трудове са посветени на изследването на електролитни разтвори и колоидни системи. Основното му постижение е създаването (1911 г.) на теорията за мембранното равновесие (по-късно наречено равновесие на Донан), което играе важна роля в разбирането на процесите, протичащи в живата клетка. Експериментално потвърдено адсорбционното уравнение на Гибс. Разглеждайки проблема с изследването на осмотичното налягане в разтвори на макромолекулни съединения, поради наличието в тези разтвори на дори пренебрежимо малки примеси на външни вещества с ниско молекулно тегло, особено електролити, вече отбелязахме (стр. изненадващо, винаги по-малко от истинската му стойност. Тези противоречия бяха решени едва след като Донан (1911) предложи своята теория за мембранатабаланс. Йонообменниците могат да имат и смесени функции, ако съдържат подходящите функционални групи. Например, в един и същ йонообменник могат да присъстват както сулфогрупи, така и аминогрупи, които образуват вътрешни соли при взаимодействие. Такъв смесен йонообменник може да участва както в катионния, така и в анионния обмен и теорията за мембранното равновесие на Дониан също е приложима към него. Този йонообменник е, така да се каже, еквивалентна смес от катионит и анионобменник. Като смесен йонообменник, всеки катионобменник или анионобменник се държи в по-голяма или по-малка степен, тъй като йоните, здраво свързани с пространствената решетка, се държат като функционални групи с заряди, реципрочни на първоначалните заряди на функционалните групи. На практика това е особено забележимо, но само за двувалентни или тривалентни йони, тъй като те от своя страна могат да държат йони с противоположен знак. Първият въпрос е важен особено за йонообменните мембрани, вторият - за колоните, състоящи се от йонообменни зърна. За цялостно решаване на тези въпроси е необходимо да се установи зависимостта на химичните потенциали или активности на йони в йонообменника и в разтвор от концентрацията. В момента обаче това е трудно осъществимо. Затова най-често се използва теорията за мембранното равновесие на Донан.