ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ

ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ — сила, действующая на единицу площади поверхности раздела двух фаз, находящихся в состоянии равновесия, и численно равная работе, затрачиваемой на образование единицы площади такой поверхности. Любая биол, система, в т. ч. Мембраны биологические), поэтому изучение закономерностей изменения П. н. на границе раздела фаз в биол, системах в норме и при функц, нарушениях или под действием лекарственных средств и токсических соединений находит применение в биол, и мед. исследованиях.

Понятие «поверхностное натяжение» появилось в научной литературе в начале 19 в. благодаря трудам Юнга (Т. Young); подробно П. н. изучали Ван-дер Ваальс (J. D. van der Waals) и представители его школы. Существенный вклад в изучение поверхностных явлений внесли также Гиббс (J. Gibbs), Дюкло (J. Du-claux), Гуггенгейм (E. Guggenheim), Кондо (S. Kondo), П. A. Ребиндер, Б. В. Дерягин и др.

П. п. обычно обозначают греч, буквой σ, единицы измерения П. н. в системе СИ — Дж/м² или Н/м, в системе СГС — эрг/см² или дин/см.

Под влиянием П. н. жидкость (см.) стремится сократить свою поверхность, и если влияние силы тяжести мало (напр., при уменьшении размера капель или при погружении исследуемой жидкости в другую жидкость сходной плотности), то исследуемая жидкость принимает форму шара, т. е. тела, обладающего минимальной поверхностью при данном объеме.

П. н. на границе двух жидкостей, называемое межфазным натяжением, уменьшается с возрастанием взаимной растворимости этих жидкостей. В случае двух неограниченно взаиморастворяющихся жидкостей П. н. равно нулю.

В отличие от чистой жидкости состав поверхностного слоя в р-ре отличается от состава р-ра в глубине объема: в поверхностном слое адсорбируется тот из компонентов р-ра, который обусловливает уменьшение П. н. Этому противодействует процесс Равновесие химическое). В коллоидных р-рах и р-рах высокомолекулярных соединений время установления равновесия 10⁴ — 10⁵ сек., тогда как в чистых жидкостях ок. 10^-4 сек.

При растворении какого-либо вещества в жидкости ее П. н. изменяется. Растворенное вещество может повышать обычно незначительное П. н. жидкости; вещества, обладающие этим свойством, называют поверхностно-неактивными. По отношеншо к воде такими веществами являются неорганические соли, сахара, многоатомные спирты, альфа-аминокислоты. Те вещества, которые понижают П. п. жидкости-растворителя, называют поверхностно-активными веществами (общепринятое сокращение — ПАВ). По отношению к воде такими веществами являются жирные к-ты, одноатомные спирты, эфиры, гликозиды, белки и др. Поверхностная активность обычно характеризуется величиной отношения изменения П. н. к изменению концентрации вещества, вызвавшего изменение П. н. чистого растворителя.

Поверхностная активность органических веществ в гомологическом ряду возрастает примерно втрое при присоединении к углеводородной цепи очередной СНз-группы (правило Дюкло — Траубе). Физиол, активность веществ одного и того же гомологического ряда нередко изменяется пропорционально изменению их поверхностной активности.

Исследования П. н. цельнохр крови, плазмы и сыворотки крови выявили существенные различия между П. н. статическим (равновесным) и динамическим, т. е. П. п., измеренным в условиях, когда вновь образованный поверхностный слой не достиг равновесного состояния. Динамическое П. н. крови практически равно П. н. воды (72,8 эрг/см²). Статическое П. п. крови, в к-рую для предотвращения свертывания добавлен оксалат, составляет 56 ±1 эрг/см² (для мужчин) и 61 ±2 эрг/см² (для женщин). Динамическое П. н. крови заметно меняется при беременности и нек-рых патол, состояниях, что обусловлено изменением концентрации в крови различных веществ, являющихся поверхностно-активными. Наиболее резкое уменьшение П. н. наблюдается при анафилактическом шоке.

П. н. крови и сыворотки крови весьма резистентно к действию поверхностно-активных веществ и довольно быстро (приблизительно за 5*10² сек.) восстанавливается при добавлении, напр., 0,1% олеата натрия, сильно и необратимо снижающего П. н. воды (см. Детергенты).

Межфазное натяжение на поверхностях клеточных мембран очень мало и не превышает 5 эрг/см². Однако изменение этого натяжения играет существенную роль в процессах амебоидного движения, деления клеток, проницаемости клеточных мембран.

Существует несколько методов измерения П. н. Наиболее точным методом измерения величины статического Н. н. является метод капиллярного поднятия. Он состоит в измерении высоты подъема жидкости (h) в стеклянном капилляре, радиус которого r. В этом случае σ = (rhρg²)/2 , где ρ — плотность жидкости, g — ускорение силы тяжести. Метод применим для чистых жидкостей и р-ров низкомолекулярных веществ, хорошо смачивающих поверхность капилляра.

Метод максимального давления, к-рым также определяют величину П. п., состоит в определении давления (p), необходимого для продавливания пузырьков воздуха через капилляр, кончик к-рого касается поверхности исследуемой жидкости. В этом случае П. н. определяется по уравнению: σ = (σ₀ * p)/p⁰, где σ₀ и ⁰ - поверхностное натяжение и давление, с к-рым пузырьки воздуха продавливаются через капилляр, касающийся стандартной жидкости (обычно чистой воды). Метод предложен П. А. Ребиндером и пригоден как для чистых жидкостей, так и для р-ров различных веществ.

Метод счета капель основан на сравнении числа капель n и n₀ исследуемой жидкости и жидкости сравнения соответственно, содержащихся в определенном объеме. П. н. вычисляется по формуле: σ = (h₀ρ/nρ₀)*σ₀, где ρ — плотность исследуемой жидкости, а ρ₀ и σ₀ — плотность и поверхностное натяжение жидкости сравнения (обычно воды) соответственно. Этот метод может быть использован для измерения межфазного натяжения или при вытекании жидкости в другую жидкость.

Метод отрыва кольца пли рамки от поверхности жидкости основан на измерении максимальной силы отрыва (F), пропорциональной П. н., длине рамки или длине кольца. Однако этот метод недостаточно точен и мало используется в практике.

Библиография: Адамсон А. У. Физическая химия поверхностей, пер. с англ., М., 1979; Васильев Ю. М. и Маленков А. Г. Клеточная поверхность и реакция к.яетки, Л., 1968; Маленков А. Г. и Чуй ч Г. А. Межклеточные контакты и реакции ткани, М., 1979; Оно С. и К о н д о С. Молекулярная теория поверхностного натяжения в жидкостях, пер. с англ., М., 1963; Успехи КОЛ.ЯОИДНОЙ химии, под ред. П. А. Ря-биндера, М., 1973; Proceedings of symposium on surface chemistry of biological systems, N. Y., 1970.

B. Б. Акопян.