Мембранное равновесие, связанное с различием концентрации солей внутри и
вне клеток, известно давно. В 1911 г. Ф. Доннан объяснил это явление,
впоследствии названное его именем.
Мембранное равновесие Доннана связано с переносом некоторого количества
вещества низкомолекулярного электролита внутрь пространства, содержащего
полимер, и, вследствие этого, неравномерного распределения концентраций
этого электролита по обе стороны полупроницаемой мембраны.
Пусть в некоторый начальный момент времени концентрации ионов
низкомолекулярного и высокомолекулярного соединений по обе стороны
мембраны распределяются следующим образом:
Рис 1.
В левой части сосуда, разделенного полупроницаемой мембраной, находится
раствор полимера, который в результате диссоциации представлен
поликатионом R(Z+) и противоионом Cl–, концентрации которых равны
соответственно C1 и ZC1. В левой части – раствор низкомолекулярного
электролита, например KCl, с концентрацией С2, диссоциирующий на К+ и
Cl–. При установлении равновесия вследствие диффузии в такой системе
малые ионы K+ перемещаются преимущественно из правой части сосуда в
левую. Макрокатионы R(Z+) не могут проникать через мембрану, поэтому для
сохранения электронейтральности вместе с катионами K+ справа налево
происходит перемещение избыточного числа анионов Cl–. В результате
этих процессов концентрация низкомолекулярного электролита в растворе
ВМС повышается:
Рис 2.
Условием равновесия является равенство произведений концентраций
электролитов в левой и правой части сосуда, разделенного
полупроницаемой мембраной:
[K+]внутр.[Cl–]внутр. = [K+]внеш.[Cl–]внеш.
Подставляя обозначения из рис.2, имеем уравнение:
X (ZC1 + X) = (C2 – X)2
Решая это уравнение относительно X, получаем:
C22
X = .
ZC1 + 2C2
Это и есть уравнение Доннана, которое показывает количество
низкомолекулярного вещества, переносимого в фазу ВМС через
полупроницаемую мембрану. Из него следует вывод, что низкомолекулярный
электролит распределяется неравномерно по обе стороны мембраны. Перенос
вещества всегда существует из внешнего раствора во внутренний, в
результате чего во внутреннем растворе наблюдается более высокая
концентрация переносимых электролитов по сравнению с внешним раствором.
Этим же объясняется некоторый избыток осмотического давления в
растворах, содержащих ВМС и электролиты.
Если концентрация низкомолекулярного электролита намного больше
концентрации полимера (С2 >> C1), то X = C2/2, т.е. при малых
концентрациях макроионов и больших концентрациях малых ионов наблюдается
равномерное распределение малых ионов по обе стороны мембраны.
При обратном соотношении концентраций (C2
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
