Hmota a její struktura, elementární částice

Hmota a její struktura, elementární částice

1.1 Elementární částice hmoty

protony, neutrony, elektrony – stavební částice atomů

atom – atomové jádro a elektronový obal

A = N + Z

1.2 Atomové jádro

1906 Ernest Rutherford – objev at. jádra

jaderné síly – silné interakce

průměr jádra 10^{-15 m}

hmotmost jádra – hmotnostní spektroskopie ( princip: dráha iontů s menší hmotností je v magnetickém poli více zakřivená a ionty dopadnou na fotografickou desku do jiného místa než těžší ionty)

- studium jaderných reakcí

- udává se v atomových hmotnostních jednotkách „u“= 1/12 hm. ¹²C nebo pomocí klidové energie (v eV)

1.3 Elektronový obal

minimální celková energie, obsazování orbitalů

en. e^- roste se vzdáleností od jádra

kvantová čísla, Pauliho vylučovací princip

absorpce energie – excitovaný stav e^-

vyzáření fotonu elmag. záření

kationty, anionty

1.4 Formy hmoty

pole (záření) – mag., el., teplo, světlo, zvuk atd.

látka – skupenství, hmotnost, el. náboj, rozměr, tvar, složení…

1.5 Disperzní systém

soustava látek obsahující aspoň dvě složky (disperzní podíl a disperzní prostředí), např. krev : korposkulární složka (krvinky), tekutá složka (plazma)

heterogenní a homogenní směsi

suspenze – hrubá disperze tuhých látek v kapal. prostředí, např. krev, pasty = koncentrované formy suspenze

emulze – dvě nemísitelné kapaliny ve formě kapiček, např. mléko; vznikají v tenkém střevě člověka – ve vodě nerozpustné tuky jsou emulgovány solemi žlučových kyselin dříve, než jsou napadnuty lipázami

aerosol – tuhé nebo kapalné látky v plynném disperzním prostředí

= sus., emu., aero., jsou častou formou léčebných, dezinf., kosmet. preparátů

zdravotní nebezpečí – vdechování aerosolů obsah. křemičitany (silikóza plic)

vznik aerosolů radioaktivních izotopů

1.6 Transportní jevy

Viskozita

vnitřní tření mezi částicemi

ovlivňuje vlastnosti proudění látek, větší viskozita = větší tření

s rostoucí teplotou klesá, kapalina se pohybuje rychleji

př. sledovat viskozitu krve při podávání většího množství erytrocytů

( 3-3,6 mPa.s při teplotě 37^oC)

Difuze

pronikání jedné látky mezi molekuly druhé látky, sleduje koncentrační gradient a řídí se snahou o vyrovnání koncentrace v celém objemu (umožňuje pohyb látek uvnitř a vně buněk)

Látky difundují určitým směrem tak dlouho, dokud se jejich koncentrace nevyrovná. Proces je stejný u látek např. solí rozpuštěných ve vodě nebo třeba i u kyslíku obsaženém v kompostu. V tomto případě bariéru představuje buněčná membránu (lipidová dvouvrstva), přes kterou znázorněná látka může procházet do vnitrobuněčného prostoru

Difuze je podstatou a hybnou silou osmózy a veškerých osmotických jevů.

Osmóza je teda určitým specifickým případem difuze.

Osmóza

děj, který probíhá na semipermeabilních (polopropustných) membránách, propouštějí molekuly rozpouštědla (vody), nepropouští molekuly rozpuštěných látek. Proniká jenom rozpouštědlo do roztoku

zřeďování koncentrovaných roztoků

hypotonický, hypertonický, izotonický roztok

osmoregulace – ledviny

erytrocyt v hypotonickém roztoku – přijímá vodu – rozpad (hemolýza)

erytrocyt v hypertonickém roztoku – voda ven – svrašťuje se

infuze = izotonická

Osmóza: Na obrázku je v pravé části nádoby koncentrovaný roztok látky a v jeho levé části rozpouštědlo (nebo jen slabý roztok).
SEMIPERMEABEL: Polopropustná membrána představuje bariéru, přes kterou rozpuštěné látky projít nemohou, difundovat přes ní ale může rozpouštědlo zleva. Aby se látky obsažené v pravé části nádoby mohly naředit, musí nasát rozpouštědlo z levé části a to až do té doby, dokud se koncentrace navzájem nevyrovnají. K průchodu rozpouštědla dochází přesto, že hladina roztoku stoupá a působí tak proti gravitační síle. Takto vykonaná práce je vykonána osmotickou silou.

Dialýza

Schéma dialyzátoru

difuze malých iontů a molekul z roztoku dialyzační membránou do čistého rozpouštědla (odstraňování odpadů metabolizmu z těla ledvinami)

život zachraňující výkon

dvě formy : hemodialýza – krev je vyčištěna tzv. umělou ledvinou (3x týdně, 4-6 hodin v dialyzačních střediscích)

peritoneální dialýza – krev se čistí uvnitř těla pomocí pobřišnice (4-5x denně se přivádí roztok, kt. čistí krev)

Princip: na jedné straně membrány protéká krev s „odpadem“, na druhé dialyzační roztok s absolutně čistou vodou a s látkami, které se nesmí z těla odstranit. Látky škodlivé z krve postupně přecházejí do dialyzačního roztoku. Doplňujeme vitamíny, aminokyseliny apod. ve formě potravy, v tabletách apod. Rychlost protékání je 500 ml/min.

Ultrafiltrace – k rychlému čištění nebo zahušťování

1.7. Jevy na rozhraní mezi dvěma fázemi

povrchové molekuly kapalin mají větší energii než ostatní a proto doch. ke vzniku povrchového napětí, veličiny, která charakterizuje závislost povrchové energie na jejím povrchu

klesá s rostoucí teplotou a nezávisí na velikosti povrchu

elevace, deprese

Kapilární elevace vody (H₂O) a deprese rtuti (Hg).

surfaktanty a tenzory – látky snižující povrchové napětí kapalin

Adsorbce – děj, při němž je adsorbována látka navázána pouze slabými van der Vaalsovými silami na povrchu adsorbentu. V důsledku výhodnějšího energetického uspořádání se na fázovém přechodu může zvýšit koncentrace jedné látky. Pro množství adsorbované látky je v případě plynu rozhodující tlak, v případě roztoku koncentrace.

Př. - odstranění tlaku a napětí vzniklé na základě plynatosti, snížení povrchového napětí tekutiny v žaludku a trávícím traktu

Anti – HA protilátky neutralizující virus vyvolají ochranu před adsorpcí viru na receptorová místa

účinnost tetanického anatoxinu zvyšuje jeho adsorpce na fosforečnan nebo hydroxid hlinitý

1.8 Pohyb látek

Většina léků je absorbována na plazmatické bílkoviny silnými chemickými vazbami za vzniku velkých komplexů, které nemohou procházet biologickými membránami. Vázaná část látky není metabolizována a biochemickou transformací inaktivována, prodlužuje se její účinek. Dosahuje se lepší udržování terapeutické hladiny.

1.9 Interakce v přírodě

4 základní druhy: silná, slabá, elmag. a gravitační interakce

silná – interakce mezi částicemi jádra

slabá – přeměna jaderného neutronu na e^- nebo jaderného protonu na pozitron

elmag.- mezi elektricky nabitými částicemi jádra a obalu

gravitační – nejslabší, ale působí na všechny částice ve vesmíru