1
Stomatologia: wykład 6
Omówiona na poprzednich wykładach aktywność elektryczna komórek spełnia ważną rolę w procesach przenoszenia informacji w organizmie. W zjawisku powstawania potencjału błonowego istotną rolę odgrywa potencjał dyfuzyjny występujący w procesach związanych z wyrównywaniem stężeń. Obecność substancji zjonizowanych stwarza możliwość występowania różnych efektów elektrycznych na granicy obszarów o różnym składzie chemicznym.
Nawiązując do przedstawionego wcześnie „termodynamicznego” podejścia do procesów zachodzących w różnych układach można powiedzieć, że Jeśli układ zawiera cząsteczki mające ładunek elektryczny to zmiana liczby moli jednego z takich składników wiąże się nie tylko z wykonaniem pracy chemicznej ΔLch = SmiΔni ale i elektrycznej pracy ΔLel = φΔq przenoszenia ładunków. Przy zmianie ilości składnika (i) o Δni, jego ładunek elektryczny zmienia się o
Δq = zF×Δni
W warunkach izotermiczno - izobarycznych praca wykonana przez układ jest równa zmianie entalpii swobodnej. Mamy więc
ΔGi = miΔni + zF×Δni×φ
Zmiana entalpii swobodnej przypadająca na 1 mol:
~
ΔGi = mi + zF×φ = m
Nazywana jest potencjałem elektrochemicznym.
Potencjał chemiczny mi = mi0 + RT×lnai , gdzie ai jest aktywnością jonu w roztworze a mi0 jest potencjałem standardowym – wyliczony dla stężenia 1mol/l.
Potencjał elektrochemiczny jest przydatnym narzędziem przy rozważaniu zjawisk na styku różnych środowisk. Do tego typu zjawisk należy potencjał elektrodowy.
Metal zanurzony do roztworu z kationami tego metalu ulega reakcji chemicznej
Me « Mez+ + ze-
jony metalu przechodzą do roztworu pozostawiając na elektrodzie wolne elektrony. Uwolnione jony gromadzą się w pobliżu elektrody w elektrycznej warstwie podwójnej. Dodatni ładunek kationów w roztworze hamuje dalsze uwalnianie jonów. Ustala się stan równowagi termodynamicznej.
W warunkach T i p = const oznacza to, że potencjały elektrochemiczne metalu w obu fazach muszą być jednakowe.
miMe + RT×lnaiMe+ zF×φMe = miel + RT×lnaiel+ zF×φMe
zF×φMe- zF×φMe = miel - miMe - RT×lnaiMe + RT×lnaiel
miel - miMe - RT×lnaiMe= ΔV0
zF×(φMe- φMe) = Δφ0 + RT×lnaiel
φMe- φMe= ΔV – potencjał elektrodowy
Potencjał ΔV0 nosi nazwę potencjału standardowego elektrody. przyjęto wyrażać go różnicą potencjałów ogniwa , w którym drugą elektrodą jest tzw. elektroda wodorowa. Wartości tego potencjału dla różnych metali umieszczonych w roztworze zawierającym ich jony stały się podstawą do uszeregowania metali w szereg napięciowy. Występowanie potencjału elektrodowego sprawia, że umieszczenie w roztworze elektrolitu dwóch metali o różnych potencjałach powoduje powstanie ogniwa elektrycznego o sile elektromotorycznej tym większej im większa odległość dzieli te metale w szeregu napięciowym. Stosowane w stomatologii materiały zawierające metale (np. amalgamaty) w obecności śliny lub płynów tkankowych wytwarzają potencjały elektrodowe. wprowadzenie do środowiska elementów zawierające różne metale prowadzi do powstawania w jamie ustnej ogniw elektrycznych. Może to wywoływać stany zapalne w jamie ustnej a niekiedy zaburzenia ogólnoustrojowe.
Rainhardt