Liotropia
Liotropia ( połączenie lyo- „rozpuszczać” i -tropic „zmiana”) odnosi się do zależnych od stężenia efektów fizycznych w roztworach , a często dokładniej do specyficznego zachowania jonów w roztworach wodnych .
Historia
Jony w roztworach wodnych wykazują charakterystyczne dla jonów zachowanie, czego przykładem jest szereg Hofmeistera . Opierając się na obserwacjach Franza Hofmeistera z lat 70. XIX wieku z lizozymem z białka jaja , efekty liotropowe doprowadziły do klasyfikacji jonów pod względem ich zdolności do solenia lub wysalania białek.
Ze względu na dodatni ładunek lizozymu oryginalna seria okazała się inna niż seria dla większości białek. Zatem szereg może się zmieniać w zależności od białka w roztworze i stężeń jonów w roztworze. Liotropia – podobnie jak seria Hofmeistera – klasyfikuje jony i ich zdolności do solenia/wysalania białek.
W 1936 roku Voet zbadał zachowanie liotropowe, aby określić ilościowo wpływ działania soli na cząsteczki i przewidzieć zachowanie za pomocą modeli matematycznych. Używając agaru i żelatyny , sformułował równanie do przewidywania działania wysalania różnych jonów dla innych koloidów . Liczby liotropowe, Nlyo , oparte na tej pracy, wydają się być związane z gęstością ładunku jonów.
Aktywność liotropowa wpływa również na pęcznienie żeli, napięcie powierzchniowe , szybkość procesów zmydlania , lepkość roztworów soli oraz ciepło hydratacji.
Równowagi parowania jonów w wodzie morskiej
Obecne rozumienie równowag parowania jonów w środowisku wodnym można również prześledzić do modelu Eigen-Tamm, który wprowadził użycie dwóch stanów równowagi dla par jonów: kontaktowej pary jonów (CIP) i rozdzielonej pary jonów (SIP). Jako wczesne zastosowanie równowag parowania jonów, Kester i Pytkowicz badali rolę siarczanowych i kationów dwuwartościowych w wodzie morskiej.
To zachowanie specyficzne dla jonów zostało również wyjaśnione za pomocą prawa Collina dotyczącego dopasowywania powinowactwa do wody, które opisuje siłę parowania jonów pod względem wielkości jonu i przeciwjonu , jednocześnie uwzględniając stan koordynacji i entropię. Nowoczesne podejścia obliczeniowe do symulacji parowania jonów obejmują symulacje dynamiki molekularnej i obliczenia ab initio , które często obejmują modele rozpuszczalników z polaryzowalnym kontinuum.
Implikacje
Zgodnie z prawem dopasowywania powinowactwa do wody, pary chaotrop -chaotrop i kosmotrop-kosmotrop preferują stan CIP; podczas gdy chaotrop-kosmotrop preferuje SIP lub stany niesparowane. Innym ważnym efektem liotropowym jest parowanie jonów z naładowanymi głowami cząsteczek biologicznych. Vlachy i in. zaproponował, że od chaotropowych do kosmotropowych grup głównych kolejność jest zgodna z grupami karboksylanowymi , siarczanowymi i sulfonianowymi . W tym kontekście jon sodu (Na+) będzie preferował karboksylan i jon potasu (K+) będzie preferował sulfonian, który ma ważne efekty podziału w systemach biologicznych. Rozpuszczalność białek zależy od pH i stężenia soli, przy czym niewielkie zmiany w lokalnym środowisku mogą prowadzić do odwrócenia szeregu Hofmeistera.
W wodnych roztworach glikanów efekty parowania jonów liotropowych często dominują w interakcjach molekularnych poprzez kontrolowanie wiązania mostków solnych . Nowoczesne podejścia obliczeniowe do tworzenia mostków solnych w białkach demonstrują mechanizmy leżące u podstaw korzystnego arginina -arginina, które jest spowodowane zmniejszeniem odpychania elektrostatycznego w wyniku interakcji pi-stacking .
W węglowodanach dominującymi mechanizmami oddziaływań molekularnych są parowanie elektrostatyczne i jonowe. Nowoczesne metody obliczeniowe tworzenia mostków solnych w białku pokazują, że korzystne parowanie arginina-arginina (tj. konserwatywna arginina) wynika ze zmniejszenia odpychania elektrostatycznego.
Elektroliotropia
Elektroliotropia obejmuje gradienty przestrzenne potencjału Donnana i parowanie specyficzne dla jonów i jest używana do określania rozkładu jonów i potencjału elektrycznego poprzez modelowanie ładunków jako stałych lub wolnych. Kanonicznym przykładem jest uwiązana na powierzchni szczotka polielektrolitowa z różnymi grupami o stałym ładunku oddziałującymi z wolnymi jonami i parami jonów w celu zminimalizowania energii swobodnej Gibbsa .
Wykorzystując pomiary prądu strumieniowego w systemie elektrokinetycznym z mikroszczelinami (MES), teorię elektroliotropową można wykorzystać do określenia stechiometrycznych stałych dysocjacji par jonów. Podejście to okazuje się przydatne w charakteryzowaniu złożonych polielektrolitów i mieszanin jonów w roztworach podobnych do tych występujących w układach biologicznych. W rzeczywistości pH i stężenie soli bezpośrednio wpływają na stechiometryczne stałe dysocjacji. Zaproponowano zastosowanie teorii elektroliotropowej jako modelu tkanki błony śluzowej .