Лекция 3-4 Растворы и коллиг

1.

Кафедра медицинской и
фармацевтической химии
Учение о растворах.
Коллигативные свойства разбавленных
растворов электролитов и неэлектролитов
1

2.

Раствортермодинамически устойчивая гомогенная система переменного
состава, состоящая из 2-х и более независимых компонентов и
продуктов их взаимодействия.
В такой системе одно вещество
(растворитель) равномерно
распределено в другом (растворённом).
2

3.

Раствор может иметь любое агрегатное состояние:
газообразное
(газовая
смесь).
жидкое
твердое
3

4.

Агрегатные состояния растворов, применяемых в медицине:
а) оксид азота(I) (газовый наркоз);
б) натрия хлорид в воде
(физиологический раствор);
в) хром в никеле (зубной протез)
4

5.

Точка зрения Менделеева:
Раствор - это сложная равновесная
химическая система, образованная
растворителем, растворенным веществом и
продуктами их взаимодействия (гидратами).
Д. И. Менделеев
(08.02.1834 – 02.02.1907)
Химическая (Гидратная) теория Менделеева стала
oдной из основ современной теории растворов.
«В растворе при обычной температуре происходит образование
и разрушение ассоциатов (соединений) – частиц растворителя –
5
гидратов - с частицами растворенного вещества»

6.

H раств = H крист. + H сольв.
Растворение кристалла NaCl в воде:
ΔНкрист. - изменение энтальпии при
разрушении кристаллической решетки;
ΔНсольв. – изменение энтальпии за счет
гидратации ионов Сl- и Na+;
6

7.

Классификация
1. По размеру частиц растворенного вещества
а) истинные растворы –однородные гомогенные системы с размером
частиц 10-10 - 10-9м (Растворы сахарозы, глюкозы и т.д.).
б) коллоидные растворы –неоднородные ультрамикрогетерогенные
системы с размером частиц 10-7 - 10-9м (Плазма крови, лимфа).
в) грубодисперсные (микрогетерогенные) системы– неоднородные
гетерогенные системы с размером частиц 10-6 - 10-4м (эмульсии, мази,
суспензии и т.д.).
7

8.

2. По наличию или отсутствию электролитической
диссоциации
Растворы электролитов — в которых вещества
диссоциируют на ионы (соли, кислоты и гидроксиды - КNО3,
НСl, КОН).
Растворы неэлектролитов – в которых вещества
практически не диссоциируют в воде( растворы сахарозы,
глюкозы, мочевины ).
Растворы амфолитов - веществ, которые могут
диссоциировать и по кислотному, и по основному типу:
Аl(ОН)3 ,глицин.
8

9.

3. По содержанию растворённого вещества (концентрации):
а) разбавленные растворы ~ до 10 %;
в) средней концентрации ~ 10 - 30%
б) концентрированные ~ 30 % и выше.
9

10.

4. По равновесному состоянию
а) Ненасыщенный - раствор, в котором еще можно растворить
добавочное количество данного вещества.
б) Насыщенный - раствор, в котором данное вещество при
данной температуре больше не растворяется, т. е. раствор,
находящийся в равновесии с растворяемым веществом.
10

11.

в) пересыщенные –
содержащие значительно больше растворенного вещества чем
его требуется для насыщения при данной температуре
Пересыщенные растворы являются неустойчивыми
системами, способными к существованию только при
отсутствии в системе твердых частиц растворенного вещества.
Возможность длительного существования таких растворов
объясняется трудностью первоначального возникновения
мельчайших «зародышевых» кристалликов-центров
кристаллизации.
11

12. Растворимость

Растворимость – способность вещества растворяться в том
или ином растворителе.
Мерой растворимости вещества при данных условиях
является его содержание в насыщенном растворе.
S – растворимость - масса вещества,
способная растворяться в 100 г растворителя (воды).
12

13.

Зависимость растворимости от температуры
13

14.

Коллигативные свойства растворов
14

15.

Коллигативные (коллективные) - зависят от количества
имеющихся молекул или ионов растворенного вещества
(концентрации) и природы растворителя, а не от природы
растворенных частиц.
Диффузия
Понижение давления насыщенного пара растворителя над
раствором.
✓
Повышение температуры кипения раствора (по сравнению
с чистым растворителем).
✓
Понижение температуры замерзания раствора (по
сравнению с чистым растворителем).
✓
Осмос, осмотическое давление.
✓
✓
Коллигативные свойства позволили Аррениусу доказать, что
молекулы растворенного вещества в растворе диссоциируют
на ионы.
15

16.

Давление насыщенного пара над растворителем (ро)давление, при котором при данной температуре в системе
«жидкость-пар» наступает динамическое равновесие,
характеризующееся равенством скоростей испарения и
конденсации
16

17.

Давление насыщенного пара растворителя над раствором
17

18.

1. Понижение давления насыщенного пара растворителя над
раствором: (нелетучее вещество в летучем растворителе)
Закон Рауля:
а) Давление насыщенного пара данного
компонента над раствором прямо
пропорционально его мольной доле:
P=P
o
H 2O
Рауль Франсуа
(10.05.1830 – 1.06.1901)
Основное
направление
научных исследований – химия
растворов. Его имя связано
главным образом с созданием
основ
криоскопии.
Открыл
носящий его имя закон о
понижении
давления
пара
растворителя.
Сконструировал
газовую горелку.
·NH2O
б) Относительное понижение
давления растворителя равно мольной
доле растворенного вещества.
−P
o
H 2O
o
H 2O
P
P
= NA
18

19.

Причины:
а) уменьшение поверхности испарения:
б) уменьшение концентрации растворителя:
19

20.

Для идеальных растворов понижение давления насыщенного
пара растворителя не зависит от природы растворенного
нелетучего вещества.
Для реальных растворов, где имеют место межмолекулярные
взаимодействия, в это
уравнение необходимо ввести
изотонический коэффициент:
p0 − p
i 1
= iN A , причем :
0
i =1
p
i 1
для электролитов
для неэлектролитов
для веществ, склонных к
диссоциации
20

21.

2. Эбулиоскопия – повышение Ткип
Присутствие
растворенного
температуру кипения раствора
вещества
повышает
Ткип. р-ра= Ткип. р-ля+ ∆Ткип
21

22.

∆Ткип= Е ·b (x)
E – эбулиоскопическая константа (град/моль·кг);
b(X) – моляльность (число моль вещества в 1000 г
растворителя)
E m(x) 1000
M(x) =
, [г/моль]
ΔTкип m(р - ль)
Эбулиоскопия - способ определения М вещества
22

23.

Криоскопическая и эбулиоскопическая константы некоторых
жидкостей, применяемых в качестве растворителей
Растворитель
Температура
кипения, 0С
Эбулиоскопическая
константа,
Е, кг/моль.
Температура
кристаллизации, 0С
Криоскопическая
константа,
К, кг/моль.
Вода
100
0,52
0,00
1,86
Бензол
80,2
2,57
5,45
5,07
Этанол
78,0
1,15
−114,0
-
Диоксан
100,8
3,2
12,34
4,72
Диэтиловый
эфир
34,6
2,02
−177,0
1,79
Камфара
204,0
6,09
178,4
39,8
23

24.

3. Криоскопия – понижение Т замерзания
Присутствие растворенного вещества понижает
температуру замерзания раствора.
Ткр. р-ра= Ткр. р-ля ‒ ∆Ткр
Причина - молекулам растворителя сложней образовать
гомогенные кристаллы твердой фазы.
24

25.

∆Ткр= К ·b (x)
K m(x) 1000
M(x) =
, [г/моль]
ΔTкр m(р - ль)
Криоскопия - способ определения М вещества
25

26.

26

27.

Антифризы - вещества, понижающие температуру
замерзания водных растворов.
✓ неорганические:
хлориды
аммония, натрия, магния, кальция, а
также карбонат калия.
✓ органические: этиловый спирт,
глицерин и этиленгликоль.
Насыщенный раствор хлорида
кальция остается жидким до - 55 °С.
27

28.

4. Диффузия – самопроизвольный направленный процесс
переноса частиц растворенного вещества и растворителя,
осуществляемый за счет градиента концентраций растворенного
вещества и приводящий к выравниванию концентраций этого
вещества по всему объему раствора.
28

29.

5. Осмос. Осмотическое давление.
Осмос - самопроизвольная диффузия молекул растворителя
через полупроницаемую мембрану из чистого растворителя
или из раствора с меньшей концентрацией р.в. в раствор с
большей концентрацией.
Мембрана пропускает молекулы растворителя,
но задерживает молекулы растворенного вещества.
29

30.

Причина осмоса - стремление вещества распределяться
равномерно по всему объему растворителя.
Осмотическое давление – минимальное гидравлическое
давление, которое нужно приложить к раствору, чтобы
осмос прекратился
Осмотическое давление
плазмы крови человека - 7.4-7.8 атм
( 740 – 780 кПа)
рыб
до15 атм.
растений
до 100 атм.
прорастающих семян
до 400 атм.
30

31.

Закон Вант-Гоффа
P = cМ RT
Вант-Гофф и Вильгельм
Оствальд в лаборатории
nRT
P=
V
Осмотическое давление вещества в
растворе равно тому давлению,
которое оно оказывало, если бы
находилось в том же объеме, будучи в
газообразном состоянии.
Уравнение осмотического давления находит широкое
применение при определении молекулярных весов макромолекул
(каучук, целлюлоза, белки)
31

32.

Для растворов электролитов в формулу вводится
коэффициент Вант-Гоффа i
P = ic М RT
i показывает, во сколько раз истинная концентрация
кинетически активных частиц в растворе электролита больше,
чем в растворе неэлектролита с той же концентрацией
Коэффициент Вант-Гоффа можно определить
вышеизложенными методами
C эл
π эл.
t зам. эл.
t кип . эл.
Pосм.эл.
i=
=
=
=
=
Cнеэл π неэл. t зам. неэл. t кип . неэл. Pосм.неэл.
32

33.

Онкотическое давление
– осмотическое давление, создаваемое за счет наличия белков
в биожидкостях организма и составляет 0,5% от общего
осмотического давления плазмы ( 0.025 – 0.04 атм )
Разрушение белков при гнойных
процессах сильно увеличивает
величину онкотического давления.
При заболеваниях, сопровождающихся уменьшением
концентрации белков крови, онкотическое давление падает.
Возникают так называемые онкотические отеки подкожной
клетчатки.
Онкотическое давление играет важную роль в процессах
всасывания жидкости из тканей в кровеносные сосуды.
33

34.

-
-COO
Na+
Осмолярность
(осмолярная концентрация)
-NH3+
Pt-COOОсмолярная концентрация - суммарное
молярное количество всех кинетически
активных частиц, содержащихся в 1 литре
раствора, независимо от их формы,
размера и природы ( 0.29 – 0.30 моль/л)
Их суммарное осмотическое давление при
37°С составляет 7,7 атм.
Cl-
Ca2+
Fe3+
34

35.

Осмоляльность
(осмоляльная концентрация)
35

36.

Изо-, гипер- и гипотонические растворы
Изотонические - с одинаковым осмотическим давлением (0.9%)
Гипертонические - с большим осмотическим давлением (>0.9%)
Гипотонические - с меньшим осмотическим давлением (<0.9%)
Во всех случаях, когда в кровяное русло, мышечную ткань,
спинномозговой канал в терапевтических целях вводят растворы,
необходимо избегать «осмотического конфликта».
36

37.

Лизис, плазмолиз, гемолиз.
Лизис - разрыв клетки при введении гипотонического по
отношению к крови раствора
Гемолиз - разрыв эритроцитных оболочек при введении
гипотонического по отношению к крови раствора
Плазмолиз - обезвоживание эритроцитов при введении
гипертонического по отношению к крови раствора
Начальная стадия гемолиза происходит при снижении
37
осмотического давления до 3,5–3,9 , а полный гемолиз при 2,5- 3,0 атм.

38.

Консервирование продуктов
питания происходит благодаря
уничтожению микроорганизмов
вследствие их плазмолиза.
Плазмолиз также наблюдается при посыпании ягод или фруктов
сахаром, а овощей, мяса или рыбы - солью.
38

39.

Значение осмотического давления (примеры)
1. Слабительное действие глауберовой соли Na2SO4·10H2O и
горькой соли MgSO4·7H2O.
Плохая всасываемость стенками желудка вызывает интенсивный
переход воды внутрь кишечника, способствуя послабляющему
действию.
2. При очистке ран от гноя и носителей инфекции используют
гипертонические марлевые повязки, пропитанные 10%-ным
раствором NaCI или этанолом .
3. При глаукоме гипертонические растворы вводят внутривенно
чтобы снизить внутриглазное давление.
39

40.

4. Осмос и диализ - основа ряда физиологических процессов:
усвоение пищи, окислительные процессы связанные с
дыхательной цепи, распределение питательных веществ,
жидкостной
обмен
в
тканях,
выделение
продуктов
жизнедеятельности.
5. Осмос при купании
В пресной воде болевые ощущения, резь в глазах более
заметны (осмос воды направлен внутрь глазного яблока).
В
морской
воде
замечается
покраснение
глаз
с
незначительными болевыми ощущениями (осмос воды направлен
из глазного яблока в морскую воду)
40

41. Спасибо за внимание!

41