Рабочая тетрадь по химии для педиатрического факультета
.pdf
электролита и заряд коллоидной частицы еще более снижается, а в дальнейшем может произойти перезарядка, т.е. изменение знака заряда гранулы.
Таким образом, введение электролита - коагулянта способствует нарушению факторов агрегативной устойчивости коллоидных систем и возникновению процесса коагуляции.
Коагуляция любого коллоидного раствора (золя) может быть вызвана любым электролитом. Для наступления коагуляции необходимо, чтобы концентрация электролита, добавляемого к золю превысила некоторое минимальное значение, называемое порогом коагуляции (Спк). Порог коагуляции может рассматриваться как мера устойчивости золей: чем больше значение Спк, тем устойчивее коллоидная система.
Порог коагуляции показывает минимальное количество (ммоль) электролита, необходимое для начала процесса явной коагуляции 1 л золя:
пк = |
эл.∙эл. |
∙ 1000, |
|
колл.р−ра+ эл. |
|||
|
|
где Сэл. – исходная концентрация раствора электролита; Vэл. – объем раствора электролита (в мл), добавленного к золю; Vколл. р-ра – объем золя
(в мл).
Величина, обратная порогу коагуляции, называется коагулирующим действием (γ):
= 1 пк
Коагулирующая способность иона – коагулянта возрастает с увеличением заряда иона. Количественно эта закономерность описывается эмпирическим правилом Шульца – Гарди, а теоретически обоснованную связь между зарядом коагулирующего иона и порогом коагуляции дает теория Дерягина – Ландау.
Соотношение коагулирующих способностей для одно-, двух- и трехвалентных ионов равно (правило значности):
γ3 : γ2 : γ1 = 729 :11 : 1.
Коагуляцию коллоидных растворов вызывают любые ионы, которые имеют знак заряда, противоположный заряду гранул. Коагулирующее действие ионов (γ) тем сильнее, чем выше заряд иона – коагулянта или в ряду уменьшения степени гидратируемости иона (ионы образуют лиотропные ряды).
Опыт 7. Определение порога коагуляции золя (на примере коллоида гидроокиси железа (III)).
В работе определяют порог коагуляции золя гидроокиси железа (III), знак заряда которого известен по результатам работы № 1.
Ход работы:
1. В штативе располагают в три ряда 12 пробирок: 3 ряда по 4 пробирки. В каждую пробирку приливают 5 мл золя гидроокиси железа, необходимый объем воды и электролита, указанные в таблице 1. В первый ряд пробирок приливают раствор KCl (1 моль/л), во второй –
K2SO4 (0,01 моль/л), в третий – K3[Fe(CN)6] (0,001 моль/л).
|
|
|
|
Таблица 1. |
|
№ пробирки в ряду |
1 |
2 |
3 |
|
4 |
Объем золя гидроокиси железа |
5 |
5 |
5 |
|
5 |
(III) (мл) |
|
|
|
|
|
Объем дистиллированной воды |
4,5 |
4 |
3 |
|
1 |
(мл) |
|
|
|
|
|
Объем раствора электролита (мл) |
0,5 |
1 |
2 |
|
4 |
2. Через 20 мин результат работы вносят в таблицу 2, приблизительно оценивая интенсивность коагуляции по пятибалльной системе:
|
|
|
Признак |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Оценка |
||
|
|
|
Появление мути |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|||
|
|
Мутность, появление окраски |
|
|
|
|
|
|
2-3 |
|||||||
|
Образование хлопьев, полное изменение окраски |
|
|
4 |
||||||||||||
|
Выпадение осадка, полное изменение окраски |
|
|
5 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2. |
|
|
Заряд |
|
|
Ион- |
|
|
Признак |
|
|
Cпк, |
|
|
||||
|
Электрол |
|
|
|
|
ммоль |
|
γ |
||||||||
|
гранулы |
коагул |
|
коагуляции |
|
|
||||||||||
|
ит |
|
|
|
/л |
|
|
|||||||||
|
мицеллы |
|
янт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
1 |
|
2 |
3 |
|
4 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КCl |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К2SO4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К3[Fе(СN)6] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Вычислите порог коагуляции по формуле: |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
Спк = 100 ∙ Сэл. ∙ эл., |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
где Cпк – порог коагуляции (в моль/л), Сэл. – молярная концентрация |
|||||||||||||||
электролита, содержащего ион-коагулянт (в моль/л), Vэл. – минимальный объем электролита, достаточное для коагуляции золя (в мл).
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Рассчитайте коагулирующую способность электролитов:
= 1 .
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Полученные результаты внесите в табл. 2.
4. Сделайте вывод о коагулирующей способности ионов в зависимости от его заряда и подтвердите их расчетами для каждого из электролитов, взятых для эксперимента.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Опыт 8. Взаимная коагуляция золей.
Ход работы: В 5 пробирках смешивают при энергичном встряхивании золи гидроокиси железа (III) и берлинской лазури в объёмах, указанных в таблице. Через 1 час по цвету жидкости над осадком судят о степени коагуляции: полная - жидкость значительно изменила цвет, неполная - жидкость имеет оттенок одного из золей.
Данные необходимо занести в таблицу:
№ пробирки |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
Объём золя гидроксида |
4,5 |
4,0 |
2,5 |
1,0 |
0,5 |
|
железа (III), мл |
|
|
|
|
|
|
Объём золя берлинской |
0,5 |
1,0 |
2,5 |
4,0 |
4,5 |
|
лазури, мл |
|
|
|
|
|
|
Цвет жидкости над |
|
|
|
|
|
|
осадком |
|
|
|
|
|
|
Степень |
коагуляции |
|
|
|
|
|
(полная или неполная) |
|
|
|
|
|
|
Дайте определение взаимной коагуляции и сделайте вывод по результатам данной работы:
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Дата выполнения л/работы _________
Оценка и подпись преподавателя: _____________
Лабораторная работа № 9 «Физико-химические свойства растворов высокомолекулярных соединений (ВМС)»
Цель занятия:
Изучить физико-химические свойства высокомолекулярных соединений и свойства их растворов. Научиться использовать полученные данные для понимания биохимической роли высокомолекулярных соединений. Рассмотреть особенности коллигативных свойств и выявить основные факторы нарушений устойчивости растворов биополимеров.
Изучение влияния факторов на набухание желатины
Цель: Изучить влияние электролитов и значения рН среды на набухание желатины.
Реактивы: сухой желатин, дистиллированная вода, растворы (CN = 0,1 Н): иодида калия (KI), сульфата калия (K2SO4), хлорида калия (KCl), ацетатный буферный раствор (СН3СОО-/СН3СООН) со следующими значениями рН: 3,79, 4,37, 4,74, 5,12, 5,69, 6,01.
Работа 1. Влияние растворов электролитов на набухание ВМС (на примере желатины)
Ход работы:
1.В 4 чистые плоскодонные (или градуированные) пробирки внесите порошок желатины высотой в 1 см (h0) от дна пробирки (для мерных пробирок насыпьте желатины до метки 1 мл (V0)).
2.В 1-ю пробирку добавьте 8 мл дистиллированной воды (для контроля), а в остальные по 8 мл 1 Н растворов солей - KI, K2SO4, KCl.
Примечание: При добавлении растворов содержимое пробирок осторожно перемешивайте стеклянной палочкой, что бы набухшие частицы в верхнем слое не прекратили доступ раствора к нижним слоям.
3.Через 20 ми Н измерьте объем (V) или высоту (h) набухшего
желатина. Рассчитайте степень набухания (α) по формуле:
|
= |
−0 |
или = |
−0 |
|
||||
|
|
|
0 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
||
Результаты внесите в таблицу: |
|
|
|
|
|
|
|
||
№ п/п |
1 контроль |
2 |
|
|
3 |
4 |
|||
|
(Н2О) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Формула электролита |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Степень набухания (α) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Сравните влияние электролитов на степень набухания желатины. Сделайте вывод.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Работа 2. Изучение влияния рН среды на набухание. Ход работы:
1.Руководствуясь указаниями к работе № 1, приготовьте 6 пробирок с желатином.
2.В каждую пробирку прилейте по 8 мл буферного раствора, согласно таблице:
№ п/п |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
рН |
буферного |
3,79 |
4,37 |
4,74 |
5,12 |
5,69 |
6,01 |
р-ра |
|
|
|
|
|
|
|
V |
(Δh) |
|
|
|
|
|
|
желатины |
|
|
|
|
|
|
|
Примечание: При добавлении растворов содержимое пробирок осторожно перемешивайте стеклянной палочкой, что бы набухшие частицы в верхнем слое не прекратили доступ раствора к нижним слоям.
3.Через 20 минут измерьте объем V (или высоту h) набухшего желатина. Вычислите изменение относительно сухого желатина (ΔV или h) и внесите результаты в таблицу.
4.По результатам опыта на миллиметровой бумаге постойте
график зависимости V или h от рН буферного раствора. По графику определите изоэлектрическую точку желатины, учитывая, что наименьший V или h набухшей желатины соответствует значению рН, наиболее близкому к изоэлектрической точке.
5. Сделайте вывод.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Работа 3. Деструкция и денатурация природных полимеров
Исследование денатурации белков.
а) Денатурация белка концентрированными минеральными кислотами.
Этот метод денатурации основа Н на способности минеральных кислот вызывать нейтрализацию зарядов и разрушение пространственной структуры белка, что приводит к его денатурации и осаждению.
Ход работы: В пробирку налейте 10 капель концентрированной азотной кислоты осторожно, держа пробирку под углом 45°, налейте 5 капель раствора яичного белка. Зарисуйте схему опыта. Отметьте изменения на границе двух слоев жидкостей.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
б) Денатурация белка органическими кислотами.
Этот метод денатурации основа Н на способности органических кислот нейтрализовать заряд молекулы белка и разрушать ее пространственную структуру, что приводит к его денатурации и осаждению.
Ход работы: В пробирку налейте 10 капель трихлоруксусной кислоты, отметьте произошедшие изменения.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
в) Денатурация белка солями тяжелых металлов.
Этот метод денатурации основан на связывании ионов тяжелых металлов с функциональными группами боковых радикалов аминокислот в молекуле белка, в результате чего разрушается ее пространственная структура и происходит осаждение денатурированного белка. При добавлении избытка солей тяжелых металлов (кроме нитрата серебра и хлорида ртути (II)) из-за адсорбции иона металла первоначально образующийся осадок растворяется и белковая молекула приобретает положительный заряд.
Ход работы: В две пробирки внесите по 10 капель раствора белка. В первую добавьте 1-2 капли раствора сульфата меди, во вторую - 1-2 капли раствора ацетата свинца и наблюдайте за выпадением осадка белка.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Кислотный гидролиз крахмала.
Ход работы:
1.В коническую колбу емкостью 50 мл наливают 20-25 мл 1%-ного крахмального клейстера и 3-5 мл 10%-ного раствора серной кислоты.
2.В 6 пробирок наливают по 1 мл очень разбавленного раствора йода в иодиде калия (светло-желтого цвета), пробирки ставят в штатив.
3.В первую пробирку вносят 1-3 капли подготовленного для опыта раствора крахмала. Отмечают образовавшуюся окраску. Затем колбу нагревают на асбестовой сетке небольшим пламенем горелки. Через 30 сек. после начала кипения отбирают пипеткой вторую пробу раствора, которую вносят во вторую пробирку с раствором йода, после встряхивания отмечают цвет раствора. В дальнейшем отбирают пробы раствора согласно таблице и вносят их в последующие пробирки с раствором йода. Отмечают постепенное изменение окраски растворов при реакции с йодом. Изменение окраски растворов в пробирках занесите в таблицу:
№ пробирки |
Время после начала опыта для внесения |
|||||||
|
|
|
раствора йода в иодиде калия |
|
||||
|
30 |
с |
60 с |
90 с |
120 с |
180 с |
|
240 с |
|
1 |
|
2 |
3 |
4 |
5 |
|
6 |
Окраска в пробирках, |
|
|
|
|
|
|
|
|
после внесения J2 в KJ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.После того как реакционная смесь престанет давать окраску с йодом, смесь кипятят еще 2-3 минуты, после чего ее охлаждают и нейтрализуют 10%-ным раствором гидроксида натрия, добавляя его по каплям до щелочной реакции среды (появления розовой окраски на фенолфталеиновой индикаторной бумаге).
5.Часть щелочного раствора переливают в пробирку, смешивают с равным объемом реактива Фелинга и нагревают верхнюю часть жидкости до начинающегося кипения. Выпадает ли красный осадок оксида меди (I)? Напишите уравнения реакций гидролиза крахмала и взаимодействия продуктов гидролиза с реактивом Фелинга, укажите промежуточные и конечный продукты. Объясните, почему в процессе гидролиза изменяется окраска гидролизата с йодом.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Работа 4. Демонстрационные интерактивные лабораторные работы по методу электрофореза белков.
Используя цифровой ресурс: «Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов» - http://school-collection.edu.ru, необходимо войти в раздел «Химия» и выбрать все классы. Далее выбираем раздел «Инновационные учебные материалы» → ресурс «Биохимия» → «Интерактивные модели по биохимии». Просмотрите следующие работы:
«Изучение полного спектра белков методом двумерного электрофореза»;
«Исследование изоформ фермента лактатдегидрогеназы методом неденатурирующего электрофореза»;
«Определение молекулярной массы пепсина методом электрофореза с додецилсульфатом натрия».
Просмотрев анимированные лабораторные работы ответьте на следующие вопросы:
1. Какие физико-химические свойства белков лежат в основе метода электрофореза?
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
2. С какой целью используется метод электрофореза белков в медико-биологических исследованиях.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Дата выполнения л/работы _________
Оценка и подпись преподавателя: _____________