Лабораторна робота 1 визначення щільності біологічних рідин і її залежності від температури

Мета та основні завдання роботи: визначити за допомогою ареометра щільність біологічних рідин і її залежність від температури.

Обладнання, прилади і матеріали: ареометр, термометр, пробірки, нагрівач, штатив, біологічні рідини.

Основні теоретичні відомості

Біологічними рідинами є кров, лімфа, ліквор, шлун­кові соки й ін. До складу всіх цих рідин входить вода. Вода є основним середовищем, у якому протікає обмін речовин організмів, а також транспорт різноманітних речовин від одного органа до іншого. Сумарна молекулярна концент­рація речовин у плазмі визначається головним чином елек­тролітами, насамперед хлористим натрієм.

Фізичні властивості води. Чиста вода являє собою безбарвну прозору рідину. Щільність води при переході її з твердого стану в рідкий не зменшується, як майже у всіх інших речовин, а зростає. При нагріванні води від 0 до 4 °С щільність її також збільшується. При 4° С вода має максимальну щільність і лише при подальшому нагріванні її щільність зменшується.

Молекула води має кутову будову. Ядра атомів молекули води утворюють рівносторонній трикутник, в основі якого знаходяться два протони, а у вершині – ядро атома кисню. Відстані між ядрами атомів кисню О та водню Н близькі до 0,1 нм, відстань між ядрами атомів водню дорівнює приблизно 0,15 нм.

Валентний кут НОН (104,3°) близький до тетраедричного (109,5°). Електрони, що утворюють зв'язки О-Н, зміщені до більш електровід'ємного атому кисню, у результаті чого атоми водню одержують ефективні позитивні заряди (рис. 1.1). Неподілені електронні пари зміщені що­до ядра атома кисню і утворюють два негативних полюси.

Молекулярна маса пароподібної води дорівнює 18 кг/кмоль і відповідає її найпростішій формулі. Проте молекулярна маса рідкої води, знайдена шляхом вивчення її розчинів в інших розчинниках, є більш високою. Це свідчить про те, що в рідкій воді відбувається асоціація молекул, тобто з'єднання їх у більш складні агрегати. Асо­ціація молекул води викликана утворенням між ними вод­невих зв'язків.

У твердій воді (лід) атом кисню кожної молекули бере участь в утворенні двох водневих зв'язків із сусідніми молекулами води відповідно до схеми, у котрій водневі зв'язки показані пунктиром. Схема об'ємної структури льоду має «пухкий» вигляд. Утворення водневих зв'язків призводить до такого розташування молекул води, яке зображено на рис.1.1.

Рис. 1.1. Схема будови молекули води

Розчини. Процеси засвоєння їжі людиною і тваринами пов'язані з переходом живильних речовин у розчин. Розчи­нами є всі найважливіші фізіологічні рідини (кров, лімфа і т.д.).

Характеристика розчинів. Розчином називається твер­да або рідка гомогенна система, що складається з двох або більше компонентів (складових частин), відносні кількості яких можуть змінюватися в широких межах. Найбільш ва­жливий вид розчинів - рідкі розчини.

Всякий розчин складається з розчинених речовин і розчинника, тобто середовища, в якому ці речовини рівно­мірно розподілені у вигляді молекул або іонів. Звичайно розчинником вважають той компонент, що у чистому ви­гляді існує в такому ж агрегатному стані, що й отриманий розчин (наприклад, у випадку водного розчину солі роз­чинником, звичайно, є вода). Якщо ж обидва компоненти до розчинення знаходилися в однаковому агрегатному ста­ні, то розчинником вважається компонент, що знаходиться в більшій кількості.

Розчинення кристала в рідині протікає в такий спосіб. Коли вносять кристал у рідину, в якій він може розчиняти­ся, від його поверхні відриваються окремі молекули. Останні, завдяки дифузії рівномірно розподіляються по всьому обсязі розчинника. Відділення молекул від поверх­ні твердого тіла зумовлюється, з одного боку, їх власним ко­ливальним рухом, а з іншого, – тяжінням із боку молекул розчинника. Розчин, що знаходиться в рівновазі з речови­ною, що розчиняється, називається насиченим розчином.

Концентрація розчинів. Насиченими розчинами користуються порівняно рідко. У більшості випадків уживають розчини ненасичені, тобто з меншою концентра­цією розчиненої речовини, ніж у насиченому розчині.

Концентрацією розчину називається кількість розчи­неної речовини, що знаходиться у визначеній кількості розчину або розчинника.

Розчини з великою концентраці­єю розчиненої речовини називаються концентрованими, із малою – розведеними. Концентрацію розчинів можна виражати по-різному. Найбільш вживані такі засоби вираження концентрацій:

1. Кількістю одиниць маси (наприклад, кількістю грамів) розчиненої речовини, що знаходиться в 100 одиницях маси, наприклад, у 100 г розчину (процентна концентрація по масі). Наприклад, 15%-й розчин хлориду натрію – це такий розчин, у 100 г якого знаходиться 15 г NaCl і 85 г води.

2. Кількістю молей розчиненої речовини, яка знаходиться в 1 л розчину. Концентрація, виражена цим способом, називається мольно- об'ємною концентрацією або молярністю і позначається буквою М. Так, 2М H₂SО₄ позначає розчин сірчаної кислоти, у кожному літрі якого знаходиться два моля, тобто 196 г H₂SO₄.

3. Числом еквівалентів розчиненої речовини, що знаходяться в одному літрі розчину. Концентрація, виражена цим способом, називається еквівалентною концентрацією або нормальністю і позначається буквою н. Так, 2н H₂SO₄ означає розчин сірчаної кислоти, у кожному літрі якого знаходиться два еквіваленти, тобто 98 г H₂SO₄.

4. Кількістю молей розчиненої речовини, що припадають на 1000 г розчинника. Концентрація, виражена цим способом, називається мольно-масовою концентрацією або моляльністю і позначається буквою т. Так 2m H₂SO₄ означає розчин сірчаної кислоти, у якому на 1000 г води припадає два моля H₂SO₄. Мольно-масова концентрація розчину, на відміну від його молярності не змінюється при зміні температури.

5. Відношенням кількості молей даної речовини до загального числа молей усіх речовин, наявних у розчині. Концентрація, виражена цим способом, називається мольною долею даної речовини і звичайно позначається для розчинника N_I , а для розчинених речовин – N₂, N₃ і т.д. У випадку розчинення однієї речовини в іншій мольна частка розчиненої речовини є

,

де n₁ і n₂ – кількість молей розчинника і розчиненої речовини.

Користуючись розчинами, концентрація яких виражена нормальністю, легко заздалегідь розрахувати, у яких об'ємних (V) відношеннях вони повинні бути змішані, щоб розчинені речовини прореагували без залишку. Нехай об’єм V₁ (л) розчину речовини 1 із нормальністю n_i реагує з об’ємом V₂ (л) роз­чину речовини 2 із нормальністю N₂. Це означає, що в реа­кцію вступило N₁V₁ еквівалентів речовини 1 і N₂V₂ еквіва­лентів речовини 2. Але речовини реагують в еквівалентних кількостях, отже , або V₁:V₂=N₂:V₂ . Таким чином, об'єми V розчинів речовин , що реагують, обернено пропорційні їхнім нормальностям.

На підставі цієї залежності можна не тільки обчислювати необхідні для проведення реакцій об'єми розчинів, але й навпаки, по об'ємах витрачених на реакцію розчинів, знаходити їхні концентрації.