3 Билет учение о растворах

1) Раствор – это физико-химическая система, состоящая из двух или большего числа веществ и имеющая переменный состав в некотором интервале соотношения компонентов.

Велика роль растворов в процессах жизнедеятельности. Кровь, лимфа, желудочный сок, кишечный сок и другие биологические жидкости являются растворами. В жидких средах организма поддерживается постоянство pH, концентрации солей, органических веществ. Такое постоянство называется концентрационным гомеостазом.

Растворы классифицируются по следующим признакам:

I. По агрегатному состоянию они делятся:

жидкие растворы (кровь, желудочный сок, растворы кислот, солей, щелочей);

газообразные растворы (воздух, наркозные смеси);

твердые растворы (сплавы различных металлов).

II. По размеру частиц растворенного вещества:

истинные растворы с размерами частиц меньше 10^-9 м;

коллоидные растворы и растворы ВМС с размерами частиц от 10^-9 до 10^-7 м.

Истинные растворы и растворы ВМС гомогенны и термодинамически устойчивы. Коллоидные растворы микрогетерогенны и термодинамически неустойчивы.

III. По молярной массе растворенного вещества:

растворы НМС – веществ с молярной массой Mr < 5000 г/моль;

растворы ВМС – веществ с молярной массой Mr > 5000 г/моль.

IV. По наличию или отсутствию электролитической диссоциации:

Растворы электролитов (растворы многих неорганических соединений – кислот, солей, щелочей). Их электропроводимость больше электропроводимости чистого растворителя.

Растворы неэлектролитов – растворы многих органических соединений. Их электропроводимость мало отличается от электропроводимости чистого растворителя.

Растворы амфолитов, т.е. веществ, которые диссоциируют как по кислотному, так и по основному типу (напр., -аминокислоты).

Растворимость веществ – это способность веществ растворяться в том или ином растворителе.

Количественно растворимость веществ характеризуют коэффициентом растворимости, который показывает, сколько грамм вещества растворяется при данной температуре в 100 граммах растворителя с образованием насыщенного раствора.

Насыщенным называется раствор, находящийся в динамическом равновесии с избытком растворенного вещества.

Растворение газов в жидкостях сопровождается уменьшением объема газов (V>0), поэтому в соответствии с принципом Ле-Шателье увеличение давления будет способствовать росту растворимости газов в жидкостях. Малорастворимые газы подчиняются закону Генри, открытому в 1803г.: Количество газа, растворенное при данной температуре в определенном объеме жидкости при равновесии прямопропорционально давлению газа над раствором.

Выдающийся русский ученый Иван Михайлович Сеченов изучал растворимость газов в физиологических жидкостях и солевых растворах. В 1859 г. Сеченов установил, что: Растворимость газов в растворах электролитов меньше, чем в чистых растворителях.

При растворении в жидкости смеси газов при постоянной температуре растворимость каждого из компонентов газовой смеси пропорциональна парциальному давлению компонента над жидкостью и не зависит от общего давления газовой смеси и индивидуальности других компонентов. Это закон Дальтона. Знание законов Генри и Дальтона позволяет анализировать газообмен в организме, протекающий в основном в легких. В условиях высокогорья возникает т.н. горная болезнь вследствие кислородной недостаточности (гипоксии), т.к. на больших высотах в воздухе уменьшается парциальное давление кислорода, вместе с этим уменьшается его содержание в крови.

Во втором случае возможна кессонная болезнь (встречается у водолазов). На глубине около 40 м резко возрастает общее давление. Оно становится близким к 400 кПа (4 атмосферы). Растворимость газов в крови при этом значительно увеличивается. Растворимость азота в соответствии с законом Генри повышается в 4 раза. При быстром подъеме водолаза с глубины растворенные газы выделяются в кровь, т.к. их растворимость уменьшается. Выделяясь в просвет кровеносных сосудов в виде пузырьков, газы вызывают эмболию, т.е. закупорку кровеносных сосудов. Эмболия сопровождается сильными болями, головокружением, и может привести к гибели организма. Для лечения кессонной болезни больных помещают в барокамеры, где создается повышенное давление. При этом газы вновь растворяются в крови. Затем в течение нескольких суток давление в барокамере медленно снижают. Избыток газов при этом легко удаляется из организма через легкие.

электролиты - это вещества, растворы которых обладают электропроводностью.

Для оценки концентрационных эффектов в растворах электролитов в 1907г. американский ученый Льюис ввел представление об активности ионов (x).

Активная концентрация - (x) - эффективная концентрация ионов в растворе с учетом сил межионного взаимодействия.

Суммарное влияние ионов друг на друга оценивается с помощью

ионной силы раствора (J), которая равна полусумме произведения моляльности каждого иона на квадрат его заряда:

Для большинства биологических жидкостей ионная сила имеет значение 0,15 моль кг^-1. Эта величина объясняется присутствием в биологических средах ионов, образующихся при диссоциации таких солей, как NaCl, KCl, CaCl₂, MgCl₂, NaHCO₃ и др., поэтому вводимые в организм растворы должны иметь определенную концентрацию с тем, чтобы их ионная сила была равна 0,15 моль кг^-1. Такие растворы называются физиологическими. На основе NaCl готовят физиологический раствор, применяемый внутривенно для регуляции давления и поддержания ритма сердечной мышцы предварительно устанавливая его концентрацию, Поэтому физиологический раствор NaCl, используемый в медицинской практике, должен иметь концентрацию в интервале значений 0,8-0,9%

Диффузия – самопроизвольный процесс выравнивания концентрации растворенного вещества в растворе.Она обусловлена тепловым движением частиц растворенного вещества и расторителя.

Осмос – это проникновение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану из растворителя в раствор (или из раствора с низкой концентрацией в раствор с высокой концентрацией)

Развившееся в результате осмоса избыточное гидростатическое давление, измеряемое столбом раствора высотой Н при котором устанавливается осмотическое равновесие, называют осмотическим давлением.

Закон Вант-Гоффа: осмотичесое давление разбавленных растворов неэлектролитов прямо пропорционально молярной концентрации, коэффициенту пропорциональности т абсолютной температуре.

Осмос имеет большое значение для растительных и животных организмов, способствуя достаточному оводнению клеток и межклеточных структур. Придает своеобразную упругость клеток, способствуя тем самым поддержанию эластичности тканей.

Закон Рауля: del’ta p=K*x

Следствиями закона являются два свойства растворов: температура замерзания растворов ниже, а температура кипения их (если растворенное вещество нелетуче) выше, чем у чистых растворителей, причем повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания растворов неэлектролитов прямо пропорциональны их моляльной концентрации.

Электропроводность является особым свойством растворов электролитов.

Коэффициент Вант –Гоффа(i) - показывает во сколько раз истинная концентрация кинетически активных частиц и, следовательно, осмотическое давление, понижение температуры замерзания в растворе электролита больше, чем в растворе неэлектролита.

Растворы с осмотическим давлением, равным осмотическому давлению раствора, взятого за стандарт, называются изотоническими. Растворы с осмотическим давлением более высоким чем в стандарте, называются – гипертоническими, с меньшим давлением – гипотоническими.

Помещая животные или растительные клетки в дистиллированную воду, можно наблюдать перемещение воды внутрь клеток, что ведет к их набуханию, а затем к разрыву оболочек и вытеканию клеточного содержимого Подобное разрушение клеток путем разрыва их оболочек называется - лизисом, а в случае гемоглобина – гемолизом. В крепких растворах солей отмечается, наоборот, сморщивание клеток (плазмолиз). Обусловленное потерей воды, перемещающейся из них в более концентрированный внешний раствор.

2) Амины – органические соединения, содержащие в своем составе аминогруппу. С одной стороны амины можно рассматривать как производные аммиака в котором один или несколько атомов водорода замещены на органические радикалы. В зависимости от числа замещенных атомов водорода различают первичные, вторичные, третичные амины. Следует обратить внимание на иное использование этих понятий, они обозначают число атомов углерода, с которыми непосредственно связан атом азота. В зависимости от природы органических радикалов амины могут относиться к алифатическому, ароматическому или гетероциклическому ряду, а также быть смешанными. За счет наличия неподеленной пары электронов у атома азота все амины являются слабыми основаниями. Аммиак и амины участвуют в реакциях нуклеофильного замещения как нуклеофилы. Так при действии избытка аммиака алкилгалогениды превращаются в первичные амины. При избытке алкилгалогенида образовавшийся на первой стадии первичный амин превращается затем во вторичный и далее третичный амины, и , наконец, соль тетраалкилзамещенного аммония. Все эти реакции могут рассматриваться как реакции алкилирования аммиака и аминов алкилгалгогенидами. Важным превращением первичных аминов является удаление из них молекулы аминогруппы – реакция дезаминирования. В лабораторных условиях для этого используется азотистая кислота в кислой среде. Первичный амин при этом превращается в спирт.

Азосоединения – класс органических соединений, содержащих одну (или больше) аминогрупп. Простейшее – азобензол.

Диазосоединения – общее название органических веществ, содержащих группировку из двух атомов азота, связанную с одним атомом углерода.

5 билет 1) Согласно теории ЭД (Аррениуса) при растворении в воде электролиты распадаются на положительно и отрицательно заряженные ионы. Положительно заряженные ионы - катионы( ионы водорода и металлов), отрицательно заряженные – анионы (ионы кислотных остатков и гидрокисид-ионы)

Сильные растворы в водных растворах диссоциируют практически нацело, а слабые только частично, и в растворе устанавливается динамическое равновесие медлу недиссоциированными молекулами и ионами. К сильным эл принадлежат: HNO3, H2SO4, HCLO4, HCL,HBr. KOH, NaOH

К слабым эл относятся большинство кислот, а из важнейших органических: H2CO3, H2S, NH4OH.

Степенью диссоциации электтролита называется отношение числа его молекул распавшихся на ионы К общему числу молекул в ратворе. Константа ЭД характеризует способность данного электролита в среде данного растворителя распадаться на ионы. Степень диссоциации зависит от : природы растворенного вещества или растворителя, температуры, концентрации раствора.

Для оценки концентрационных эффектов в растворах электролитов в 1907 году американский ученый Льюис ввел представление об активности иона. Активная концентрация – эффективная концентрация ионов с учетом сил межионного взаимодействия. Суммарное влияние ионов друг на друга оценивается с помощью ионной силы раствора, которая равна полусумме произведения моляльность каждого иона на квадрат его заряда.

Электролиты играют большую роль в жизнедеятельности организмов, в частности человеческого организма. Наличием электролитов в основном определяется величина осмотического давления физиологических жидкостей. Наличие в физиологических жидкостях электролитов заметно влияет на растворимость белков, аминокислот и других органических соединений. При нормальном состоянии организма содерание эквивалентов катионов в плазме крови составляет в среднем 154 ммоль/л, и приходится в основном на долю магния, натрия, калия и кальция. Среди анионов, общее содержание которых в плазме крови составляет тоже 154ммоль/л, большая доля приходтся на хлорид и гидрокарбонат-ионы. Дефицит электролитов приводит к сгущению крови. Нарушение обмена катионов в организме приводит к адинамии – мышечной слабости, к прекращению или резкому ослаблению двигательной активности. Среди катионов, исключая H, наибольшее значение имеют Na, K, обнаруживаемые практически во всех тканях и жидкостях.

Постоянство концентрации водородных ионов является одной из существенных констант внутренней среды организмов. Так рН крови=7,36. Смещение реакции среды в кислую сторону – ацидоз, в щелочную – алкалоз. В 1923 году Бренстед и Лоури почти одновременно предложили так называемую протолитическую теорию кислот и оснований. Согласно этой теории кислотой называется вещество, которое в данной реакции может выступать в роли донора протона, а основание – вещество, которое в данной реакции выступает в роли акцептора протона.

К_в=[H⁺]·[OH^-]=К_д[H₂O]=1,8·10^-16·55,6=10^-14 (моль·дм^-3)²

Данное выражение называется ионным произведением воды (К_в). Это выражение показывает, что в чистой воде и в растворе любого электролита произведение концентраций Н⁺ и ОН^- есть величина постоянная при постоянной температуре, а сами концентрации являются сопряженными величинами, т.е. уменьшение одной вызывает увеличение другой и наоборот.

Десятичный логарифм молярной концентрации ионов водорода в водном растворе, взятый с обратным знаком называют водородным показателем рН: рН=-lg[H⁺], рН=-lgC(H⁺)

pH+pOH=14 – уравнение ионного произведения воды.

В нейтральной среде концентрация ионов водорода равна концентрации ионов гидроксила, рН=рОН=7. В кислом растворе рН меньше 7 а рОН больше 7, в щелочном рН больше 7, рОН меньше 7.

Колориметрический метод определения рН в основном сводится к подбору ряда индикаторов с различным значением рН, зона перемены окраски которых могла бы охватить значения рН в пределах от 0-14.

2)Соединения, содержащие С=О, в зависимости от характера связанных с ней заместителей делятся: альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты и их функциональные производные. В альдегидах наряду с углеводородным радикалом карбонильная группа обязательно связана с атомом водорода.

В карбонильной группе атом углерода находится в состоянии sp²-гибридизации. Его конфигурация плоская; величина валентного угла составляет 120; атом углерода соединен двумя ковалентными связями с атомом кислорода. Одна - сигма связь, другая - -связь, возникающая за счет перекрывания Рz-орбиталей атомов углерода и кислорода. -связь является сильно поляризованной, её электронная плотность смещена к более электроотрицательному атому кислорода, на котором возникает частичный отрицательный заряд, а на карбонильном атоме углерода – частично положительный заряд.

- Реакции нуклеофильного присоединения (А_N). Альдегиды и кетоны выступают в реакции нуклеофильного присоединения при взаимодействии со спиртами R-OH, аминами R-NH₂, тиолами R-SH, синильной кислотой НСN, аммиаком NH₃. В ходе реакций нуклеофильного присоединения происходит разрыв -связи в карбонильной группе. К карбонильному атому углерода присоединяется реагент-нуклеофил, а к атому кислорода - нуклеофильная частица.

[пропаналь+ метанол= полуацеталь (1-метоксипропанол-1), (гидр25)]

протекает в избытке спирта по типу реакций этерификации.

[полуацеталь+ метанол=ацеталь (1,1-диметоксипропан)+ вода, (гидр26)]

Ацетали и полуацетали имеют важное биологическое значение. В виде цикла полуацетали в организме присутствуют как углеводороды. Реакции образования ацеталей лежат в основе получения природных полисахаридов: крахмала, гликогена и др.