Лекция №6 Коллигативные свойства растворов. Осмос. Осмотическое давление растворов.

План:

• коллигативные свойства растворов

• изотонический коэффициент

• осмос

• осмотическое давление

• уравнение Вант-Гоффа

• осмотическое и онкотическое давление крови

• изо-, гипо-, гипертонические растворы, их применение в медицине

Для растворов характерен ряд свойств, обусловленных главным образом общим количеством частиц растворенного вещества в растворе. Такие свойства растворов называются коллигативными. Важным в биологическом плане свойством растворов является осмотическое давление растворов. В природе существуют полупроницаемые мембраны, разделяющие растворы различной концентрации. Мембран имеют разный размер пор и способны пропускать через себя частицы (молекулы или ионы) соответствующего размера, то есть мембраны обладают избирательностью (селективностью). Большая часть биологических мембран пропускает через поры ноны неорганических веществ, низкомолекулярные частицы органических веществ, но при этом задерживают крупные молекулы высокомолекулярных веществ – белков, полисахаридов, нуклеиновых кислот, жиров.

Различают мембраны:

• растителького происхождения - оболочка растительной клетки;

• животного происхождения (стенки кишечника);

• искусственные мембраны - керамическая пластинка целофан

Осмос - явление самапроизвольного перехода, то есть диффузии, молекул чистого растворителя через полупроницаемую мембрану из раствора с меньшей концентрацией в раствор с большей концентрацией вещества.

Для возникновения осмоса необходимо наличие полупроницаемой мембраны, разделяющей два раствора с различной концентрацией (рис. осмотической ячейки: сосуд с жидкостью, в нем еще одни сосуд с жидкостью более высокой концентрации закрытый полупроницаемой мембраной).

Заполним сосуд водой, в него поместим вертикальный сосуд, снизу закрытый полупроницаемой мембраной с заполненный жидкостью с более высокой концентрацией солей.

В ситуации существующего в природе стремления всякой системы к возрастанию энтропии и выравниванию свойств начинается процесс самопроизвольного проникновения молекул воды через мембрану из нижнего сосуда в верхний. Это приводит к повышению уровня жидкости в верхнем сосуде. Одновременно возрастает вероятность обратного движения молекул растворителя. В тот момент, когда за единицу времени в двух взаимно противоположных направлениях через, мембрану проникнет равное количество молекул растворителя наступает осмотическое равновесие, характеризующееся нулевым изменением энтропии (∆S=0) и энергии Гиббса (∆G=0), В момент осмотического равновесия уровень жидкости поднимется на максимальное значение (на высоту h) и на полупроницаемую мембрану будет направлено максимальное гидростатическое давление столба жидкости. Давление, которое необходимо приложить к раствору, чтобы прекратить одностороннее проникновение в него молекул чистого растворителя, называется осмотическим давлением раствора. Термодинамическое равновесие, наступающее в момент максимального значения осмотического давления называется осмотическим равновесием раствора. Осмос не является свойством раствора или растворителя. Это явление, возникаюшее в системе при наличии градиента концентрации по обе стороны полупроницаемой мембраны. Теоретическое выражение для расчета величины осмотического давлення введено в 1887г. Вант-Гоффом. Он предположил, что частицы вещества в растворе ведут себя аналогично молекулам газа и в таком же объеме системы, что позволило ему для оценки состояния системы использовать уравнение Менделеева-Клапейрона:

pV=(m/M)RТ

Заменив давление (р) осмотическим давлением раствора π, получим уравнение:

π =(m/(MV))RT; т.к. m/(MV)=c, то π=cRT, где.

π-осмотическое давление раствора, Па, кПа, мПа.

m – масса растворенного вещества, г

M-молярная масса вещества, гмоль-1

V-объём м3

R- универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж мол-1К-1.

Т –температура , К.

Таким образом, осмотическое давление зависит от концентрации вещества в растворе, температуры и не зависит от природы вещества.

Это справедливо только для растворов неэлектролитоав. В растворах электролитов осмотическое давление выше, чем осмотическое давление неэлектролита той же концентрации. Это объясняется тем , что электролит диссоциирует на ионы, то есть общее число частиц в растворе увеличивается. Для учета диссоциации электролита Вант-Гофф ввел понятие изотонического коэффициента электролита (i). Изотонический коэфициент показывает отношение общего числа частиц (молекул и ионов) в рстворе электролита к исходному числу молекул растворенного вещества.(i)=N/N0

Для неэлектролитов N=N0, i=1

Для электролитов N>N0, i>1

Поэтому в уравнении Вант-Гоффа дополнительный множитель π=i c(x)RT

Изотонический коэффициент рассчитывается с учетом степени диссоциации электролита и числа дочерних частиц, т.е. ионов, на которые диссоциируют молекулы электролита:

i=I+α(ν-1),где:

ν- число дочерних частиц;

а- степень диссоциации.

Для электролитов рассчитываем:

NaCl↔Na⁺+Cl^-

Это сильный электролит,=>α→1; ν=2

iNaCI= 1+1=2

AlCI₃↔Al₃⁺ +3CI^-

Это сильный электролит. => α→1; ν=4

iAlCl₃ =1+1(4-1)=4

Уравнение Вант-Гоффа для этих электролитов имеет вид:

πNaCl=2cNaClRT

πAlCl₃=4cAlCl₃RT

Т.о. при условии равенства концентраций и температур, осмотическое давление раствора А1С1₃ будет в 2 раза выше осмотического давления NаС1, если электролиты диссоциируются одинаковым числом дочерних частиц, то осмотическое давление будет больше в растворе электролита с более высокой степенью диссоциации.

Осмотические давление растворов ВМС.

Осмотическое давление ВМВ имеет ряд особенностей. Каждая молекула ВМВ ведет себя как совокупность нескольких молекул меньшего размера. Это проявляется в увеличении осмотического давления, которое подчиняется уравнению Галлера:

πВМВ=((RT)/M(х))С+βС², где

πВМВ- осмотическое давление раствора ВМВ, Па,кПа, мПа;

М - молярная масса ВМВ, гмолъ^-1,

β- коэффициент Галлера, зависит от формы и гибкости макромолекулы,

С - концентрация, гм м^-3,

βС² - учитывает возрастание величины осмотического давления в растворе ВМВ, если концентрация ВМВнебольшая ,то, следовательно, βС2 стремится к нулю и уравнение Галлерл переходит в уравнение Вант-Гоффа,

R-универсальная газовая постоянная равная 8,314 Дж моль^-1 К^-1;

Т-температура, К.