§ 9. Экспериментальная часть

Работа 1. Гемолиз эритроцитов.

Приборы и реактивы: штатив с пробирками, 0,2 % раствор NaCl, 0,85 % раствор NaCl и 4 % раствор NaCl, кровь.

В три пробирки налить: в одну 2 мл 0,2 % раствора NaCl, в другую 2 мл 0,85 % изотонического раствора NaCl и в третью – 2 мл 4 % раствора NaCl. В каждую пробирку внести по 2 капли крови и встряхнуть.

Наблюдать, в какой пробирке произошел гемолиз, т. е. разрушение их оболочки и переход гемоглобина в раствор. Дать объяснение наблюдаемому явлению.

Работа 2. Определение молекулярной массы криоскопическим методом.

Для проведения работы необходимо подготовить криоскоп марки ОХ-9, весы лабораторные, термометр Бекмана, пипетку на 10 или 20 мл, охладительную смесь (лед + NaCl), бензол, испытуемое вещество, растворимое в бензоле.

Задание. Определить температуру замерзания бензола и раствора нафталина в бензоле. Вычислить молекулярную массу нафталина, зная понижение температуры замерзания раствора.

Методика выполнения работы. Для определения температуры замерзания растворителя и раствора пользуются криоскопом марки ОХ-9 (рис.2), который состоит из широкой пробирки 2 с боковым отверстием 6, вставленной в широкую пробирку – кожух 8. В пробирку 2 с пробкой 3 вставлены термометр Бекмана 4 и мешалка 5. Пробирка с кожухом вставлена в сосуд 9 с мешалкой 7 и контрольным термометром 1. Сосуд 9 заполнить охладительной смесью.

Рис. 2. Криоскоп.

Отмерить пипеткой 20 мл бензола, перенести в пробирку 2 и закрыть пробкой с термометром Бекмана и мешалкой. Укрепить термометр так, чтобы он не касался ни стенок, ни дна пробирки. Шарик термометра должен быть весь погружен в растворитель. Пробирку вставить в кожух и, непрерывно помешивая растворитель мешалкой, охладить до появления кристаллов. Если растворитель не был переохлажден, то с появлением кристаллов падение температуры прекращается, а отсчет, сделанный по термометру, дает «ориентировочную» температуру замерзания растворителя. Если же, несмотря на перемешивание, растворитель переохлаждается, то при появлении кристаллов температура быстро поднимается и подъем ее прекращается при температуре замерзания. Определив «ориентировочную» температуру замерзания растворителя, пробирку вынимают и нагревают рукой до полного исчезновения кристаллов, затем снова вставляют ее в кожух и в охладительную смесь и, не перемешивая, переохлаждают растворитель на 0,2–0,4 °С ниже «ориентировочной» температуры замерзания, потом энергичным перемешиванием вызывают кристаллизацию. За счет теплоты кристаллизации температура поднимается до точки замерзания и в течение продолжительного времени остается постоянной. Эта температура, отсчитанная с точностью до 0,005, и является искомой температурой замерзания растворителя.

Теперь необходимо отвесить на лабораторных весах 0,2–0,3 г вещества, молекулярную массу которого нужно определить. Навеску высыпать в сосуд с растворителем. Перемешивая, растворить навеску, затем так же, как для чистого растворителя, определить температуру замерзания раствора. Молекулярную массу рассчитать по формуле (5). Значение криоскопической постоянной, зависящей от природы растворителя, берется из справочной литературы. Все полученные экспериментальные и рассчитанные данные внести в табл. 1.

Таблица 1

На данном занятии рекомендуется из новых педагогических технологий использовать метод «Черный ящик».

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА «ЧЁРНЫЙ ЯЩИК»

Метод предусматривает совместную деятельность и активное участие в занятии каждого студента, преподаватель работает со всей группой. Каждый студент достает из «Черного ящика» кратко изложенный неизвестный вопрос, написанный на карточке. Варианты вопросов изложены ниже. Студент должен дать подробно обоснованный ответ. На обдумывание каждого ответа студенту дается 3 минуты. Когда все студенты выступят, ответы обсуждаются. Студенты дополняют ответы. В завершение метода преподаватель комментирует правильность ответов, их обоснованность, учитывает степень активности студентов и оценивает их знания.

Варианты аннотаций:

1. Что такое осмос и как возникает осмотическое давление?

2. Закон Вант-Гоффа для растворов электролитов. Изотонический коэффициент.

3. Коллигативные свойства растворов.

4. Понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором. Закон Рауля.

5. Гипо-, гипер- и изотонические растворы. Применение их в медицине.

6. Плазмолиз и гемолиз.

7. Понижение температуры замерзания растворов. Второй криоскопический закон Рауля.

8. Повышение температуры кипения растворов. Второй эбуллиоскопический закон Рауля.

9. Определение молекулярной массы вещества криоскопическим методом. Написать формулу.

10. Определение молекулярной массы растворенного вещества эбуллиоскопическим методом. Написать формулу.

11. Взаимосвязь между коллигативными свойствами растворов и осмотическим давлением.

12. Применение криоскопии и эбуллиоскопии в медицине.

РЕШЕНИЕ СИТУАЦИОННЫХ ЗАДАЧ

Задача № 1. Вычислить давление пара раствора, содержащего 34,23 г сахара С₁₂Н₂₂О₁₁ в 45,05 г воды при 65 °С, если давление паров воды при этой температуре равно 2,5 · 10⁴ Па.

Решение: Для решения воспользуемся формулой (1):

Моль сахара = 342,30 г;

Моль Н₂О = 18 г.

1. Найдем число молей растворенного вещества:

   n = 34,23/342,3 = 0,1 моля.

2. Теперь находим число молей растворителя:

   n₀ = 45,05/18 = 2,5 моля.

3. Вычислим давление пара над раствором:

2,5·104 – 2,5 · 104 · (0,1/2,5+0,1) =

2,5 · 10⁴ – 2,5 · 10⁴ · 0,0385 = 2,5 ·10⁴ – 0,096 ·10⁴ = 2,4 · 10⁴ Па.

Ответ: Р = 2,4 ·10⁴ Па.

Задача № 2. Насколько давление насыщенного пара воды над плазмой крови, общее содержание в которой растворенных веществ можно принять равным 0,31 моль/л, при температуре человеческого тела ( 310 К) ниже, чем над чистой водой при той же температуре (61,78 гПа)?

Решение.

а) в 1 л плазмы растворенного вещества n = 0,31 моль, а растворителя (воды)

б) по уравнению (2)

откуда Р = 61,78 – 0,005 · 61,78  61,43 гПа,

т.е. давление насыщенного пара воды над плазмой крови на меньше, чем над чистой водой.

Задача № 3. Рассчитать молекулярную массу неэлектролита, если 28,5 г этого вещества, растворенного в 785 г воды, вызывают понижение давления пара воды над раствором на 52,37 Па при 40 °С. Давление водяного пара при этой температуре равно 7375,9 Па.

Решение: Для решения воспользуемся формулой (3):

М = 18 ; m₁ = 28,5 г; m = 785 г ; Р₀ = 7375,9 Па ; Р₀ – Р = 52,37 Па;

а Р = 7375,9 – 52,37 = 7323,53 Па.

Ответ: Молекулярная масса неэлектролита равна 92.

Контрольные вопросы и задания

1. Что такое давление пара растворителя над раствором? Закон Рауля.

2. Что такое повышение температуры кипения раствора? Что вы знаете о втором эбуллиоскопическом законе Рауля и эбуллиометрии?

3. Что такое понижение температуры замерзания раствора и что вы знаете о втором криоскопическом законе Рауля и криоскопии?

4. Раскройте понятие об активной концентрации электролита и величине «i» для сильных электролитов.

5. Что называется диффузией и осмосом? В чем их отличие? Каково биологическое значение диффузии и осмоса?

6. Что называется осмотическим давлением? Опишите методы измерения осмотического давления.

7. Что называется изотоническим, гипотоническим и гипертоническим растворами? Как ведет себя клетка в этих растворах?

8. Что называется плазмолизом и гемолизом?

9. Как изменяется величина осмотического давления при воспалительных процессах?

10. Как осуществляется осморегуляция в организме человека?

11. Какова величина осмотического давления важнейших биологических жидкостей?

12. Сформулируйте законы осмотического давления.

13. Найдите величину поправочного коэффициента Вант-Гоффа для СаС1₂, если степень его диссоциации равна 78 %.

14. Какое осмотическое давление может выдержать эритроцит, если гемолиз наблюдается в 0,3 %-ном растворе поваренной соли?

15. Вычислите осмотическое давление физиологического раствора NaCl при температуре 37 °С и  = 1.

16. Будут ли изотоничны 5 %-ные растворы сахарозы, глюкозы, хлорида кальция и сульфата натрия? Найдите осмотическое давление этих растворов при 0 °С. Степень электролитической диссоциации хлорида кальция и сульфата натрия равна 1.

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА № 1

Задача № 1. Раствор, содержащий 0,162 г серы в 20 г бензола, кипит при температуре на 0,081 °С выше, чем чистый бензол. Рассчитать молекулярную массу серы в растворе. Сколько атомов содержится в одной молекуле серы?

Ответ: Молекулярная масса серы равна 257. Число атомов в 1 молекуле серы – 8.

Задача № 2. Чему равно при 0 °С осмотическое давление неэлектролита, если понижение температуры замерзания раствора равно 1,86?

Ответ: Р_осм = 2,27 МПа.

Задача № 3. Определить осмотическое давление крови, если Т = 0,58.

Ответ: Р_осм = 0,7 МПа.

Задача № 4. Рассчитать осмотическое давление при 0 °С 1% раствора альбумина, если понижение температуры замерзания раствора равно 0,00028.

Ответ: Р_осм = 0,034 МПа.

Задача № 5. Давление пара над раствором 10,5 г неэлектролита в 200 г ацетона равно 21854,4 Па. Давление пара ацетона (СН₃)₂СО при этой температуре равно 23939,35 Па. Найти молекулярную массу неэлектролита.

Ответ: Молекулярная масса неэлектролита равна 32.

Задача № 6. При некоторой температуре давление пара над раствором, содержащим 62 г фенола С₆Н₅ОН в 60 молях эфира, равно 0,507 · 105 Па. Найти давление пара эфира при этой температуре.

Ответ: Р_о = 0,513 · 105 Па.

Задача № 7. Давление пара воды при 50 °С равно 12334 Па. Вычислить давление пара раствора, содержащего 50 г этиленгликоля С₂Н₄(ОН)₂ в 900 г воды.

Ответ: Р = 12140 Па.