541

Укажите метод получения, опишите внешний вид коллоидного раствора. Напишите строение и формулу мицеллы йодистого серебра.

1.4.4. Получение золя канифоли

методом замены растворителя

Метод физической конденсации основан на замене растворителя таким образом, что из хорошо растворимого вещество становится плохо растворимым. Канифоль в спирте хорошо растворяется и образует молекулярно-дисперсный раствор. При добавлении воды растворимость снижается, и молекулы канифоли конденсируются в коллоидные частицы.

Реактивы: вода, канифоль 2%-ный спиртовой раствор. Приборы: пробирки, градуированные пипетки.

Ход работы.

В пробирку наливают 10 мл дистиллированной воды и по каплям при энергичном взбалтывании прибавляют 1 мл 2% спиртового раствора канифоли. Образуется молочнобелый гидрозоль канифоли.

Сравните полученный раствор со спиртовым раствором канифоли. Укажите метод получения.

1.4.5. Получение эмульсии жира в воде

Эмульсиями называются грубодисперсные системы, в которых дисперсная фаза взвешена в дисперсионной среде в виде мелких капелек.

Реактивы: растительное масло, вода, олеиновая кислота, гидроксид натрия 1н раствор.

Приборы: пробирки, пипетки градуированные. Ход работы.

В две пробирки наливают по 5 мл воды и 0,5 мл растительного масла. В одну из пробирок прибавляют 1 каплю олеиновой кислоты и 5 капель гидроксида натрия. Обе пробирки энергично встряхивают в течение 1-2 минут. В пробирке с образующимся олеатом натрия получается устойчивая эмульсия. В другой пробирке наблюдается расслоение воды и масла.

41

Укажите метод получения. Объясните стабилизирующее действие олеата натрия.

1.4.6. Коагуляция золя гидроокиси железа (правило валентности)

Коагуляцией называется процесс объединения коллоидных частиц в более крупные агрегаты. В результате коагуляции раствор мутнеет, и образующиеся крупные агрегаты выпадают в осадок.

Коагуляцию можно провести под действием электролита. Коагулирующим действием обладает тот ион электролита, который имеет заряд противоположного знака к заряду коллоидной частицы. Коагулирующее действие иона электролита тем выше, чем выше его валентность.

Реактивы: коллоидный раствор гидроокиси железа; сульфат аммония 0,2н раствор; хлорид аммония 2н раствор.

Приборы: штатив с пробирками, пипетки градуирован-

ные.

Ход работы.

Втри пробирки наливают по 5 мл коллоидного раствора гидроокиси железа, полученного в работе 1.4.1. В двух пробирках вызывают коагуляцию коллоида добавлением различных электролитов, а третья является контрольной.

Впервую пробирку вносят 2 капли 0,2н раствора сульфата аммония, а во вторую – 2 капли 2н раствора хлорида аммония. В первой пробирке наблюдаются коагуляция золя, помутнение раствора и выпадение осадка. Во второй пробирке, несмотря на большую концентрацию электролита, не происходит изменения оптических свойств раствора (сравните с контрольной пробиркой). Во вторую пробирку продолжают вносить по каплям хлорид аммония до заметного изменения оптических свойств коллоида.

Запишите количество капель хлорида аммония, которое пошло на коагуляцию золя гидроокиси железа. Объясните, какой ион вызывает коагуляцию в первой пробирке и второй? Почему хлорида аммония требуется больше для коагуляции, чем сульфата аммония?

42

1.4.7. Коллоидная защита

Гидрофильные коллоиды (растворы высокомолекулярных соединений) более устойчивы, чем гидрофобные. Это обусловлено двумя факторами:

1)кинетическим потенциалом;

2)наличием гидратной оболочки частиц.

Чтобы вызвать коагуляцию гидрофильного коллоида, необходимо лишить его заряда и гидратной оболочки, тогда как для коагуляции гидрофобного коллоида достаточно подавить его электрический заряд.

Добавление гидрофильного коллоида к гидрофобному повышает устойчивость последнего к коагуляции электролитом. Это явление получило название «коллоидной защиты». Защитное действие объясняется адсорбцией гидрофильного коллоида на поверхности гидрофобной частицы, которая приобретает гидрофильные свойства.

Реактивы: азотнокислое серебро 2% раствор; желатин 2% раствор, подогретый до 30°–40°С; хлорид натрия 1% раствор.

Приборы: штатив с пробирками, пипетки градуированные.

Ход работы.

Вдве пробирки наливают по 2 мл раствора азотнокислого серебра. В первую пробирку добавляют 4 мл 2% раствора желатина, во вторую – 4 мл воды. Затем в обе пробирки по каплям добавляют 1% раствор хлорида натрия.

Напишите реакцию получения золя хлористого серебра.

Вкакой пробирке и почему происходит коагуляция коллоидного раствора хлористого серебра, а в какой образуется стойкий золь хлористого серебра? Дайте объяснения.

Вопросы для самостоятельной работы:

1.Гели и студни.

2.Адсорбция.

43

1.5. Адсорбция

Вопросы для подготовки:

1.Что из себя представляют поверхностная энергия и поверхностное натяжение?

2.Что такое адсорбции?

3.Поверхностно-активные вещества. Цель занятия:

разобрать понятия адсорбции, адсорбента, адсорбтива,

поверхностно-активных веществ. Проделав опыты по адсорбции, убедиться, что активированный уголь является прекрасным адсорбентом, а моющие средства – поверхностноактивными веществами.

Любая гетерогенная система обладает поверхностью раздела фаз. Молекулы поверхностного слоя имеют часть ненасыщенных, неиспользованных сил сцепления, которые представляют собой избыточную энергию молекул поверхностного слоя, которая называется свободной поверхностной энергией. Свободная поверхностная энергия определяется величиной поверхностного натяжения и суммарной поверхностью раздела фаз и рассчитывается по уравнению:

Е = σ × S,

где E – свободная поверхностная энергия; σ – поверхностное натяжение;

S – площадь поверхности раздела фаз.

Поверхностное натяжение – мера избытка свободной поверхностной энергии на 1 см2 поверхности раздела фаз.

Как известно из термодинамики, условием устойчивого равновесия системы является минимум свободной энергии. Из уравнения видно, что сокращение свободной поверхностной энергии можно достичь двумя путями: уменьшением поверхностного натяжения и сокращением площади раздела фаз. Так, например, за счет уменьшения поверхности раздела капля приобретает форму шара, поверхность которого минимальна.

Уменьшение свободной поверхностной энергии может произойти и за счет уменьшения поверхностного натяжения в

44

результате притяжения из окружающей среды какихлибо веществ. Из этого утверждения вытекает понятие адсорбции.

Поглощение каким-либо веществом других веществ называется сорбцией. Если этот процесс идет только на поверхности, то его называют адсорбцией. Адсорбция – это увеличение концентрации вещества на границе раздела фаз. Если поглощаемое вещество диффундирует в глубь поглотителя и распределяется по объему, то это явление известно как абсорбция. То вещество, на поверхности которого идет адсорбция, называется адсорбентом, а вещество, которое адсорбируется – адсорбтивом.

Адсорбция представляет собой обратимый процесс. Процесс, противоположный адсорбции, именуется десорбцией. Удаление адсорбированных веществ с адсорбентов при помощи растворителя называется элюцией.

Вещества, которые адсорбируюся в поверхностном слое и в силу этого снижающие поверхностное натяжение растворителя, называются поверхностно-активными. Эти вещества именуют дифильными (ди – двойной, филео – люблю). Они имеют гидрофильную часть молекулы (полярные группы: -ОН, -СООН, -NН2, -SО3Н), которая взаимодействует с водой и гидрофобную часть (неполярную)

– не взаимодействует с водой.

Молекулы поверхностно-активных веществ располагаются так, что полярные группы направлены в сторону полярной среды (воды), а неполярные группы – в сторону неполярной среды (воздуха).

К поверхностно-активным веществам относятся спирты, жиры, большинство жирных кислот и их солей, холестерин, белки.

1.5.1. Адсорбция уксусной кислоты активированным углем

Реактивы: уксусная кислота 0,1н раствор; гидроксид натрия 0,1н; фенолфталеин; активированный уголь.

Приборы: бюретки, колбочки, воронки с фильтрами. Ход работы.

45

Оттитровывают с фенолфталеином 20 мл 0,1н уксусной кислоты 0,1н раствором едкого натра и записывают результаты титрования. Затем в 30 мл той же кислоты вносят 1 г активированного угля, энергично взбалтывают в течение 5–10 минут, отфильтровывают уголь через сухой фильтр. Отмеривают пипеткой 20 мл полученного фильтрата в колбочку, добавляют фенолфталеин и оттитровывают 0,1 нормальным раствором едкого натра. Результат титрования записывают.

Объясните разницу первого и второго титрования. Что является адсорбентом, адсорбтивом?

1.5.2. Адсорбция фуксина углем, вытеснение адсорбированного вещества

Реактивы: фуксин 0,01% раствор; активированный уголь; вода; сапонин 1% раствор.

Приборы: пробирки, воронки с фильтрами. Ход работы.

В пробирку наливают 5 мл 0,01% раствора фуксина. Добавляют 0,5г активированного угля, энергично взбалтывают.

Отфильтровывают уголь. Записывают цвет фильтрата. Уголь на фильтре промывают 1–2 раза холодной водой, после чего заполняют фильтр 1% водным раствором сапонина.

Запишите цвет стекающей жидкости. Объясните наблюдаемые явления.

1.5.3. Капиллярный анализ смеси красителей (полярная адсорбция)

Реактивы: эозин 0,1% раствор; метилвиолет 0,1% рас-

твор.

Приборы: пробирки, глазные пипетки, фильтровальная бумага.

Ход работы.

На поверхности фильтровальной бумаги в одну точку наносят по одной капле растворы эозина и метилвиолета.

Запишите, как распределяются от центра нанесения красители.

46

Объясните наблюдаемое явление, зная, что смоченная водой бумага заряжается отрицательно, окрашенный ион метилвиолета несет положительный заряд, эозина – отрицательный заряд.

1.5.4. Адсорбция мыла сажей и пептизация сажи (моющая способность мыла)

Типичным представителем поверхностно-активных веществ является мыло, в состав которого входят натриевые соли жирных кислот (С17Н35СООNa). Моющее действие мыла основано на явлении адсорбции. Молекулы мыла адсорбируются на частицах загрязнений таким образом, что их неполярные углеводородные цепи (С17Н35) связываются с частицами грязи, а полярные группы (СООNa) обращены в сторону воды. В результате частицы грязи смачиваются водой и отделяются от загрязненной поверхности.

Реактивы: дистиллированная вода; 0,2% раствор хозяйственного мыла; сажа.

Приборы: пробирки, воронки, фильтры. Ход работы.

Вдве пробирки помещают небольшое количество сажи

иэнергично взбалтывают первую пробирку с 5 мл

дистилированной воды, а вторую – с таким же объемом 0,2% раствора хозяйственного мыла. Полученные суспензии выливают в заранее подготовленные воронки с увлажненными фильтрами и пробирками-приемниками для фильтрата.

Из сточной трубки первой воронки, содержащей суспензию сажи в воде, стекает чистая вода, так как сажа прочно адсорбируется волокнами фильтровальной бумаги, в то время как частицы сажи с мыльным раствором образуют коллоидный раствор, легко проходящий через фильтр; при этом частицы сажи адсорбируют соли высокомолекулярных жирных кислот мыла, обладающие большой поверхностной активностью и пептизируются, т. е. переходят во взвешенное состояние.

47

1.6.Контрольные вопросы и задания

1.Дать понятие растворов.

2.Сущность гидратной теории Д.И. Менделеева.

3.Особенности строения молекул воды.

4.Раскрыть процессы сольватации и гидратации.

5.Какая существует классификация растворов?

6.Что такое диффузия?

7.Дайте определение осмоса.

8.Закон осмотического давления Вант-Гоффа.

9.Осмотическое давление в растворах электролитов.

10.Определение депрессии.

11.Какова зависимость депрессии от концентрации растворов?

12.Определение криоскопической постоянной растворителя.

13.Криоскопический метод определения осмотического давления.

14.Какова роль осмотического давления в животном организме?

15.Регуляция постоянства осмотического давления крови.

16.Изотонические, гипо- и гипертонические растворы.

17.Понятие гемолиза и плазмолиза.

18.Теория электролитической диссоциации.

19.Что означает степень диссоциации?

20.Константа диссоциации.

21.Ионное произведение воды и его следствия.

22.Водородный показатель.

23.Изменение водородного показателя с изменением концентрации водородных ионов.

24.Какие существуют методы определения рН?

25.Значение реакции среды в биохимических процессах.

26.Определение буферных растворов.

27.Как произвести вычисление рН буферных растворов?

28.Каков механизм действия буферных растворов?

29.Что такое буферная емкость?

30.Буферные системы крови.

31.Характеристика коллоидных состояний веществ.

32.Каковы условия, необходимые для получения коллоидных растворов?

33.Какие существуют методы получения коллоидных растворов?

34.Способы дисперсионного метода.

35.Способы конденсационного метода.

36.Какие существуют методы очистки коллоидных растворов?

37.Молекулярно-кинетические свойства коллоидов.

38.Поверхность натяжения и поверхностная энергия.

39.Что собой представляет механизм адсорбции?

40.Адсорбционная хромотография.

41.Строение коллоидной мицеллы.

42.Электрофорез.

43.Электроосмос.

44.Каковы факторы устойчивости коллоидных растворов?

45.Механизм коагуляции под действием электролитов. Правила коагуляции.

46.Что такое коллоидная защита?

47.Студни.

48.Каковы методы получения студней?

48

2. УГЛЕВОДЫ, ОБМЕН УГЛЕВОДОВ

Углеводы играют исключительно важную роль в жизни животных и растений. В растениях углеводы составляют 70– 80% сухого вещества, в организме животного на их долю приходится не более 2% сухого веса тела.

В растениях углеводы преимущественно входят в состав клеточных оболочек (целлюлоза) или откладываются в качестве запасного питательного вещества (крахмал) в клубнях, корнях, семенах. В животном организме углеводы встречаются в составе сложных соединений и в свободном виде, и являются главным источником химической энергии. Так, головной мозг на 80% удовлетворяет свои потребности в энергии за счёт расщепления глюкозы, сердце – на 70–75%. Запасы углеводов (гликоген) находятся в печени, мышцах, и других тканях животного организма. Они входят в состав сложных белков (нуклеопротеиды, глюкопротеиды), липидов (цереброзиды), макроэргических соединений (АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ), выполняют опорные функции (гиалуроновая кислота), участвуют в защитных функциях (мукополисахариды слизей).

Все углеводы делят на три класса:

1)моносахариды, при расщеплении которых не сохраняются свойства глюцидов;

2)олигосахариды (oligos – немногий), состоят из 2 – 10 остатков моносахаридов;

3)полисахариды, которые состоят из многих моносаха-

ридов.

2.1. Моносахариды

Вопросы для подготовки:

1.Типы моносахирдов (альдозы и кетозы).

2.Какие существуют группы моносахаридов?

3.Что из себя представляет стереоизмерия (D и L изомеры)?

4.Циклическая структура (ά и β изомеры).

5.Представители моносахаридов и нахождение их в природе.

49

Цель занятия:

изучить строение моносахаридов. Пронаблюдать в опытах восстанавливающие свойства моносахаридов. Провести качественные пробы на глюкозу.

Моносахариды по химическому строению являются альдегидо– или кетонопроизводными многоатомных спиртов. Групповое название моносахаридов производится прибавлением окончания «оза» к корню греческого числительного, обозначающего количество углеродных атомов в молекуле (триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы). Моносахариды, производные альдегидоспиртов, называются альдозами, а производные кетоноспиртов – кетозами. Общие формулы их можно изобразить следующим образом:

n – соответствующее число вторичных спиртовых групп СНОН.

Название моносахарида состоит из названия активной группы и числа углеродных атомов (альдотриоза, альдогексоза, кетотриоза, кетогексоза).

Ворганизме животных и человека наиболее часто встречаются альдопентозы (рибоза, дезоксирибоза) и альдогексозы (глюкоза и галактоза).

Вводных растворах моносахариды находятся в различных таутомерных формах, между которыми устанавливается динамическое равновесие:

50