Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия. Лабораторный практикум для студентов 1 курса медицинского института, обучающихся по специальности 060101 Лечебное дело
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕ-
ЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
СЕВЕРО-КАВКАЗСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
ГУМАНИТАРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
М. М. Асланукова
Л. И. Коньков
ХИМИЯ
Лабораторный практикум для студентов 1 курса
медицинского института, обучающихся
по специальности 060101 Лечебное дело
Черкесск
2014
1
УДК 54
ББК 24
А90
Рассмотрено на заседании кафедры «Общегуманитарных и естествен-
но-математических дисциплин»
Протокол № 6 от « 29 » 05 2014 г.
Рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом СевКав-
ГГТА.
Протокол № 5 от « 24 » 04 2014 г.
Составители:
Коньков Л. И – зав. каф. ОГЕНД, к.х.н., доцент, к.х.н. Асланукова М.
М.
Рецензенты:
Зав. кафедрой физической химии СПбГТИ(ТУ),член-кор. РАН, д.х.н.,
профессор Гусаров В.В.
А90 Асланукова, М. М. Химия: лабораторный практикум для студентов
1 курса медицинского института, обучающихся по специальности
060101 Лечебное дело / М. М. Асланукова, Л. И. Коньков. – Черкесск:
БИЦ СевКавГГТА, 2014. – 132 с.
Данное учебно-методическое пособие подготовлено на базе примерной
программы по химии (2011) для студентов первого курса медицинского института (специальность 060101 «Лечебное дело») в соответствии с ФГОС
(2010).
В пособии представлены программа лекционного курса, содержание
лабораторного практикума, порядок работы и основные правила ТБ при выполнении лабораторных работ.
В каждой теме данного практикума изложен перечень основных разделов теоретического курса, которые необходимо повторить перед выполнением работы, приведены вопросы и упражнения для подготовки к допуску и
защите лабораторной работы, и даны методические указания к самим лабораторным работам.
Лабораторный практикум предназначен для студентов 1 курса медицинского института СевКавГГТА специальности 060101 Лечебное дело
УДК 54
ББК 24
© Асланукова М. М. Коньков Л. И. 2014
© ФГБОУ ВПО СевКавГГТА, 2014
2
СОДЕРЖАНИЕ
Занятие № 1. Введение в общую химию. Способы выражения концентрации растворов…………………………………………………………...
14
Занятие 2. Коллигативные свойства растворов…………………………..
17
Занятие 3. Элементы химической термодинамики ……………………...
24
Занятие 4. Кинетика химических реакций и химическое равновесие…..
36
Занятия 5-6. Равновесия в растворах электролитов……………………...
48
Занятие 7. Буферные растворы…………………………………………….
60
Занятие 8. Контрольная работа 1………………………………………….
65
Занятие 9. Строение веществ………………………………………………
65
Занятие 10. Комплексные соединения…………………………………….
67
Занятие 11. Биогенные элементы………………………………………….
73
Занятия 12-13. Основы электрохимии…………………………………….
85
Занятие 14. Физико-химия поверхностных явлений…………………….
94
Занятие 15. Физико-химия дисперсных систем в функционировании
живых систем……………………………………………………………….
103
Занятие 16. Контрольная работа 2…………………………………………
118
Занятие 17. Итоговое занятие. Зачет………………………………….…..
118
Приложения…………………………………………………………………
119
3
Содержание дисциплины
Курс химии рассчитан на первый семестр. Программный материал дается на лекциях, лабораторных занятиях и прорабатывается в ходе самостоятельной работы студентов.
В процессе обучения проводятся две контрольные работы (промежуточный контроль), выполняется 8 лабораторных работ, а на каждом занятии
проводится 15-минутная самостоятельная работа(САРС) или тест-контроль
по обсуждаемой теме. Результатом успешной аттестации является зачет по
дисциплине.
Для успешного прохождения курса необходимо получить допуск к
каждой лабораторной работе и защитить ее. Для получения допуска необходимо ознакомиться и правильно оформить работу в лабораторной тетради.
После получения допуска студент самостоятельно (под присмотром лаборанта) выполняет работу, отмечает наблюдения, пишет уравнения реакций,
отвечает на вопросы к лабораторной работе и защищает.
В данном пособии представлены программа и календарный план лекций и семинарских занятий, задания по каждой теме, вопросы для подготовки к семинарским занятиям, вопросы и типовые задания к контрольным работам.
Программа лекционного курса
1. Растворы
Способы выражения концентрации растворов. Растворимость. Термодинамика и механизм процессов растворения. Понятия об идеальном растворе. Роль воды и растворов в жизнедеятельности. Физико-химические свойства воды, обусловливающие ее уникальную роль как единственного биорастворителя. Зависимость растворимости веществ в воде от соотношения гидрофильных и гидрофобных свойств, влияние внешних условий на растворимость.
Коллигативные свойства разбавленных растворов неэлектролитов. Закон Рауля и следствия из него. Давление пара над раствором. Понижение
температуры замерзания раствора, повышение температуры кипения раствора. Осмос. Осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа. Роль осмоса в биологических системах. Гипо-, гипер- и изотонические растворы. Понятия об изоосмии (электролитном гомеостазе). Плазмолиз и цитолиз.
2. Закономерности протекания химических процессов
Предмет и методы химической термодинамики. Взаимосвязь между
процессами обмена веществ и энергии в организме. Химическая термодинамика как теоретическая основа биоэнергетики.
Основные понятия и определения химической термодинамики. Внутренняя энергия. Работа и теплота как формы передачи энергии. Типы термодинамических систем и процессов.
Первое начало термодинамики. Энтальпия. Стандартные энтальпии образования химических соединений. Закон Гесса и его следствия. Термохими-
4
ческие уравнения и расчеты. Применение первого начала термодинамики к
биосистемам.
Второе начало термодинамики. Обратимые и необратимые в термодинамическом смысле процессы. Энтропия. Энергия Гиббса. Прогнозирование
направления самопроизвольно протекающих процессов в изолированной и
закрытой системах. Роль энтальпийного и энтропийного факторов. Стандартная энергия Гиббса образования химических соединений.
Термодинамические условия химического равновесия. Константа равновесия. Уравнение изотермы химической реакции.
Особенности термодинамики биологических систем. Экзэргонические
и эндэргонические процессы. Принцип энергетического сопряжения.
Предмет и основные понятия химической кинетики. Химическая кинетика как основа для изучения скоростей и механизмов биохимических процессов. Кинетическая классификация реакций. Реакции простые и сложные
(параллельные, последовательные). Гомогенные и гетерогенные реакции.
Молекулярность реакции. Скорость реакции, средняя скорость реакции в интервале, истинная скорость.
Зависимость скорости реакции от концентрации. Закон действующих
масс. Константа скорости и порядок реакции. Кинетические уравнения реакций первого, второго, третьего и нулевого порядков. Методы определения
константы скорости и порядка реакций.
Зависимость скорости реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа.
Температурный коэффициент скорости реакции и его особенности для биохимических процессов. Энергетический профиль реакции. Уравнение Аррениуса. Энергия активации и методы ее определения. Понятие о теории активных соударений и теории переходного состояния.
Кинетика гетерогенных процессов, ее особенности. Понятие о лимитирующей стадии процесса.
Каталитические реакции. Гомогенный и гетерогенный катализ. Энергетический профиль каталитической реакции.
Химическое равновесие. Константа равновесия. Смещение равновесия.
Принцип Ле-Шаталье. Связь константы равновесия с энергией Гиббса.
3. Равновесия в растворах электролитов
Растворы электролитов. Электролитическая диссоциация. Степень диссоциации. Сильные и слабые электролиты. Коллигативные свойства разбавленных растворов электролитов. Изотонический коэффициент.
Растворы слабых электролитов. Константа диссоциации. Закон разбавления Оствальда. Растворы сильных электролитов. Ионная сила раствора.
Активность и коэффициент активности ионов. Протолитическая теория растворов Бренстеда, электронная теория Льюиса. Электролитическая диссоциация воды, рН растворов. Расчет рН растворов сильных и слабых электролитов.
Буферные растворы, механизм буферного действия. Расчет рН буферных растворов. Буферные системы живых организмов. Буферные системы
5
крови: гидрокарбонатная, фосфатная, гемоглобиновая, протеиновая. Понятие
о кислотно-основном гомеостазе организма.
Гидролиз солей. Константа и степень гидролиза. Расчет рН растворов
солей при гидролизе. Роль реакций гидролиза в биохимических процессах.
Равновесие в системе осадок - раствор электролита. Произведение растворимости. Условия образования и растворения осадков. Реакции, лежащие
в основе образования конкрементов: уратов, оксалатов, карбонатов.
Лигандообменные равновесия. Координационная теория Вернера.
Природа химической связи в комплексных соединениях. Классификация
комплексных соединений. Номенклатура комплексных соединений. Полидентатные лиганды. Хелатирование. Строение гемоглобина, хлорофилла.
Устойчивость комплексных соединений в растворах. Константа нестойкости
комплекса. Токсическое действие солей тяжелых металлов.
4. Строение вещества. Биогенные элементы
Квантово-механическая модель атома. Распределение электронов в
атоме по энергетическим состояниям. Квантовые числа. Атомные орбитали.
Принцип наименьшей энергии. Принцип Паули. Правило Хунда. Электронные формулы атомов. Основное и возбужденное состояние атома.
Периодический закон и периодическая система Д.И.Менделеева в свете
квантово-механической теории строения атомов. Периодическое изменение
свойств элементов и их соединений (энергия ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность радиусы атомов). s-,p-,d- и f-Блоки элементов.
Химическая связь. Основные виды и характеристики химической связи. Современные теории ковалентной связи. Направленность ковалентной
связи. Гибридизация атомных орбиталей. Пространственное строение молекул.
Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи. Полярность связи, дипольный момент связи. Полярные и неполярные молекулы.
Водородная связь. Межмолекулярные взаимодействия.
Биогенные элементы - макро- и микроэлементы, элементы – органогены, металлы жизни. Биологическая роль натрия, калия, кальция, магния, бора, углерода, кремния, азота фосфора, серы, кислорода, фтора, хлора, брома,
йода. Применение s-, p- элементов в медицине. Биологическая роль d- элементов железа, меди, кобальта, молибдена, ванадия, марганца, цинка, серебра, золота. Токсичность ртути, кадмия, соединений хрома.
5. Основы электрохимии
Окислительно-восстановительные (редокс) процессы, окислители и восстановители. Окислительно- восстановительные (ОВ) системы и стандартные
окислительно-восстановительные (редокс) потенциалы. Уравнения Нернста и
Нернста-Петерса. Влияние различных факторов на величину редокспотенциала.
Стандартный биологический потенциал. Прогнозирование самопроизвольного протекания ОВ процесса по величинам редокс-потенциалов. ЭДС
6
химической реакции. Взаимосвязь между энергией Гиббса и ЭДС. Диффузный и мембранный потенциалы и их роль в генерировании биоэлектрических
потенциалов.
6.Физико-химия поверхностных явлений в функционировании жи-
вых систем
Адсорбционные равновесия и процессы на подвижных границах
раздела фаз. Поверхностная энергия Гиббса и поверхностное натяжение.
Адсорбция. Уравнение Гиббса. Поверхностно-активные и поверхностнонеактивные вещества. Изменение поверхностной активности в
гомологических рядах (правило Траубе). Изотерма адсорбции. Ориентация
молекул в поверхностном слое и структура биомембран.
Адсорбционные равновесия на неподвижных границах раздела фаз.
Физическая адсорбция и хемосорбция. Адсорбция газов на твёрдых телах.
Адсорбция из растворов. Уравнение Ленгмюра. Зависимость величины адсорбции от различных факторов. Правило выравнивания полярностей. Избирательная адсорбция. Значение адсорбционных процессов для жизнедеятельности. Физико-химические основы адсорбционной терапии, гемосорбции,
применения в медицине ионитов.
7. Физико-химия дисперсных систем в функционировании живых
систем
Классификация дисперсных систем. Классификация дисперсных
систем по степени дисперсности; по агрегатному состоянию; по силе
межмолекулярного взаимодействия между дисперсной фазой и
дисперсионной средой. Природа коллоидного состояния.
Получение и свойства дисперсных систем. Получение суспензий,
эмульсий, коллоидных растворов. Диализ, электродиализ, ультрафильтрация.
Физико-химические принципы функционирования искусственной почки.
Молекулярно-кинетические свойства коллоидно-дисперсных систем:
броуновское движение, диффузия, осмотическое давление,
седиментационное равновесие. Оптические свойства: рассеивание света
(Закон Рэлея). Электрокинетические свойства: электрофорез и электроосмос;
потенциал течения и потенциал седиментации. Строение двойного
электрического слоя. Электрокинетический потенциал и его зависимость от
различных факторов.
Устойчивость дисперсных систем. Седиментационная, агрегативная и
конденсационная устойчивость лиозолей. Факторы, влияющие на
устойчивость лиозолей. Коагуляция. Порог коагуляции и его определение,
правило Шульце-Гарди. Взаимная коагуляция. Понятие о современных
теориях коагуляции. Коллоидная защита и пептизация.
Коллоидные ПАВ; биологически важные коллоидные ПАВ (мыла, детергенты, желчные кислоты). Мицеллообразование в растворах ПАВ. Определение критической концентрации мицеллообразования.
7
8.Биологически активные высокомолекулярные вещества
№
п/
п
Наименование
раздела учебной
дисциплины
Наименование лабораторных работ
Всего
часов
1
2
3
4
1.
Цель и задачи
курса. Введение в
общую химию.
Техника безопасности. Нулевая контрольная работа. Основные понятия химии. Основные классы неорганических соединений. Решение задач на определение количества вещества, эквивалента, расчеты по химическим уравнениям. Способы выражения
содержания растворенного вещества в рас-
3
Полимеры. Свойства растворов ВМС. Особенности растворения ВМС
как следствие их структуры. Форма макромолекул. Механизм набухания и
растворения ВМС. Зависимость величины набухания от различных факторов.
Аномальная вязкость растворов ВМС. Вязкость крови и других
биологических жидкостей. Осмотическое давление растворов биополимеров.
Полиэлектролиты. Изоэлектрическая точка и методы её определения.
Мембранное равновесие Доннана. Устойчивость растворов биополимеров.
Высаливание биополимеров из раствора. Коацервация и её роль в
биологических системах. Застудневание растворов ВМС. Свойства студней:
синерезис и тиксотропия
Литература
1. Ершов, Ю. А. Общая химия. Биофизическая химия. Химия био-
генных элементов. Ю. А. Ершов, В. А. Попков, А.С. Берлянд и др./под ред.
Ю. А. Ершов – М.: Высшая шк., 2010 г.
2. Ленский, А. С. Биофизическая и бионеорганическая химия. / А.
С. Ленский, И. Ю.Белавин, С. Ю. Быликин. ООО «МИА», 2008.
3. Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия био-
генных элементов. / под ред. В.А. Попков. Высшая школа, 4 изд. 239 с., 2008.
4. Пузаков, С. А.Сборник задач и упражнений по общей химии. / С.
А. Пузаков, В. А. Попков, А. А. Филиппова. – М.: Высшая школа, 4 изд. 255
с., 2010. (ПЗХ)
5. Глинка, Н. Л. Задачи и упражнения по общей химии. Глинка Н.
Л. – М.:Интегралпресс, 2008.(ГЗХ)
6. Литвинова, Т. Н. Биогенные элементы.Комплексные соединения:
учеб.-метод.пособ./Т. Н.Литвинова и др. – Ростов н/Д:Феникс, 2009.-283 с.
7. Литвинова, Т. Н. 1000 тестов по общей химии для студентов ме-
дицинских вузов: учебное пособие/Т. Н. Литвинова и др. – Ростов
н/Д:Феникс, 2007.-429 с.
СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА
8
творе.
2.
Растворы.
Лабораторная работа №1. Приготовление
раствора хлорида натрия с заданной концентрацией. Коллигативные свойства растворов. Осмос. Осмотическое давление.
Понижение и повышение температур кипения и замерзания растворов. Решение задач.
3
3.
Основные
закономерности
протекания
химических
процессов
Энтальпия образования и сгорания веществ.
Вычисление энтальпий химических реакций. Энтропия. Вычисление изменения
свободной энергии Гиббса. Прогнозирование направлений самопроизвольных процессов.
Лабораторная работа №2. Определение
энтальпии нейтрализации
Скорость химической реакции. Факторы,
влияющие на скорость реакции. Задачи на
определение скорости реакций, энергии активации, порядка реакции.
Химическое равновесие. Константа равновесия и ее связь с энергией Гиббса. Смещение равновесия. Принцип Ле-ШательеБрауна.
Лабораторная работа №3. Скорость
химической реакции.
3
3
4.
Равновесия в
растворах
электролитов
Растворы слабых и сильных электролитов.
Константа диссоциации. Закон разбавления
Оствальда. Кислоты, основания по Брёнстеду.
Вычисления рН растворов сильных и слабых электролитов. Гидролиз солей.
Лабораторная работа №4. Ионные, гетерогенные равновесия. Гетерогенные равновесия. Насыщенные растворы малорастворимых электролитов. Равновесие осадок –
раствор. Решение задач на произведение
растворимости
Буферные системы. Механизм буферного
действия. Расчет рН буферных растворов.
Уравнение Гендерсона-Гассельбаха. Буферная емкость. Лабораторная работа №5.
Буферные системы.
Контрольная работа №1
3
3
3
3
5.
Строение веществ.
Строение атомов. Квантовые числа. Прин-
3
9
Биогенные
элементы
ципы заполнения электронных оболочек
атомов.
Периодическое изменение свойств элементов и их соединений (энергия ионизации,
сродство к электрону, электроотрицательность, радиусы атомов) в зависимости от
строения электронной оболочки атома. s,p-,d- и f-блоки элементов.
Основные виды и характеристики химической связи. Пространственное строение молекул.
Комплексные соединения. Равновесия в
растворах комплексных соединений.
Устойчивость комплексных соединений.
Лабораторная работа №6 Комплексные
соединения.
Биогенные элементы - макро- и
микроэлементы, элементы – органогены,
металлы жизни. Биологическая роль
биогенных элементов.
3
3
6.
Основы
электрохимии
Окислительно-восстановительные (редокс)
процессы, окислители и восстановители.
Составление ОВР ионноэлектронным методом. Окислительно- восстановительные (ОВ) системы и стандартные окислительно-восстановительные
(редокс) потенциалы. Уравнение Нернста—
Петерса. Влияние различных факторов на
величину редокс-потенциала. Прогнозирование самопроизвольного протекания ОВ
процесса по величинам редокспотенциалов. ЭДС химической реакции.
Диффузный и мембранный потенциалы и
их роль в генерировании биоэлектрических
потенциалов.
Лабораторная работа 7. ОВР
3
3
7.
Физико-химия
поверхностных
явлений в
функционировании
живых систем
Адсорбция. Уравнение Гиббса.
Поверхностно-активные и поверхностноинактивные вещества. Изотерма адсорбции.
Уравнение Ленгмюра. Зависимость
величины адсорбции от различных
факторов.
3
8.
Физико-химия
дисперсных систем
Получение и свойства дисперсных систем.
Строение двойного электрического слоя.
3
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]