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
в
функционировании
живых систем
Устойчивость дисперсных систем.
Строение мицеллы. Коагуляция.
Лабораторная работа 8. Дисперсные
системы и их свойства.
9. Контрольная работа 2. Защита
лабораторных работ
3
10.
Итоговое занятие. Зачет
2
Всего
50
Темы для самостоятельного изучения:
1. Биогенные элементы – макро- и микроэлементы, элементы – органо-
гены, 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.
2. 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.
3. Коллоидные ПАВ; биологически важные коллоидные ПАВ (мыла,
детергенты, желчные кислоты). Мицеллообразование в растворах ПАВ.
Определение критической концентрации мицеллообразования. Липосомы.
4. 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. Уравнение Галлера. Полиэлектролиты. Изоэлектрическая
точка и методы её определения. Мембранное равновесие Доннана.
Онкотическое давление плазмы и сыворотки крови.
Устойчивость растворов биополимеров. Высаливание биополимеров из
раствора. Коацервация и её роль в биологических системах. Застудневание
растворов ВМС. Свойства студней: синерезис и тиксотропия.
ПОРЯДОК РАБОТЫ В ХИМИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ
Все лабораторные работы выполняются каждым студентом самостоятельно на своем рабочем месте, которое закрепляется за ним на все время
практикума.
11
При выполнении работ необходимо соблюдать все меры предосторожности, последовательность операций и количественные соотношения веществ, указанные в руководстве. Запрещается проводить эксперименты, не
предусмотренные данной лабораторной работой.
Записи в тетради для лабораторных работ должны быть краткими, четкими и заноситься сразу же после окончания каждого опыта Отчет о выполненной лабораторной работе должен быть аккуратно оформлен и содержать
следующие сведения:
дату выполнения лабораторной работы, номер и название работы,
ответы на вопросы и упражнения к данной лабораторной работе,
номера и названия опытов в экспериментальной части,
рисунки приборов или схемы установок, уравнения всех химиче-
ских реакций, необходимые расчеты, результаты наблюдения, подробные
выводы.
Основные правила техники безопасности при выполнении лабораторных работ.
1. Все реактивы индивидуального пользования, представляющие собой
разбавленные водные растворы кислот солей и оснований, находятся на рабочих столах в специальных штативах в склянках с пипетками. Необходимые
для проведения лабораторных работ реактивы общего пользования находятся
в вытяжном шкафу. Там же, в специальных поддонах, расположены концентрированные растворы кислот и щелочей, пипетки для отбора концентрированного раствора из склянки. Нельзя вынимать емкости с концентрированными растворами кислот и щелочей из поддонов! После использования реактива склянку следует тотчас же закрыть.
2. При работе с сухими веществами их следует брать специальной ложечкой или шпателем.
3. Если в руководстве не указаны количества веществ, необходимых
для опыта, то брать их следует в минимальном количестве.
4. Если реактив взят в избытке, то его нельзя выливать (высыпать) из
пробирки обратно в склянку.
5. Все работы, связанные с применением или получением ядовитых или
неприятно пахнущих веществ, а также с использованием концентрированных
кислот и щелочей, проводятся в вытяжном шкафу при включенной вытяжной
вентиляции.
6. Запрещается выносить из лаборатории реактивы, посуду и оборудование и проводить эксперименты, не предусмотренные в методических указаниях к данной лабораторной работе.
7. При нагревании растворов в пробирке необходимо пользоваться специальным держателем. Отверстие пробирки должно быть направлено в сторону от себя и соседей.
8. Запах газа следует определять осторожно, направляя воздух над
склянкой или пробиркой легким движением руки к себе.
12
9. При разбавлении серной кислоты следует строго соблюдать правило
– добавлять кислоту в воду!
10. Попавшую на лицо или руки кислоту необходимо тотчас же смыть
сильной струей воды и на обожженное место наложить повязку из ваты, смоченной разбавленным раствором питьевой соды.
11. Попавшую на лицо или руки щелочь следует тотчас же смыть сильной струей воды и положить повязку из ваты, смоченной разбавленным раствором борной кислоты.
12 Обожженную горячими предметами кожу следует смочить раство-
ром перманганата калия.
13. Во всех случаях (пункты 10-12) необходимо поставить в известность преподавателя или дежурного лаборанта.
13
ЗАНЯТИЕ № 1
ВВЕДЕНИЕ В ОБЩУЮ ХИМИЮ. СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОН-
ЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ
Содержание темы
Основные понятия химии. Количество вещества, эквивалент, расчеты
по химическим уравнениям. Основные классы неорганических веществ. Способы выражения концентрации растворов: массовая доля растворенного вещества, молярная, моляльная концентрации, титр раствора. Растворимость.
Зависимость растворимости веществ в воде от природы компонентов раствора, температуры и давления (газы).
Домашнее задание для подготовки к занятиям: ГЗХ, с., 28-33, 95-109.
Задачи и упражнения для подготовки к САРС - ГЗХ: №№140-164, 391-
457, 463-501.
Примеры заданий САРСа, выполняемого на занятии
1. Определите, к каким классам неорганических соединений относятся
следующие вещества и назовите их: Ca(OH)2, HClO4, KHSO4, H2SiO3,
Al(NO3)3, Cu(OH)NO3, P2O5, SO3, CO2, H3PO4, PbO2, K2Cr2O7, KAlO2.
2. Среди приведенных ниже соединений выберите: а) кислоты, б) кислые соли, в) средние соли и назовите их: H2CO3, NaHCO3, NH4Cl,
Mg(OH)NO3, KH2PO4, HBr, Ca(HCO3)2, NH3, Fe(NO3)3.
3. Напишите химические формулы и рассчитайте их молярные массы:
гидроксид натрия, серная кислота, хлорид натрия, бихромат калия, перманганат калия, гидроксид алюминия. Определите количество вещества ( в
100 г каждого из соединений.
4. Раствор, содержащий 34 г АgNO3 , смешали с раствором, содержащим такую же массу НCl. Рассчитайте массу образовавшегося осадка.
5.Вычислите, какую массу воды следует добавить к раствору соли с
массовой долей 20%, чтобы получить 500 г раствора той же соли с массовой
долей, равной 15 %.
6. На нейтрализацию 2,45 г кислоты идет2,00 г гидроксида натрия.
Определить эквивалентную массу кислоты.
7. При взаимодействии ортофосфорной кислоты со щелочью образовалась соль KH2PO4. Найти значение эквивалентной массы ортофосфорной
кислоты для этой реакции.
8. Рассчитайте массовую долю серной кислоты в растворе с молярной
концентрацией, равной 0,2 моль/л (пл. 1,1 г/мл).
Краткая теоретическая часть
Растворами называют гомогенные системы, состоящие из двух и
более компонентов и продуктов их взаимодействия.
Важной характеристикой любого раствора является его состав, кото-
рый выражается концентрацией. Существуют различные способы выражения
концентрации растворов:
14
1. Массовая доля растворенного вещества – ω =
М
Э
=
М×fЭ.
; ω(омега)
выражают или в долях единицы, или в % - процентная концентрация – показывает массу растворенного вещества в 100 г раствора.
2. Молярная концентрация – молярность – количество молей раство-
ренного вещества в 1 литре, выражается в моль/л раствора.
См =
3. Моляльная концентрация – моляльность–количество молей рас-
творенного вещества в 1 кг растворителя, выражается в моль/кг растворителя.
Сm=
4. Молярная концентрация эквивалента – нормальная концентрация
– количество моль-эквивалентов растворенного вещества в 1 литре раствора
С
экв
=
.
Эквивалент- это такая реальная или условная частица вещества Х,
которая в данной кислотно-основной реакции эквивалентна одному иону водорода или в данной окислительно-восстановительной реакции одному электрону.
Количеством моль эквивалента называют количество вещества, которое реагирует с 1 моль атомов водорода или содержит 1 моль атомов Н.
Число, показывающее, какая часть молекулы или другой частицы
вещества соответствует эквиваленту, называется фактором эквива-
лентности (fЭ). Фактор эквивалентности – это безразмерная величина, кото-
рая меньше, либо равна 1.
Молярная масса эквивалента (МЭ) – это масса одного моль эквива-
лента. Она равна произведению молярной массы вещества на фактор экви-
валентности:
Формулы для вычисления фактора эквивалентности для кислоты, основания и соли:
,
где n(H+) – число отданных в ходе реакции ионов водорода (основность кислоты)
,
где n(ОH–) – число отданных в ходе реакции гидроксид-ионов (кислотность основания)
,
где n(Ме) – число атомов металла (индекс в химической формуле соли), В(Ме) – валентность металла; n(А) – число кислотных остатков, В(А) –
валентность кислотного остатка
15
5. Титр раствора – количество граммов растворенного вещества в 1
мл раствора.
Т =
,(г/мл)/
Вещества характеризуются растворимостью - способностью веществ
равномерно распределяться в среде другого вещества. Количественно рас-
творимость характеризуется концентрацией насыщенного раствора или коэффициентом растворимости (КS) – массой растворенного вещества в 100 г
растворителя:
Насыщенным называется раствор, в котором содержится максимально растворимое при данной температуре количество вещества, т.е.
это раствор, находящийся в динамическом равновесии с избытком раство-
ряемого вещества (осадком).
Растворимость зависит от природы растворенного вещества и растворителя, от температуры, давления (если растворенное вещество – газ).
Полярные растворители хорошо растворяют твердые, жидкие и газообразные вещества полярного характера, а неполярные растворители хорошо
растворяют вещества неполярного характера (жиры, лаки, краски).
Если при растворении вещества поглощается теплота, то растворимость в соответствии с принципом Ле-Шателье увеличивается с ростом температуры. Как правило, такая зависимость наблюдается при растворении
твердых веществ в воде. Растворимость жидкостей друг в друге часто также
повышается с повышением температуры.
Растворимость газов, наоборот, уменьшается с увеличением температуры, так как сопровождается выделением теплоты. Растворимость газов при
постоянной температуре также зависит от давления.
Закон Генри-Дальтона: При постоянной температуре растворимость
газа пропорциональна его парциальному давлению. Сж = kPп.
Парциальным называется давление, создаваемое отдельным газом в
смеси, то есть – доля давления компонента от общего давления газовой
смеси:
Закон Генри-Дальтона имеет биологическое значение. Уменьшение
растворимости газов в крови при понижении давления, проявление кессонной болезни у водолазов, вызывается резким уменьшением давления в легких при резком поднятии водолазов и, вследствие этого, уменьшением растворимости кислорода в плазме крови, что приводит к выделению части
кислорода из легких в виде пузырьков, которые могут закупорить мелкие сосуды в различных органах и тканях.
Вопросы по теме:
1. Какие способы выражения концентрации раствора существуют?
2. Что такое титр раствора? Чем он отличается от плотности?
3. В каких единицах выражается массовая доля, молярная, моляльная
концентрация, титр?
4. Что собой представляют насыщенный, ненасыщенный растворы?
5. Что такое растворимость и от каких факторов зависит?
16
ЗАНЯТИЕ №2
КОЛЛИГАТИВНЫЕ СВОЙСТВА РАСТВОРОВ
Содержание темы
Давление насыщенного пара растворителя. Понижение давления
насыщенного пара над раствором. Закон Рауля, следствия из него. Повышение температуры кипения раствора и понижение температуры замерзания
раствора по сравнению с чистым растворителем. Физический смысл эбуллиоскопической и криоскопической констант. Диффузия и осмос. Понятие о
полупроницаемых мембранах. Осмотическое давление, закон Вант-Гоффа,
его математическое выражение. Биологическая роль осмоса. Осмотическое
давление, осмомолярность плазмы крови. Изо-, гипер-, гипотонические растворы, их применение в медицине. Гемолиз, плазмолиз, эндо-, экзоосмос, осмотические «конфликт» и «шок».
Наиболее важные понятия: понижение давления насыщенного пара
над раствором, повышение температуры кипения раствора и понижение температуры замерзания раствора по сравнению с чистым растворителем, криоскопическая и эбуллиоскопическая константы, осмотическое давление,
осмомолярность, изо-, гипер-, гипотонические растворы, их применение в
медицине. Гемолиз, плазмолиз, эндо-, экзоосмос, осмотические «конфликт» и
«шок».
Домашнее задание для подготовки к занятиям: ЕОХ, с. 66-78. ГЗХ,
с.105-107. Решить задачи 463-489. Разобрать примеры ПЗХ с.67-76.
Пример САРСа, выполняемого на занятии
1. Вычислите М неэлектролита, если известно, что температура за-
мерзания раствора, содержащего 10 г этого вещества в 150 г бензола, равна
2,04оС, а температура замерзания и Ккр. бензола = 5,45оС и 5,07 соответственно.
2. Рассчитайте молярную массу неэлектролита, если 28,5 г этого
вещества, растворенного в 785 г воды, вызывают понижение давления пара
над раствором на 52,37 па при 250С. Давление пара над чистым растворителем равно 7375,9 Па.
Ответ: =91,4 г/моль.
3. Плазма крови начинает замерзать при -0,590С. Какова осмомо-
ляльость плазмы и каково ее осмотическое давление при температуре 370С?
Ответ: Сm=0.32 осмоль/кг; Р
.= 820кПа
осм
4. При внутренних кровоизлияниях (легочных, желудочно-
кишечных), а также для усиления диуреза внутривенно вводят от 5 до 20 мл
10%-ного раствора NaCl (ρ=1.071 г/мл, i=1,87). Рассчитайте осмотическое
17
давление этого раствора и определите, каким он будет по отношению к плазме крови.
Ответ: Р
.= 8819, 92кПа.
осм
5. Что произойдет с эритроцитами при 310 К в 2%-ном растворе
глюкозы (ρ=1,006 г/мл))?
6. Какова массовая доля глицерина(С3Н8О3) в водном растворе, если
он замерзает при -0,520С?
7. Какую массу сахарозы(С12Н22О11) следует растворить в 250 г во-
ды, чтобы получить раствор, кипящий при 100,20С?
8. Опишите поведение эритроцитов при 310 К в растворе глюкозы с
массовой долей, равной 5% (плотность раствора1,01г/мл).
Примеры тестового задания:
1. 0,5 % -ный раствор NaCl является по отношению к плазме крови:
1) гипотоническим;
2) гипертоническим;
3) изотоническим
2.Температура кипения соленой воды по сравнению с чистой водой:
1) выше 2) ниже 3) не изменяется
Краткая теоретическая часть
К общим свойствам растворов (зависят только от концентрации, но
практически не зависят от природы растворенных веществ) относятся: по-
нижение давления насыщенного пара растворителя над раствором, понижение температуры замерзания, повышение температуры кипения, диффузия, осмос и осмотическое давление.
Понижение давления насыщенного пара растворителя над раство-
ром.
Пар, находящийся в равновесии с жидкостью, называют насыщенным,
его давление – давлением насыщенного пара чистого растворителя.
Каждой жидкости присуще определенное давление насыщенного пара,
находящегося в равновесии с жидкостью. Давление насыщенного пара жидкости при данной температуре является постоянной величиной. С увеличением температуры давление насыщенного пара увеличивается. Жидкость закипает, когда давление ее пара достигает внешнего атмосферного давления.
Если в жидкости растворить некоторое количество нелетучего вещества, то давление насыщенного пара понижается. Это объясняется тем, что
молекулы растворенного вещества, которые оказываются на поверхности
18
жидкости, препятствуют улетучиванию молекул растворителя. В результате
– давление пара над раствором всегда меньше, чем над чистым раство-
рителем.
Закон Рауля: Понижение давления насыщенного пара растворителя
пропорционально мольной доле растворенного вещества.
=
,
где Ро – давление пара чистого растворителя,
Р–давление пара раствора,
no–количество моль растворителя,
n–раствор вещества.
Относительное понижение давления пара для данного раствора не зависит от природы растворенного вещества и растворителя, а также от температуры, а зависит лишь от концентрации раствора. Закон Рауля точно соблюдается только для идеальных растворов и приближенно для сильно разбавленных.
Из закона Рауля вытекает два следствия.
Первое следствие: Температура кипения раствора выше температуры
кипения чистого растворителя. Повышение температуры кипения ΔТкип.
пропорционально моляльности раствора Сm.
Отсюда М
= (Кэ ∙ m ∙ 1000) / ΔТкип∙ m1 , где Кэ - эбуллиоскопиче-
в-ва
ская константа растворителя, m – масса растворенного вещества, M- молярная масса растворенного вещества, m1 – масса растворителя.
Второе следствие: Температура замерзания раствора ниже, чем тем-
пература замерзания чистого растворителя.
ΔТзам. = Ккр. Сm;
, где Ккр.- крио-
скопическая постоянная растворителя.
Коэффициент Ккр. представляет собой величину, характерную для
данного растворителя, и показывает понижение температуры замерзания, вызываемое растворением 1 моль вещества неэлектролита в 1 кг этого растворителя. Криоскопическая постоянная, также как и эбуллиоскопическая, не
зависит от природы растворенного вещества, а зависит только от природы
растворителя.
Численные значения криоскопических и эбуллиоскопических постоянных некоторых растворителей приведены в приложении к методичке.
19
С помощью закона Рауля и следствий из него можно легко определить
молярную массу (М) растворенного вещества, измеряя понижение температуры замерзания или повышение температуры кипения раствора.
Осмос. Осмотическое давление
Самопроизвольный переход растворителя через полупроницаемую
мембрану, разделяющую раствор и растворитель или два раствора с раз-
личной концентрацией растворенного вещества, называется осмосом.
Осмос обусловлен диффузией (диффузия – самопроизвольный направленный процесс переноса частиц растворенного вещества и растворителя,
приводящий к выравниванию концентраций этого вещества по всему объему
раствора) молекул растворителя через полупроницаемую перегородку, которая пропускает только молекулы растворителя. Свойством полупроницаемости обладают многие природные пленки (стенки клеток живых и растительных организмов, стенки кишечника, протоплазма и т. д.), а также пленки искусственного происхождения (целлофан, пергамент, пленки из коллодия, желатины). Молекулы растворителя проходят через перегородку в раствор для
выравнивания концентрации растворенного вещества. Диффузия молекул
растворителя возможна также из менее концентрированного раствора в более
концентрированный. Количественно осмос характеризуется осмотическим
давлением(Р
осм
.).
Осмотическое давление – это избыточное гидростатическое давле-
ние, возникающее в результате осмоса и приводящее к выравниванию скоростей взаимного переноса молекул растворителя через полупроницаемую
мембрану. Осмотическое давление раствора пропорционально концентрации
растворенного вещества и абсолютной температуре.
Вант-Гофф установил закон, выражающий зависимость осмотического
давления от концентрации раствора и температуры:
Осмотическое давление разбавленного раствора равно тому газовому
давлению, которое производило бы растворенное вещество, если бы оно при
той же температуре находилось в газообразном состоянии и занимало бы
объем, равный объему раствора. Для количественной характеристики осмо-
тического давления Вант-Гофф воспользовался уравнением газового состояния: PV = nRT,
где P– давление газа, Па;
V – объем, занимаемый газом, м3;
n – число молей растворенного вещества, моль;
R – универсальная газовая постоянная = 8,3
20
,
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]