Вміти: проводити розрахунки на основі законів Рауля та Вант-Гоффа для розчинів електролітів та неелектролітів

ПОРАДИ СТУДЕНТУ

Підготуйте питання до практичного заняття і виконайте вказівки до них

розчину).

До них відносяться: зниження тиску пари розчинника над розчином, зниження температури замерзання та підвищення температури кипіння розчину, його осмотичний тиск. Їх називають колігативними або колективними, тому що вони обумовлені спільними причинами.

Якщо тиск зв’язати із концентрацією розчиненої речовини, то цей закон можна сформулювати так: зниження тиску пари розчинника над розчином прямо пропорційне концентрації розчиненої речовини: Р =

Р0·Х2, де Х2 - мольна доля розчиненої речовини. Відносне зниження тиску пари розчинника над розчином дорівнює мольній долі розчиненої речовини.

Ці сталі не залежать від природи розчиненої речовини, але визначаються природою розчинника. Вимірюючи температуру замерзання або температуру кипіння розчинів, із цих виразів можна розрахувати молекулярну масу розчиненої речовини. Метод визначення молекулярної маси, оснований на вимірюванні tЗ, і tК. розчину,

навивається відповідно кр і о ско п і єю та е бу ліо с ко п і єю .

В основі явища осмосу лежить фізичний процес дифузії в розчинах. Повільний процес вирівнювання концентрації розчиненої речовини

Дифузія у розчині, зумовлений тепловим рухом молекул розчину, називається ди фу зі єю .

Дифузія також матиме місце, коли контактуватимуть розчини однакової концентрації, але різної природи розчиненої речовини, наприклад, якщо прибрати перегородку між одномолярними розчинами NаСl та КNО3.

Якщо два розчини різної концентрації розділити напівпроникною перегородкою, яка пропускає молекули розчинника і не пропускає молекули (йони) розчиненої речовини, то пройде тільки однонаправлене переміщення розчинника із розчину меншої концентрації в розчин більшої концентрації, що називається о с м о с о м . Отже, осмос протікає проти градієнту концентрації.

Тиск, який треба прикласти до розчину, щоб зу пинити осмос, називається о смо ти ч ни м ти с ко м . Прилади, які використовуються для вимірювання осмотичного тиску називаються осмометрами. Найпростіші осмометри являють собою посудину з напівпроникними стінками, яку заповнюють розчином, і занурюють у чистий розчинник. У результаті осмосу об’єм розчину буде поступово збільшуватися і це призведе до збільшення гідростатичного тиску, що протидіятиме подальшому переходу води в посудину. Згодом встановиться динамічна рівновага і осмос припиниться.

Кількісно величину осмотичного тиску характеризує закон Вант-

Гоффа (1886 р.): осмотичний тиск розчину прямо пропорційний молярній концентрації і абсолютній температурі розчину.

Коефіцієнтом пропорційності служить універсальна газова стала R.

Таким чином можна розрахувати молярну масу речовини. Для розведених розчинів ( = 1 г/мл) моляльність, що фігурує у другому законі Рауля, можна прирівняти до молярності в законі Вант-Гоффа. Тоді, експериментально визначивши одну колігативну властивість, можна розрахувати всі інші. Метод визначення молекулярних мас речовин за осмотичним тиском їх розчинів називається осмометрією. Через свою високу точність він має переваги перед кріоскопією, а тим паче перед ебуліоскопією.

У живих організмах внутріклітинна рідина знаходиться в ізотонічній рівновазі з позаклітинною рідиною, зокрема з кров’ю (і з о т о н і ч н і с т ь - рівність осмотичних тисків). Ця рівність осмотичного тиску вмісту клітини та оточуючого клітину розчину є важливою умовою нормального функціонування клітини. Тому розчини, що вводяться в організми з лікувальною чи експериментальною метою або при проведенні роботи з ізольованими тканинами чи клітинними культурами, повинні бути ізотонічними відносно цих об’єктів. Для теплокровних тварин ізотонічними Є 0,85- 0,9% розчин NаСl, 4,5-5%-вий розчин глюкози та ін. 0,85%-вий розчин NаСl називають фізіологічним розчином, застосовують для відновлення об’єму крові, підняття тиску при великих крововтратах. Фізіологічні розчини використовують також як кровозамінники, при цьому до них додають різні високомолекулярні сполуки (коллідін, декстран). Дуже ефективним осмотичним апаратом є нирка ссавців. Основна її метаболічна функція полягає у видаленні кінцевих продуктів обміну із крові.

Нирка регулює вміст води в організмі. У цьому процесі проникність ниркової мембрани для молекул води залежить від вмісту антидіуретичного гормону, при недостачі якого з сечею виводяться великі кількості води, а при надлишку малі. При патологічних явищах у тканинах організму осмотичний тиск може значно коливатися. Так, в осередку запалення осмотичний тиск тканинних рідин може у 2-3 рази перевищувати норму.

Осмос сприяє достатньому обводненню клітин і міжклітинних структур. Осмотичний тиск, що при цьому виникає, зумовлює тургор клітин, їх своєрідну пружність, сприяючи цим самий еластичності тканин, збереженню певної форми органів. Розчини з більшим осмотичним тиском ніж у стандартного розчину називаються

гі п е р т о н і ч н и м и , а з меншим – г і п о т о н і ч н и м и .

Зпроцесами осмосу пов’язані такі явища, як плазмоліз та гемоліз еритроцитів. При змішуванні крові з гіпертонічним розчином відбувається зневоднення клітин внаслідок виходу води в міжклітинний простір. Клітини крові втрачають тургор, стискуються і

зморщуються. Це явище називається п л а з м о л і з о м клітин. Явище плазмолізу використовується в гнійній хіругії, коли до рани прикладають пов’язку а 10% гіпертонічним розчином NаСl. При цьому проходить очищення ран від мікроорганізмів, а також внаслідок осмосу в бік гіпертонічного розчину, від продуктів розпаду. Гіпертонічні розчини деяких солей (МgSО4, Nа2SО4), які погано всмоктуються шлунково-кишковим трактом, використовують як послаблювальне.

При змішуванні крові з гіпотонічним розчином відбувається проникнення води в середину еритроцитів, що призводить до їх набряку і розриву. Гемоглобін переходить у плазму й забарвлює її у червоний колір ("лакова кров"). Це явище носить назву г е м о л і з у . Тому гіпотонічні розчини внутрішньовенно не вводяться. Гемоліз є частковим випадком більш загального явища - цитолізу - руйнування тваринних та рослинних клітин під впливом різних причин.

Якщо розчин містить кілька розчинених речовин у вигляді молекул, йонів, низько-, чи високомолекулярних сполук, загальну концентрацію яких неможливо розрахувати, то користуються поняттям осмомолярної концентрації або "о с м о м о л я р н о с т і " , яка виражає собою сумарну концентрацію всіх молекул та йонів.

Вимірюють осмомолярність в одиницях осмоль/л. Визначають її експериментально, вимірюючи зниження температури замерзання біологічної рідини. Тоді можна розрахувати і осмотичний тиск біологічної рідини, вважаючи, що для розведених розчинів молярна концентрація в рівнянні Вант-Гоффа наближена до моляльної концентрації в рівнянні Рауля:

tЗ = КСосм. ; Cосм. tЗ. ; = Сосм. ·RТ.

K

Осмомолярна концентрація плазми крові людини складає у середньому 0,3 осм/моль.

Для розчинів електролітів необхідно враховувати збільшення кількості частинок внаслідок дисоціації. Тому у вирази законів

Ізотонічний колігативних властивостей був введений коефіцієнт поправочний коефіцієнт, названий

ізо то ніч ни м ко е фіц іє н то м Вант-Гоффа:

tЗ. = і·К· b(х); tК. = і·Е· b(х); Р = і·Р0Х2;= і·С(Х)·RТ