Metod_Medical_chem_1_Med_M-2

3.3.Література

1.Мороз А.С. , Луцевич Д.Д. , Яворська Л.П. Медична хімія (2-ге вид.).– Вінниця: Нова Книга, 2008.– С. 540–561.

2.Медицинская химия/ В.А. Калибабчук, Л.И. Грищенко, В.И. Галинская и др.; под ред. В.А. Калибабчук.– К.: Медицина, 2008.– С. 195– 216.

3.Мороз А. С., Ковальова А. Г. Фізична та колоїдна хімія. – Львів: Світ, 1994. – С.84-143.

4.Садовничая Л. П., Хухрянский В. Г., Цыганенко А. Я. Биофизическая химия. – К.: Вища школа, 1986. – С. 105-140.

5.Зеленин К. Н. Химия. – СПб: Специальная Литература, 1997. – С.184225.

3.4.Матеріали для самоконтролю

а) Дати письмові відповіді на контрольні запитання

1.У чому полягає суть потенціометричного визначення рН розчинів?

2.Електроди визначення та порівняння у потенціометричних вимірах рН.

3.Будова та застосування скляного електрода для визначення рН середовища?

4.Поясніть методику потенціометричного титрування?

5.Як підбирають індикаторний електрод для потенціометричного титрування?

6.Який вигляд мають інтегральна та диференціальна криві потенціометричного титрування:

7.Як визначити еквівалентний об’єм титранта в потенціометричному титруванні?

б) Задачі для самоконтролю

Алгоритми розв’язання типових задач

Задача 1. Знайти рН і концентрацію йонів Гідрогену [Н+] у шлунковому соку, в якому міститься водневий і насичений каломельний електрод, які з’єднані КСl-агар містками і створює ЕРС 0,32 В за температури 25 0С. Стандартний потенціал насиченого каломельного електроду становить 0,25 В .

Алгоритм розв’ язання

–Записуємо схему гальванічного елемента і формулу для розрахунку ЕРС:

(–} (Pt) Н2, 2Н+| KCl шлунковий сік | KCl | KCl, Hg2Cl2 | Hg (+} Ее = ϕ+– ϕ– = 0,25 В + 0,059 рН

–Обчислюємо рН шлункового соку

рН = E − ϕ калом = 0,32 − 0,18 = 1,19. 0,059 0,059

–Визначаємо концентрацію йонів водню [H+]:

pH = –lg [ Н+] = 1,19; [Н+] = alg –1,19 = 6,46·10 –2 моль/дм3.

41

Відповідь: рН шлункового соку дорівнює 1,19, а концентрація йонів Гідро-

Визначити концентрацію HCl у досліджуваному розчині.

Алгоритм розв’ язання

1.За даними титрування на міліметровому папері будуємо інтегральну криву

титрування в координатах Е, мВ – VKOH, см3. З середини стрибка ЕРС опускаємо перпендикуляр на вісь абсцис і визначаємо еквівалентний об’єм тит-

ранта (Vекв. KOH = 6,3 см3) (рис. 4.3).

Рис. 4.3 Інтегральна крива потенціометричного титрування розчину HCl

2.За законом еквівалентів обчислюємо концентрацію досліджуваного розчи-

ну HCl:

Задача 3. Після потенціометричного титрування шлункового соку 0,1 М розчином NaOH одержали такі дані:

Визначити масу HCl у досліджуваному розчині.

Алгоритм розв’ язання

Будуємо на міліметровому папері інтегральну криву титрування (аналогіч-

42

но як у задачі 2). Знаходимо еквівалентний об’єм титранта (Vекв(NaOH) = 7,5 см3) і за законом еквівалентів обчислити масу HCl.

n(HCl) = n(NaOH)

Звідки m(HCl)=C(NaOH)Veкв(NaOH) M(HCl)=0,1×7,5×36,5×10–3 =0,028 г.

в) Задачі для самостійного розв’язання

1. Розрахувати рН венозної крові людини, якщо за температури 25 оС ЕРС воднево-хлорсрібного елемента становить 0,65 В. За цієї температурі хлорсрібний електрод має потенціал 0,22 В.

Відповідь: рН = 7,29

2.Знайти рН та рОН шлункового соку людини, яким заповнено водневий

електрод, що з’єднаний у гальванічний елемент із насиченим каломельним електродом при 20 оС. ЕРС цього елемента 0,315 В, а потенціал каломель-

4.1. Перелік практичних завдань, які необхідно виконати на практичному

занятті:

– визначити рН однієї з біологічний рідин людини;

– визначити концентрацію розчину сильної кислоти чи основи.

4.2. Інструкції по виконанню практичних завдань

4.2.1 Визначити рН однієї з біологічний рідин людини Вимірювання величини рН досліджуваної рідини проводять з використан-

ням рН-метра-мімівольтметра рН-150М у наступній послідовності:

1)за необхідності під’єднати комбінований електрод ЕСК-10301 (в ньому суміщений робочий скляний електрод та електрод порівняння – хлорсрібний електрод) до приладу через гніздо «ВХОД» (рис. 4.4);

2)натиснути кнопку «ВКЛ» на приладі;

3)встановити температуру розчину натискаючи кнопку «РЕЖИМ» до встановлення одиниці вимірювання «оС» та, обертаючи ручку «РУЧН.ТЕМП.»;

4)перейти в режим вимірювання рН, натискаючи кнопку «РЕЖИМ» до встановлення одиниць вимірювання «рН»;

43

Рис. 4.4 рН-метр-мілівольтметр рН-150М

1– панель приладу;

22 – індикатор;

3 – ручка встановлення температури; 4 – ручка для калі бровки за буферним розчином;

5 – гніздо для підключення комбінованого (вимірювального) електроду, «ВХОД»;

7троду, «ВСП.».

5)занурити електроди у досліджуваний розчин, який попередньо наливають

ухімічний стакан, і проводять відлік величини рН після їх встановлення, час якого залежить від буферної ємності;

6)після проведення вимірювань промити електроди дистильованою водою і занурити у воду або 0,1 М розчин хлоридної кислоти.

4.2.2. Визначити концентрацію розчину сильної кислоти чи основи У стаканчик для титрування налити піпеткою 10,0 см3 задачі-розчину і по-

містити його на магнітну мішалку. Відповідно до завдання вибрати електроди

– порівняння та індикаторний і занурити їх у досліджуваний розчин. Якщо необхідно, можна долити дистильованої води та перемішати розчин. Вибрані електроди підключити до рН-метра рН-150М для вимірювання ЕРС.

Записати схему гальванічного елемента із вибраних електродів, наприклад:

(–) Ag | AgCl, KCl | скляна мембрана | дослідж. р-н | KCl, AgCl | Ag (+)

Заповнити бюретку титрантом і виміряти ЕРС кола, або величину потенціалу індикаторного електрода

Додати з бюретки порцію (1,0 см3) титранта, перемішати розчин магнітною

треба додавати порціями по 0,1 см3. Титрування продовжувати доти, поки значення E/ V почне зменшуватися приблизно до 20 мВ/см3 і нижче. Після цього титрант додають ще 5 разів по 1 см3 і закінчують титрування.

44

Результати титрування занести у таблицю 4.1.

За експериментальними даними побудувати два графіки: інтегральну та диференціальну криві потенціометричного титрування, знайти еквівалентні точки та об’єм титранта і розрахувати концентрацію досліджуваного електроліту (див. рис. 4.2).

5. Підведення підсумків та зарахування роботи

Заняття № 5

Тема. Сорбція біологічно-активних речовин на рухомих межах поділу фаз

1. Актуальність теми

Явища, які відбуваються у живих організмах у нормі і при патології характеризуються зміною величини поверхневого натягу. Отже, названа величина може використовуватися для оцінки стану профілактичної чи лікувальної роботи.

2.Навчальні цілі:

–робити висновки щодо поверхневої активності речовин на підставі їх будови;

–аналізувати особливості будови поверхневого шару адсорбованих молекул поверхнево-активних сполук, пояснювати принципи будови біологічних мембран;

–аналізувати рівняння адсорбції та межі їх використання, розрізняти мономолекулярну та полімолекулярну адсорбцію;

–інтерпретувати фізико-хімічні властивості білків, що є структурними компонентами всіх тканин організму.

3.Матеріали домашньої самостійної роботи

3.1. Засвоїти матеріал навчальної програми

Поверхневі явища та їх значення в біології та медицині. Поверхневий натяг рідин та розчинів. Ізотерма поверхневого натягу. Поверхнево-активні та пове- рхнево-неактивні речовини. Поверхнева активність. Правило Дюкло-Траубе. Адсорбція на межі поділу рідина-газ та рідина-рідина. Рівняння Гіббса. Оріє-

45

нтація молекул поверхнево-активних речовин у поверхневому шарі. Уявлення про структуру біологічних мембран.

3.2. Блок інформації

Величина поверхневого натягу належить до фізико-хімічних констант, а його зміна характеризує явище адсорбції, утворення та руйнування емульсій, функціонування мембран, стійкість та коагуляцію колоїдних розчинів, змочування , тощо.

Поверхнево-активні речовини (ПАР) – це основне джерело забруднення біосфери. Наявність дифільних молекул ПАР у природних водоймищах порушує кисневий режим, веде до знищення флори та фауни, змінює якість води. В зв’язку з цим для ПАР введено гранично допустиму концентрацію (ГДК) – 0,5 мг/л, а в промисловості дозволяється застосовувати тільки ті із них, які здатні розкладатись у природних умовах.

Вивчаючи дифільні молекули білків Давсон і Даніеллі (1935 р.) встановили, що подвійні шари ліпідів (ліпідний бішар) володіють властивостями, характерними для мембран живих клітин. Робертсон (1959 р.) довів тришаровість будови елементарної мембрани – центральний полярний шар складається із ліпідів, розміщених між двома шарами білків. Сінгер і Нікольсон (1972 р.) запропонували рідинно-мозаїчну модель мембрани, згідно якої білкові молекули плавають у рідкому ліпідному бішарі, утворюючи своєрідну мозаїку. Основою всіх цих припущень є полярність білкових молекул та наявність взаємодій на рухомих межах поділу фаз.

3.3.Література

1.Мороз А.С. , Луцевич Д.Д. , Яворська Л.П. Медична хімія (2-ге вид.).– Вінниця: Нова Книга, 2008.– С. 562–576.

2.Медицинская химия/ В.А. Калибабчук, Л.И. Грищенко, В.И. Галинская и др.; под ред. В.А. Калибабчук.– К.: Медицина, 2008.– С. 217– 224.

3.Мороз А. С., Ковальова А.Г. Фізична та колоїдна хімія. – Львів: Світ, 1994. – С. 163-173.

4.Дулицкая Р.А., Фельдман Р.И. Практикум по физической и коллоидной химии. – М.: Высшая школа, 1978. – С. 246-248.

3.4.Матеріали для самоконтролю

а) Дати письмові відповіді на контрольні запитання

1.Що таке вільна поверхнева енергія та які причина її виникнення?

2.Що таке поверхневий натяг, одиниці виміру, фактори, які впливають на його величину.

3.Навести ізотерми поверхневого натягу і адсорбції поверхнево-активних речовин на межі рідина– газ та дати їх пояснення.

4.Які речовини відносяться до поверхнево-активних (ПАР) і поверхневоінактивних (П-інАР). Навести приклади.

46

5.У чому особливості будови молекул ПАР?

6.Як орієнтуються молекули ПАР у поверхневому шарі вода– повітря; бензол– вода (подайте схему). Сформулюйте правило Дюкло-Траубе.

7.Що таке поверхнева активність, одиниці виміру, фактори, які впливають на її величину та зв’язок її з адсорбцією.

8.Що таке питома поверхня адсорбента (частинок дисперсної фази) та як її розрахувати.

9.За якою формулою вираховують площу, яку займає молекула ПАР у поверхневому шарі.

10.Як розрахувати товщину мономолекулярного шару ПАР?

11.Як побудовані біологічні мембрани.

б) Задачі для самоконтролю

Алгоритми розв’язання типових задач

Задача 1. Визначити величину і знак адсорбції при 10 °С розчину, який вміщує 50 мг/дм3 пеларгонової кислоти С8Н17СООН. Поверхневий натяг води 74,22·10–3 Дж/м2, досліджуваного розчину 57,0·10–3 .

Алгоритм розв’ язання

1. Адсорбцію на межі розчин– газ кількісно визначають за зміною поверхневого натягу, використовуючи рівняння Гіббса:

Т– температура, К;

σ – зміна поверхневого натягу зі зміною концентрації

CПАР, Дж·м/моль

2.Визначити адсорбцію розчину:

3. Оскільки σ2<σ1, то адсорбція Г>0 позитивна, а пеларгонова кислота – ПАР.

Задача 2. Вирахувати питому поверхню золю сульфіду арсену(III), середній діаметр частинок якого дорівнює 1·10–7 м, а густина – 3,43·10 3 кг/м3.

Алгоритм розв’ язання.:

1. Розрахувати радіус частинки:

r = d = 10−7 = 5 ×10−8 м. 2 2

47

2. Питома поверхня адсорбенту – це площа поверхні частинок (Sпит=4pr2) в

одиниці об’єму (V = 4 πr3 ) або одиниці маси (m) речовини. Приймаючи,

3

що частинки дисперсної фази мають сферичну форму одержуємо:

в) Задачі для самостійного розв’язання

1.Визначити поверхневий натяг аніліну на межі з повітрям при 292 К, якщо методом найбільшого тиску бульбашок одержано такі результати: тиск бульбашки при прориву плівки води дорівнює 11,82·102 Дж/м2, а у аніліну –

711,5 Дж/м2. Поверхневий натяг води s0=72,55·10–3 Дж/м2.

Відповідь: 43,67·10–3 Дж/м2.

2.Визначити питому поверхню суспензії каоліну (r=1,8·10–3 кг/м3), якщо її частинки вважати кулястої форми з середнім діаметром 0,5·10–6 м. Суспензію вважати монодисперсною.

Відповідь: 4,8·103 м2/кг

3.Визначити величину і знак адсорбції (моль/м2) для розчину хлориду кальцію з концентрацією 20 % при 293 К, якщо поверхневий натяг цього розчину дорівнює 80·10–3 Дж/м2, води 73·10–3 Дж/м2, густина розчину дорів-

нює 1,177 г/см3.

Відповідь: –2,86·10 –6 моль/м2.

4.Визначити величину і знак адсорбції при 15 оС для водного розчину, що містить 49 г/дм3 ацетону, якщо поверхневий натяг цього розчину дорівнює 59,4·10–3 Дж/м2. Поверхневий натяг води при тій же температурі 73,49·10–3

Дж/м2. Густина розчину 0,990 г/см3.

Відповідь: 5,8·10–6 моль/м2.

5. Для водних розчинів капронової кислоти з концентрацією 0,005 та 0,01 моль/дм3 при 273 К поверхневий натяг відповідно дорівнює 65,8·10–3 і 60,05·10–3 Дж/м2. Вирахувати величину адсорбції в моль/м2.

Відповідь: 3,82·10–6 моль/м2.

4. Матеріал для авдиторної роботи

4.1. Перелік практичних завдань, які необхідно виконати на практичному занятті:

–навчитися визначати поверхневий натяг на межі рідина– газ за методом Ребіндера;

–навчитися вираховувати величину адсорбції за рівнянням Гіббса.

48

8.Для виконання завдання лабораторної роботи необхідно визначити методом Ребіндера поверхневий натяг 4-х розчинів спирту (ізоамілового або ізобутилового) з різною концентрацією, починаючи з розчину з найменшою концентрацією. Визначення різниці рівня рідини у трубках манометра 3 проводять для кожного розчину не менш 3-х разів. Одержані експериментальні дані заносять у таблицю 5.1.

9. Поверхневу активність g = dσ розраховують методом найменших різниць

10.За рівнянням Гіббса визначають величину адсорбції спирту на межі поділу фаз розчин– повітря

Г = - Сcp × Dσ

RT DC

11.За одержаними експериментальними даними будують ізотерму адсорбції в координатах: вісь ординат – Г (моль/м2), вісь абсцис – концентрація спирту С (моль/дм3).

12.Зробити висновок про залежність величини адсорбції на межі рідина– газ від концентрації речовину.

4.2.2.Вивчення впливу довжини радикалу в молекулі ПАР на поверхневу активність

1.Визначити К для капіляра приладу Ребіндера, як описано в попередньому завданні (п. 4.2.1.)

2.Визначити поверхневий натяг розчинів спиртів гомологічного ряду

(СН3ОН, С2Н5ОН, С3Н7ОН, С4Н9ОН, С5Н11ОН) з концентрацією 0,1 моль/дм3.

3.Побудувати графік в координатах: вісь абсцис – число атомів карбону, вісь ординат – поверхневий натяг (Дж/м2).

4.Розрахувати: на скільки збільшується Ds при зростанні довжини радикалу. Чи виконується правило Дюкло– Траубе?

50