методичка_по_химии

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ХИМИЯ

(модуль I)

Учебное пособие

Ростов-на-Дону

2015

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Кафедра общей и клинической биохимии №1 с курсом неорганической и органической химии

З.И. Микашинович, Т.Д. Лосева, Н.Р. Телесманич, Н.С. Ломаковский, О.Г. Саркисян, А.В. Летуновский, Э.А. Решетникова, Т.Э. Харатян, Е.В. Ветрова

ХИМИЯ

(модуль I)

Учебное пособие

Ростов-на-Дону

2015

2

ББК: УДК: Аз

Составлено на кафедре общей и клинической биохимии №1 З.И. Микашинович, Т.Д. Лосевой, Н.Р. Телесманич, Н.С. Ломаковским, О.Г. Саркисяном, А.В. Летуновским, Э.А. Решетниковой, Т.Э. Харатян, Е.В. ветровой. Химия (модуль I): Учебное пособие / З.И. Микашинович, Т.Д. Лосева, Н.Р. телесманич, Н.С. Ломаковский, О.Г. Саркисян, А.В. Летуновский, Э.А. Решетникова, Т.Э. Харатян, Е.В. Ветрова – Ростов н/Д: Изд-во РостГМУ,

2015. – 196 с.

Учебное пособие составлено на основании Федерального государственного образовательного стандарта по специальности 060101 «Лечебное дело» и 060103 «Педиатрия» в соответствии с учебным планом по дисциплине «Химия».

Предназначено для студентовй медицинских вузов.

Рецензенты:

Гафиятуллина Г.Ш., профессор по кафедре нормальной физиологии ГБОУ ВПО РостГМУ Минздрава России, д.м.н.;

Горошинская И.А., руководитель биохимической лаборатории ФГУ «Ростовский научно-исследовательский онкологический институт» Минздравсоцразвития России, д.б.н., профессор

Рекомендовано к печати редакционно-издательским Советом ГБОУ ВПО РостГМУ Минздрава России.

Утверждено центральной методической комиссией ГБОУ ВПО РостГМУ Минздрава России. Протокол №___ от ________. 2015 г.

Утверждено учебно-методическим Советом педиатрического факультета ГБОУ ВПО РостГМУ Минздрава России. Протокол №_______ от

__________.2015 г.

Одобрено на заседании кафедры общей и клинической биохимии№1 с курсом неорганической и органической химии. Протокол №____ от

_______________2015 г.

©ГБОУ ВПО РостГМУ Минздрава России, 2015

©Микашинович З.И., Лосева Т.Д., Н.Р. Телесманич,

Ломаковский Н.С., Саркисян О.Г., Летуновский А.В., Решетникова Э.А., Т.Э. Харатян, Е.В. Ветрова, 2015

3

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. СТРОЕНИЕ АТОМА И ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ.

БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ……………………………………………….10

1.1.Квантово-механическая модель строения атома…………………….10

1.2.Периодический закон Д.И. Менделеева…………………………….13

1.2.1.Периодическая система Д. И. Менделеева…………………….13

1.2.2.Типы химических элементов…………………………………...15

1.3.Химическая связь и типы взаимодействия молекул………………...17

1.3.1.Ковалентная связь……………………………………………….18

1.3.2.Ионная связь……………………………………………………..19

1.3.3.Металлическая связь…………………………………………….20

1.4.Биогенные элементы…………………………………………………..20

1.4.1.Классификация по количественному содержанию

ворганизме………………………………………………………20

1.4.2.Классификация по функциональной роли в организме……….26

1.5.Нарушения обмена микроэлементов (микроэлементозы)…………..27

2.ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ И КИНЕТИКИ…29

2.1.Термодинамические системы и процессы.

Стандартное состояние………………………………………………..29

2.2. Основные понятия термодинамики: внутренняя энергия,

работа, теплота………………………………………………………..31

2.3.Первое начало термодинамики. Энтальпия…………………………32

2.4.Закон Гесса. Применение первого начала термодинамики

кбиосистемам………………………………………………………….34

2.5.Второе начало термодинамики. Энтропия. Энергия Гиббса.

прогнозирование направления самопроизвольно протекающих процессов………………………………………………………………35

2.6.Примеры экзергонических и эндергонических

4

процессов, протекающих в организме. Принцип энергетического

сопряжения…………………………………………………………………….37

2.7.Скорость реакции: средняя и истинная.

Закон действующих масс…………………………………………….38

2.8.Классификация реакций, применяющихся в кинетике…………….41

2.9.Зависимость скорости реакции от концентрации.

Молекулярность элементарного акта реакции.

Порядок реакции. Кинетические уравнения реакций первого и нулевого порядков. Период полупревращения………….44

2.10. Зависимость скорости реакции от температуры.

Температурный коэффициент скорости реакции и его особенности для биохимических процессов.

Энергия активации…………………………………………………...47

2.11.Катализ гомогенный и гетерогенный.

Ферментативный катализ……………………………………………50

2.12.Химическое равновесие. Обратимые и необратимые

реакции……………………………………………………………….53

2.13. Константа химического равновесия. Прогнозирование

смещения химического равновесия…………………………………54

3.РАСТВОРЫ: КОЛЛИГАТИВНЫЕ СВОЙСТВА,

СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ.

ГЕТЕРОГЕННЫЕ РАВНОВЕСИЯ………………………………………..56

3.1Особенности физико-химических свойств воды…………………56

3.2.Растворимость, коэффициент растворимости.

Факторы, от которых зависит растворимость веществ………….59

3.3.Способы выражения концентрации растворов………………….62

3.4.Коллигативные свойства растворов……………………………...65

3.5.Теория растворов и сильных электролитов. Ионная сила растворов, коэффициент активности и активность ионов……….73

3.6.Электрическая проводимость растворов. Жидкости и ткани

5

организма, как проводники электричества второго рода………..76

3.7.Ионное произведение воды……………………………………….79

3.8.Методы определения рН растворов. Индикаторы………………81

3.9.Гетерогенные равновесия. Константа растворимости.

Условия образования и растворения осадков……………………….84 4. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ХИМИЧЕСКИХ РАВНОВЕСИЙ И

ПРОЦЕССОВ В ФУНКЦИОНИРОВАНИИ ЖИВЫХ СИСТЕМ……….85

4.1. Протолитическая теория кислот и оснований.

Протолитические реакции. Понятия о кислотах и основаниях…….85

4.2. Ионизация слабых кислот и оснований. Константа диссоциации слабых кислот и оснований.

Закон разведения Оствальда………………………………………….96

4.3.Гидролиз солей. Степень и константа гидролиза…………………..98

4.4.Амфолиты. Изоэлектрическая точка……………………………….103

4.5.Понятие о буферном действии, гомеостазе и

стационарном состоянии живого организма……………………….103

4.6.Буферные системы: определение, классификация………………...105

4.7.Зона буферного действия и буферная емкость.

Расчет рН протолитических систем………………………………..107

4.8.Механизм действия буферных систем……………………………..109

4.9.Буферные системы крови: гидрокарбонатная, фосфатная,

гемоглобиновая, белковая………………………………………...110

4.10.Механизм сопряженного действия буферных систем…………...112

4.11.Понятие о кислотно-основном состоянии организма:

рН крови, ацидоз, алкалоз, щелочной резерв крови……………...112 5. ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ.

ХИМИЯ КОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ…………………………...118

5.1.Типы окислительно-восстановительных (редокс) реакций

ворганизме человека……………………………………………..118

5.2.Механизм возникновения электродного и

6

редокс-потенциалов. Уравнения Нернста-Петерса…………….119 5.3. Сравнительная сила окислителей и восстановителей.

Прогнозирование направления редокс-процессов по величинам редокс-потенциалов…………………………………..123

5.4.Физико-химические принципы транспорта электронов в электронотранспортной цепи митохондрий………………………125

5.5.Основные положения координационной теории Вернера.

Природа химической связи в комплексных соединениях………127

5.6.Классификация и номенклатура комплексных соединений……...134

5.7.Изомерия и пространственное строение комплексных

соединений……………………………………………………………137

5.8. Полидентатные лиганды. Хелатирование.

Конкуренция за лиганд или за комплексообразователь…………..140

5.9. Классы комплексных соединений: внутрикомплексные,

макроциклические, многоядерные, сэндвичевые………………….143

5.10. Устойчивость комплексных соединений в растворах.

Константа нестойкости комплекса………………………………..147

5.11. Представления о строении металлоферментов и других биокомплексных соединений……………………………………..…149

6. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ И ПОВЕРХНОСТНЫХ ЯВЛЕНИЙ………………………...152

6.1. Поверхностная энергия Гиббса и поверхностное натяжение Сорбция. Абсорбция. Адсорбция……………………………………152

6.2.Адсорбция. Уравнение Ленгмюра ………………………………...154

6.3.Поверхностно-активные (ПАВ) и поверхностно-неактивные вещества. Правило Траубе…………………………………………….160

6.4.Дисперсные системы и их классификация…………………………..162

6.5.Получение лиофобных коллоидных растворов.

Образование и строение мицелл……………………………………….165

6.6. Свойства лиофобных коллоидных растворов:

7

молекулярно-кинетические, оптические, диализ, электродиализ……...169

6.7. Устойчивость коллоидных растворов: седиментационная,

агрегативная. Факторы, влияющие на устойчивость лиозолей……173

6.8.Коагуляция. Пептизация…………………………………………….176

6.9.Грубодисперсные системы: суспензии, эмульсии, аэрозоли……..184

6.10.Электрокинетические явления в дисперсных системах:

электрофорез, электроосмос……………………………………….186

6.11.Мембраны и кровь как грубодисперсные системы………………189

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………………….195

8

ВВЕДЕНИЕ

Учебное пособие: «Химия (модуль I)» структурировано согласно разделам рабочей программы по учебной дисциплине: «Химия», содержит информационный блок к каждому практическому занятию.

Учебное пособие составлено на основании Федерального государст-

венного образовательного стандарта по специальности 060101 «Лечебное дело» и 060103 «Педиатрия» в соответствии с учебным планом по дисцип-

лине «Химия».

Предназначено для студентов медицинских вузов.

9

1. СТРОЕНИЕ АТОМА И ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ.

БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

1.1.Квантово-механическая модель строения атома

Воснову КММ положена квантовая теория атома, согласно которой электрон обладает как свойствами частицы, так и свойствами волны (о ме-

стоположении электрона в определенной точке можно судить не точно, а с определенной долей вероятности). Поэтому в КММ орбиты Бора заменили орбиталями («электронные облака» - области пространства в которых су-

ществует вероятность пребывания электрона). Состояние электрона в ато-

ме описывают с помощью 4 чисел, которые называют квантовыми.

Таблица 1.1.

Квантовые числа

Главное квантовое число n описывает среднее расстояние от орби-

тали до ядра; энергетическое состояние электрона в атоме. Чем больше значение n, тем выше энергия электрона и больше размер электронного облака. Если в атоме несколько электронов с одинаковым n, то они обра-

зуют электронные облака одинакового размера - электронные оболочки.

Орбитальное квантовое число l (азимутальное) описывает форму

10