Опыт № 1. Приготовление буферных смесей с различными значениями рН.

Методика: В три одинаковые пробирки наливают из бюреток 0,1 моль/л растворы уксусной кислоты и натрия ацетата в объемах, указанных в таблице.

Таблица №1

	ПРОБИРКА
	№1	№2	№3
Объем раствора кислоты, мл	9	5	1
Объем раствора соли, мл	1	5	9
Соотношение кислота: соль	9:1	1:1	1:9
Значение рН, найденное в опыте
Значение рН вычисленное

Прибавляют к каждому раствору по 3 капли раствора универсального индикатора. Сравнивают окраску растворов с окраской цветной таблицы. Записывают значение рН для каждого раствора. Рассчитывают теоретическое значение рН и записывают в таблицу. Сравнивают измеренные значения рН растворов с расчетными. Растворы сохраняют для проведения следующих опытов.

Опыт №2. Влияние разбавления на рН буферной смеси.

Методика: Берут две чистые пробирки и отбирают в них из пробирки №2 пипеткой 1,0 и 2,0 мл буферного раствора. Разбавляют отобранные растворы в 10 и 5 раз соответственно. Прибавляют к ним по 3 капли раствора универсального индикатора. Сравнивают окраску в пробирках до и после разбавления. Изменяется ли рН при разведении буферного раствора?

Опыт№3. Определение буферной емкости раствора по кислоте.

Методика: Из пробирок №2 и №3 опыта №1 с анализируемыми растворами буферных смесей отбирают пипеткой в колбы для титрования по 2,00 мл буфера, добавляют 2 капли раствора метилового оранжевого и титруют раствором соляной кислоты С(HCI) = 0,1 моль/л до получения окраски индикатора, одинаковой с окраской раствора «свидетеля». Раствор «свидетеля» готовят следующим образом: в колбу для титрования помещают 2 мл буферного раствора с соотношением компонентов кислота: соль – 9:1 (раствор №1, опыт №1), добавляют 2 капли раствора метилового оранжевого, раствор перемешивают.

Записывают объемы кислоты, значение рН растворов. Повторяют титрование 2 раза. Все данные записывают в таблицу.

Таблица №2

Анализируемый раствор	Результаты анализа
	Vр-ра, мл	рН1 (до титрования)	Vкислоты, мл	рН2 (после титрования)	В, моль/л
Раствор№2
Раствор№3

Для каждого определения рассчитывают значение буферной емкости анализируемых растворов. Сравнивают полученные результаты, формулируют выводы.

Вопросы к защите работы.

1. Приведите примеры буферных систем с рН больше или меньше 7 при равных концентрациях кислоты и сопряженного основания.

2. Как изменится буферная емкость при разведении буфера? Изменится ли при этом рН?

Основная литература: 1- 7.

Дополнительная литература: 1-24.

Занятие №5

Тема: Комплексообразование. Свойства комплексных соединений. Гетерогенное равновесие. Окислительно-восстановительное равновесие.

Значение темы: Изучение темы будет способствовать формированию способности анализировать социально-значимые проблемы и процессы, использовать на практике методы естественнонаучных, медико-биологических наук в различных видах профессиональной и социальной деятельности, способности реализовать этические и деонтологические аспекты врачебной деятельности в общении с коллегами, способности выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, использовать для их решения соответствующий физико-химический и математический аппарат, способности к формированию системного подхода к анализу медицинской информации, основанной на поиске решений с использованием теоретических знаний и практических умений в целях совершенствования профессиональной деятельности, способности использовать нормативную документацию, принятую в здравоохранении, терминологию, международные системы единиц (СИ), действующие международные классификации, способностью и готовностью изучать научно-медицинскую информацию, отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования, способностью и готовностью к участию в освоении современных теоретических и экспериментальных методов исследования.

Цель занятия: Студент должен

Знать:

• правила техники безопасности и работы в химических лабораториях с реактивами, приборами;

• физико-химическую сущность процессов, происходящих в живом организме на молекулярном, клеточном, тканевом, органном уровнях;

• основные типы химических равновесий (протеолитические, гетерогенные, лигандообменные, окислительно-восстановительные) в процессах жизнедеятельности;

• основы химии гемоглобина, его участие в газообмене и поддержании кислотно-основного состояния;

Уметь:

• пользоваться физическим, химическим и биологическим оборудованием;

• прогнозировать направление и результат физико-химических процессов и химических превращений биологически важных веществ;

• производить расчеты по результатам эксперимента,

• пользоваться учебной, научной, научно-популярной литературой, сетью Интернет для профессиональной деятельности;

• пользоваться номенклатурой IUPAC для составления названий по формулам типичных представителей биологически важных веществ и лекарственных препаратов;

Вопросы для изучения темы

1. Комплексные соединения. Координационная теория Вернера. Строение комплексных соединений.

2. Классификация и номенклатура. Получение комплексных соединений.

3. Внутрикомплексные соединения и их роль в биологических процессах. Полидентатные лиганды. Строение активного центра биологических комплексов: хлорофилла, гемоглобина, цианкобаламина, каталазы. Токсичность солей тяжелых металлов, взаимодействие их с комплексами биогенных металлов.

4. Антидоты: унитиол, комплексоны, британский антилюизит (БАЛ), тетацин, пенициламин.

5. Устойчивость комплексных соединений в растворах. Первичная и вторичная диссоциация комплексных соединений. Константа устойчивости и константа нестойкости комплексного иона и их взаимосвязь с устойчивостью комплекса.

6. Комплексонометрическое титрование. Определение жесткости воды комплексонометрическим методом. Динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) – трилон Б. Металлиндикаторы – кислотный хромовый черный (эриохром черный Т).

7. Гетерогенные равновесия и процессы. Константа растворимости. Условия образования и растворения осадков. Реакции, лежащие в основе образования неорганического вещества костной ткани гидроксидфосфата кальция. Явление изоморфизма: замещение в гидроксидфосфате кальция гидроксид ионов на ионы фтора, ионов кальция на ионы стронция. Остеотропность металлов.

8. Механизм функционирования кальциевого буфера.

9. Реакции, лежащие в основе образования конкрементов: уратов, оксалатов, карбонатов. Применение хлорида кальция и сульфата магния в качестве антидотов.

10. Классификация и сущность методов осадительного титрования. Аргентометрия.

11. Электронная теория окислительно-восстановительных реакций (ОВР) (Л.В.Писаржевский).

12. Окислительно-восстановительные свойства элементов и их соединений в зависимости от положения элемента в Периодической системе элементов и степени окисления элементов в соединениях.

13. Сопряженные пары окислитель-восстановитель. Окислительно-восстановительная двойственность.

14. Типы окислительно-восстановительных реакций: межмолекулярные, внутримолекулярные, диспропорционирования. Составление окислительно-восстановительных реакций методом электронного и ионно-электронного баланса.

15. Механизм возникновения электродного и редокс-потенциалов. Стандартные, реальные, формальные электродные и окислительно-восстановительные потенциалы (редокс-потенциалы). Уравнение Нернста-Петерса. Сравнительная сила окислителей и восстановителей.

16. Стандартное изменение энергии Гиббса и Гельмгольца окислительно-восстановительной реакции. Прогнозирование направления протекания ОВ реакций по разности ОВ потенциалов. Влияние лигандного окружения центрального атома на величину редокс-потенциала. Влияние среды и внешних условий на направление окислительно-восстановительных реакций и характер образующихся продуктов.

17. Классификация и сущность методов окислительно-восстановительного титрования. Перманганатометрия, иодометрия.

Вопросы для самоконтроля знаний

Дополните фразы:

1. Комплексные соединения – соединения, ……..

2. Комплексные соединения состоят из …… и ….., образующих внутреннюю сферу, и внешней сферы.

3. С позиций теории валентных связей химическая связь между комплексообразователем и лигандом осуществляется ………….

4. Комплексообразователи – атомы или ионы, …… электронных пар.

5. Роль комплексообразователя чаще выполняют …. и …….элементы.

6. Лиганды – это молекулы и ионы – ………электронных пар.

7. Формулы лигандов, имеющих названия: аква – ….; аммин – …; гидроксо – ….; циано – ….^-; тиосульфато – ….; нитро – ….; хлоро – ….; тиоцианато – …..

8. Заряд внутренней сферы определяется как алгебраическая сумма ……….

9. Внешняя сфера комплексного соединения – это …… противоположного знака, нейтрализующие ….. комплексного иона и связанные с ним ……. связью.

10. Катионными являются комплексные соединения, внутренняя сфера которых имеет ……. заряд.

11. Анионными являются комплексные соединения, внутренняя сфера которых имеет …… заряд.

12. Математическое выражение Кн([Co(NH₃)₆]³⁺) имеет вид: …………

13. Чем меньше константа нестойкости, тем комплекс ……. устойчив.

14. Дентатность - число связей, …………

15. Комплексообразователем в хлорофилле является ион ……, в молекуле цианокобаламина – ион ……., в гемоглобине - ион ……, в цитохромах – ион ……, в каталазе – ион …...

16. Лигандом в гемоглобине является ………...

17. Основные физиологические формы гемоглобина: ……..

18. Биологическая роль гемоглобина – транспорт ………

19. Хелатотерапия – ………. организма при помощи …….. на основе образования устойчивых ……….. соединений с ……………. - токсикантов.

20. Осадок образуется, если в растворе произведение концентраций ионов в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам …….. константы растворимости.

21. В ненасыщенном растворе Ks …. Пс.

22. Необходимое условие растворения осадка: Ks …. Пс.

23. Чем меньше константа растворимости труднорастворимого электролита, тем ……. его растворимость.

24. Если Ks(PbSO₄)=1,6∙10^-8; Ks(SrSO₄)=3,2∙10^-7; Ks(CaSO₄)=1,3∙10^-4, то растворимость меньше у …….

25. Если Ks(ВаSO₄)=1,1∙10^-10; Ks(SrSO₄)=3,2∙10^-7; Ks(CaSO₄)=1,3∙10^-4, то растворимость больше у ……

26. В насыщенный раствор карбоната серебра внесли кристаллы карбоната кальция. Растворимость Ag₂CO₃ при этом …….

27. Растворимость электролитов в последовательности: CaHPO₄→ Ca₄H(PO₄)₃→ Ca₅(PO₄)₃OH постепенно понижается, поэтому более устойчивой формой фосфата кальция в организме является ………

28. В состав зубной эмали входит Ca₅(PO₄)₃F. Использование фторсодержащих зубных паст приводит к …….. Пс, Кs ………….

29. К разрушению зубной ткани, в состав которой входит Ca₅(PO₄)₃OH, будут приводить: ……. рН слюны, ……… концентрации Ca²⁺ в слюне.

30. Окислитель (Ox) – частица, ……………...

31. Восстановитель (Red) – частица, ………….

32. Восстановление – процесс, в ходе которого окислитель……….. и переходит в сопряжённую ……… форму.

33. Окисление – процесс, в ходе которого восстановитель ………. и переходит в сопряжённую ……. форму.

34. Степень окисления – ………………...

35. Заполните таблицу:

Характерные степени окисления для некоторых элементов

Элементы	Степень окисления
Щелочные металлы
Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd
F
H
O
N,Р
S
С
Cl, Br, I
Fe
Mn
Cr
B, Al, Ga, In, Sc, Y, La и большинство лантанидов

36. Окислительно-восстановительными называют процессы, сопровождающиеся………….

37. Форма записи в общем виде сопряженной окислительно-восстановительной пары:……..

38. Для реакции: 3H₂O₂ + 2KMnO₄ → 3O₂ + 2MnO₂ + 2H₂O + 2KOH сопряженные окислительно-восстановительные пары имеют вид:…………..

39. Стандартным называют потенциал, определенный в стандартных условиях: ………...

40. Потенциал водородного электрода при стандартных условиях принят равным ……….

41. Отрицательное значение потенциала говорит о том, что восстановленная форма обладает ……. выраженными восстановительными свойствами, чем Н₂.

42. Положительное значение потенциала говорит о том, что окисленная форма обладает ……… выраженными окислительными свойствами, чем ионы водорода.

43. Уравнение Нернста-Петерса для расчета окислительно-восстановительного потенциала системы в реальных условиях: ………….

44. Формула для расчета формального окислительно-восстановительного потенциала системы:………..

45. В биологических системах при Т=310К потенциал называют ………… потенциалом.

46. Энергию Гиббса окислительно-восстановительного процесса рассчитывают по формуле: ………

47. Стандартное значение электродвижущей силы (ЭДС) рассчитывается по формуле:……….

48. Чем ……… разность стандартных окислительно-восстановительных потенциалов, тем редокс-процесс протекает в большей степени.

49. Наиболее сильный окислитель взаимодействует с ….. восстановителем с образованием наиболее ……… окислителя и восстановителя.

50. Чем ……… К равновесия, тем процесс идет полнее.

51. Важнейшие коферментные формы ферментов класса оксидоредуктаз: ……………

52. Активные формы кислорода: ………….

53. Антиоксиданты — соединения, способные …….

54. Первую линию защиты от свободных радикалов составляют антиоксидантные ферменты, такие как……..

55. Витамины антиоксиданты: ………..

56. Перманганатометрия относится к методам ……… титрования.

Ситуационные задачи

1. Определите степень окисления комплексообразователя в следующих комплексных соединениях: [Co(H₂O)₅Cl]SO₄, K₂[HgJ₄], [Zn(NH₃)₄]Cl₂, [Pt(NH₃)₂Cl₂J₂], Na₃[Al(OH)₆], K₂[SiF₆], Na₂[PtCl₄], Mg[Pt(CN)₆], [Ag(NH₃)₂]Cl, [Pt(NH₃)₆]Cl₄. Назовите эти соединения. Какие из них катионные, анионные, не электролиты?

2. Запишите выражения для констант нестойкости следующих комплексных соединений: [Ni(NH₃)₄](OH)₂, K₂[HgJ₄], Na₃[Al(OH)₆], K₂[BiJ₄], [Cr(H₂O)₃Cl₃], [Cr(NH₃)₆Cl₃], Na₃[Cr(OH)₅Cl], K₃[Fe(CN)₆].

3. На титрование 50 мл воды с эриохромом черным Т было затрачено 4,58 мл раствора комплексона III с молярной концентрацией 0,05114 моль/л. Рассчитайте жесткость воды. Запишите химизм реакций, находящихся в основе количественного определения жесткости воды.

4. Отразите химизм взаимодействия унитиола (2,3-димеркаптопропансульфоната натрия) с солями токсичных металлов (ртуть, мышьяк).

5. Структурными формулами отразите строение активного центра биологических комплексов: хлорофилла, гемоглобина, цианкобаламина, каталазы.

6. Сформулируйте правило константы растворимости (произведения растворимости). Запишите выражения констант растворимости для сульфата кальция и карбоната кальция. Используя справочные данные, сравните их растворимость.

7. В растворе присутствуют в равных концентрациях сульфат- и карбонат-ионы. В каком порядке будут образовываться осадки сульфата и карбоната кальция при постепенном добавлении раствора, содержащего ионы кальция?

8. Сформулируйте условия растворения осадка. При помощи каких приемов и химических реакций можно растворить осадок оксалата кальция (СаC₂O₄)?

9. В какой последовательности будут выпадать осадки, если к раствору, содержащему в равных концентрациях ионы Ва²⁺ Sr²⁺ Ca²⁺ Pb²⁺, постепенно приливать раствор Na₂SO₄?

10. Определите степень окисления серы в следующих соединениях: SO₂, H₂S, Na₂SO₄, CS₂, H₂SO₃, As₂S_3.

11. Какие из следующих реакций являются окислительно-восстановительными?

NH₄NO₃ → N₂O + 2H₂O

NH₄Cl → NH₃ +HCl

2CuJ₂ → 2CuJ + J₂

3J₂ + 6KOH→ KJO₃ + 5KJ + 3H₂O

12. Какие из приведенных процессов представляют собой окисление и какие – восстановление?

K → K⁺; Cl^- → ClO^3-; S → SO₄^2-; 2H⁺ → H₂; MnO₄^- → Mn²⁺.

13. Допишите уравнения, расставьте коэффициенты используя метод электронного или ионно-электронного баланса:

Н₂О₂ + KMnO₄ + H₂SO₄ → MnSO₄ + O₂ + …

Na₂HAsO₃ + KBrO₃ + HCl → Na₂HАsO₄ + Br₂ + …

Si + HNO₃ + HF → H₂SiF₆ + NO + …

AsH₃ + HСlO₃ → H₃АsO₄ + НСl

K₂Cr₂O₇ + K₂SO₃ + H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + …

Н₂О₂ + НIO₄ → I₂ + O₂ + …

Fe₂O₃ + NaNO₃ + NaOH → Na₂FeO₄ + NaNO₂ + …

14. Используя значения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов и учитывая условия направленности процесса, определите, может ли хлор в стандартных условиях окислить:

воду до пероксида водорода;

бромид ион до брома;

ион железа (II) до иона железа (III);

ион марганца (II) до перманганат - иона?

15. Смешали 20 мл раствора хлорида железа (III) с концентрацией 0,05 моль/л и 25 мл раствора хлорида железа (II) с концентрацией 0,02 моль/л. Вычислите величину редокс-потенциала этой системы при Т = 298⁰К.

16. Точную массу магния перекиси (MgO₂^.MgO), равную 0,2132, растворили в 10 мл разведенной серной кислоты. На титрование лекарственного средства израсходовано 18,5 мл раствора перманганата калия с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/л. Напишите уравнение химической реакции, находящейся в основе количественного определения. Рассчитайте массовую долю MgO₂ в процентах.

17. Рассчитайте массовую долю аскорбиновой кислоты (М(C₆H₈O₆) = 176,13 г/моль) в процентах, если точную массу ее 0,1235 г растворили в воде и оттитровали раствором йода с молярной концентрацией эквивалента 0,098 моль/л. На титрование затрачено 14,0 мл раствора йода.

Лабораторная работа №5 «Определение общей жесткости воды», «Количественное определение пероксида водорода».