Работа 5 осмос

Явление осмоса и осмотическое давление играют исключительно важную роль в процессах регуляции биологических систем. Осмотическое давление – один из факторов, регулирующих состав крови и других жидкостей в организме.

Осмос – диффузия растворителя через полупроницаемую перегородку (мембрану) из растворителя в раствор или из раствора с меньшим осмотическим давлением в раствор с большим осмотическим давлением. Осмотическим давлением называют силу, приходящуюся на единицу площади, под действием которой осуществляется этот перенос растворителя.

Для разбавленных растворов неэлектролитов осмотическое давление связано с концентрацией согласно закону Вант-Гоффа:

(5.1),

где С – молярная концентрация раствора, моль/л, Т – температура, К, R – универсальная газовая постоянная, равная 8,31 . При подстановке величин концентрации и R в указанных единицах осмотическое давление получают в кПа.

Для разбавленных растворов электролитов в выражение для осмотического давления включается изотонический коэффициент i:

(5.2).

Изотонический коэффициент показывает, во сколько раз увеличивается число частиц растворенного вещества в результате диссоциации. Для растворов электролитов i>1. Определяя в эксперименте осмотическое давление растворов электролитов, можно найти степень диссоциации

(5.3)

В случае сильных электролитов эта величина является кажущейся степенью диссоциации. В настоящее время установлено, что сильные электролиты в растворах диссоциируют практически нацело. Однако в эксперименте, в частности при измерении осмотического давления, вычисленное значение оказывается меньше 1 (100 %), что объясняется наличием взаимодействий ионов между собой и с молекулами растворителя.

Растворы, у которых осмотическое давление одинаково, называются изотоническими. При их контакте через полупроницаемую мембрану осуществляется равновесный обмен молекулами растворителя. Если в контакте находятся два раствора с разным осмотическим давление, то раствор с большим осмотическим давлением называется гипертоническим, соответственно раствор с меньшим осмотическим давлением называется гипотоническим. Растворитель из гипотонического раствора диффундирует через мембрану в гипертонический раствор, стремясь выравнять осмотическое давление.

Система, отделенная от окружающей среды мембраной с избирательной проницаемостью, называется осмотической ячейкой. Все клетки живых организмов являются осмотическими ячейками, которые способны всасывать растворитель из окружающей среды или отдавать его в зависимости от концентраций растворов, разделенных мембраной.

При помещении клетки в гипотонический раствор вода проникает из окружающей среды в клетку, происходит набухание с появлением напряженного состояния клетки, называемого тургор. В растительном мире тургор помогает растению сохранять вертикальное положение и определенную форму. Если разница в концентрациях и соответственно осмотическом давлении наружного и внутреннего растворов достаточно велика, а прочность оболочки невелика, то осмос приводит к разрушению клеточной мембраны и лизису клетки. Если речь идет конкретно об эритроцитах, то такое разрушение клеточной мембраны с выделением гемоглобина в плазму называется гемолизом.

При помещении клетки в гипертонический раствор вода диффундирует из клетки, и происходит сжатие и сморщивание оболочки клетки, называемое плазмолизом. Гипертонические растворы способствуют плазмолизу микроорганизмов, что используется при консервировании овощей и фруктов, когда их помещают в концентрированные растворы соли или сахара.

Особенностью высших животных и человека является постоянство осмотического давления во многих физиологических системах и, прежде всего, в системе кровообращения. Постоянство осмотического давления называется изоосмией. Осмотическое давление в организм человека довольно постоянно и составляет 740-780 кПа. В медицинской и фармацевтической практике изотоническими (физиологическими) растворами называют растворы, характеризующиеся таким же осмотическим давлением, как и плазма крови. Такими растворами являются 0,9%-ный раствор NaCl и 5%-ный раствор глюкозы.

В клинической практике при исследовании сыворотки крови и мочи для учета их осмотических свойств используют осмолярность (осмолярную концентрацию) или осмоляльность (осмоляльную концентрацию).

Осмолярная концентрация (осмолярность) – суммарное молярное количество всех кинетически активных, т.е. способных к самостоятельному движению, частиц, содержащихся в 1 литре раствора, независимо от их формы, размера и природы. Осмолярность раствора связана с его молярной концентрацией соотношением С_осм.= iС. Ее выражают в миллиосмолях в литре раствора (мОсм/л).

Осмоляльная концентрация (осмоляльность) характеризует содержание кинетически подвижных частиц в миллиосмолях в 1 кг растворителя (мОсм/кг).

Биологические среды – разбавленные растворы, поэтому разница между их осмолярностью и осмоляльностью незначительна.

Цель работы.

Наблюдать явление осмоса на границе двух растворов, установить изотонические концентрации растворов электролитов.

Реактивы.

• Гексацианоферрат (III) калия K₄[Fe(CN)₆], раствор 0,05М (2%-ный).

• Сульфат меди CuSO₄, раствор 1 моль/л (16%-ный).

Оборудование и посуда.

• Химические стаканы на 50 или 100 мл.

• Цилиндры на 25 мл.

• Стеклянный капилляр.

Выполнение опыта

1. В стакан наливают разбавленный раствор K₄[Fe(CN)₆]. С помощью капилляра вводят в раствор соли каплю раствора CuSO₄. На границе капли происходит реакция с образованием нерастворимого соединения

K₄[Fe(CN)₆] + CuSO₄ = CuK₂[Fe(CN)₆]↓ + K₂SO₄

Нерастворимое соединение CuK₂[Fe(CN)₆] образует на поверхности капли полупроницаемую пленку. Так как раствор CuSO₄ обладает большим осмотическим давлением, то пленка CuK₂[Fe(CN)₆] пропускает внутрь капли воду из окружающего разбавленного раствора. При этом капля, раздуваясь, как бы “лопается”, разрывая перепонку.

2. Разбавляют исходный раствор CuSO₄ в два раза. Для этого наливают в цилиндр 10 мл исходного раствора, доливают дистиллированной водой до 20 мл. Перемешивают. Повторяют опыт, добавляя капилляром новый раствор в раствор K₄[Fe(CN)₆]. Наблюдают поведение капли. Записывают результат в таблицу.

3. Затем исходный раствор CuSO₄ разбавляют дистиллированной водой в 4, 8, 16 и т.д. раз, исследуя каждый раз поведение капли в том же растворе K₄[Fe(CN)₆] до тех пор, пока капля не будет оставаться в равновесии. Концентрации растворов CuSO₄ и наблюдения каждый раз записывают в таблицу.

При концентрациях CuSO₄ меньших, чем изотонические, вода из капли будет переходить в окружающий раствор.

Таблица

№ п/п	Концентрация раствора CuSO4, моль/л	Наблюдения
1	1
2	0,5
3	0,25
и т.д	и т.д.

По результатам наблюдений устанавливают концентрацию раствора CuSO₄, изотоничного 2%-ному раствору K₄[Fe(CN)₆].

Контрольные вопросы и задания.

1. Что называется осмосом и какова его роль в биологических системах?

2. Как рассчитывается осмотическое давление разбавленных растворов? Что называется изотоническим коэффициентом?

3. Какие растворы называются изотоническими, гипертоническими и гипотоническими? Какие растворы в медицине называют изотоническими?

4. Что происходит с живой клеткой при помещении ее в гипертонический и гипотонический раствор?

5. Найдите кажущуюся степень диссоциации хлорида бария в растворе с концентрацией 0,1 моль/л, который изотоничен при 20 ⁰С с раствором глюкозы с концентрацией 0,26 моль/л.

6. Каким является по отношению к плазме крови 2%-ный раствор глюкозы?

РАБОТА 6