medchem2

Приклад 2

Яка з амінокислот – глютамінова чи аспарагінова – мають більшу гідрофільність, якщо методом паперової хроматографії встановлено, що Rf для цих кислот при використанні фенолу як рухомої фази, води, як нерухомої фази, а паперу як інертного носія дорівнює, відповідно, 0,16 і 0,07? Відповідь мотивувати.

Розв’язок:

Якщо врахувати, що Rf дорівнює відношенню швидкості переміщення аналізованого компоненту до швидкості переміщення розчинника на папері. А також те, що нерухомою фазою є вода, то чим більш гідрофільною буде речовина, тим меншою буде її швидкість пересування по носію і меншим значення Rf. Отже, оскільки Rf аспарагінової кислоти менше, то ця амінокислота є більш гідрофільною.

Приклад 3

При використанні фенолу, як рухомої фази, води – як нерухомої фази, а паперу – як інертного носія, Rf для амінокислот – глютамінова кислота, глікокол та лейцин – виявився рівним, відповідно, 0,16, 0,30, 0,79. Який висновок можна зробити щодо відносної гідрофобності цих амінокислот (розташувати їх в ряд в порядку зростання гідрофобності)

Розв’язок:

Коефіцієнт розподілу Rf дорівнює відношенню швидкості переміщення аналізованого компоненту до швидкості переміщення розчинника на папері. Також відомо, що папір це гідрофільна речовина, тобто нерухомою рідиною на поверхні буде вода, а амінокислота, яка повільніше переміщується (має менше значення Rf), характеризується більшою гідрофільністю. Відповідно можливо розташувати амінокислоти в ряд в порядку зростання гідрофобності: глютамінова кислота, глікокол, лейцин.

Приклад 4

Як за допомогою іонітів очистити воду від натрій хлориду?

Розв’язок:

Щоб очистити воду від натрій хлориду за допомогою іонітів, необхідно пропустити воду через шар катіоніту, що містить катіони водню (позначимо такий катіоніт RH+), а потім – через шар аніоніту, що містить аніони гідроксилу (позначимо ROH–). Процеси очищення води можна представити

такими рівняннями:

RH+ + Na+ + Cl– → RNa+ + H+ + Cl–

ROH– + H+ + Cl– → RCl– + H+ + OH–

H2O

61

Приклад 5

Навести схему очищення води від іонів SO42– та HCO3– на аніоніті в OH−– формі.

Розв’язок:

a) 2ROH– +2H+ + SO42– → R2SO42– + 2H+ + 2OH–

2H2O

б) ROH– +H+ + HCO3– → RHCO3– + H+ + OH–

H2O

Приклад 6

Розрахувати масу іонів Ca2+ у розчині кальцій хлориду, якщо відомо, що на титрування фільтрату, отриманого при пропусканні його через аніоніт в Н+– формі, пішло 6 мл розчину калій гідроксиду з молярною концентрацією с(КOН) = 0,1 моль/л.

Дано: Знайти:

V(КOН) = 6 мл = 0,006 л m(Ca2+) -?

с(КOН) = 0,1 моль/л

Розв’язок:

1) Записати рівняння для розрахунку маси іонів за результатами титрування:

m(Ca2+) = с(КOН) V(КOН) М( 1 Ca2+)

2

2) Розрахувати масу іонів Ca2+:

m(Ca2+) = 0,1 моль/л·0,006л · 40 г/моль = 0,012г

2

Відповідь: m(Ca2+) = 0,012г

Приклад 7

Порівняйте поверхневу активність пропіонової та масляної кислот у водних розчинах, якщо відомо:

Чи виконується правило Дюкло-Траубе в заданому інтервалі концентрацій?

Розв’язок:

1) Розраховуємо для відповідних речовин величину поверхневневої

62

2) За правилом Дюкло-Траубе в гомологічному ряді карбонових кислот, спиртів, амінів при збільшенні довжини вуглеводневого ланцюга на одну

СН2–групу поверхнева активність речовин збільшується в 3 – 3,5рази:

(

(

Відповідь: Отже в заданому інтервалі концентрацій правило ДюклоТраубе виконується.

Приклад 8

Розрахуйте величину адсорбції пропіонової кислоти на твердому адсорбенті, якщо її рівноважна концентрація становить 0,22 моль/л, а константи в рівнянні Фрейндліха дорівнюють К = 0,50 моль/г, n = 0,45.

Розв’язок:

Розраховуємо величину адсорбції, використовуючи рівняння Фрейндліха:

Г = 0,50 л/г 0,220,45 моль/л = 0,253 моль/г = 253 ммоль/г

Відповідь: Г = 0,253 моль/г= 253 ммоль/г

Приклад 9

Обчислити адсорбцію органічної кислоти з водного розчину при 298 К, якщо рівноважна молярна концентрація її становить 0,1 моль/л а поверхнева активність дорівнює 8,9∙10−4 Дж∙м/моль.

(

Розв’язок:

Розраховуємо величину адсорбції, використовуючи рівняння Гіббса:

Відповідь: Г = 3,6 10-5 моль/м2

Приклад 10

При зменшенні концентрації новокаїну в розчині з 0,2 моль/л до 0,15 моль/л поверхневий натяг збільшився з 6,9 10-2 Дж/м2 до 7,1 10-2 Дж/м2. Розрахуйте величину адсорбції в цьому інтервалі концентрацій. Т = 293 К.

Розв’язок:

Розраховуємо величину адсорбції, використовуючи рівняння Гіббса:

Г RTСp ΔCΔσ ,

де Г – величина адсорбції розчиненої речовини; ср – рівноважна молярна концентрація розчиненої речовини, у вузьких інтервалах вимірювань

∆σ = σ2 – σ1, ∆C = C2 – C1; R - універсальна газова стала. Отже, величина адсорбції новокаїну дорівнює:

Відповідь: Г = 2,87·10-6 моль/м2

Приклад 11

Обчислити за рівнянням Ленгмюра адсорбцію ізоамілового спирту з

розчину, якщо рівноважна молярна концентрація його дорівнює 0,7 моль/л;

Гmax = 8,7∙10−12 моль/м2; К = 0,042, Т=293 К.

K = 0,042 моль/л = 42 моль/м3 Т = 293 К

Розв’язок:

Розраховуємо величину адсорбції, використовуючи рівняння Ленгмюра:

Відповідь: Г = 8,2 10-12 моль/м2

Приклад 12

25 мл розчину оцтової кислоти з молярною концентрацією 0,05 моль/л збовтували з 1 г активованого вугілля. Після досягнення рівноваги на титрування 5 мл розчину пішло 2 мл розчину гідроксиду натрію з молярною концентрацією 0,1 моль/л. Знайти величину адсорбції оцтової кислоти в моль/г.

Розв’язок:

1) Записуємо рівняння для розрахунку величини адсорбції з розчину на твердій поверхні:

m

2) Розраховуємо рівноважну молярну концентрацію Сp:

3) Розраховуємо величину адсорбції оцтової кислоти на вугіллі:

a 0,05 – 0,04 ·25·10- 3 = 2,5·10-4 моль/г 1

Відповідь: а = 2,5·10-4 моль/г

Приклад 13

Обчислити довжину (l0) та площу (S0) молекули ізопентанолу в насиченому адсорбційному шарі, якщо гранична адсорбція Гmax=7,6∙10−6 моль∙м–2, густина ізопентанолу ρ=0,81 г∙см−3, відносна молекулярна маса Мr=88.

65

Розв’язок:

1) Записуємо формули для розрахунку площі, що займає молекула ПАР, та довжини молекули ПАР:

(

2) Розраховуємо площу молекули ізопентанолу:

⁄

3) Розраховуємо довжину молекули ізопентанолу:

⁄ ⁄

⁄

Відповідь: S0 = 2,19 10-19 м2; l0 = 8,25 10-10 м

Приклад 14

Визначити граничну адсорбцію ізопентанолу Гmax, якщо площа, яка

припадає на одну молекулу в насиченому адсорбційному шарі, дорівнює

25∙10−20 м2.

Розв’язок:

1) Записуємо формулу для розрахунку площі, звідки виражаємо величину граничної адсорбції:

2) Розраховуємо граничну адсорбцію ізопентанолу:

⁄

Відповідь: Гmax = 6,64 10-6 моль/м2

Задачі для самостійного розв’язання

5.1Гідрофільність молекул глютамінової кислоти більше, ніж тирозину. Як

ця властивість відображається на величині Rf при використанні фенолу в якості нерухомої фази, а паперу в якості інертного носія.

5.2Встановити залежність Rf (в паперовій розподільчій хроматографії) від

66

гідрофільності молекули амінокислоти.

5.3Вказати, для якої з амінокислот (цистеїн і тирозин) швидкість переміщення на папері в суміші фенол – вода буде більшою (див. Табл.1).

5.4Коефіцієнт розподілу для аспарагінової кислоти та аргініну в між фенолом та водою становить, відповідно, 0,07 та 0,41. Як ця властивість відображається на швидкості переміщення їх на папері в суміші фенол – вода.

5.5Скласти схему очищення води від Ca(NO3)2 за допомогою іонітів.

5.6Скласти схему очищення води від KCl за допомогою іонітів.

5.7Скласти схему очищення води від Li2SO4 за допомогою іонітів.

5.8Розрахувати масу іонів Br– в розчині NaBr, якщо відомо, що на титрування фільтрату, одержаного при його пропусканні крізь іоніт в OH–- формі, пішло 5 мл розчину HCl з молярною концентрацією с(HCl) = 0,1 моль/л.

Відповідь: m(Br-) = 0,04г

5.9 Розрахувати масу лікарського препарату саліцилату натрію, який міститься у водному розчині, якщо відомо, що на титрування фільтрату, отриманого при пропусканні його через іоніт в Н+–формі, пішло 17 мл розчину натрій гідроксиду з молярною концентрацією с(NaOH) = 0,05

моль/л. М(C7H5O2Na) = 160 г/моль.

Відповідь: m(C7H5O2Na) = 0,136 г

5.10٭ Визначити поверхневу активність валеріанової кислоти, якщо відомо, що при середній молярній концентрації 0,1 моль/л та температурі 298 К адсорбція її дорівнює 3,6∙10−5 моль/м2.

Відповідь: ( )

5.11٭ Обчислити поверхневу активність органічної кислоти, якщо поверхневий натяг її розчинів з молярною концентрацією 0,02 та 0,2 моль/л при 298 К становить, відповідно, 70,15∙10−3 та 64,3∙10−3 Дж/м2.

Відповідь: ( )

5.12٭ Розрахувати величину адсорбції органічної кислоти з водного розчину на активованому вугіллі, якщо К = 0,46 л/г, Cp = 10 ммоль/л, 1/n = 0,25.

Відповідь: Г = 253 ммоль/г

67

5.13٭ Розрахувати величину адсорбції (Г) валер’янової кислоти з водного розчину, якщо відомо, що Cp = 0,4 моль/л, поверхнева активність дорівнює

6,4·10-4 Дж·м·моль-1, Т = 293К.

Відповідь: Г = 2,6 10-5 моль/м2

5.14٭ Знайти за рівнянням Ленгмюра граничну адсорбцію речовини на межі поділу водний розчин-повітря, якщо при рівноважній молярній концентрації речовини, рівній 0,02 моль/л адсорбція становить 4∙10−3 моль/м2, а К=0,8.

Відповідь: Гmax = 1,681 моль/м2

5.15٭ Розрахувати площу, що займає молекула ПАР, якщо гранична адсорбція Гmax = 8,3∙10–6 моль/м2.

Відповідь: S0 = 20∙10−20 м2

5.16٭ Розрахувати довжину молекули ПАР, якщо Гmax = 8,5∙10–6 моль/м2,

М(х) = 0,074 кг/моль, ρ = 800 кг/м3.

Відповідь: l0 = 7,76 10-10 м

5.17٭ Обчислити довжину молекули масляної кислоти, якщо площа, що займає одна молекула в поверхневому шарі S0 = 3,2∙10–19м2, ρ = 978 кг/м3,

М(х) = 0,088 кг/моль.

Відповідь: l0 = 4,68 10-10 м

68

6. Одержання, очистка та властивості колоїдних розчинів