Тема: Вода как универсальный биорастворитель. Коллигативные свойства растворов электролитов и неэлектролитов

Цели изучения: сформировать знания о свойствах воды как универсального растворителя, коллигативных свойствах растворов, а также ценностное отношение к ним, как профессионально значимым; научиться выполнять расчеты осмотического давления для растворов электролитов и неэлектролитов, а также расчеты с использованием законов Рауля; наблюдать в эксперименте явления осмоса.

Повторить: строение молекулы воды, ее физико-химические свойства, биологическую роль, теорию электролитической диссоциации Аррениуса (ТЭД).

 Учебно-целевые вопросы

1. Вода как универсальный биологический растворитель.

2. Коллигативные свойства растворов (определение, примеры).

3. Понижение давления насыщенного пара над раствором в сравнении с растворителем (I закон Рауля).

4. Повышение температуры кипения и понижение температуры кристаллизации растворов по сравнению с растворителем (II закон Рауля). Физический смысл криоскопической и эбулиоскопической констант. Применение криоскопии и эбулиоскопии в медико-биологических исследованиях.

5. Диффузия и осмос. Понятие о полупроницаемых мембранах. Эндо- и экзоосмос.

6. Осмотическое давление, закон Вант-Гоффа, его математическое выражение. Биологическая роль осмоса. Осмотическое давление крови. Осмолярность и осмоляльность крови. Осмотический «шок» и осмотический «конфликт».

7. Особенности коллигативных свойств растворов электролитов. Изотонический коэффициент.

8. Изотонические, гипертонические, гипотонические растворы, применение этих растворов в медицине.

Краткая теоретическая часть

Среди биологических систем и лекарственных препаратов наиболее распространены водные растворы, поэтому для изучения их свойств и получения таких растворов необходимо знать свойства воды как универсального биологического растворителя.

Вода – вещество без вкуса, цвета и запаха. При атмосферном давлении 101,3 кПа температура кипения её равна 373,15 К, а температура замерзания – 273,15 К.

За счет двух неподеленных электронных пар на атоме кислорода и двух атомов водорода молекула воды может образовывать водородные связи с четырьмя окружающими её молекулами воды (рис. 1).

Рис. 1. Схема объединения молекул воды

Такую «воздушную» структуру имеет лед, поэтому при равных массах он занимает больший объем, чем вода, и имеет меньшую плотность ( = 0,92 г/см³). При плавлении льда водородные связи частично рвутся, но и за счет оставшихся связей вода имеет более высокую температуру кипения и более низкую температуру замерзания (сравните, если вода не была бы ассоциирована, то имела бы t_плавл. = –100^оС и t_кип. = –80^оС).

Максимальную плотность вода имеет при t = +4^oC. Аномалия плотности воды имеет огромное значение для жизни живых существ, населяющих замерзающие водоемы. Поверхностные слои воды при температурах ниже +4^оС не опускаются на дно, т.к. при охлаждении они становятся более легкими, поэтому верхние слои воды могут затвер

девать, в то время как в глубинах водоемов сохраняется температура +4^оС. В этих условиях жизнь продолжается. Если бы плотность льда была больше плотности жидкой воды, то водоемы промерзли бы до дна и живые организмы в них погибли.

Т ип гибридизации атомных орбиталей кислорода в молекуле Н₂О – sp³, причем две орбитали заняты неподеленными электронными парами.

С троение молекулы воды уголковое, она представляет собой диполь с валентным углом 104,3^о (рис. 2).

Рис. 2. Схема строения молекулы воды

Организм человека на 60% состоит из воды, из них 42% приходится на внутриклеточную, а остальная часть на внеклеточную (межклеточную) жидкость, которую подразделяют на внутрисосудистую и интерстициальную (межтканевую) жидкость.

Потребность в воде взрослого человека составляет 35 г в день на 1 кг массы тела, а грудного ребенка – в 3-4 раза больше. Гибель организма наступает при потере 20% воды.

Благодаря своим уникальным свойствам вода является средой, растворителем и метаболитом (табл. 1).

Таблица 1