З А Д А Н И Е 7.
--------------Тема : " Учение о растворах. Коллигативные свойства растворов".
-------------------------------------------------------------Вопросы для самоподготовки:
--------------------------1) Что такое диффузия?
Ответ : Диффузия - это самопроизвольный процесс выравнивания концентрации ( частиц в пространстве), вещества в растворе.
2) Что такое осмос?
Ответ : Осмосом называют преимущественно одностороннее проникновение
молекул растворителя ( диффузию) через полупроницаемую мембрану из растворителя в раствор или из раствора с меньшей концентрацией ( вещества,
которое проникает через полупроницаемую мембрану) в раствор с большей
концентрацией.
3) Дайте определение понятию " Осмотическое давление" Как оно измеряется?
Ответ : Осмотическим давлением называют величину, измеряемую минимальным
гидравлическим давлением, которое нужно приложить к раствору, чтобы осмос
прекратился. Оно может быть измерено различными типами осмометров,
или оценено вычислением.
4) Сформулируйте законы Рауля.
Ответ : В 1886г Рауль сформулировал закон
" Давление пара раствора, содержащего нелетучее растворенное
вещество, прямо пропорционально молярной доле растворителя.
п(р)
Р = Кр х
---------------п (р) + п(р.в-в)
или : Относительное понижение давления насыщенного пара растворителя
над раствором нелетучего неэлектролита равно молярной доле растворенного
вещества
Ро - Р
--------Ро
=
п в-ва
------------п в-в + п р-ля
( Законы выполнимы только для идеальных растворов.)
Повышение температуры кипения
( Ткип.) и понижение температуры
замерзания
( Тзам.)разбавленных растворов неэлектролитов пропорционально моляльной концентрации раствора
Т кип
= Е х В
;
Тз
= К х В
5) Для расчета осмотического давления разбавленных растворов неэлектролитов
можно использовать формулы :
Р =СRТ и Р = 1ОООСRT
От чего зависит выбор формулы? Что означает "С" в формуле? Как рассчитать "С', если известны масса, молярная масса вещества и объем раствора.
Ответ : Выбор формулы зависит от размерности используемых величин.
С - концентрация частиц, создающая данное свойство.
3
В системе СИ
С = моль/м, в химии используется меньшая величина моль/л
m
С =--------- ( Для неэлектролитов)
МV
С =
iп
----V
im
= -----МV
( i - учитывается диссоциация, для электролитов)
m - масса в г
М - молярная масса г/моль
i - 1
7a 0 = ------к - 1
к - кол-во форм.
стр. частиц.
V - объем в л
6) Универсальная газовая постоянная может иметь следующие значения.
л 1 0х атм
Выучить :
а) О,О82 --------о
К х моль
б) 624ОО
в) 8,31
мл х мм рт. ст.
-------------о
К х моль
Дж
---------о
К х моль
Нет необходимости заучивать, если вы умеете считать : необходимо помнить
лишь, то что
Р х V
o o
R = ---------- где
Р = 1атм; 76О мм рт. ст., 1О13кПа = 1О13ООПа
T х 1моль
о
-3
o
V = 22,4l = 224OOмм = 22,4 . 1О
м3
о
о
Т = 273 К
о
И вычислить её для любых данных, например :
3
о
давление возьмем в Па, объем с м ; Т = 273 К
о
тогда
R
-3 3
1О13ОО Па х 22,4 х 1О
м
= ---------------------------- = 8,31
о
273
К х 1 моль
3
Па х м
Дж
--------- = ------о
о
К х моль
К х моль
2
Па = н/м
Дж = н х м
и т.д.
7) Изо- гипер-,- гипотонические растворы, их применение в медицинской
практике.
Ответ : В медицинской практике мы сравниваем растворы по осмотическому
давлению с нормальным осмотическим давлением клетки человека
о
(7,7 атм ) при 37 С, тогда :
а) изотонический раствор имеет осмотическое давление в пределах 7,7атм.
б) гипертоническими растворами называются растворы, имеющие основное осмотическое давление большее, чем нормальное 7,7 - 8,1 атм.
в) гипотонический раствор - это раствор с осмотическим давлением меньше
7,7атм.
Применяются в хирургии гипертонические повязки, слабительные ( осмотического типа) Nа SO х 1O Н О ; МgSО х 7Н О, для консервирования.
2 4
2
4
2
8) Что такое гемолиз, плазмолиз, лизис, тургор?
Ответ : Тургор - упругость клетки, обеспечивающая эластичность тканей и
обусловлен осмосом.
Лизис - набухание и разрушение клетки, обусловленное осмосом при
помещении клетки в гипотонический раствор.
Для эритроцитов используется иное обозначение лизиса - гемолиз.
При помещении клетки в гипертонический раствор, вода покидает клетку,
она сморщивается. Это явление назвали - плазмолизом.
9) Что произойдет с эритроцитами, если их погрузить : а) в воду; б) в О,5% р-р
натрия хлорида ; в) в 1% - ный раствор натрия хлорида
Ответ : а) будет наблюдаться гемолиз ( полный)
б) гемолиз частично
в) плазмолиз ( частично и не значительный), естественно, что при
о
определенной температуре
~ 37 С.
1О) Механизм действия гипертонического раствора :
Ответ : Под действием самопроизвольного процесса диффузии, растворитель
или то, что может свободно дифундировать через полупроницаемую мембрану
преимущественно переходит из области, где относительно больше растворителя в область, где его меньше.
Используя гипертонический раствор мы можем удалять значительные избытки
воды ( жидкости) из клеток ( тканей, органов и т.д.)
11) Какую роль играет осмос в биологических системах ?
Ответ : Огромную
1) транспортную- перемещение питательных в-в и продуктов обмена
2) Скорость жизненных процессов в основном определяется диффузией ( осмосом, активным и пассивным)
3) обеспечивает упругость клетки и т.д.
Знание осмоса позволило его использовать в медицине - замена функции
почек искусственная почка, диализ, очистка и т.д.
12) Чем обусловлено осмотическое давление биологических
жидкостей ?
Ответ : Осмотическое давление биологических жидкостей связано с наличием
полупроницаемых мембран ( клеточных мембран) и диффузии для растворителя
- воды и низкомолекулярных соединений и отсутствием диффузии для других
более крупных образований ( белков и т.д.)
13) Чем отличается физиологический раствор от изотонического ?
Ответ : 1) Изотоническим раствором называют раствор, имеющий одинаковое
осмотическое давлекние со сравниваемым.
2) Физиологический раствор имеет осмотическое давление равное нормальному осмотическому давлению клетки человека и содержит почти все соли
химических элементов и других веществ. Физиологический раствор равен
физиологическому раствору крови, содержит К, Nа, Си, Мg,Р,О,С1 и т.д.
14) Каковы причины понижения давления пара над растворами?
Ответ : Понижение давления пара над растворами связано в первую очередь
с наличием нелетучего компонента раствора химическим взаимодействием
с растворителем - это в свою очередь приводит к нарушению равновесия
между компонентами жидкой и газовой фазой системы жидкости - пар.
15) Первый закон Рауля об относительном понижении давления пара над раствором и его математическое выражение ?
Ответ : Относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором нелетучего неэлектролита равно молярной доле
растворенного вещества
Ро - Р
------Ро
Р
п в-в
= ------ = ---------------Ро
п р-ля + п в-ва
16) При каком условии закипает жидкость ?
Жидкость затекает, когда парциальное давление насыщенного пара растворителя (достигает внешнего давления ) и равно внешнему атмосферному
( при условии, если сосуд открыт на атмосферу)
о
17) Где давление насыщенного пара при 1ОО С будет равно атмосферному
давлению : над водой или над раствором глюкозы? Почему? Какая жидкость
будет кипеть? Что надо сделать со второй жидкостью, чтобы она закипела?
о
Ответ : Давление насыщенного пара при 1ОО С будет равно ~ 1 атмосфере
( атмосферному давлению) над водой, так как растворенный нелетучий
компонент раствора понижает парциальное давление растворителя (см.закон
Рауля) и поэтому начнет кипеть вода ( чистый растворитель) , а чтобы
закипел раствор глюкозы, необходимо поднять температуру, таким образом
увеличив парциальное давление пара до атмосферного.
18) При каком условии кристаллизуется жидкость ?
Ответ : температура, при которой жидкость переходит в твердое состояние
и меняется агрегатное состояние системы называется температурой замерзания ( или кристаллизации). Она зависит от природы веществ и внешних
условий ( температуры,, давлении, наличие примесей, изотопный состав,
наличие джругих химических взаимодействий и т.д.) Точка фазового перехода для воды ( т.е. температура замерзания при давлении 1атм) составляет
о
О С. Зависимость от давления и температуры может быть представлена так
называемыми диаграммами состояния. Например, для воды для невысоких
давлений:
1
1
1
1
1О1,3кПа ----------1 лёд 1 жидкость
1
1
1
О 1
1
1
пар
-------------------------------------->
о
О
О
1ОО С
Это зависимость между величинами, характеризующих состояние системы и
фазовыми превращениями в системе для воды показывает, что, в обычных услоо
о
виях 1О1,3 кПа при О С - жидкость замерзает т.О, и кипит при 1ОО С
т Д. Нелетучие компоненты ( или другие вещества) влияют на равновесие
тем самым
Н О(тв) ----------> Н О(р) -------> Н О ( пар )
2
<---------- 2
<------- 2
изменяют условия кристаллизации.
и
19) Сформулируйте эбулиоскопический и криоскопический законы
Рауля, запишите
их математическое выражение и объясните физический смысл эбулиоскопической и криоскопической констант.
Ответ : Повышение температуры кипения
(Тк) и понижение температуры
замерзания
(Тз) разбавленных растворов неэлектролитов прямо пропорционально
моляльной концентрации раствора :
Тк = Е х В
;
Тз = К х В
Физический смысл Е ( эбулиоскопической) и К ( криоскопической) констант
становится ясен, если В = 1 моль/кг, тогда
Е =
Т кип
К =
Т зам
2О) Какиe растворы называются эквимолекулярными ? Что можно сказать об их
температурах замерзания и кипения ?
Ответ : Растворы называются эквимолекулярными, если имеют одинаковое соотношение ( конценрацию) растворенных частиц и растворителя, температуры
замерзания и кипения таких растворов ( в идеальных случаях) должны
совпадать.
21) Чем отличается раствор электролита от неэлектролита? В каком растворе
больше частиц?
Ответ : С точки зрения коллигативных свойств раствора, раствор электролита
отличается от раствора неэлектролита только числом частиц создаваемых
в растворе при формально взятом одинаковом количестве: т.е. если возьмем
23
1 моль сахара ( не электролит) то, в растворе появятся 6,О2 х 1О частиц,
а 1 моль ( формульный моль) соли ( NаС1) в растворе образует больше,
23
+
чем 6,О2 х 1О частиц Nа и С1.
22) Что показывает изотонический коэффициент ?
Ответ : Изотонический коэффициент показывает, какое количество частиц
создается в растворе
( при данных условиях) из 1 моля ( формального,
расчетного) взятого электролита.
Или i - это отношение реального количества частиц ( создающее определенное свойство) к 1 молю электролита ( формульный моль)
23) Молекула хлорида натрия диссоциирует в растворе по уравнению:
+
NаС1 ----> Na + С1
Почему её изотонический коэффициент будет
<---несколько меньше двух?
Ответ : изотонический коэффициент будет меньше двух из-за межмолекулярного ( межчастичного ) взаимодействия.
В идеальном случае, при "бесконечном" разбавлении он приближается к 2
или становится равным 2.
24) Напишите в лабораторном журнале формулы по которым можно рассчитать
изотонический коэффициент.
Ответ : изотонический коэффициент можно отыскать используя коллигативные
свойства
растворов и следующие расчетные формулы.
1)
п Н О
2
Р= Ро х -----------------п Н О + i х п(в-ва)
2
2)
Тз
= i К В
3)
Ткип = i Е В
4)
Р = i СRТ
5)
i - 1
7a 0 = ------k - 1
Р - Р
о
i х п (в-ва)
------ = -----------------Ро
i х п(в-в) + п р-ля
i х п в-в
Тз = К ----------m р-ля кг
i х п в-ва
Ткип = Е --------m р-ля
п в-ва
Р = i ---------RT
V
k - количество " штук" ионов
на которые распадается
электролит.
6)
N реальн
i = ------------- =
Nа
7)
i
=
Р
-------- =
Рвыч
п реальн
----------1 п (моль)
t крист
t кип
------------- = -----------t выч.крист
т кип.выч.
Р осм
--------Р осм.выч.
=
Обязательные для выполнения задания
-----------------------------------1) Концентрация хлорида натрия в среде, окружающей клетку, при которой начинается гемолиз, явялется мерой осмотической стойкости ( резистентности)
эритроцитов. У эритроцитов человека гемолиз начинается в растворе хлорида
натрия с массовой долей компонента О,4%. Каково осмотическое давление
о
этого раствора при 37 С, если плотность его принять за 1 г/мл, а степень
диссоциации хлорида натрия - 1ОО%. Сравните полученный результат с осмотио
ческим давлением плазмы крови при температуре 37 С
Ответ : 3,5атм
Решение : Для решения используется выражение закона Вант- Гоффа:
Р = iСRT
, расшифруем каждый символ
Р = [ 1 + ( k - 1 )x 7 a 0
m
Ро Vo
]х[------ ]х [ --------
]хТ
7a 0 = 1ОО% ;
= 1
M Vл
W х р х 1ООО
[-------------]
М
W% х р х 1О
[ ------------]
М
Т х 1моль
о
k =2 (NаС1)
7 0W = О,4%
Т = 37 +273 = 31О К
пл. = 1г/мл
Выберем то выражение, в котором мы знаем все, кроме определяемой величины.:
W% р 1О
Ро Vо
Р = [ 1 + (k -1)х 7 a 0]х [ ----------- ]х [ -----------] х Т
М
То 1моль
Расставим все значения, и рассчитаем давление
О,4% х 1 х 1О
1атм х 22,4л
Р = [ 1 + (2 - 1 ) х 1 ]х[ --------------- ] х [ ------------] х31О =
58,15
о
58,15
273 о
273 К х 1моль
= 3,53атм
о
Осмотическое давление при t = 37 С О,9% р-ра NaС1 составляет 7,6атм, а О,4% - 3,53атм, оно в О,46раз меньше нормального.
о
2)При комнатной температуре 22 С давление насыщенного пара над водой равно
19,827мм рт ст. Каким станет давление насыщенного пара при указанной температуре, если в воду добавить хлорид натрия и приготовить изотонический
раствор.
Решение : 1) Изотонический раствор содержит О,9% NаС1. Его состав
о
------О,9г NаС1 и 99,1г Н О i = 2 пл.= 1г/мл
2
2) Воспользуемся выражением закона Рауля :
Р = Ро
п Н О
2
----------------п Н О + i х п в-ва
2
где: Ро = 19,827ммртст
99,1г
п Н О = ------- = 5,5моль
2
18г/моль
п в-ва
=
О,9г
------------ =О,О15моль
58,5г/моль
i = 2
3) Высчитаем :
5,5моль
Р = 19,827 мм рт ст х ----------------------------- = 19,72мм рт ст
5,5моль +
2 х О,О15моль
Ответ : 19,72 мм рт ст.
о
3) Температура замерзания кровяной сыворотки равна - О,56 С.
Рассчитайте моляльность солей в крови, условно считая все соли бинарными и
полностью распадающие на ионы по схеме :
+
КА ---------> К + А
Наличие в сыворотке неэлектролитов во внимание не принимать.
Решение : 1) Воспользуемся математическим выражением закона Рауля
Тз = i К В
К = 1,86 кг/моль
i = 2
о
Тз = - О,56
2) Определим в
о.
Т
О,56
В = --------- = ----------- = О,15 ( моль /кг )
i х К
2 х 1,86
Ответ : моляльность кровяной сыворотки составляет при данных условиях
О,15моль/кг
о
4) При 37 С осмотическое давление изотонического раствора хлорида натрия
( W% = О,9% или О,154 моль/л) равно осмотическому давлению плазмы крови
( 7,7атм) Рассчитайте изотонический коэффициент и кажущуюся степень диссоциации хлорида натрия в изотоническом растворе.
Решение : Воспользуемся математическим выражением закона Вант - Гоффа
для электролитов
i - 1
Р = i СRT и зная, что 7a 0 = ----- 7
0 i = [ 1 + ( k - 1 )x
7a 0 ]
k -1
найдем
1 ) Рассчитаем
i.
Р
i = -------- =
СRТ
7,7
[ ------------------- ] = 1,967;
О,154 х О,О82 х 31О
Р = 7,7 атм
С = О,154 моль/л
о
R = О,О82 л х атм/К х
моль
о
Т = 31О
2)
К
Найдем
7a 0
i - 1
= ------ ;
k -1
1,967 - 1
7a 0 = ----------2 - 1
или
Ответ :
i = 1,967
k = 2 ( NaС1 )
= О,967
в %
7a 0 % = 96,7%
i= 1,967
7a 0 % = 96,7%
5) Рассчитать концентрацию раствора хлорида натрия, чтобы повысить темперао
о
туру кипения до 1О5 ( 12О С ), для приготовление стерильного материала.
Решение .
--------
Воспользуемся математическим выражением закона Рауля :
Т кип = i Е В
кг
Е =0,52 -----моль
о
T = 1О5 - 1ОО = 5
i = 2 ( NaС1)
1) Рассчитаем молярную концентрацию раствора :
Ткип
5
В = --------- = ------------ = 4,8 ( моль/кг)
i E
O,52 х 2
о
Ответ : 4,8 моль/кг ( до 1О5 С)
6), 7) аналочично 5.
8) Рассчитать массу хлорида кальция ( М = 111), необходимую для приготовлеr
ния 2ООмл изотонического раствора, если степень электролитической диссоциации хлорида кальция составляет 75%.
Решение : По закону Вант - Гоффа для электролитов :
Р = iСRТ
или
Р V
o o
] [ -------- ] х [ -------М V
Т 1 моль
о
m
Р = [ 1 + (k - 1 )х 7 a 0
где
Р = 7,7 атм
k = 3
7a 0 = О,75
М = 111
V = О,2л
Р = 1атм
о
V
= 22,4л
o
о
Т
= 273
о
К
] х Т
o
Т = 31О
К
1) Расставим все значения и найдем массу в г.
m
1атм х 22,4л
7,7атм = [ 1 + ( 3 - 1) х О,75 ] ----------------- х------------ х
о
111г/моль х О,2л
273 К х 1моль
х 31О К ;
m = 2,69г
Ответ : необходимая масса хлорида кальция составляет 2,69г
9) Какое осмотическое давление ( в атмосферах) создает компонент крови ион
натрия, если его концентрация составляет 142 ммоль/л ( температура плазо
мы 37 С ). Какой процент от общего составляет осмотическое давление, вызванное ионом натрия.
Решение : Воспользуемся законом Вант - Гоффа для электролитов.
-------Р = iСRТ
i = 1
С = О,142 моль/л
л атм
R = О,О82 -------о
о
К моль
Т = 31О К
1) Вычислим давлекние в атм.
Р = 1 х О,142 моль/л х О,О82
л х атм
о
--------- х 31О К = 3,6 атм
о
К моль
2) Общее осмотическое давление плазмы крови составляет 7,7атм
+
3,6 атм
доля Nа составит
--------- = О,4675 ( или 46,75%)
7,7 атм
Ответ :
Р осм. = 3,6 атм, доля 46,75%
1О) Больному для усиления диуреза( осмотический диурез) в вену ввели 1Омл
раствора хлорида натрия (пл. = 1г/мл), содержащего 25,6ммоль NаС1.
Каким является данный раствор : гипо-, гипер- изотонический.
Решение :
--------Необходимо определить молярную концентрацию NaС1 и сравнить
её с изотонической :
1)( Найдем молярную концентрацию :
-3
п
25,6 х 1O моль
С = ----= ---------------- = 2,56 моль/л
V
О,О1Ол
2) С изотон NaС1 = О,15 моль/л;
Следовательно больному ввели гипертонический раствор.
11) При отравлении синильной кислотой и её солями больному вводят в течение
суток 25О мл глюкозы ( М = 180 ) с концентрацией 2,22моль/л (плотность
r
1 г/мл) Каким является данный раствор : гипо- гипер - изотонический ?
Решение :
--------Воспользуемся законом Вант- Гоыффа для неэлектролитов
( глюкоза неэлектролит) и определив молярную концентрацию глюкозы в
изотоническом растворе, сравним с вводимым больному :
1) Определим
Р
С = ---RТ
С =
С
из
Р = СRТ
где
Р = 7,7атм
л. атм
R = О,О82 ----------о
о
К моль
Т = 31О С
7,7
---------- = О,3 ( моль/л)
О,О82 х 31О
2) Следовательно, концентрация 2,22 моль/л значительно больше
О,3 моль/л , раствор - гипертонический.
о
12) Больному с температурой 38 С при большой потери жидкости ввели внутривенно ( капельно) 5ООмл раствора хлорида натрия, с содержанием 2,5гNaС1
( плотность 1г/моль). Каким является данный раствор гипо- гипер- или
изотонический ? Дополните вычислениями:
Решение.
-------Можно найти осмотическое давление по закону Вант- Гоффа и
сравнить с известной 7,7атм, а можно оценить
W(NaС1) ( содержание в
растворе) и сравнить с известным
W % = О,9% - является изотоническим
раствором.
1) Найдем содержание NaС1 в растворе
m в-ва
2,5г
W = ---------- ~ ------ = О,ОО5 ( О,5%)
m р-ра
5ООг
Следоввательно, раствор гипотонический.
