Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Осмотические свойства растворов
1.1. Единицы измерения При решении задач по теме «Осмос» используются две системы единиц: СИ международная система измерений и СГСЕ – советская государственная система единиц.
Примечание: Па = Н/м2; Дж = Н∙ м; 1 атм = 101, 3 кПа = 101300 Па = 760 мм рт.ст. Для того чтобы перевести температуру в Кельвины (К) нужно к температуре в оС прибавить 273, т.е. ОоС = 273 К: Т(К) = (tоС + 273)К Переходить из одной системы единиц в другую не обязательно. Достаточно перевести все имеющиеся в задаче данные в ту систему единиц, в которой дано давление. Если давление дано в Па (Н/м2), то объем берется в м3, молярная концентрация в моль/м3, температура переводится в К и берется универсальная газовая постоянная R, равная 8, 31 Дж/моль∙ К. Если давление дано в атмосферах, то объем берется в литрах, молярная концентрация в моль/л и универсальная газовая постоянная R берется равной 0, 082 л∙ атм/моль∙ К. Если давление берется в мм рт.ст., то для расчета берется универсальная газовая постоянная R = 82, 4 л∙ мм рт.ст./моль∙ К.
1.2. Законы осмотического давления Осмос – это проникновение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану из раствора с низкой концентрацией в раствор с высокой концентрацией. Изучение законов осмотического давления выявило их полную аналогию с газовыми законами. Вант-Гоффом был предложен объединенный закон для осмотического давления в растворах (аналогично объединенному газовому закону Менделеева-Клапейрона pV = n RT ): осмотическое давление разбавленных растворов неэлектролитов прямо пропорционально молярной концентрации и абсолютной температуре: π неэл. = CRT (1) где π – осмотическое давление жидкости – это избыточное гидростатическое давление, которое нужно приложить к раствору, чтобы осмос прекратился; R – универсальная газовая постоянная; С – молярная концентрация. Т.к. С = n/V, где n - число моль вещества, а V – объем раствора, то: π неэл. = (2) Закон Вант-Гоффа справедлив и для растворов электролитов. Однако в растворах электролитов осмотическое давление будет больше, это связано с диссоциацией электролитов. В результате нее в растворах оказывается большее число кинетически активных частиц (молекул и ионов суммарно), чем в растворах неэлектролитов с такой же концентрацией. Чтобы законы, применимые для неэлектролитов, можно было использовать и для растворов электролитов, Вант-Гофф ввел поправку – коэффициент i. i – изотонический коэффициент Вант-Гоффа. Он показывает истинную концентрацию кинетически активных частиц и, следовательно, осмотическое давление в растворе электролита больше, чем в растворе неэлектролита такой же концентрации. Величину i можно вычислить по формуле: i = 1 + α (n – 1) (3) α – степень диссоциации электролита, выраженная в долях единицы. Если ничего не сказано в условии задачи, для сильных электролитов α принимается равной 1 (например, для HCl, NaOH, KOH α обычно считается равно 1); n – число ионов, на которое диссоциирует электролит. Например: NaOH → Na+ + OH- n = 2 Na2SO4 → 2Na+ + SO42- n = 3 Fe2(SO4)3 → 2Fe3+ + 3SO42- n = 5. Таким образом, осмотическое давление для разбавленных растворов электролитов вычисляется по уравнению: π эл. = iCRT (4) Осмотическое давление в растворах ВМС не подчиняется закону Вант-Гоффа, оно значительно увеличивается с ростом концентрации и может быть рассчитано по формуле Галлера: , (5) где С – весовая концентрация ВМС г/см3; М – молярная масса; К – константа. В КДС также как в истинных растворах возникает осмотическое давление. коллоидные частицы, по сравнению со структурными единицами истинных растворов НМС, имеют значительно большие размеры и массу. Поэтому число частиц, содержащихся в растворах КДС, значительно меньше, следовательно, меньше и осмотическое давление. Для расчета осмотического давления коллоидных растворов (КДС) также используют уравнение Вант-Гоффа: π КДС = СdRT, (6) где Cd – концентрация частиц ДФ. 1.3. Изотонические растворы. Изоосмия Растворы с осмотическим давлением, равным осмотическому давлению раствора, взятого за стандарт, называются изотоническими. В медицине и фармации под изотоническими понимают растворы, имеющие осмотическое давление, равное осмотическому давлению плазмы крови (π = 7, 4 атм). Растворы, имеющие более высокое осмотическое давление - гипертонические (вызывают обезвоживание и сморщивание эритроцитов), а более низкое - гипотонические (вызывают увеличение объема эритроцитов и разрыв оболочек). Помещая животные или растительные клетки в гипотонический раствор, можно наблюдать перемещение воды внутрь клетки, что ведет к их набуханию, а затем к разрыву оболочек и вытеканию клеточного содержимого. Подобное разрушение клеток путем разрыва их оболочек называют лизисом, а в случае эритроцитов – гемолизом. В крепких растворах солей (гипертонических) отмечается наоборот сморщивание клеток ( плазмолиз ), обусловленное потерей воды, перемещающейся из них в более концентрированный внешний раствор. Человеческий организм характеризуется большим постоянством ряда физико-химических показателей внутренней среды, в т.ч. и осмотического давления крови. Постоянство этого показателя называют изоосмией. Изотонические растворы содержат одинаковое количество осмотически активных частиц. Количество осмотически активных частиц в растворе выражают через осмомоляльность. Эта величина определяется как суммарная концентрация всех растворенных веществ в растворе (моль/кг) и вычисляется по законам осмотического давления. Осмотическое давление цельной крови равно 7, 63 атм. Рассчитаем, какая будет молярная концентрация и массовая доля раствора глюкозы и раствора NaCl, изотоничных цельной крови. Эти растворы называют физиологическими.
Рассчитаем массу глюкозы в растворе объемом 1 л: mглюкозы = 0, 3× 180× 1 = 54 г ρ р-ра глюкозы = 1, 08 г/мл; mр-ра глюкозы = 1, 08× 1000 мл = 1080 г; ; запомним: Сглюкозы = 0, 3 моль/л; 5 % - растворы глюкозы с такой концентрацией изотоничны цельной крови. π р-ра глюкозы = π крови.
коэффициент. NaCl → Na+ + Cl- - диссоциирует на два иона, n = 2. Т.к. NaCl – сильный электролит, то принимаем α = 1: i = 1 + α (n – 1); i = 1 + 1(2-1) = 2.
Подставляем в формулу для концентрации: рассчитаем массу NaCl в растворе объемом 1 л:
mNaCl = 0, 15× 58, 5× 1 = 8, 77 г ρ р-ра NaCl = 1, 01 г/мл; mр-ра NaCl = 1, 01× 1000 мл = 1010 г; ; запомним: СNaCl р-р = 0, 15 моль/л; 0, 9 % - растворы NaCl с такой концентрацией изотоничны цельной крови. π р-ра NaCl = π крови. |
Последнее изменение этой страницы: 2019-10-24; Просмотров: 211; Нарушение авторского права страницы