Учебно-методическое пособие к лабораторным работам по общей химии ставрополь 2005 удк 546(07. 07) Учебно-методическое пособие к лабораторным работам по общей химии. / В. И. Гончаров, Л. И. Еременко, Т. А. Милащенко и др

Скачать 3.96 Mb.

Название	Учебно-методическое пособие к лабораторным работам по общей химии ставрополь 2005 удк 546(07. 07) Учебно-методическое пособие к лабораторным работам по общей химии. / В. И. Гончаров, Л. И. Еременко, Т. А. Милащенко и др
страница	9/17
Дата публикации	11.11.2014
Размер	3.96 Mb.
Тип	Учебно-методическое пособие

100-bal.ru > Химия > Учебно-методическое пособие

1 ... 5 6 7 8 9 10 11 12 ... 17

2.4. Изоосмия, осмолярность, осмоляльность

В растворах, содержащих смесь электролитов, расчет числа кинетически самостоятельных частиц затруднен. В связи с этим в прикладных областях химии, в частности в медицине, в последнее время широко применяются понятия осмолярность и осмоляльность.

Под осмолярностью (осмоляльностью) понимают активную концентрацию частиц, не проникающих через идеальную полупроницаемую мембрану. Единицы измерения в системе СИ: осмолярности - моль/л, осмоляльности - моль/кг. Для разбавленных растворов численные значения осмоляльности и осмолярности совпадают. Последнее время чаще применяется такая единица измерения, как осмоль.

Учет этих величин особенно важен в тех случаях, когда применение лекарственных средств сопряжено с протеканием процессов, связанных с осмотическим давлением. Так, при введении лекарственных растворов в кровь, необходимо, чтобы осмолярная концентрация раствора для инъекции совпадала с осмо-лярной концентрацией плазмы крови (~0,3 осмоль/л). Это значит, что растворы изотоничны. Часто под изоосмией понимают способность организма поддерживать постоянство осмолярности биологических жидкостей.

Если раствор содержит одно растворенное вещество, то осмолярная концентрация связана с молярной концентрацией вещества С(Х) через изотонический коэффициент i:

С₀см = 1-С(Х) [9] В случае же одновременного присутствия в растворе нескольких растворенных веществ, осмолярная концентрация раствора равна сумме молярных концентраций с учетом их изотонических коэффициентов:

с(осм)= &(ij-_Cj(X)) [Ю]

Использование величин осмолярности и осмоляльности позволяет учесть возникающие разные по характеру отклонения от закона Рауля в случае растворов электролитов:

а) увеличение числа частиц, возникающих при ионизации;

б) уменьшение количества вещества чистого растворителя за счет сольва-
тации ионов;

в) межионные взаимодействия, снижающие активность частиц.

У млекопитающих, в том числе и у человека, очень эффективным осмотическим аппаратом являются почки. Основные принципы работы почек разбираются в курсе физиологии. Здесь отметим лишь принципиальные моменты. Процесс образования первичной мочи в нефроне связан с постоянно имеющейся и постоянно изменяющейся разностью осмолярности между фильтратом и тканевой жидкостью мозгового и коркового вещества почки. Так, например, в петле Генле, отдельные участки которой имеют разную проницаемость для воды и растворенных веществ, осмолярность фильтрата на входе 0,3 осмоль/л; в середине - 1,2 осмоль/л; на выходе - 0,1 осмоль/л. Проницаемость мембран для воды регулируется антидиуретическим гормоном (АДГ), поступающим в кровь из

задней доли гипофиза, что позволяет при снижении потребления воды выделять небольшие объемы концентрированной мочи, а при увеличении потребления воды - большие объемы разведенной мочи. Необходимые для нормального функционирования организма ионы Na⁺ и СГ, потерянные в ходе удаления конечных продуктов обмена за счет осмоса из крови в мочу, затем активно накачиваются обратно через ту же полупроницаемую мембрану.

Немаловажную роль в поддержании осмотического давления в организме человека на определенном и постоянном уровне играет соединительная ткань, впитывающая избыток воды из крови или, наоборот, отдающая содержащуюся в ней воду, в случае повышения концентрации солей в крови.

Таким образом, в нормальных здоровых клетках их содержимое должно быть гипертонично по отношению к внешней среде.

При соприкосновении с гипертоническим раствором наблюдается выход молекул воды из клетки через плазматическую мембрану - эндоосмос или плазмолиз. В большинстве случаев плазмолиз является обратимым процессом: плаз-молизированные клетки, помещенные в чистую воду набухают, восстанавливая жизнедеятельность. Такой процесс называют деплазмолизом.

Обратное явление - экзоосмос наблюдается при помещении клетки в гипотонический раствор. Вода переходит из раствора, где ее химический потенциал выше, в раствор, где потенциал ниже - в клетку. Процесс сопровождается увеличением клетки в объеме, что может завершиться разрывом ее оболочки - цитолизом.

2.5. Электролиты в организме

Из уравнения Вант-Гоффа следует, что растворы различных веществ, имеющих одинаковую осмолярную концентрацию при одной и той же температуре, производят одинаковое осмотическое давление. Такие растворы называют изотоническими или изоосмотическими.

Раствор с большим осмотическим давлением называется гипертоническим, с меньшим - гипотоническим. При разделении этих растворов полупроницаемой мембраной вода будет переходить в более концентрированный (с большим осмотическим давлением) гипертонический раствор до тех пор, пока осмотические давления не станут одинаковыми.

Большинство животных способно произвольно изменять количество потребляемой воды. Эти обстоятельства привели к возникновению особой системы осморегуляции, позволяющей поддерживать общий гомеостаз. Под осморе-гуляцией понимают совокупность процессов, призванных охранять постоянство осмотического давления внутренних сред организма при угрозе гипотонии, в результате избыточного поступления воды или потере солей, а также при угрозе

гипертонии в результате избыточного поступления солей или потере воды. Способность организма поддерживать постоянство осмотического давления носит название изоосмия.

Осмотическое давление имеет огромное значение для функционирования живых организмов. Оно играет значительную роль в процессах усвоения пищи, обмена веществ, воды и солей между клетками и окружающей средой.

Главным фактором, определяющим количество воды в организме и поддерживающим равновесие между интра- и экстрацеллюлярными объемами жидкости является осмотическое давление крови. При 37 °С (310 К) осмотическое давление крови поддерживается в пределах 740-780 кПа. Такое большое значение осмотического давления обусловлено присутствием в крови большого числа ионов низкомолекулярных соединений, и прежде всего ионами Na⁺.

Частный случай цитолиза - гемолиз может произойти при введении гипотонических растворов: оболочки эритроцитов разрушаются, в результате гемоглобин выходит в плазму. Кровь при этом принимает характерный "лаковый" вид.

В соответствии с вышесказанным растворы лекарственных препаратов, вводимые подкожно или внутривенно во избежание осмотического конфликта, должны быть изотоничны биосредам. Все растворы, использующиеся в качестве плазмозамещающих при острых кровопотерях, шоке различного происхождения, нарушениях микроциркуляции, интоксикациях и других процессах, связанных с изменением гемодинамики, должны быть изотоничны крови. По функциональным свойствам и назначению плазмозамещающие растворы делят на ряд групп:

а) гемодинамические (препараты на основе декстрана: полиглюкин, реопо-
лиглюкин, реоглюман, рондекс, реомакродекс, полифер);

б) дезинтоксикационные препараты - производные поливинилпирролидо-
на: гемодез, неогемодез, глюкомодез, энтеродез;

в) регуляторы водно-солевого и кислотно-основного равновесия - препа-
раты на основе желатина, крахмала, альбумина: желатиноль, волекам, лактопро-
теин, солевые растворы (раствор натрия хлорида (0,9%), растворы "Дисоль", "Три-
сель", "Ацесоль", "Хлосоль", "Квартасоль", "Лактолол", "Санасоль" и др.

Изотонируют глазные капли. Многим известны неприятные ощущения, возникающие при купании в морской воде: в силу эндоосмоса воды из глазного яблока осмотическое давление понижается, что вызывает покраснение глаз. При длительных ныряниях в пресной воде боль, резь в глазах более заметны - осмос воды направлен внутрь глазного яблока и осмотическое давление повышается.

Локально изменить осмотическое давление можно с помощью лекарственных препаратов. В медицинской практике для очищения ран от гноя применяют гипертонические растворы (3-5-10%) NaCl) в виде марлевых повязок. Ток жидко

сти в таких марлевых повязках направлен в сторону большего осмотического давления - наружу марли. Для усиления мочевыделения при острых отравлениях, аллергических реакциях, глаукоме, при острой почечной недостаточности, при различных отеках используют осмотические диуретики: натрия ацетат, ман-нит, мочевину.

С изменением осмотического давления связано действие солевых слабительных средств (карловарской соли, натрия сульфата, магния сульфата).

3. Лабораторные работы

3.1. Наблюдение явления осмоса (демонстрационная)

Осмометр (1) [см. рис. 8 на стр. 46] представляет собой сосуд, дном которого является плотно прикрепленная полупроницаемая оболочка (2). Сосуд заполняют 70%-ным подкрашенным раствором сахарозы и погружают в стакан с водой (4). Через некоторое время наблюдают поднятие окрашенной жидкости по трубке (3).

Объяснить это явление. Зарисовать прибор.

3.2. Рост «искусственной клетки» Траубе

Требованиям полупроницаемости отвечают различные оболочки растительного и животного происхождения. Наиболее удовлетворительной является искусственная полупроницаемая оболочка из железо-синеродистой меди, получаемой по реакции:

2CuS0₄ + K₄[Fe(CN)₆] □ Cu₂[Fe(CN)₆] +2K₂S0₄

Пробирку наполняют 5% раствором CuS0₄, опускают кристаллик K₄[Fe(CN)₆] и через 30 минут наблюдают образования, напоминающие водоросли. Зарисовать образования, дать объяснение этому явлению.

Ф. Энгельс в этом явлении нашел связь между живой и неживой природой: «Значение «клеток» Траубе в том, что они показывают эндоосмос и рост - два явления, которые могут быть в неорганической природе без всякого углерода».

3.3. Гемолиз и плазмолиз эритроцитов

В три пробирки наливают:

- 2 мл 0,2% раствора NaCl,

- 2 мл 0,9% раствора NaCl,

III - 2 мл 4%> раствора NaCl.

В каждую из них вносят по 2 капли крови и встряхивают. Через полчаса наблюдают, в какой пробирке произошел гемолиз эритроцитов, т. е. разрушение их оболочек и переход гемоглобина в раствор. Определить, в какой пробирке произошел плазмолиз. Плазмолизированные клетки найти под микроскопом.

Объяснить наблюдаемые явления.

3.4. Определение криоскопическим методом депрессии растворов (или биологических жидкостей) 3.4.1. Определение температуры замерзания чистого растворителя и раствора

Правила работы с термометром Бекмана:

Термометр держать всегда в вертикальном положении.
Вынутый из прибора термометр всегда ставить в предназначенный для него штатив или сосуд.
Не переворачивать термометр нижним концом кверху и не класть его на

стол.

Обращаться с термометром следует осторожно, без лишних усилий и помнить, что термометр перед началом работы настраивается лаборантами.
Не допускается извлекать термометр из замершего раствора, т. к. нижний его шарик легко отрывается. Если раствор в трубке с термометром замерз, то надо согреть трубку рукой (или теплой водой) до полного исчезновения кристалликов льда и только после этого вынуть термометр.

3.4.2. Выполнение работы

Наполнить большой сосуд криоскопа (1) охлаждающей смесью (2), состоящей из льда и поваренной соли (на 300-400 г дробленого льда добавить холодной водопроводной воды, 20-30 г поваренной соли). Уровень смеси должен быть на 1,0 - 1,5 см ниже верхнего края сосуда. Охлаждающую смесь перемешать металлической мешалкой (6). Температура смеси должна быть от -3 до -5°С. В широкую пробирку (3) криоскопа наливают 20 мл дистиллированной воды и вставляют в нее пробку (4) с термометром Бекмана (7) и мешалкой (5). Пробирку (3) помещают в сосуд с охлаждающей смесью.

Перемешивая внутренней мешалкой (5) воду, а наружной - охлаждающую смесь, следить за мениском ртути в термометре Бекмана. Особенно внимательно наблюдать момент начала кристаллизации воды. Записать показания термометра в момент кристаллизации (Т ).

После этого вынуть пробирку и, нагрев ее в руке до исчезновения кристаллов льда, повторить эксперимент. Для рас

чета брать среднее арифметическое из двух определений. Полученный результат - это температура замерзания растворителя. Далее: навеску вещества с известной массой внести в пробирку прибора, следя за тем, чтобы вещество не осталось на ее стенках. Размешивая раствор мешалкой, добиться полного растворения навески вещества и аналогично определить температуру замерзания раствора (Т₂).

3.4.3. Определение молекулярной массы вещества и осмотического давления полученного раствора

На основании полученных экспериментальных данных рассчитать:

Температурную депрессию: DT=T -Т _э
Осмотическое давление: p_ocM=DT/K*RT,
Молекулярную массу предложенного вещества:

М=К>1000-т /DT-т ,

в-ва р-ля'

где К= 1,86 °С - криоскопическая константа воды,

m и m - соответственно масса вещества и растворителя , г.

в-ва р-ля ^ г г з

Уравнение для определения после подстановки констант приобретает вид: р_осм = 12БТ (приО°С). 3.5. Определение изотонического коэффициента и кажущейся степени диссоциации натрия хлорида криоскопическим методом

Собрать прибор аналогично работе п. 3.4. и приготовить охлаждающую смесь.
Во внутренний сосуд криоскопа помещают растворитель массой 20 г (или по указанию преподавателя) и, перемешивая мешалкой наблюдают за понижением температуры воды и появлением первых кристаллов льда. Установившийся уровень ртути является температурой замерзания чистого растворителя -
Вынув сосуд, растопить кристаллы льда теплотой руки, всыпать 1 г натрия хлорида, перемешать раствор до полного растворения соли. Поместив данный сосуд во внешний сосуд с охлаждающей смесью и перемешивая раствор мешалкой, снова следить за понижением температуры и появлением первых кристаллов льда. Измерить температуру замерзания раствора - Т .

3.5.4. Обработка результатов эксперимента

Исходные данные:

т₁ - масса хлорида натрия, г

т₂ - масса воды, г

b - моляльная концентрация раствора, моль/кг Т - температура замерзания воды , °С Т₂ - температура замерзания раствора, °С

К(Н₂0) = 1,86 Выполнение расчета:

число молей растворенного вещества n(NaCl) = m₁/M(NaCl)
температурная депрессия теоретическая dt_teop = K*b
моляльная концентрация раствора

b = n(NaCl)/m₂, моль/г или b=n(NaCl) • 1000/m₂, моль/кг

температурная депрессия практическая dt _ает ~т₁-т₂
изотонический коэффициент i = dt /dT

т т ~< практ. теор.

степень электролитической диссоциации: a = (i-l)/(n-l), где п - число частиц электролита.

Вывод: сделать оценку метода криоскопии и возможность его использования в биологических исследованиях. Объяснить, почему сильные электролиты экспериментально дают более низкие значения а, чем теоретически предполагаемые.

4. Контрольные вопросы

Какие свойства растворов относятся к коллигативным?
Укажите ограничения применения закона Рауля и приведите примеры систем, неподчиняющихся этому закону.
Объясните применение криоскопического метода в медико-биологических исследованиях.
Укажите отличие в определении осмотического давления для растворов разного типа.
Для каких растворов (разбавленных, концентрированных) наблюдаются большие отклонения от закона Вант-Гоффа?
С чем связан положительный эффект повязок с гипертоническим раствором для лечения гнойных ран?
Объясните, почему растворы поваренной соли и сахарозы вызывают стойкий плазмолиз клеток, мочевины и глицерина - временный плазмолиз, а этанола, эфира и хлороформа не вызывают плазмолиз?
Как изменяется изотонический коэффициент при разбавлении раствора электролита?
Почему для характеристики коллигативных свойств растворов, содержащих смесь электролитов, используют осмоляльность и осмолярность?

Как изменяется коэффициент активности при изменении концентрации раствора?
Изменится ли ионная сила раствора, содержащего хлорид натрия, при добавлении равного объема раствора хлорида калия с той же концентрацией? Дайте пояснение.

12. Как изменится растворимость кислорода в плазме крови: а) при увеличении концентрации в ней солей; б) при снижении температуры; в) при увеличении атмосферного давления?

1 ... 5 6 7 8 9 10 11 12 ... 17

	Практикум по общей химии Москва 2013г Лабораторный практикум по общей химии Методическое пособие предназначено, в первую очередь, для студентов факультета инженерной механики, изучающих курс общей химии в...		Лабораторная работа эффект Мёссбауэра Зеленодольск 2007 Печатается... Методическое пособие предназначено для студентов третьего курса физико-математического факультета Зеленодольского филиала кгу, специализирующихся...
	Методическое пособие для студентов геолого-географического факультета... Учебно-методическое пособие разработано доцентом кафедры общей географии, краеведения и туризма В. Г. Еременко		Методическое пособие по курсу «Картография» для студентов специальностей... Учебно-методическое пособие разработано доцентом кафедры общей географии, краеведения и туризма В. Г. Еременко, доцентом кафедры...
	Лекция 8 Географические атласы Учебно-методическое пособие разработано доцентом кафедры общей географии, краеведения и туризма В. Г. Еременко		В. Т. Жуков социально-экономическая картография Учебно-методическое пособие разработано доцентом кафедры общей географии, краеведения и туризма В. Г. Еременко
	Методическое пособие к теме "диаграмма состояния железо-углерод"... Методическое пособие разработано кандидатами химических наук, доцентами кафедры общей и неорганической химии С. Н. Свирской и И....		Лабораторная работа №1 Шатило С. П., Ковалев А. Ю. Методическое руководство к лабораторным работам по курсу «Технология конструкционных материалов»
	Учебно-методическое пособие для студентов специальность 050144 Дошкольное... Данное учебно-методическое пособие адресовано студентам педагогического колледжа и имеет цель оказать помощь в подготовке к зачету...		Учебно-методическое пособие Тольятти 2011 удк ббк ахметжанова Г.... Учебно-методическое пособие предназначено для студентов магистров, обучающихся на педагогическом факультете тгу по направлению «Педагогика»....
	Методическое пособие для самостоятельной работы студентов по подготовке... Методическое пособие для самостоятельной работы для студентов по подготовке к контрольным и курсовым работам и рейтинг программа...		2 Естественные науки (естествознание) 20. 1 Человек и окружающая... Учебно-методическое пособие разработано доцентом кафедры общей географии, краеведения и туризма В. Г. Еременко, доцентом кафедры...
	Тема: «Форма и размеры Земли. Движение Земли. Смена дня и ночи» Учебно-методическое пособие разработано доцентом кафедры общей географии, краеведения и туризма В. Г. Еременко, доцентом кафедры...		Учебно-методическое пособие Красноярск сфу 2012 удк 504. 004. 4 (07) ббк 28. 0я73 Экологическая информатика: учебно-методическое пособие [Текст] / сост. М. А. Субботин. – Красноярск: Сиб федер ун-т, 2012. – 9 с
	Учебно-методическое пособие самара 2005 удк 657 Рецензенты Учебное пособие предназначено для студентов заочного отделения Международного института рынка, обучающихся по специальности «Финансы...		Учебно-методическое пособие / О. Н. Углицких, И. И. Глотова, Е. П.... Учебно-методическое пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки 080300. 68 «Финансы и кредит» очной...

Похожие: