Лекция №3. Растворы имеют важное значение в жизни и практической деятельности человека

Учение о растворах

Растворы имеют важное значение в жизни и практической деятельности человека. Биохимические процессы в организме протекают в растворах. Усвоение пищи связано с переходом питательных веществ в растворенное состояние. Важнейшие биологические жидкости - кровь, лимфа, моча, слюна, пот являются растворами солей, белков, углеводов, липидов в воде. Биожидкости участвуют в транспорте питательных веществ (жиров, аминокислот, кислорода), лекарственных препаратов к органам и тканям, а также в выведении из организма метаболитов (мочевины, билирубина, углекислого газа).

Раствор – это гомогенная система переменного состава, образованная двумя или более компонентами.

Компонент, агрегатное состояние которого не изменяется при образовании раствора, называют растворителем, а другой компонент – растворенным веществом.

При одинаковом агрегатном состоянии компонентов растворителем считается компонент, количество которого в растворе преобладает^.

В растворах электролитов вне зависимости от соотношения компонентов электролиты рассматриваются как растворенные вещества.

Растворами являются все важнейшие физиологические жидкости: кровь, лимфа, желудочный сок, кишечный сок, внутриклеточные соки, слюна, желчь, моча. Растворенными веществами в них будут: белки, пептиды, аминокислоты, углеводы, липиды; ионы Na+, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl ^–, HCO₃ ^–, H₂PO₄ ^–; газы О₂, N₂, CO₂. Растворитель – вода.

Ионы каждый в отдельности или совместно выполняют определённые функции в организме. Решающая роль в переносе воды в организме принадлежит ионам Na⁺ и Cl ^–, т.е участвуют в водно-солевом обмене. Ионы электролитов участвуют в процессах поддержания постоянства осмотического давления, установления кислотно-щелочного равновесия, в процессах передачи нервных импульсов, в процессах активации ферментов.

Антагонизм ионов – способность ионов растворов организма ослаблять действие друг друга, действовать в противоположном направлении.

Ca²⁺ активирует работу сердца, а К⁺ наоборот её снижает.

Там, где ионы К⁺ и Rb⁺ – активаторы ферментов; ионы Li⁺, Na⁺, Cs⁺ – ингибиторы

Синергизм ионов – способность одного иона усиливать действие другого.

Mg усиливает действие бора, его синергист. Ni синергист Со; Mn – Zn, Cu, Co.

С позиции живых систем наибольший интерес представляют растворы, в которых растворителем является вода.

В ней растворяется огромное число веществ. Она не только растворитель, который обеспечивает молекулярное рассеяние веществ по всему организму. Она также является участником многих химических и биохимических процессов в организме. Например, гидролиза, гидратации, набухания, транспорта питательных и лекарственных веществ, газов, антител и т.п.

В организме происходит непрерывный обмен воды и растворённых в ней веществ. Вода составляет основную массу любого живого существа. Её содержание в теле человека меняется с возрастом: у эмбриона человека – 97%, у новорождённого – 77%, у взрослых мужчин – 61%, у взрослых женщин – 54%, у стариков старше 81 года – 49,8%. Большая часть воды в организме находится внутри клеток (70%), около 23% – межклеточной воды, а остальная (7%) – находится внутри кровеносных сосудов и в составе плазмы крови.

Всего в организме 42 л воды. В сутки поступает в организм и выводится из него 1,5 – 3 л воды. Это нормальный водный баланс организма.

Главный путь выведения воды из организма – почки. Потеря 10 – 15% воды опасна, а 20 – 25% смертельна для организма.

Вода – как растворитель. В.И. Слесарев «Основы химии живого» стр. 125-134.

Термодинамика растворения. В.И. Слесарев «Основы химии живого» стр. 134-135

Важнейшей характеристикой раствора является его концентрация.

Способы выражения концентрации растворов:

1. Массовая доля w(х) – величина, равная отношению массы растворённого вещества m(x) к массе раствора m(p-p)

w (x) = × 100%

2. Молярная концентрация раствора с (х) – величина, равная отношению количества вещества n(х) содержащегося в растворе к объёму этого раствора V(р-р).

с (х) = [моль/л], где n(х) = [моль]

3. Молярная концентрация эквивалента с ( x) – величина, равная отношению количества вещества эквивалента n ( x) в растворе к объёму этого раствора.

c ( x) = [моль/л], где n (x) = [моль], а М(x) = × М(x)

Эквивалент – это реальная или условная частица вещества х, которая в данной кислотно-основной реакции эквивалентна одному иону водорода или в данной ОВР – одному электрону.

Число эквивалентности z и фактор эквивалентности f = . Фактор эквивалентности показывает какая доля реальной частицы вещества х эквивалентна одному иону водорода или одному электрону. Число эквивалентности z равно для:

а) кислот – основности кислоты H₂SO₄ z = 2.

б) оснований – кислотности основания Aℓ(OH)₃ z = 3.

в) солей – произведению степени окисления (с.о.) металла на число его атомов в молекуле Fe₂(SO₄)₃ z = 2 × 3 = 6.

г) окислителей – числу присоединенных электронов

Mn⁺⁷ + 5ē → Mn⁺² z = 5

д) восстановителей – числу отданных электронов

Fe⁺² – 1ē → Fe⁺³ z = 1

4. Моляльная концентрация b(x) – величина, равная отношению количества вещества к массе растворителя (кг)

b(x) = = [моль/кг]

5. Молярная доля c (x_i) равна отношению количества вещества данного компонента к суммарному количеству всех компонентов раствора

c(x_i)=

У растворов имеется ряд свойств, которые не зависят от природы растворенного вещества, а зависят только от его концентрации. Такие свойства называют коллигативные.

Коллигативные свойства растворов.

Коллигативные свойства лежат в основе водно-солевого обмена, распределения питательных веществ между кровью и тканями, работы почек, поддержания тургора клеток, действия некоторых лекарственных веществ.

Тургор (повышенное (внутреннее) давление, придающее клеткам определенную упругость и напряжение) позволяет растению сохранять вертикальное положение и определенную форму.

Коллигативные свойства – это свойства растворов, которые не зависят от природы растворенного вещества и определяются только числом частиц растворенного вещества, его концентрацией.

Зависимость коллигативных свойств от концентрации описывают законы Рауля и Вант-Гоффа. Они справедливы:

· для разбавленных растворов, близких по свойствам к идеальным

в идеальном растворе, в отличие от реального отсутствуют взаимодействия между компонентами.

· для растворов нелетучих веществ

· для растворов неэлектролитов

К коллигативным свойствам относят:

· давление насыщенного пара над раствором

· повышение температуры кипения

· понижение температуры замерзания

· осмос, осмотическое давление

Давление насыщенного пара над раствором.

Наличие в жидкости небольшой части молекул с высокой энергией и скоростью движения приводит к тому, что те из них, которые находятся на поверхности, оказываются в состоянии, за счет своей кинетической энергии, преодолеть силы межмолекулярного взаимодействия и выйти за пределы жидкости, перейдя в парообразное состояние. При этом энтропия системы в целом возрастает, что делает процесс испарения, несмотря на его эндотермичность, самопроизвольным.

Если в замкнутый сосуд поместить чистый растворитель, например воду, то в этой системе будут протекать два процесса: испарение молекул воды с поверхности жидкости и обратный процесс – конденсация молекул из газовой фазы на поверхности жидкости. Через некоторое время в системе установится динамическое равновесие (∆G = 0), т.е такое состояние системы, когда число частиц, испаряющихся с поверхности жидкости за единицу времени, равно числу частиц, переходящих в жидкость из газовой среды.

Дата добавления: 2014-01-11