Заняття № 12. 1. ТЕМА: Колігативні властивості розчинів

1. ТЕМА: Колігативні властивості розчинів.

2. ОБҐРУНТУВАННЯ ТЕМИ. Колігативні властивості розчинів (дифузія, осмос та ін.) обумовлюють найважливіші аспекти життє­діяльності організму. Осмотичний тиск обумовлює розподіл води і поживних речовин між різними органами і тканинами організму. Ме­ханізм осмосу залежить від природи мембран. За рахунок вибіркової проникності мембран відбувається перенесення поживних речовин і виведення продуктів метаболізму. Вивчення осмотичних явищ показало, що в середині клітини осмотичний тиск більший, ніж у позаклітинній рідині. Методи осмометрії, кріометріі та ебуліометріі використову­ються для дослідження біологічних рідин, визначення їх осмоляльності, середньої молекулярної маси білка та молекулярних мас інших фізіологічно активних сполук.

3. МЕТА. Сформувати уявлення про колігативні властивості розчинів та їх значення для життєдіяльності організму. Виконати осмометричні дослідження, підібрати гіпо-, гіпер- та ізотонічні розчини для еритроцитів крові.

Студент повинен знати:

- суть колігативних властивостей розчинів: дифузії, осмосу, зниження тиску насиченої пари розчинника над розчином, зниження температури замерзання і підвищення температури кипіння розчинів;

- закони Фіка, Оствальда, Рауля;

- суть термінів: ізотонічний, гіпертонічний, гіпотонічний розчин;

- суть процесів гемолізу та плазмолізу;

- можливості застосування методів осмометрії, кріоскопії та ебуліоскопії.

вміти:

- робити обчислення за рівняннями Оствальда, Рауля, формулами методів кріоскопії та ебуліоскопії;

- проводити порівняльний аналіз розчинів для визначення їх дії як ізотонічних, гіпертонічних, або гіпотонічних.

оволодіти навичками:

- проведення найпростіших осмометричних досліджень біологічних рідин;

- визначення процесів гемолізу і плазмолізу.

4. ОСНОВНІ БАЗОВІ ЗНАННЯ, ВМІННЯ І НАВИЧКИ, НЕОБХІДНІ ДЛЯ ЗАСВОЄННЯ ТЕМИ.

1) Поняття про розчини електролітів та неелектролітів.

2) Теорія розчинів.

3) Концентрація розчинів.

4) Теорія електролітичної дисоціації, поняття про сильнітаслабкі електроліти, ступінь та константу дисоціаці.

(Матеріал шкільної програми з хімії та попередніх занять).

5. ГРАФ ЛОГІЧНОЇ СТРУКТУРИ

Колігативні Значення колігативних

властивості розчинів властивостей розчинів

(неелектролітів та електролітів) для життєдіяльності

організму

Дифузія Осмос

(закон Фіка) (закон Вант-Гоффа) Зниження тиску насиченої

пари розчинника над

розчином (закон Рауля)

осмометрія; кріоскопія, ебуліоскопія

ізотонічні, гіпертонічні,

гіпотонічні розчини,

плазмоліз, гемоліз

визначення осмоляльності

біологічних рідин

Спостереження явища осмосу в осмометрі,

та явищ гемолізу і плазмолізу.

6. ОРІЄНТОВНА КАРТКА ДЛЯ САМОПІДГОТОВКИ ДО ЗАНЯТТЯ (самостійна позааудиторна робота студентів)

Зміст і послідовність дій	Вказівки до навчальних дій
1. Колігативні властивості розведених розчинів неелектролітів.	1.1. Дифузія, закон Фіка, рівняння Ейнштейна. 1.2. Осмос, осмотичний тиск, закон Вант-Гоффа. 1.3. Явище осмосу у природі, біологічне значення осмосу, осмометрія, поняття про зворотний осмос. 1.4. Відносне зниження тиску насиченої пари розчинника над розчином. Закон Рауля 1.5. Наслідки закону Рауля. Кріо- та ебуліоскопія.
2. Особливості колігативних власти-востей розчинів електролітів та біологічних рідин	2.1. Поняття про ізотонічний коефіцієнт. 2.2. Гіпо-, гіпер- та ізотонічні розчини. Плазмоліз та гемоліз. 2.3. Онкотичний тиск. 2.4. Внесок електролітів, неелектролітів, біополімерів у загальне значення осмотичного тиску біологічних рідин.

7. ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО ОПРАЦЮВАННЯ

(самостійна позааудиторна робота студентів)

1) Що обумовлює величину осмотичного тиску плазми крові?

2) У чому суть поняття "ізотонічний коефіцієнт Вант-Гоффа"?

3) У чому полягає відмінність дії морської води від річкової на очі людини, яка пірнає?

4) В якому випадку перший розчин є гіпертонічним по відношенню до другого?

а) розчин сахарози (5 моль/л) і розчин сечовини (5 моль/л);

б) розчин глюкози (1 моль/л) і розчин сахарози (0,1 моль/л);

в) розчин сахарози (0,1 моль/л) і розчин нітрату калію (0,08 моль/л);

г) розчин нітрату калію (0,1 моль/л) і розчин хлориду кальцію

(0,8 моль/л).

5) Над яким розчином тиск насиченї водяної пари буде максимальним, що призведе до мінімальної температури кипіння цього розчину?

а) розчин хлориду кальцію (0,4 моль/л);

б) розчин хлориду калію (1,0 моль/л);

в) розчин сечовини (0,4 моль/л);

г) розчин сахарози (1,0 моль/л).

6) При розчиненні 13 г камфори в 400 г диетилового ефіру темпера­тура кипіння підвищилась на 0,453°. Визначити молярну масу камфори.

ПРАВИЛЬНІ ВІДПОВІДІ

1) Величина осмотичного тиску плазми крові обумовлена вмістом електролітів, концентрацією низькомолекулярних неелектролітів і біополімерів. Вирішальну роль відіграють катіони та аніони електролітів. Осмотичний тиск крові людини при 37°С досягає величини 0,74-0,78 МПа. Внесок колоїдних частинок та біополімерів (онкотичний тиск) значно менший - до 0,004 МПа (до 5%). Постійність осмотичного тиску в крові людини регулюється шля­хом виділення парів води при диханні, роботою нирок, виділен­ням поту та ін.

2) Ізотонічний коефіцієнт Вант-Гоффа дозволяє врахувати вплив на колігативні властивості розчинів збільшення кількості частинок у розчинах електролітів, що відбувається внаслідок їх дисоціа­ції. При повній дисоціації (ступінь дисоціації α = 1,0) з одно­го моль електроліту утворюється n моль іонів, що поводяться як самостійні частинки в розчині (для розведених розчинів). Ізотонічний коефіцієнт визначається за формулою: i = 1+α(n-1)

3) Загальна концентрація розчинених речовин (перш за все солей)

в очній тканині є вищою, ніж їх концентрація в прісній воді і нижчою, ніж у морській воді. При контакті з прісною водою очна тканина внаслідок осмосу "розбухає" (відчуття різі в очах), а при контакті з морською водою дещо "всихає" (почерво­ніння очного яблука).

4) У випадку б). Одномолярний розчин глюкози є гіпертонічним до децимолярного розчину сахарози, тому що він містить більшу кількість молекул і його осмотичний тиск буде більшим. У випадках в) і г) треба врахувати певну дисоціацію розчинених солей, які є сильними електролітами. У цих випадках певні роз­чини будуть гіпотонічними по відношенню до других.

5) Над розчином в). Над розчином з концентрацією 0,4 моль/л сечо­вини тиск насиченої водяної пари буде максимальним, тому що кількість розчинених частинок у ньому буде мінімальною.

6) Згідно з наслідком із закону Рауля: Δt_к= E × C_m,

підвищення температури кипіння розчину (Δt_к) пропорційне моляльній (С_m) концентрації розчиненої речовини. Змінимо рівняння відносно моляльної концентрації і перетворимо його у форму, необхідну для розрахунку молярної маси розчине­ної речовини:

де: М - молярна маса камфори, г/моль;

Е - ебуліоскопічна константа розчинника,кг×град/моль;

а - маса розчиненої речовини, кг;

В - маса розчинника, кг.

Для діетилового ефіру: Е = 2,12 кг×град/моль

Проводимо розрахунки;

Δt_к = 0,453⁰ a = 13×10^{-3 кг В = 0,4 кг}

ЗАДАЧІ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО РОЗВ’ЯЗУВАННЯ

(самостійна позааудиторна робота студентів)

Задача № 1

Розчин, що містить у 500 мл води 18 г розчиненої речовини, має осмотичний тиск при 0°С 0,0456 MПа. Розрахувати молярну масу розчиненої речовини.

Задача № 2.

Визначити температуру замерзання розчину, що має 1 моль сечовини на кожний кілограм води.

Задача № 3.

Температура замерзання розчину, що містить 1,7 г хлориду цинку

в 0,25 л води, дорівнює -0,23°С.

Визначити ізотонічний коефіцієнт такого розчину.

Задача № 4.

Осмотичний тиск плазми крові людини при 37°С складав 0,77 МПа. Яку масу сахарози треба взяти для приготування 0,5 л розчину, ізотонічного крові?

8. ВКАЗІВКИ ДО РОБОТИ СТУДЕНТІВ НА ЗАНЯТТІ.

8.1. Визначення осмотичного тиску.

Зібрати прилад для спостерігання явища осмосу - найпростіший осмометр (мал.1). Він складаєтьсяіз посудини з дистильо­ваною водою (1) і зануреної у неї склянки (2). Дном склянки (2) є напівпроник­на мембрана - целофанова плівка (3). У верхній отвір склянки (2) вставляється пробка з капіляром (4). Склянку (2) з капіляром (4) заповнити розчином сахарози з концентрацією 1,5 моль/л, забарвленим для кращого спостерігання у червоний колір. Заповнену склянку (2) занурити у посудину (1) таким чином, щоб рівні розчину в капілярі і води в посудині були однако­вими.

Внаслідок осмосу рівень розчину у капілярі почне підніматися і зупиниться при встановленні динамічної рівноваги (коли швидкість переходу води з посудини (1) у склянку (2) і навпаки стануть рівними). Стовп рідини у капілярі створить додатковий гідростатичний тиск. Після цього виміряти висоту стовпа рідини у капілярі (h) відносно рівня дистильованої води у посудині.

Розрахувати величину осмотичного тиску, враховуючи, що вона дорів­нює гідростатичному тиску стовпа рідини:

P_осм. = P_гідр. P_гідр= ρ × g × h, де:

ρ - густина розчину сахарози, кг/м³;

g - прискорення вільного падіння, м/с²;

h- висота стовпа рідини в капілярі, м.

Дані досліду занести в таблицю:

Концентрація розчину, С, моль/м^3	ρ, кг/м^3	g, м/c^2	h, м	Pосм , Па
1,5 × 10^3	1,14 × 10^3	9,8

8.2. Спостерігання явищ гемолізу та плазмолізу еритроцитів.

У три пробірки внести послідовно по 2,0 мл розчину з масовою часткою хлориду натрію 0,9 та 10 % і 2 мл дистильованої води. У кож­ну пробірку додати по 2 краплі крові, перемішати скляною паличкою. Помістити на предметне скло по краплі розчину з кожної пробірки, накрити покривним склом. Під мікроскопом спостерігати зміну або збереження форми еритроцитів.

Визначити, яка схема відповідає гемолізу, а яка - плазмолізу ери­троцитів та замалювати їх. Визначити, який розчин був гіпо-, гіпep- та ізотонічним крові.

8.3. Оформлення протоколу лабораторної роботи.

Замалювати у зошиті будову осмометра. Розрахувати величину осмотичного тиску та заповнити таблицю.

Замалювати схеми гемолізу та плазмолізу еритроцитів. Зробити висновок, який розчин був гіпо-, гіпep- та ізотонічним крові.

9. ЛІТЕРАТУРА.

1. Мороз А.С., Луцевич Д.Д., Яворська Л.П. Медична хімія. –В: НОВА КНИГА, 2006, с.

111-126.

2. Медицинская химия: учеб./ В.А. Калибабчук, Л.И. Грищенко, В.И. Галинская и др.; под ред. В.А. Калибабчук. – К.: Медицина, 2008.

3. Садовничая Л.П., Хухрянский В.Г. Биофизическая химия. Киев.

Вища школа, 1986, с. 49-59.

4. Ленский А.С. Введение в бионеорганическую и биофизическую

химию. М., Высшая школа. 1989, с. 112-125.

Дата добавления: 2015-05-24