Роль воды в жизнедеятельности организма. Теория растворов электролитов и неэлектролитов коллигативные свойства растворов

1. ЛЕКЦИЯ 2

РОЛЬ ВОДЫ В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
ОРГАНИЗМА.
ТЕОРИЯ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ И
НЕЭЛЕКТРОЛИТОВ
КОЛЛИГАТИВНЫЕ СВОЙСТВА РАСТВОРОВ.
…А растворы и их образования
играют роль первостепенную не только в природе,
называемую мёртвой, но и в организмах.
Д.И. Менделеев

2. СТРОЕНИЕ ВОДЫ

+8О
2p
2S
1S
1S2 2S2 2P4
Sp3
104,50

3. ОБРАЗОВАНИЕ ВОДОРОДНЫХ СВЯЗЕЙ В ВОДЕ

●●
H - O ●●● H - O ●●● H - O ●●● H - O ●●
H
H
H
Eвод. связи = 20-25 кДж/моль
H

4.

СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ
КОНЦЕНТРАЦИЙ
1) Массовая доля ω(Х) – отношение массы
растворённого вещества к общей массе
раствора (выражают в долях единицы,
процентах, промилле (тысячная часть
%)%)
m( х)
( Х )
m( р ра)
m( х)
( Х )
100%
m( р ра)

5.

СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ
КОНЦЕНТРАЦИЙ
2)
Молярная
концентрация
С(Х)
–
количество молей растворённого вещества в
единице объёма раствора (моль/л)
n( Х )
m( Х )
С( Х )
V ( р ра) M ( Х ) V ( р ра)
m( х)
n( Х )
M ( х)

6.

СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ
КОНЦЕНТРАЦИЙ
3) Молярная концентрация эквивалента
растворённого
вещества
–
отношение
количества вещества эквивалента к объёму
раствора (моль/л)
1
n( Х )
1
z
С( Х )
z
V ( р ра)
1
m( Х )
n( Х )
1
z
M( Х)
z

7.

СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ
КОНЦЕНТРАЦИЙ
1
С( Х )
z
m( Х )
1
M ( Х ) V ( р ра)
z
1
M ( Х ) - молярная масса эквивалента;
z
1
1
M ( Х ) М (Х )
z
z

8.

СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ
КОНЦЕНТРАЦИЙ
1
f ( Х ) - фактор эквивалентности;
z
Z - основность кислоты или кислотность
основания в кислотно-основной реакции или
число e-, присоединяемых или теряемых в
окислительно-восстановительной реакции

9.

СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ
КОНЦЕНТРАЦИЙ
4) Моляльная концентрация – показывает
отношение количества вещества в молях к
массе
растворителя
(выражается
в
моль/кг)
n( Х )
m( х)
b( Х )
m( р ль) M ( х) m( р ль)
m( Х ) 1000
b( х )
M ( Х ) m( р ль)

10.

СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ
КОНЦЕНТРАЦИЙ
5) Молярная доля растворённого вещества –
отношение количества данного компонента
(моль) к сумме количеств всех компонентов
(выражается в единичных долях или в %)
n( Хi )
(Хi )
n( р р )
i
n(Хi) – количество вещества данного компонента, моль
∑ n (р-р) – суммарное количество всех компонентов
раствора, моль

11.

СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ
КОНЦЕНТРАЦИЙ
6) Титр – отношение массы вещества к объёму
раствора
m( Х )
Т(Х )
V (Х )
Единица измерения - [г/мл]

12.

ТЕРМОДИНАМИКА ПРОЦЕССА
РАСТВОРЕНИЯ
Вещества
самопроизвольно
растворятся, если ΔG0 < 0
∆G0= ∆H0 -T∆S0
ΔH0р = ΔH0крист. + ΔH0сольват.
могут

13.

САМОПРОИЗВОЛЬНОЕ
РАСТВОРЕНИЕ ВЕЩЕСТВ
1) При растворении твёрдых веществ с
ионной кристаллической решёткой (NaCl,
KCl)
ΔH0р-я > 0, т.к. ΔH0кр > ΔH0сольв,
ΔS > 0 тогда TΔS > ΔH0
ΔG < 0 , растворы охлаждаются

14.

САМОПРОИЗВОЛЬНОЕ
РАСТВОРЕНИЕ ВЕЩЕСТВ
2) При растворении твёрдых веществ с
ковалентной
жидкостей
связью
(сахар)
и
ΔH0< 0, т.к. ΔH0кр < ΔH0сольв, ΔS > 0, тогда
процесс протекает с выделением тепла
(экзотермическая реакция)
Для жидкостей ΔH0кр = 0, ΔH0сольв > ΔH0кр,
поэтому ΔH0раств < 0, ΔS > 0

15.

САМОПРОИЗВОЛЬНОЕ
РАСТВОРЕНИЕ ВЕЩЕСТВ
3) Для газов ΔH0кр = 0, тогда
ΔH0раств = ΔH0сольв, ΔH0раств < 0,
ΔS < 0
TΔS < ΔH0
при низких температурах

16.

ЗАКОН ГЕНРИ
Количество газа, растворённого при
данной температуре в определённом
объёме жидкости, при равновесии прямо
пропорционально давлению газа
С(Х) = Kг(Х)×Р(Х)
С(Х) – концентрация газа в насыщенном растворе,
(моль/л)
Kг(Х) – константа Генри (моль/л×Па) ,
Р(Х) – давление газа над раствором, Па

17.

ЗАКОН СЕЧЕНОВА
Растворимость газов в жидкостях в
присутствии электролитов понижается,
происходит высаливание газов
С ( Х ) С0 ( Х ) e
кс С э
С(Х) – растворимость газа в присутствии электролита;
C0(Х) – растворимость газа в чистом растворителе;
Сэ – концентрация электролита;
Кс – константа Сеченова (зависит от природы газа,
электролита и температуры)

18.

ДАВЛЕНИЕ ПАРА НАД
РАСТВОРОМ
ЗАКОН РАУЛЯ
Давление пара раствора, содержащего
нелетучее растворённое вещество, прямо
пропорционально
молярной
доле
растворителя
Р = Кр×æ(Х1)

19.

ДАВЛЕНИЕ ПАРА НАД РАСТВОРОМ
Р –давление пара над раствором, (Па);
Кр – константа Рауля, (Па);
æ(Х1) –молярная доля растворителя Х1
в растворе

20.

ДАВЛЕНИЕ ПАРА НАД РАСТВОРОМ
Р Р
( раст.в ва)
0
Р
0
Р0- давление пара над чистым
растворителем, (Па);
Р – давление пара растворителя над
раствором нелетучего вещества (Па);
Р0 – Р –абсолютное понижение давления
пара над раствором (Па);

21.

ДАВЛЕНИЕ ПАРА НАД РАСТВОРОМ
Р Р
- относительное понижение
0
Р
0
давления пара над раствором (Па)
Р0 - Р = ΔР
Р
( раств.в ва) 0
Р
ΔР = Р0×æ(раств. в-ва)

22.

ПОВЫШЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ КИПЕНИЯ
РАСТВОРОВ
ΔTК = KЭ×b(Х)
b(Х) - моляльная концентрация (моль/кг)
KЭ – эбулиометрическая константа,
(кг×К/моль)
КЭ(Н2О) = 0,516 кг×К/моль

23.

ПОВЫШЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ КИПЕНИЯ
РАСТВОРОВ
m( Х ) 1000
b( Х )
m( р ля) M ( Х )
Т кип
K Э m( Х ) 1000
m( р ля ) M ( Х )

24.

ТЕМПЕРАТУРА КИПЕНИЯ РАСТВОРА
T(КИП.Р-РА) = TКИП.Р-ЛЯ + ΔTК

25.

ПОНИЖЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ЗАМЕРЗАНИЯ
РАСТВОРА
ΔTЗ = KЗ×b(Х)
b(Х) – моляльная концентрация, моль/кг
KЗ – криометрическая константа,
(кг×К/моль)
Кз (Н2О) = 1,86 кг×К/моль

26.

ПОНИЖЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ЗАМЕРЗАНИЯ
РАСТВОРА
m( Х ) 1000
b( Х )
m( р ля) M ( Х )
К З m( Х ) 1000
Т З
m( р ля ) M ( Х )

27.

ТЕМПЕРАТУРА ЗАМЕРЗАНИЯ РАСТВОРА
ТЗАМ.
Р-РА
= ТЗАМ. Р-ЛЯ - ΔТЗ

28.

РАСЧЁТ МОЛЯРНЫХ МАСС РАСТВОРЁННОГО
ВЕЩЕСТВА-НЕЭЛЕКТРОЛИТА
K Э m( Х ) 1000
M (Х )
m( р ля) Т К
К З m( Х ) 1000
M (Х )
m( р ля ) Т З

29.

ОСМОС. ОСМОТИЧЕСКОЕ
ДАВЛЕНИЕ
Схема осмоса
Схема осмоса
h
Раствор сахара
Мембрана
H2O

30.

Расчет величины осмотического давления
Р=h g
Р - гидростатическое давление столба жидкости
h – высота столба жидкости
- плотность жидкости кг/м3
g – ускорение силы тяжести – 9,8 м/с2

31.

Уравнение Вант-Гоффа
осм = С(х) R T
П ОСМ
m( Х ) R T
M ( Х ) V ( р ра)
m( Х ) R T
M (Х )
ПОСМ V ( р ра)
R – универсальная газовая постоянная (8,3Дж/моль×К);[кПа×л/моль×К]

32.

РОЛЬ ОСМОСА И ОСМОТИЧЕСКОГО
ДАВЛЕНИЯ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
) При помещении клеток в изотонический
раствор, клетки сохраняют свой размер и
нормально функционируют.
2)
При
помещении
клеток
в
гипертонический раствор, вода из клеток
уходит
в
раствор
и
наблюдается
сморщивание клеток или плазмолиз.
1
10%
0,9%

33.

РОЛЬ ОСМОСА И ОСМОТИЧЕСКОГО
ДАВЛЕНИЯ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
3) При помещении клеток в гипотонический раствор
вода из раствора переходит внутрь клеток, что
приводит к их набуханию, а затем к разрыву
оболочек и вытеканию клеточного содержимого.
Такое разрушение называют лизисом.
В случае эритроцитов этот процесс называют
гемолизом.
0,9%
0,5%

34.

РАСЧЁТ ИЗОТОНИЧЕСКОГО КОЭФФИЦИЕНТА
i
TЗ ( ЭКСП )
Т З (ТЕОР)
Т К ( ЭКСП )
Т К (ТЕОР)
П ОСМ ( ЭКС )
П ОСМ (ТЕОР)
РЭКС
РТЕОР
i - показывает во сколько раз практически
полученные величины выше теоретических, т. е.
расчётных

35.

УРАВНЕНИЯ ДЛЯ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ
ΔТЗ = i×КЗ×b(Х)
ΔТК = i × КЭ × b(Х)
П =i ×С(Х) × R × T
ΔР = i × P0 × æ(Х2)

36.

ИЗОТОНИЧЕСКИЙ КОЭФФИЦИЕНТ СВЯЗАН
СО СТЕПЕНЬЮ ДИССОЦИАЦИИ УРАВНЕНИЕМ
i 1
n 1
1< i < n