Модуль 1. Термодинамика. Кинетика. Катализ.

Модуль 1. Термодинамика. Кинетика. Катализ.
Занятие №4. Коллигативные свойства растворов. Сильные и слабые электролиты.
Цель: Вам необходимо овладеть учебной программой данного занятия и научиться
применять данный материал в своей будущей профессии врача
Сделайте записи в рабочей тетради по плану:
• дата;
• номер занятия;
• тема занятия;
• цель занятия;
• основные вопросы темы;
Учебные вопросы занятия.
1. Коллигативные свойства растворов слабых электролитов:
1.1закон Рауля и его следствия;
1.2 диффузия, осмос, осмотическое давление, законы Фика и Вант- Гоффа.
2.Элементы теории растворов электролитов:
2.1 закон разведения Оствальда;
2.2 изотонический коэффициент. Теория Дебая-Хюккеля. Активность, коэффициент
активности. Ионная сила.
3.Электролиты в организме. Осмотические свойства растворов электролитов.
3.1 Изоосмия, осмолярность, осмоляльность.
3.2 Роль осмоса в биологических системах. Плазмолиз и деплазмолиз
При отработке 1-го учебного вопроса
Обратите внимание на:
- понятия : раствор , растворитель, растворенное вещество, «коллигативные» свойства
растворов;
-законы Рауля о давлении паров растворителя над раствором и изменении температур
кипения и замерзания растворов неэлектролитов и электролитов;
-явления : диффузии, осмоса, осмотического давления и их роль в жизнедеятельности
организмов;
- формулировку и математическое выражение закона Вант-Гоффа для неэлектролитов и
электролитов.
Приведите примеры фармакотерапевтического воздействия на осмотическое давление.
При отработке 2-го учебного вопроса
Обратите внимание на:
- физический смысл изотонического коэффициента, его зависимость от различных
факторов и значение для электролитов, не электролитов и веществ склонных к
ассоциации.
- отличие сильных электролитов
от слабых; степень диссоциации и константу
диссоциации как количественные характеристики диссоциации слабых электролитов, их
зависимость от различных факторов.
- взаимосвязь между константой диссоциации и степенью диссоциации, закон разведения
Оствальда устанавливающий эту связь.
- теорию сильных электролитов – теорию Дебая-Хюккеля;
- понятия активность, коэффициент активности, ионная сила раствора; значение ионной
силы
плазмы крови
и внутриклеточной жидкости как условие реализации
биохимических и физиологических процессов.
При отработке 3-го учебного вопроса.
Обратите внимание на:
- понятия осмолярность, осмоляльностью и их отличие;
1
- необходимость учета осмолярности биологических жидкостей при
введении
лекарственных препаратов;
- явления изоосмии, эндоосмоса, экзоосмоса, цитолиза, гемолиза, плазмолиза;
- понятия: изо-, гипер-, гипотонический раствор и их применение в медицинской
практике.
При проведении заключительной части учебного занятия
Выполните итоговое тестовое задание. Выслушайте преподавателя по оценке
деятельности учебной группы и Вас лично. Обратите внимание на анализ преподавателем
Вашей предстоящей работы на следующем занятии и нюансы при выполнении домашнего
задания.
Рекомендуемая литература:
 Основная литература
1. Общая химия. Учебник для медицинских вузов. (В.А.Попков, С.А.Пузаков), 976 с. –
М,ГЭОТАР Медиа, 2009 г.
2. Практикум по общей и биоорганической химии. Учебное пособие для
студентов медицинских вузов ( Ред. В.А.Попков).- М., АКАДЕМИЯ., 3 изд., 235 с., 2008г.
 дополнительная литература:
1. Общая химия. Учебник для медицинских вузов. (В.А.Попков, С.А.Пузаков), 976 с. М, ГЭОТАР Медиа, 2007 г.
2. Биофизическая и бионеорганическая химия (А.С. Ленский, И.Ю.Белавин,
С.Ю.Быликин), М, МИА, 2008, - 416 с
3. Слесарев В.И. «Химия: Основы химии Живого: Учебник для вузов. СПб: Химиздат,
2000. -768 с.
4. Лабораторный практикум по общей химии: уч. пособие Гончаров В.И. и др. –
Ставрополь, 2003 г.
 программное обеспечение: общесистемное и прикладное программное
обеспечение
 базы данных, информационно-справочные поисковые системы интернет
ресурсы, отвечающие тематике дисциплины , в том числе: -Chemlib.ru,
Chemist.ru, ACD Labs, MSU. ru., и др.
2
Образец билета контроль на «входе»
Билет№5
1. Более сильный термический ожог может быть вызван кипящим сахарным сиропом с
массовой долей сахарозы, равный:
1) 2%
2) 5%
3) 8%
4) 10%
2. Осмотическое давление сантимолярного раствора AlCl3 по сравнению с сантимолярным
раствором NaCl будет ___________.
3. В закрытом сосуде находятся 2 стакана: с чистой водой (1) и с водным раствором сахара
(2). Через некоторое время:
1) уровень жидкости в стакане (1) понизится, в стакане (2) повысится
2) уровень жидкости в стакане (1) повысится, в стакане (2) понизится
3) уровень жидкости в обоих стаканах не изменится
4) уровень жидкости в обоих стаканах понизится
4. Меняется ли температура кипения раствора и чистого растворителя в процессе их
кипения?
1) tкип растворителя не меняется, tкип раствора повышается
2) tкип растворителя и раствора повышаются
3) tкип растворителя повышается, tкип раствора не меняется
4) tкип растворителя не меняется, tкип раствора понижается
5. В месте воспаления осмотическое давление __________, поэтому нужно обрабатывать
_________ раствором, чтобы вызвать _________ бактерий и микроорганизмов.
№1 Решение:
Согласно II закону Рауля повышение температуры кипения раствора по сравнению с
растворителем рассчитывается по формуле:
∆Tкип = E cm(X),
где cm(X) – моляльная концентрация растворенного вещества.
Между моляльной концентрацией и массовой долей существует математическая
зависимость, из которой видно, что чем больше массовая доля растворенного вещества,
тем больше и моляльная концентрация этого вещества в растворе
cm(X)=
Таким образом, самую высокую температуру кипения будет иметь раствор с массовой
долей сахарозы, равной 10% следовательно, этим раствором можно получить более
сильный термический ожог.
Ответ:4
№2. Решение:
NaCl и AlCl3 – электролиты, поэтому осмотическое давление растворов этих веществ
рассчитывается по формуле:
Pосм = i c(X) R T.
Между изотоническим коэффициентом i и степенью диссоциации α существует
математическая взаимосвязь: i =1 + α(n-1),
где n-число ионов, образующихся при диссоциации электролита.
Для AlCl3 n=4, для NaCl n=2, а т.к. эти вещества – сильные электролиты, то для них
можно условно принять, что величина α равна 100%.
С учетом этого очевидно, что i(AlCl3)
i(NaCl), следовательно,
Pосм (AlCl3)
осм (NaCl).
Ответ: больше.
№3. Решение:
Так как давление насыщенного пара растворителя над водным раствором сахара согласно
I закона Рауля ниже, чем над чистой водой, то в закрытом сосуде будет происходить
3
диффузия молекул паров воды от стакана с чистой водой к стакану с водным раствором
сахара. В результате этого:
а) давление пара растворителя над стаканом с чистой водой уменьшится, равновесие
нарушится, поэтому в соответствии принципом Ле-Шателье скорость испарения станет
больше скорости конденсации, что приведет к уменьшению уровня жидкости в стакане с
чистой водой;
б) давление пара растворителя над стаканом с водным раствором сахара увеличится,
равновесие нарушится, поэтому в соответствии с принципом Ле-Шателье скорость
конденсации станет больше скорости испарения, что приведет к увеличению уровня
жидкости в стакане с водным раствором сахара.
Ответ: 1
№4. Решение:
Температура кипения растворителя не меняется, так как подводимое к нему тепло
тратится на эндотермический процесс испарения. Температура кипения раствора будет
постепенно повышаться, так как в результате испарения растворителя моляльная
концентрация растворенного вещества увеличится и в соответствии со II законом Рауля
(∆Ткип =iEcm(X)) температура будет возрастать.
Ответ: 1
№5. Решение:
В месте воспаления в результате повышенного местного обмена веществ усиливается
распад макромолекул на более мелкие фрагменты, в результате чего увеличивается
количество частиц и, соответственно, осмотическое давление. По этой же причине рану
нужно обрабатывать гипертоническим раствором, чтобы вызвать плазмолиз
микроорганизмов и бактерий, а также отток (экзосмос) жидкости из раны в
гипертонический раствор, что способствует ее очищению.
Ответ: ... увеличивается … гипертоническим ... плазмолиз.
Образец билета «тест-контроль на выходе»
Билет №5
1. Над раствором какого вещества давление пара растворителя больше, если температура
и мольные доли растворенных веществ равны:
а) сахароза;
б) CaCl2;
в) Al2(SO4)3 ?
Ответ обоснуйте.
2.
Ионная сила раствора определяется по формуле:
а) I = CRT;
в) I = i – 1 / ν – 1;
б) I = f · C;
г) I = ½ Σ Ci Zi2.
3. Как изменяется степень диссоциации слабого электролита при введении одноимённого
иона
а) увеличивается;
б) уменьшается;
в) не изменяется?
Ответ обоснуйте.
Эталон ответа на вопросы билета
№1 Решение:
Согласно I закона Рауля ∆p = p0 χB ,
где ∆p – давления насыщенного пара растворителя над раствором;
p0 – давление насыщенного пара над чистым растворителем;
χB – молярная доля растворителя.
При образовании раствора концентрация растворителя уменьшается, его мольная доля
становится меньше 1, и тем в большей степени, чем больше число кинетически активных
частиц растворенного вещества:
а) C12H22O11, =1 (неэлектролит)
4
б) CaCl2 → Ca +2Cl ,
3
3+
2в) Al2(SO4)3 → 2Al +3SO4 , =5
Кроме того, растворение нелетучего вещества затрудняет испарение растворителя
вследствие:
1) уменьшения подвижности молекул растворителя за счет взаимодействия растворитель
– вещество;
2) уменьшения поверхности испарения, т.к. часть поверхности занята молекулами
вещества.
Эти факторы приводят к смещению равновесия в сторону жидкости и уменьшению
давления насыщенного пара растворителя над раствором.
Ответ: а)
№2 Решение:
В растворах электролитов существует взаимное влияние ионов: одноименные по заряду
ионы отталкиваются, а разноименные – притягиваются. В результате электростатического
притяжения часть ионов оказывается в связанном состоянии. Это приводит к изменению
свойств
раствора,
эквивалентному
уменьшению
концентрации
кинетически
самостоятельных частиц, т.е. как бы снижению ионизации электролита, величина
«степень ионизации» сильного электролита называется кажущейся. Взаимное влияние,
мешающее ионам принимать участие в тех или иных процессах, усиливается по мере
увеличения концентрации раствора.
Для количественного определения этого влияния используют величину ионной силы
раствора I:
I=0,5 Ʃ Ci Zi , где
Ci- молярная концентрация иона в растворе, моль/л;
Z- заряд иона.
Ионная сила раствора – величина аддитивная, т.е. каждый электролит вносит свой вклад в
величину I независимо от других.
Для каждого иона определенному значению ионной силы соответствует свой
коэффициент активности, который показывает, какая часть ионов от общего числа
находится в ионизированном состоянии.
Ответ: г)
2+
-
№3 Решение:
Степень ионизации (диссоциации)- количественная характеристика ионизации слабого
электролита
α=
Введение одноименного иона в раствор электролита, согласно принципу Ле-Шателье,
способствует смещению равновесия процесса ионизации в сторону ассоциации
(моляризации) ионов и увеличению общего числа недиссоциированных молекул. Степень
диссоциации (ионизации) при этом уменьшается.
Ответ: б)