Занятие № 4

Тема: Растворы. Коллигативные свойства растворов

Растворы - это термодиномически устойчивые, гомогенные системы с переменным составом, состоящие из двух и более компонентов. Вещество, сохраняющее своё агрегатное состояние и содержащееся в растворе в большем количестве называется растворителем.

Растворы могут существовать в трех агрегатных состояниях— твердом, жидком и газообразном (смесь газов). К растворам в твердом агрегатном состоянии относятся сплавы металлов, например сплав золота с медью, а примером газообразного раствора является воздух.

В медицинской практике чаще сталкимаемся с растворами в жидком агрегатном состоянии. К ним относятся: плазма крови, моча, лимфа и другие биологические жидкости организма. Они являются сложной смесью белков, липидов, углеводов,солей и других соеденений

Типы растворов. По размеру частиц различают истинные (размер частиц меньше 1 нм) и коллоидные (размер частиц от 1 до 100 нм) растворы. Смеси с размером частиц больше 100 нм относятнся к грубодисперсным системам. К ним относятся суспензии, эмульсии, аэрозоли, пены и различные порошки.

К ионным растворам относятся растворы, хорошо диссоциируемых солей, кислот и оснований (например NaCl, Na₂SО₄, HCl, NaOH). Глюкоза, мочевина, глицерин и другие малодиссоциированные вещества образуют моллекулярные растворы.

Количество вещества, растворенное в определенной массе или объеме раствора или растворителя выражается концентрацией раствора.

В химии используются следующие виды концентрации: массовая доля, объемная доля (больше используется для смеси газов), мольная доля, молярная концентрация (молярность), молярная концентрация эквивалента (нормальность) титр, моляльная концентрация и другие.

Растворение газов в жидкостях

Растворение газов в жидкостях называется абсорбцией газов жидкостями. Растворимость зависит от природы растворителя и растворенного вещества, давления (газа), температуры, коцентрации и от присутствия посторонних веществ.

Растворимость газа в воде объясняется законом Генри: Растворимость газов в воде прямо пропорциональна давлению газов:

α= K·p

Здесь α – коэффициент абсорбции; p– давление газа; K- коэффициент пропорциональности, зависящий от природы вещества и температуры.

Растворимость отдельно взятого газа из смеси газов в жидкости объясняется законом Генри-Дальтона: Растворимость отдельно взятого газа из смеси газов в жидкости прямо пропорциональна парциальному давлению газа:

α_ι= K_ι·p_ι

α_ι – коэффициент абсорбции отдельно взятого газа из газовой смеси в жидкости

p_ι– парциальное давление газа

К – коэффициент пропорциальности, зависящий от природы газа и температуры

Зависимость растворимости газов жидкости от температуры: процесс растворения газов в воде сопровождается выделением тепла, следовательно он является экзотермическим. Поэтому с повышением температуры понижается растворимость газов в воде. Повышение температуры тела при болезнях приводит к уменьшению растворения кислорода в крови.

Зависимость растворимости газов в жидкости от присутствия посторонних веществ. Русский учёный И.М.Сеченов в результате изучения растворимости газов в жидкости выявил следующую зависимость: Присутствие посторонних веществ уменьшает растворимость газов в воде.

S₁=S_ое‾^KC

Или:

здесь: S₁ — растворимость газов в растворе; S_о — растворимость газа в чистом растворителе; е - основание натурального лагорифма; К – константа, зависящая от природы газа; C — концентрация электролита. То есть электролиты в растворе уменьшают растворимость газа.

В крови содержатся ионы электролитов, белки, липиды и другие вещества. Их концентрация может меняться и влиять на растворимость О₂ и CО₂ в крови.

Некоторые свойства растворов не зависят от природы растворенного вещества, а зависят от его количества и молярной концентрации. Такие свойства растворов называются коллигативными (обобщающими) свойствами. К ним относятся: а) осмос и осмотическое давление; б) относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором; с) повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания растворов по сравнению с чистым растворителем.

Осмос — это явление односторонней диффузии растворителя через полупроницаемую мембрану из области с низкой концентрацией в область с высокой концентрацией вещества. Давление, которое могли бы оказывать молекулы растворённого вещества, будучи в газообразном состоянии, при котором растворенное вещество (газ) занимает такой же объем, что и раствор называется осмотическим давлением. Другими словами, давление вызванное воздействием растворенных молекул на полупроницаемую мембрану, называется осмотическим давлением. Прибор для измерения осмотического давления называется осмометром (Рис.4.1.а). В основе работы любого осмометра лежит схема измерения гидростатического давления, препятствующего односторонней диффузии растворителя, равного высоте Н и численно равного осмотическому давлению π_осм раствора (Рис.4.1.б.).

Закон Вант-Гоффа. При неизменной температуре осмотическое давление прямо пропорционально молярной концентрации раствора.

Математическое выражение закона Вант-Гоффа:

здесь: π–осмотическое давление, с –молярная концентрация вещества, R –универсальная газовая постоянная, T –абсолютная температура. Следовательно, осмотическое давление растворов неэлектролитов прямо пропорционально молярной концентрации (c) и абсолютной температуре (T). Установленно, что осмотическое давление в растворах электролитов выше из-за наличия большего числа частиц. Поэтому в уравнение добавляется изотонический коэффициент.

Следовательно осмотическое давление зависит от концентрации растворенного вещества. Растворы с одинаковой концентрацией и осмотическим давлением называются изотоническими. В медецине используется раствор хлорида натрия изотоничный крови с массовой долей 0,89%. Растворы с более высокой концентрацией называются гипертоническими, а с концентрацией ниже - гипотоническими.

Разрушение мембраны клетки (или верхнего слоя протоплазмы) путем ее разрыва называется лизис. Разрушение эритроцитов в связи с проникновением жидкости в клетку называется гемолизом.

Рис. 4.1.а Автоматический осмометр Рис. 4.1.б Схема в основе осмометра

В растворах с высокой концентрацией напротив отмечается сморщивание клеток - плазмолиз. Это связанно с переходом воды из клетки в концентрированный раствор вне клетки. Процессы гемолиза и плазмолиза изменяют функциональное состояние клеточной мембраны, в частности, её проницаемость.