Методичні вказівки 2

= 7,4132 ×100% = 741,32%

Задача 2. Вирахувати молярну масу етилклітковини (в кг/моль), якщо її розчин в аніліні з концентрацією 4,9 кг/м3 при 313 К має осмотичний тиск 250,9 Па. Константа “ b” у рівнянні Галлера дорівнює 0,52 Па×м6/кг2.

Алгоритм розв’ язання

Осмометричний метод визначення молярної маси полімерів грунтується на законі Вант-Гоффа, згідно з яким осмотичний тиск розчину є прямопропорційний його молярній концентрації. Однак для розчинів ВМР необхідно врахувати вплив гнучкості ланцюгів молекул ВМР, які поводять себе, як декілька коротких ланцюгів. Тому для визначення осмотичного тиску розчинів ВМР використовують рівняння галлера, яке враховує назване явище:

π = C × R ×T + bC 2 , M

де: p– осмотичний тиск розчину, Па;

С– концентрація розчину полімеру, кг/м3;

R – універсальна газова стала: 8,314 Дж/моль×К; T– температура, К;

M – молярна маса полімеру;

b– константа, яка характеризує відхилення від закону Вант-Гоффа.

π- bC 2 = CRT

M

M =	CRT	=	4,9 ×8,314 × 313	= 53,5.
	π - bC2		250,9 - 0,52 × 4,92

Відповідь: молярна маса етилклітковини 53,5 кг/моль.

Задача 3. Альбумін сироватки крові (рНІЕТ = 4,64) знаходиться у буферному розчині з [H+] = 10–6 моль/л. До якого з електродів будуть рухатися частинки білка при електрофорезі?

Алгоритм розв’язання

1. Вираховуємо рН буферного розчину, в якому [H+] = 10–6 моль/л: pH = –lg [H +] = –lg10 –6 = 6.

2.Оскільки рН буферного розчину більший від ІЕТ, частинки альбуміну матимуть від’ємний заряд:

+NH3– R–COO – + OH– ® NH3OH–R–COO – .

Тому під час електрофорезу вони рухатимуться до позитивно зарядженого електрода – анода.

Відповідь: частинки альбуміну рухатимуться до анода.

Задача 4. Час витікання розчину яєчного альбуміну густиною 1200 кг/м3 при 293 К у віскозиметрі Оствальда становить 27 с, а дистильованої води – 15 с. Вирахувати абсолютну в’язкість розчину альбуміну

81

(Па×с), знаючи, що густина води 1000 кг/м3 і в’язкість 1,005×10–3 Па×с.

Алгоритм розв’язання

В’язкість розчину можна обчислити за формулою:

			ηx =η0	ρx	×τ x ,
де: η0	i ηx			ρ0	×τ 0
		– абсолютні в’язкості води і розчину, Па×с;
τ0	i τx	–	час витікання води і розчину, с;
ρ0	i ρx	–	густина води і розчину, кг/м3.

ηx	= 1,005 ×10−3 ×	27 ×1200	= 2,17 ×10−3 Па×с.
	15 ×1000

Відповідь: абсолютна в’язкість розчину альбуміну становить 2,2×10–3 Па×с.

в) Задачі для самостійного розв’ язання

1.Желатина, рНІЕТ якої дорівнює 4,7, поміщена у розчин, де [H+] у 1000 разів більша, ніж у воді. Який заряд частинок желатини в розчині?

Відповідь: позитивний.

2.Час витікання розчину желатини густиною 1050 кг/м3 у віскозиметрі Оствальда за 298 К дорівнює 25 с, а дистильованої води – 10 с. Вирахувати відносну в’язкість розчину желатини, знаючи, що в’язкість води дорівнює

0,8937×10–3 Па×с, а густина – 997,04 кг/м3.

Відповідь: 2,6.

3.Вирахувати за 291 К час витікання (с) із віскозиметра Оствальда розчину нітроклітковини густиною 1120 кг/м3, що має абсолютну в’язкість 1,52×10–3 Па×с, якщо такий же об’єм води витікає за 12 с. Значення абсолютної в’язкості та густини для води відповідно дорівнюють: 1,11×10–3 Па×с та 998,94 кг/м3.

Відповідь: 14,7 с.

4.Матеріал для аудиторної роботи

4.1. Перелік практичних завдань, які необхідно виконати на практичному занятті:

–експериментально провести визначення ступеня набрякання за допомогою набухнометра;

–встановити вплив електролітів на ступінь набрякання ВМР;

–– визначити ІЕТ желатини за набряканням;

–– вивчити вплив рН на в’язкість розчинів білків. Визначити ізоелектричну точку желатини за мінімумом в’язкості;

–– визначити ізоелектричну точку желатини за максимумом осадження.

4.2. Методика виконання практичних завдань

4.2.1. Масо-об’ємний метод визначення ступеня набрякання гелів

82

У чистий посуд – прилад для набрякання налити очищену воду так, щоб при повороті приладу глухим кінцем (кулькою) вниз рівень рідини приблизно сягав середини градуйованої трубки. Точно записати у таблицю 16.1 цей рівень (V0). Тоді у відкритий кінець помістити суху желатину (або інший гель) масою m, прив’язану до нитки, і, закривши корком, обережно повернути прилад у горизонтальне положення та відзначити час початку набрякання. Через кожні 15 хвилин упродовж 1 години знову переливати рідину в кульку, записувати зменшення її рівня на градуйованій трубці (V). Вирахувати ступінь набрякання гелю (і).

Таблиця 16.1

	Час від	Початковий	Об’єм	Об’єм розчинника,	Ступінь
				поглинутого даною
№	початку	об’єм	розчинника V,	наважкою гелю за	набрякання
	досліду, τ ,	розчинника, V0,	см3, поглинутого		і =∆V/m,
	хв.	см3	за час τ , с	час τ	см3/г
				V=(V0– V), см3
1	0
2	15
3	30
4	45
5	60

На міліметровому папері побудувати графік залежності ступеня набрякання від часу, відкладаючи на осі абсцис час τ. Який тип набрякання характерний для даної ВМР при кімнатній температурі?

4.2.2. Дослідження впливу електролітів на ступінь набрякання желатини У 5 пронумерованих баночок відміряти по 10–15 см3 одного з 0,1 М

розчинів електролітів: K2SO4, CH3COOK, KCl, KI, KCNS. Зважити відповідно 5 кусочків желатини, записати масу кожного, помістити в баночки з електролітом, залишити на 1 годину. Потім желатину вийняти, обережно просушити фільтрувальним папером і знову зважити.

Одержані дані записати в таблицю 16.2 і вирахувати ступінь набрякання в кожному розчині.

Таблиця 16.2

				Маса розчинника,
№		Маса желатину , г		поглинутого	Ступінь
	Електроліт			даною наважкою	набрякання
баночки
		до набрякання,	після	желатину, г	і = ∆m/m0
		m0	набрякання, m	m = m – m0

Зробити висновок про вплив аніонів на набрякання гелів. Скласти ліотропний ряд Гофмайстера і пояснити, які аніони і чому гальмують набрякання, а які сприяють йому.

4.2.3. Визначення ІЕТ желатини за набряканням У кожну з 5 пронумерованих баночок відміряти піпеткою по 10 см3 одного

83

з ацетатних буферних розчинів із різним рН. Зважити відповідно 5 кусочків желатини (mo, г), помістити їх у баночки з відповідним розчином і залишити на 1 годину. Після цього розчини злити, желатину обережно висушити на фільтрувальному папері та знову зважити (m, г).

Вирахувати ступінь набрякання за формулою

				α =	m − m0	=	m .
					m0		m0
	Результати досліду звести в таблицю 16.3.
								Таблиця 16.3
	№	Маса желатини, г		Маса розчинника,				Ступінь набрякання
				поглинутого даною
	роз-	до набря-	після набря-					α =	m
				наважкою желатини, г
									m0
	чину	кання, m0	кання, m		m= m – m0
	1
	2
	3
	4
	5

На міліметровому папері побудувати графік залежності ступеня набрякання і (вісь ординат) від рН розчину (вісь абсцис). Визначити ізоелектричну точку (рНІЕТ) желатини. Зробити висновок із одержаних даних і пояснити їх.

4.2.4. Вплив рН на в’язкість розчинів білка. Визначення ізоелектричної точки желатини за мінімумом в’язкості

У п’ять пронумерованих пробірок відміряти по 10 см3 ацетатного буферного розчину з рН: 3,7; 3,9; 4,2; 4,7; 5,2. Додати у кожну пробірку по 5 см3 3% розчину желатини та перемішати.

В’язкість визначити за допомогою капілярного віскозиметра Оствальда. Виміряти час витікання розчинника (τ0), а потім розчину желатини (τх) із капілярного віскозиметра Оствальда за допомогою секундоміра. Спочатку треба визначити час витікання для води, а потім для кожного з розчинів і знайти їх відносну в’язкість. Таке визначення часу витікання рідини виконати тричі і взяти середнє значення для кожного розчину. Вирахувати відносну в’язкість кожного розчину за формулою:

	τ x ,
	η x = η0 τ	0
де: h0–	відносна в’язкість води при даній температурі (1 ×10–3 Па×с);
hх –	відносна в’язкість досліджуваного розчину.

Результати вимірювань записати в таблицю 16.4.

На міліметровому папері побудувати графік залежності відносної в’язкості від рН.

84

						Таблиця 16.4
№№ пробірки	1	2	3	4	5		Н2О
рН розчину	3,7	3,9	4,2	4,7	5,2
Час витікання τ, с
Відносна в’язкість

Яке значення рН відповідає ізоелектричній точці? Пояснити вплив рН на в’язкість розчинів білка.

4.2.5.Вплив рН на стійкість розчинів білка. Визначення ізоелектричної точки желатини за максимумом осадження

В ізоелектричній точці, коли макромолекули білка згорнуті в клубок, він має найменшу стійкість і найлегше виділяється з розчину. Про зниження розчинності може свідчити помутніння рідини.

Налити у п’ять пробірок по 2 см3 одного з ацетатних буферних розчинів із такими значеннями рН: 3,8; 4,4; 4,7; 5,0 і 5,2. У кожну пробірку додати по 0,5 см3 3 % розчину желатини і добре перемішати. Потім у всі пробірки додати при інтенсивному перемішуванні по 2 см3 етилового спирту або ацетону. Залишити пробірки на 10 хвилин, після цього записати, в котрій пробірці, при якому значенні рН з’явилася найінтенсивніша каламуть. Це значення рН відповідатиме ізоелектричній точці желатини. Пояснити це явище та зробити відповідні висновки.

5. Підведення підсумків та зарахування теми

85

ДОДАТОК

Значення основних фізичних констант

Таблиця 1

Назва величини

Позначення

Значення

Абсолютний нуль температури

Т

–273,15 °С

Діелектрична проникність вакууму

e0

8,85×10–12 Ф/м

Заряд електрона

е

1,602×10–19 Кл

Мольний об'єм газу (н.у.)

Vm

22,41×10–3 м3/моль

Стала Авагадро

NA

6,02×1023 моль–1

Стала Фарадея

F

9,648×104 Кл/моль

Стала Рідберґа

R

1,097×107 м–1

Швидкість світла

с

2,997×108 м/с

Таблиця 2

Співвідношення між позасистемними одиницями та одиницями СІ

Величина

Одиниця

позначення

назва

еквівалент СІ

Довжина

мк

мікрон

10–6 м

Кількість теплоти

кал

калорія

4,18 Дж

Енергія

еВ

електрон-вольт

1,602×10–19 Дж

Ентропія

е.о.

ентропійна одиниця

4,18 Дж/К

Маса

т

тона

103 кг

г

грам

10–3 кг

а.о.м.

атомна одиниця маси

1,66×10–27 кг

Об'єм

л

літр

10–3 м3 (1 дм3)

Температура

°С

ґрадус Цельсія

Т= t + 273,15

Тиск

атм

атмосфера

1,0133×105 Па

мм рт.ст.

міліметр рт. стовпа

133,32 Па

Таблиця 3

Стандартні термодинамічні функції деяких речовин при 298 К

H

0 ,

S2980 ,

G0 ,

Речовина

298

Дж/(моль·К)

298

кДж/моль

кДж/моль

Al (к)

0

28,3

0

Al2O3 (к)

–1676,0

50,9

–1582,0

С (гр.)

0

5,7

0

ССl4 (р)

–135,4

214,4

–64,6

86

		H 0 ,	S2980 ,	G0 ,
	Речовина	298	Дж/(моль·К)	298
		кДж/моль		кДж/моль
	СО (г)	–110,5	197,5	–137,1
	CO2 (г)	–393,5	213,7	–394,4
	СаСО3 (к)	–1207,0	88,7	–1127,7
	СаF2 (к)	–1214,6	68,9	–1161,9
	Ca3N2 (к)	–431,8	105,0	–368,6
	СаО (т)	–635,5	39,7	–604,2
	Са(ОН)2 (к)	–986,6	76,1	–896,8
	Cl2 (г)	0	222,9	0
	Сl2O (г)	76,6	266,2	94,2
	СlO2 (г)	105,0	257,0	122,3
	Сl2O7 (р)	251,0	–	–
	Cr2O3 (к)	–1440,6	81,2	–1050,0
	CuO (к)	–162,0	42,6	–129,9
	Fe (к)	0	27,2	0
	FeO (к)	–264,8	60,8	–244,3
	H2 (г)	0	130,5	0
	HBr (г)	–36,3	198,6	–53,3
	HCN (г)	135,0	113,1	125,5
	HCl (г)	–92,3	186,8	–95,2
	HF (г)	–270,7	178,7	–272,8
	HI (г)	26,6	206,5	1,8
	HN3 (р)	294,0	328,0	238,8
	H2O (г)	–241,8	188,7	–228,6
	H2O (р)	–285,8	70,1	–237,3
	H2S (г)	–21,0	205,7	–33,8
	KCl (к)	–435,9	82,6	–408,0
	KClO3 (к)	–391,2	143,0	–289,9
	MgCl2 (к)	–641,1	89,9	–591,6
	Mg3N2 (к)	–461,1	87,9	–400,9
	MgO (к)	–601,8	26,9	–569,6
	N2 (г)	0	191,5	0
	HN3 (р)	294,0	328,0	238,8
	NH3 (г)	–46,2	192,6	–16,7
	NH4NO2 (к)	–256,0	–	–
	NH4NO3 (к)	–365,4	151,0	–183,8
		87

			H	0 ,			S2980 ,				G0 ,
	Речовина			298		Дж/(моль·К)					298
			кДж/моль							кДж/моль
	N2O (г)			82,0			219,9				104,1
	NO (г)			90,3			210,6				86,6
	N2O3 (г)			83,3			307,0				140,5
	NO2 (г)			33,5			240,2				51,5
	N2O4 (г)			9,6			303,8				98,4
	N2O5 (г)			–42,7			178,0				114,1
	NiO (к)		–239,7				38,0				–211,6
	О3 (г)			142,3			237,7				163,4
	O2 (г)			0			205,0				0
	P2O5 (к)		–1492,0				114,5				–1348,8
	PbO (к)		–219,3				66,1				–189,1
	PbO2 (к)		–276,6				74,9				–218,3
	S (к)			0			31,9				0
	SO2 (г)		–296,9				248,1				–300,2
	SO3 (г)		–395,8				256,7				–371,2
	SiH4 (г)			34,7			204,6				57,2
	SiO2 (кварц)		–910,9				41,8				–856,7
	SnO (к)		–286,0				56,5				–256,9
	SnO2 (к)		–580,8				52,3				–519,3
	Ti (к)			0			30,6				0
	TiCl4 (р)		–804,2				252,4				–737,4
	TiO2 (к)		–943,9				50,3				–888,6
	WO3 (к)		–842,7				75,9				–763,9
	ZnO (к)		–350,6				43,6				–320,7
											Таблиця 4
	Стандартні термодинамічні функції органічних сполук
	Назва речовини	Формула і				H 0 ,		S2980	,		G0 ,
		агрегатний				298		Дж/(моль·К)			298
					кДж/моль						кДж/моль
			стан
Метан		СН4 (г)				–74,9			186,2		–50,8
Ацетилен		С2Н2 (г)				226,8			200,8		209,2
Етилен		С2Н4 (г)				52,3			219,4		68,1
Етан		С2Н6 (г)				–89,7			229,5		–32,9
Бензол		С6Н6 (р)				49,0			124,5		172,8
Метанол		СН3ОН (р)				–238,7			126,8		–166,3
				88

Назва речовини	Формула і		H 0 ,	S2980 ,	G0 ,
	агрегатний		298	Дж/(моль·К)	298
			кДж/моль		кДж/моль
	стан
Етанол	С2Н5ОН (р)		–277,6	160,7	–174,8
Гліцерин	С3Н8О3 (р)		–669,1	204,6	–479,4
Оцтова кислота	СН3СООН (р)		–484,4	159,9	–389,6
Карбамід (сечовина)	СО(NH2)2 (к)		–333,0	104,7	–196,9
	СО(NH2)2 (р)		–317,7	175,7	–202,7
Глюкоза	С6Н12О6 (к)		–1273,0	212,1	–910,5
	С6Н12О6 (р)		–1263,1	264,0	–914,5
Сахароза	С12Н22О11	(к)	–2220,9	360,2	–1544,3
	С12Н22О11	(р)	–2215,8	403,8	–1551,4
Лактоза	С12Н22О11	(р)	–2232,4	394,1	–1564,9

Таблиця 5

Стандартні електродні потенціали

Електрод	φ0, В	Електрод	φ0, В
K+/K	–2,924	Cd2+/Cd	–0,402
Ba2+/Ba	–2,905	Co2+/Co	–0,277
Ca2+/Ca	–2,864	Ni2+/Ni	–0,234
Mg2+/Mg	–2,370	Sn2+/Sn	–0,141
Al3+/Al	–1,700	H+/H2	0
Mn2+/Mn	–1,192	Ag, AgCl│KCl (нас.)	0,223
Cr2+/Cr	–0,852	Нg, Нg2Cl2│KCl (нас.)	0,248
Zn2+/Zn	–0,761	Cu2+/Cu	+0,339
Fe2+/Fe	–0,441	Ag+/Ag	+0,799

Таблиця 6

Схеми основних напівреакцій і величини стандартних окислювальновідновних потенціалів

	Н а п і в р е а к ц і я				φ0, В
Окиснена форма		nе–		Відновлена форма
H2O2 + 2H+		2e–		2H2O	1,78
PbO2 + 4H+		2e–		Pb2+ + 2H2O	1,69
MnO4– + 8H+		5e–		Mn2+ + 4H2O	1,51
ClO– +2H+		2e–		Cl–+ H2O	1,49
ClO3– + 6H+		6e–		Cl– +3H2O	1,45
ClO4– + 8H+		8e–		Cl–+ 4H2O	1,39
Cl20		2e–		2Cl–	1,36
Cr2O72– + 14H+		6e–		2Cr3+ + 7H2O	1,35
			89

	Н а п і в р е а к ц і я			φ0, В
Окиснена форма		nе–	Відновлена форма
2NO3– + 12 H+		10e–	N20 + 6H2O	1,24
O20 + 4H+		4e–	2H2O	1,23
Br20		2e–	2Br–	1,07
NO2– + 2H+		e–	NO + H2O	1,00
NO3– + 4H+		3e–	NO + 2H2O	0,96
NO3– +2H+		2e–	NO2– + H2O	0,84
NO3– +2H+		e–	NO2 + H2O	0,78
Fe3+		e–	Fe2+	0,77
Хінон		2e–	Гідрохінон	0,70
O20 + 2H+		2e–	H2O2	0,68
MnO4– + 2H2O		3e–	MnO2 + 4OH–	0,57
MnO4–		e–	MnO42–	0,54
І20		2e–	2І–	0,54
O2 + 2H+		4e–	4OH–	0,40
SO42– + 8H+		6e–	S0 + 4H2O	0,36
S4O62–		2e–	2S2O32–	0,22
SO42– + 2H+		2e–	SO32– + H2O	0,20
Sn4+		2e–	Sn2+	0,15

				Таблиця 7
Добуток розчинності важкорозчинних електролітів при 25 °С
Електроліт	ДР		Електроліт	ДР
AgBr	6·10–13		Fe(OH)3	3,7·10–40
AgCl	1,8·10–10		FePO4	1,3·10–22
Ag2CrO4	4·10–12		FeS	5·10–18
AgI	1,1·10–16		HgS	1,6·10–52
Ag2S	6·10–50		MgCO3	2,1·10–5
Ag2SO4	2·10–5		Mg(OH)2	1,3·10–11
BaCO3	5·10–9		MnS	2,5·10–10
BaCrO4	1,6·10–10		PbBr2	9,1·10–6
BaSO4	1,1·10–10		PbCl2	2·10–5
Ba3(PO4)2	6·10–39		PbCrO4	1,8·10–14
CaCO3	5·10–9		PbCO3	7,5·10–14
CaC2O4	2·10–9		PbI2	8,0·10–9
CaF2	4·10–11		PbS	2,5·10–27
		90