Математическое выражение закона Нернста-Шилова

Содержание компонента в фазе 1

Содержание компонента в фазе 2 где K - константа распределения

Закон Нернста-Шилова – теоретическая основа экстракции - одного из способов разделения смесей.

Растворение твердых веществ описывается схемой: А_(к.) + Н₂О ↔ А_(р-р), D_р Н > О

Гетерогенное равновесие между труднорастворимым электролитом (солью, основание или кислотой) и его ионами в насыщенном растворе описывается схемой: A_nB_m (к) « nA⁺(aq) + mB^-(aq).

Данное равновесие характеризуется при помощи константы растворимости Ks, являющейся частным случаем констант равновесия : Ks = [A⁺]ⁿ x [B^-]^m

Для бинарных электролитов

n = m = 1, Ks = [A⁺] x [B^-] соответственно S =√Кs

Например:

BaSO₄ (к) « Ba²⁺(aq) + SO₄^2-(aq)

KS = [Ba ²⁺[]SO₄^2-] = 1,1×10^-10, S = √ 1,1×10^-10 = 1,05 ×10^-5 M.

Чем меньше Ks, тем меньше растворимость вещества и легче формируется осадок труднорастворимого электролита.

Условия образования осадка труднорастворимых электролитов

Осадок выпадает из насыщенных и пересыщенных растворов.

В насыщенном растворе [A⁺]× [B^-] = Ks

В пересыщенном растворе [A⁺] ×[B^-] > Ks

Одним из наиболее важных гетерогенных процессов in vivo является образование костной ткани. Основным минеральным компонентом костной ткани является кальция гидроксофосфат (гидроксоаппатит) Са₅(РО₄)₃ОН.

Формирование костной ткани. В крови при рН= 7,4 в приблизительно равных количествах находятся анионы НРО₄^2– и Н₂РО₄^–, а также катионы Са²⁺.

К_S (CаНРО₄) = 2,7∙10^–7, К_S (Cа(Н₂РО₄)₂) =1∙10^–3

вследствие чего на первой стадии образуется менее растворимая соль СаНРО₄:

Са ²⁺ + НРО₄ ^2– ↔ СаНРО₄

3СаНРО₄ + Са²⁺ + 2ОН^– ↔ Са₄Н(РО₄)₃ + 2Н₂О 

Са₄Н(РО₄)₃ + Са²⁺ + 2ОН^– ↔ Са₅(РО₄)₃ОН + Н₂О К_S (Са₅(РО₄)₃ОН) = 10 ^-58

  При избытке ионов Са²⁺ равновесие сдвигается вправо и наблюдается обызвествление костей. При недостатке Са²⁺ равновесие сдвигается влево, происходит разрушение костной ткани. У детей это приводит к рахиту, у взрослых развивается остеопороз

При недостатке кальция в костной ткани его место могут занять ближайшие электронные аналоги: бериллий и стронций. Их накопление вызывает соответственно бериллиевый и стронциевый рахит (повышенная ломкость и хрупкость костей).

При попадании радиоизотопа Sr-90 в костную ткань происходит облучение костного мозга, что может привести к лейкозу и другим онкологическим заболеваниям. Таким образом, кальций блокирует накопление организмом радиоактивного стронция.

5.4 Коллигативные свойства растворов

Коллигативными (общими) называются свойства растворов, зависящие только от их концентрации, точнее от соотношения числа частиц растворителя и растворенного вещества. Коллигативные свойства не зависят от природы веществ.

Важнейшими коллигативными свойствами растворов являются:

1) Понижение давления пара над раствором ;

2) Повышение температуры кипения раствора;

3) Понижение температуры замерзания раствора;

4) Осмос и осмотическое давление.

Франсуа Мари Рауль, работавший в университете в Гренобле, был первым ученым-экспериментатором, сделавшим достаточно точные измерения, позволившие описать влияние растворенного вещества на физические свойства растворителя.

Первый закон Рауля: давление пара над раствором нелетучего вещества меньше давления пара над чистым растворителем.

Это явление объясняется тем, что нелетучее растворенное вещество связывает часть молекул растворителя в виде сольватов (гидратов), тормозя тем самым процесс испарения.

Математическое описание первого закона Рауля для бинарной системы

Для неэлектролитов

Р₀-Р υ(X)

Р₀ υ(X) +υ(р-ль)

Для электролитов

Р₀-Р iυ(X)

Р₀ iυ(X) +υ(р-ль) Математическое описание первого закона Рауля

Р₀-Р относительное понижения давления пара над раствором

Р₀

i – изотонический коэффициент (коэффициент Вант-Гоффа), характеризующий диссоциацию электролита на ионы

Криоскопический ("криос"–холод) и эбулиоскопический ("эбулио"- кипение) законы являются следствием первого закона Рауля.

Криоскопический закон Рауля: раствор нелетучего вещества замерзает при более низкой температуре, чем чистый растворитель.

Температура замерзания (Т_зам) - это температура, при которой давление пара над жидкостью равно давлению над твердым растворителем.

Для неэлектролитов

DТзам = КCm

m(X) 1000

DТзам = К --------------------

М(X) m(р-ль)

Математическое описание криоскопического закона: DТзам = Tзам(р-ль) - Tзам(р-р)

Для плазмы крови человека DТзам = 0,56⁰

^{Для плазмы животных} DТзам = 0,58⁰

К – криоскопическая константа растворителя

К (Н₂О) = 1,86

Эбулиоскопический закон Рауля: раствор нелетучего вещества кипит при более высокой температуре, чем чистый растворитель.

Температура кипения (Ткип) - это температура, при которой давление пара над жидкостью равно атмосферному давлению.