Понижение давления насыщенного пара над раствором...50

3.3. Повышение температуры кипения и понижение

температуры замерзания растворов……………………...52

Раздел 4. ЭЛЕКТРОХИМИЯ…………………………………….60

4.1. Электродные процессы……………………………………...61

4.2. Потенциометрическое измерение рН растворов…………..63

Раздел 5. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ……………………..73

5.1. Общие закономерности и значение адсорбции…………..74

5.2. Хроматография………………………………………………76

Раздел 6. ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ………………………….85

6.1. Получение и очищение коллоидных растворов…………...86

6.2 Электрические свойства коллоидных систем………………92

6.3 Коагуляция в коллоидных растворах………………………..97

Раздел 7. СИСТЕМЫ С САМОПРОИЗВОЛЬНЫМ ………....107 МИЦЕЛЛООБРАЗОВАНИЕМ (ПОЛУКОЛЛОИДЫ)

Раздел 8. ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ…….115

Раздел 9. МИКРОГЕТЕРОГЕННЫЕ СИСТЕМЫ……………..125

Литература……………………………………………………….138

ВВЕДЕНИЕ

Одной из естественных наук, изучающих окружающий нас материальный мир во всем многообразии его форм и превращений, является химия. Химия - это наука о составе, строении, свойствах, превращениях веществ и явлениях их сопровождающих.

Исключительно велико значение химии в биологии и медицине. В живых организмах происходят около миллиона различных процессов, каждый из которых представляет собой совокупность химических превращений, определяющих в конечном итоге разнообразные биологические функции живых организмов. Поэтому понимание химических закономерностей, лежащих в основе того или иного процесса, помогает направленному поиску способов лечения патологических состояний живых организмов.

Лабораторные занятия - одно из важнейших звеньев учебно-педагогического процесса: студенты получают навыки экспериментальной работы, умение обращаться с приборами, самостоятельно делать выводы из полученных данных и тем самым более глубоко и полно усваивать теоретический материал изучаемой дисциплины. Настоящее учебное пособие предназначено для руководства практической работой на лабораторных занятиях студентов медицинских университетов. Пособие содержит практические работы, подготовленные в соответствии с программой по химии для студентов стоматологического факультета. В каждой работе дано краткое теоретическое введение и описан порядок ее выполнения. Все работы составлены так, чтобы способствовать сознательному творческому подходу к их выполнению. В руководство, помимо классических лабораторных работ, включены некоторые современные физико-химические методы анализа, широко используемые в клинической практике и биологических исследованиях: потенциометрический метод определения рН растворов, хроматография и др.

Лабораторную работу необходимо выполнять в определенной последовательности:

1. Ознакомиться по учебнику с тем разделом химии, к которому относится данная работа;

2. Внимательно прочитать и понять содержание теоретического введения к выполняемой лабораторной работе, в котором рассматриваются основные закономерности изучаемых физико-химических процессов, физический смысл величин, используемых при решении практических задач, а также формулируется цель работы;

3. Ознакомиться со схемой и описанием прибора, перечнем необходимой посуды и реактивов и порядком составления отчета;

4. Выполнить опыт;

5. Составить отчет о работе: записать ход работы, полученные результаты, объяснить наблюдаемые явления и сделать вывод;

6. Ответить на вопросы из данного раздела.

Изучение фундаментальных основ химии способствует формированию следующих компетенций: OK-1, OK-2, ПК-2, ПК-3.

1. РАСТВОРЫ

Химические реакции в живых организмах протекают в растворах. К растворам относятся такие важные биологические системы как цитоплазма, кровь, лимфа, желудочный сок, слюна, моча, пот. Они представляют собой водные растворы солей, белков, углеводов, липидов.

Под растворами в широком смысле понимают смеси переменного состава, состоящие из двух и более компонентов.В зависимости от агрегатного состояния, различают твердые, жидкие и газообразные растворы. Примером твердого раствора могут послужить сплавы металлов, жемчуг, зубы; жидкого - водные растворы спиртов, солей, слюна, пот; газообразного - воздух. В свою очередь, эти системы по соответствию размеров, составляющих их компонентов, делят на гомогенные и гетерогенные системы. И в гомогенной и гетерогенной системе одно вещество оказывается в раздробленном (диспергированном) состоянии. Тип образующейся дисперсной системы зависит от степени раздробленности веществ. Если вещество

диспергируется до молекулярного или ионного уровня, то образуется истинный раствор.

Истинным раствором называется термодинамически устойчивая гомогенная (однородная) система переменного состава с размером частиц 10^-10 - 10^-9 м, состоящая из двух и более компонентов.Истинные растворыобразуются самопроизвольно и могут сохраняться неопределенно долгое время. Это, например, водные растворы хлористого натрия, уксусной кислоты, глюкозы.

В гетерогенных (неоднородных) дисперсных системах молекулы или ионы образуют крупные агрегаты с размером частиц 10^-9 - 10^-5 м.Эти агрегаты равномерно распределены в объеме другого вещества, состоящего из атомов или молекул, т.е. частиц с размером 10^-10 - 10^-9 м.

Гетерогенные системы в отличие от гомогенных неустойчивы.Примерами таких систем являются суспензии (зубная паста), эмульсии (молоко), коллоидные растворы различных веществ (гидроокиси железа, лекарственных препаратов серебра – протаргол, колларгол).

Основные биологические жидкости организма, такие как кровь, лимфа, цитоплазма, не являются простыми истинными растворами, а представляют собой дисперсные системы, в водной среде которых содержатся вещества с разным размером частиц.

В жидких растворах компонент, агрегатное состояние которого не изменяется при образовании раствора, принято называть растворителем, а другой компонент – растворенным веществом. Например, в водном растворе глюкозы вода является растворителем, а глюкоза растворенным веществом. При одинаковом агрегатном состоянии компонентов (например, вода и этиловый спирт) растворителем обычно считают вещество, которое преобладает в растворе.

Основной физико-химической характеристикой раствора является концентрация растворенного вещества. Под концентрацией раствора понимают содержание растворенного вещества (в граммах или молях) в единице массы или объема раствора или растворителя.

Цель изучения: получить знания о принципах и подходах количественного выражения состава растворов, используемых в

медико-биологических исследованиях и в медицинской практике.

Студент должен знать:

- определения и разновидности растворов;

- способы выражения концентрации растворов;

- расчеты той или иной концентрации растворенного вещества.

Студент должен уметь:

-рассчитывать необходимую концентрацию растворенного вещества;

-проводить вычисления для перевода одного способа выражения концентрации в другой;

-пользоваться приборами и посудой при взвешивании и растворении необходимого количества вещества;

-готовить растворы заданной концентрации.

1.1. Способы выражения концентрации растворенного вещества

1. Массовая доля растворенного вещества ω(Х) представляет собой отношение массы растворенного вещества m(Х) к массе раствора m(р-ра), является безразмерной величиной и выражается в долях единицы или процентах (%).

2. Молярная доля χ(Х) представляет собой отношение количества вещества компонента раствора n(Х_i) к общему числу всех компонентов ∑n(Х_i) составляющих раствор. Как и массовая доля, молярная доля также является безразмерной величиной и выражается в долях единицы или процентах (%).

3. Объемная доля φ(Х) представляет собой отношение объема компонента раствора V(Х) к общему объему раствора V(р-ра). Это тоже безразмерная величина и может выражаться как в долях единицы, так и в процентах.

4. Молярная концентрация С(Х) представляет собой отношение количества вещества компонента раствора n(Х) к объему раствора V(р-ра) с размерностью моль/л. Например, 0,1 М раствор означает децимолярный раствор или раствор с молярной концентрацией растворенного вещества 0,1 моль/л.

1. Молярная концентрация эквивалента (или нормальная

концентрация) С(¹/_ZХ) представляет собой отношение количества вещества эквивалента в растворе n(¹/_ZХ) к объему раствора с размерностью моль/л.

Эквивалент (¹/_ZХ) – это условная или реальная частица вещества Х, которая соответствует (эквивалентна) передаче одного иона водорода в кислотно-основной реакции или одного электрона в окислительно-восстановительной реакции. Эквивалент одноосновной кислоты или однокислотного основания – это всегда реальная частица, молекула Х. В случае многоосновных кислот или многокислотных оснований эквивалентом может быть реальная молекулы Х или ее какая-то часть (доля) - ¹/_ZХ. Число, показывающее долю реальной частицы, эквивалентной одному иону водорода или одному электрону, называется фактором эквивалентности - f_экв.(Х) или ¹/_ZХ. Если кислотно-основная реакция протекает до конца, то при нахождении фактора эквивалентности кислот, оснований и солей следует знать, что Z – это основность кислоты или кислотность основания, а в случае солей – произведение числа атомов металла, образующего соль, на его валентность.

Молярная масса вещества эквивалента ¹/_ZХ определяется произведением фактора эквивалентности на молярную массу вещества: М(¹/_ZХ) = ¹/_Z × М(Х);

6. Моляльность раствора (моляльная концентрация) С_m(Х) или в(Х) представляет собой отношение количества растворенного вещества n(Х) к массе растворителя m(р-теля) в килограммах, размерность моль/кг.

7. Титр или массовая концентрация t(Х)представляет собой отношение массы растворенного вещества в граммах к объему раствора в миллилитрах, размерность г/мл.

Способы выражения концентрации растворов

Таблица 1

Название	Размерность	Формула для расчета
Массовая доля, ω(Х)	-	ω=m(Х) / m(раствора)
Объемная доля, φ(Х)	-	φ(Х) = V(Х) / V (р-ра)
Молярная доля, χ(Х)	-	χ(Х) = n(Хi) / ∑n(Хi)
Молярная концентрация, С(Х)	Моль/л	С(Х) = n(Х) / V(р-ра) = m(X) / (M(X) × V(р-ра))
Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация), С(1/ZХ) или N(Х)	Моль/л	С(1/ZХ) = n(1/ZХ) / V(р-ра) = m(X) / (М(1/ZХ)×V(р-ра))
Моляльная концентрация, в(Х) или Сm(Х)	Моль/кг	в(Х) = n(Х)×1000/ m(р-ля) =m(X)×1000/(M(X)×m(рля))
Титр, t(Х)	г/мл	t(Х)=m(Х)/V(р-ра)= ρ(рра)×ω(Х)

Взаимосвязь различных способов выражения концентрации растворов

Таблица 2

Способы выражения концентрации	Формулы пересчета
Молярная концентрация - С(Х), моль/л	(10 × ρ(р-ра) × ω%(Х)) / M(X)
С(1/ZХ) ´ f(экв)
в(Х) × m(р-ля) / V(р-ра)
Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация) - С(1/ZХ) или N(Х), моль/л	10 × ρ(р-ра) × ω %(Х) / M(1/ZХ)
С(Х) / f (экв)
1000× t(Х) / М(1/ZХ)
Моляльная концентрация - в(Х) или Сm(Х),моль/ кг	С(Х) × V(р-ра) / m(р-ля)
Титр - t(Х), г/мл	С(1/ZХ) × М(1/ZХ) / 1000

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Массовая доля компонента

1. Глауберова соль Na₂SO₄ ×10H₂O применяется при лечении желудочно-кишечных заболеваний как слабительное. Сколько (г) Na₂SO₄×10H₂O нужно для приготовления 250 г раствора, с массовой долей Na₂SO₄, равной 5%.

Дано: m(р-ра) = 250 г ω (Na2SO4) = 5% = 0,05 М(Na2SO4)=142 г/моль М (Na2SO4 ×10H2O) =322 г/моль	Решение: 1) m(Nа2S04) = m(р-ра)×ω = 250´0,05 = 12,5 г n(Nа2S04) = m/M = 12,5/142 = 0,088 моль 2) по стехиометрической схеме: Nа2S04 → Na2SO4 ×10H2O n(Nа2S04) = n(Na2SO4 ×10H2O) m(Na2SO4 ×10H2O) = 0,088×322 = 28,3г
m(Na2SO4 ×10H2O) = ?	Ответ: 28,3 г

2. Сульфат цинка ZnS0₄ в виде раствора с массовой долей 0,25% применяется в качестве глазных капель. Сколько (г) воды нужно добавить к 25 г раствора ZnS0₄ с массовой долей 2%, чтобы приготовить глазные капли?

Дано: m(2% р-ра) = 25г ω (ZnSO4) = 2% ω (ZnSO4) = 0,25%	Решение: В соответствии с «правилом креста» составим схему:   2% 0,25   0,25% 0% 1,75 m(2% р-ра) = 0,25 = 1 = 25 m(H2O) 1,75 7 m(H2O) m(H2O) = 7 × 25 = 175 г
m(H2O) = ?	Ответ: 175 г

3. Для компенсации недостатка соляной кислоты в желудочном соке применяют её растворы как лекарственные формы. Сколько (мл) 24%-ного раствора НС1 с плотностью 1,12 г/мл необходимо для приготовления 500 г раствора с массовой долей 5%.

Дано: ρ(p-pаl) = 1,12 г/мл ω1(НС1) = 24% m(р-ра 2) = 500 г ω2(НС1) = 5%	Решение: m(НС1) = ω2 × m(р-ра 2) = 500×0,05 = 25 г V(p-pа l) = m(НС1) / (ω1 × ρ(p-pа l)) = = 25 : 0,24×1,12 = 93 мл
V(p-pа l) = ?	Ответ: 93 мл

4. Определите массовую долю (в %) НС1 в растворе, полученном при смешивании 50 мл раствора с массовой долей 20% (r = 1,1 г/мл) и 20 мл раствора с массовой долей 10% (r = 1,05 г/мл).

Дано: V(p-pа l) = 50 мл ρ(p-pаl)= 1,1 г/мл ω1(НС1) = 20% V(p-pа2) = 20 мл ρ(p-pа2)=1,05 г/мл ω2(НС1) = 10%	Решение: 1) m1(НС1) = m(р-ра 1) × ω1(НС1) = = V(p-pа l) × ρ(p-pа l) × ω1(НС1) = 50 × 1,1× 0,2 = 11 г 2) m2(НС1) = V(p-pа 2) × ρ(p-pа 2) × ω2(НС1) = =20×1,05×0,1 = 2,1 г 3) ω3(НС1) = (m1(НС1) + m2(НС1)) × 100% /(m(р-ра1)+m(р-ра2))= (11+2,1)×100%/((50×1,1)+(20×1,05)) =17,2%
ω3 %(НС1) = ?	Ответ: 17,2%

Молярная концентрация

1. Для определения времени свертывания плазмы крови применяется раствор СаС1₂ с молярной концентрацией 0,025 моль/л. Сколько(г) СаС1₂ необходимо для приготовления 250мл этого раствора?

Дано: С(СаС12) = 0,025 моль/л V(р-р) = 250 мл	Решение: V(р-рa) = 250мл = 0,25л m(СаС12) = C(CaCl2) × M(CaCl2) × V(p-p) = 0,025 × 111 × 0,25 = 0,6938 (г).
m(СаС12) = ?	Ответ: 0,6938 г.

2. Сколько (мл) раствора H₂S0₄ с плотностью 1,26 г/мл (34,6%) нужно для приготовления 3 л 0,12 М раствора?

Дано: ρ(p-pа l) = 1,26 г/мл ω1%(Н2SO4) = 34,6% V(p-pа 2) = 3 л С2(Н2SO4) = 0,12 М	Решение: m1(Н2SO4) = m2(Н2SO4) 1)V(р-рa 1) × ρ(p-pа l) × ω1(Н2SO4) = С2(Н2SO4) × M(Н2SO4) × V(p-pа 2); 2) V(р-рa 1) × 1,26 × 0,346 = 0,12 × 98 × 3; V(р-рa 1) = 0,12 × 98 × 3 /(1,26 × 0,346) = 81 мл
V(p-pa l) = ?	Ответ: 81 мл

3. Раствор NaCI с массовой долей 0,85% (r = 1,005 г/мл), называемый физиологическим раствором, применяется для внутривенных вливаний. Определите молярную концентрацию этого раствора

Дано: ρ(p-pа)=1,005г/мл ω1(NaC1)= 0,85%	Решение: Предположим V(р-рa) = 1000 мл = 1 л; m(р-ра) = V(р-рa) × ρ(p-pа) = 1,005 × 1000 = 1005 г ω1(NaC1) = 0,0085; С(NaC1) = n(NaC1) / V(р-рa) = = M(NaC1) / (М(NaC1) × V(р-рa)) = = М(р-ра) × ω1 (NaC1) / (М(NaC1) × V(р-рa)) = 1000×0,0085 / (58,5´1,26×1) = 0,146 моль/л
C(NaC1) = ?	Ответ: 0,146 моль/л

Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация)

1. Сколько (г) Na₂C0₃ требуется для приготовления 1,5 л раствора с молярной концентрацией эквивалента 0,15 моль/л. Раствор предназначен для реакции, протекающей до конца.

Дано: С(1/ZNа2СO3) = 0,15 моль/л V(р-ра) = 1,5 л	Решение: Пример реакции: Nа2СO3 + Н2 SO4 = Nа2SO4 + CO2 + H2O f(экв)(Nа2СO3) = 1/2; М(1/ZNа2СO3) = 1/2 × 106 = 53 г/моль M(Nа2СO3)=С(1/ZNа2СO3)×V(р-ра) М(1/ZNа2СO3)= 0,15×1,5×53 = 11,925 г
m(Nа2СO3) = ?	Ответ: 11,925 г

2. Сколько (мл) раствора СаС1₂ с массовой долей 10% (r = 1,04 г/мл) необходимо для приготовления 2 л раствора с молярной концентрацией эквивалента 0,05 моль/л? Раствор предназначен для реакции, идущей до конца.

Дано: ρ(p-pа 1)=1,04 г/мл ω1 %(СaC12) = 10% = 0,1 С2(1/Z СаС12) = 0,05 моль/л V(р-ра 2)=2,0 л	Решение: Пример реакции: СаС12 + АgNO3 = 2AgC1 + Ca(NO3)2 F(экв) (CаC12) = 1/2; М(1/ZCаC12) = ½ × 111 = 55,5 г/моль M(СаС12) = V(p-pа 1) × ρ(p-pа 1) × ω1(CaCl2) = С(1/ZCаC12) × M(1/ZCaCl2) × V(p-pа 2) V(p-pа 1) = С2(1/Z CаC12) × V(p-pа 2) × M(1/Z CaCl2) / (ρ(p-pа 1) × ω1(CaCl2)) = 0,05×2×55,5 /(1,04×0,1) = 53,5 мл
V(р-ра 1) = ?	Ответ: 53,5 мл

3. Определите нормальную концентрацию (молярную концентрацию эквивалента) 50,1%-ного раствора H₂S0₄ с плотностью 1,4 г/мл. Раствор предназначен для реакции, идущей до конца.

Дано: ρ(p-pа l)=1,4 г/мл ω1(Н2SO4)=50,1%	Решение: Пример реакции: H2SO4 + 2KOH = K2SO4 + H2O f(экв) (H2SO4) = ½ М(1/ZH2SO4) = ½ × 98 = 49 г/моль Предположим V(р-рa) = 1000 мл = 1 л m(р-ра)= V(p-pа) × ρ(p-pа) = 1,4×1000 = 1400 г С(1/ZH2SO4) = n(1/ZH2SO4) / V(р-рa) = m(H2SO4) / (М(1/ZH2SO4) × V(р-рa)) = m(р-ра) × ω(H2SO4) / (М(1/ZH2SO4) × V(р-ра)) = 1400×0,501 / (49×1) = 14,2 моль/л
С(1/ZН2SO4) = ?	Ответ: 14,2 моль/л

4. Определите нормальную концентрацию 0,5 М раствора A1₂(S0₄)₃ предназначенного для реакции образования гидроксида алюминия.

Дано: С(А12(SO4)3)=0,5 М	Решение: Пример реакции: А12(SO4)3 + 6KOH = 2А1(OН)3 + 3K2SO4 f(экв) (А12(SO4)3) = 1/6 С(1/ZА12(SO4)3) = С(А12(SO4)3) / f(экв) = 0,5/(1/6) = 3 моль/л или 3 N
С(1/Z А12(SO4)3) = ?	Ответ: = 3 моль/л или 3 N

5. Определите титр 0,15 N раствора Na₂C0₃, предназначенного для реакции полного ионного обмена (см. задачу 8).

Дано: С(1/Z Nа2СO3) = 0,15 моль/л	Решение: f(экв) (Nа2СO3) = ½; t(Na2CO3) = C(1/ZNa2CO3) × М(1/Z Na2CO3) / 1000 = 0,15 × 53 / 1000 = 0,00795 моль/л
t(Nа2СO3) = ?	Ответ: 0,00795 г/мл

Моляльная концентрация

1. Рассчитайте моляльность 40%-ного раствора HN0₃.

Дано: ω(НNO3) = 40,0%	Решение: Предположим, что m(р-ра) = 100 г; m(НNO3) = m(р-ра) × ω(НNO3) = 100×0,4 = 40 г; m(H2O) = m(р-ра) - m(НNO3) = 100 - 40 = 60 г 0,06 кг; Сm (НNO3) = n(НNO3) / m(H2O) = m(НNO3) / (М(НNO3) × m(H2O)) = 40 / 63 / 0,06 = 10,6 моль/кг
Сm (НNO3) = ?	Ответ: 10,6 моль/кг

ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ

1. Каково содержание понятия «раствор»? Как классифицируют растворы? Приведите примеры.

2. Что понимают под массовой долей?

3. Чем отличается процентная концентрация от массовой доли?

4. Что понимают под молярной концентрацией?

5. Что такое эквивалент, фактор эквивалентности, молярная масса эквивалента? Приведите примеры.

6. Что понимают под молярной концентрацией эквивалента (нормальной концентрацией)?

7. Что такое титр раствора?

8. Как связаны между собой С(Х) и ω(Х), С(¹/_Z Х) и С(Х)?

9. Как связаны между собой С(¹/_Z Х) и ω(Х), С(¹/_Z Х) и t(X)?

10. Сколько (моль) FeS0₄ ×7H₂0 надо прибавить к 100 мл воды, чтобы получить 10% раствор FeS0₄? Ответ: 0,18 моль.

11. К 250 г 10%-ного раствора кислоты добавили 500 г раствора той же кислоты с неизвестной массовой долей и получили 25%-ный раствор. Определите массовую долю кислоты в добавленном растворе. Ответ: 32,5%.

12. 125 л хлористого водорода (н.у.) растворили в 500 мл воды. Определите массовую долю НС1 в полученном растворе. Ответ: 29%.

13. В каком объёме 1 М раствора серной кислоты содержится 4,9 г H₂S0, Ответ: 50 мл.

14. Сколько (мл) 20%-ного раствора соляной кислоты с плотностью 1,098 г/мл потребуется для приготовления 1 л 2 М раствора? Ответ: 332,4 мл.

15. Сколько (мл) 0,5 N раствора ВаС1₂ можно приготовить из 24,4 г BaC1₂ ×2H₂О? Ответ: 400 мл.

16. Вычислите нормальную концентрацию и титр Н₃РО₄ в 13%-ном растворе, плотность которого 1,07 г/мл. Раствор предназначен для реакции, идущей до конца. Ответ: 4,26 N; 0,139174 г/мл.

17. В какой массе эфира надо растворить 3,04 г анилина С₆Н₅NН₂, чтобы получить раствор, моляльность которого равна 0,3 моль/кг? Ответ: 109 г.

18. Какой объём 3 N раствора должен быть прибавлен к 900 мл 0,5 N раствора этого же вещества, чтобы концентрация стала 1 N? Ответ: 225 мл.

19. На реакцию с раствором, содержащим 0,498 г Na₂B₄0₇ ×10Н₂О, израсходовано 25,2 мл раствора HCI. Вычислите молярную концентрацию эквивалента (нормальную концентрацию) раствора соляной кислоты. Ответ: 0,1032 N.

Образец билета тестированного контроля

по теме «Способы выражения концентрации растворов»

1. Какова процентная концентрация раствора, полученного смешиванием 100 мл 30%-ного раствора хлорида натрия (r = 1,20 г/мл) и 100 мл 5%-ного раствора хлорида натрия (r = 1,04 г/мл)?

а) 18,39б) 20,60в) 41,20

2. Масса I моль эквивалента Н₃Р0₄ в реакции образования NaH₂P0₄ равна (в г/моль):

а) 49б) 73,5 в) 98

3. Фактор эквивалентности соли в реакции:
A1₂(S0₄)₃ + 8NaOH = 2 Na[Al(OH)₄] + 3Na₂S0₄ равен:

а) 1/8 б) 1/6 в) ¼

4.Какую массу (навеску) Nа₂С0₃ (в г) необходимо взять для приготовления 2 л 2 N раствора, используемого в реакции полного ионного обмена?

а) 53б) 212 в) 159

5.Чему равна молярная концентрация 96%-ного раствора H₂S0₄ (r = 1,84 г/мл)?

а) 16б) 18 в) 20

Ответы на задания образца билета ТК:

Номер вопроса
Код ответа	а	в	а	б	б

Оценка задания.Число правильных ответов:

1, 2. 6 баллов (неудовлетворительно)

3. 7 баллов (удовлетворительно)

4. 8 баллов (хорошо)

5. 9 баллов (отлично)

Лабораторная работа:Приготовление раствора заданной концентрации разбавлением концентрированного раствора.

Цель работы:научиться рассчитывать необходимое количество вещества для приготовления раствора определенной концентрации, используемого в медико-лабораторной практике.

Ход работы:

1. Получите от преподавателя задание - приготовить из концентрированного раствора определённый объём раствора меньшей концентрации.

2. Рассчитайте, сколько (мл) исходного раствора требуется для приготовления раствора заданной концентрации. Зная эту величину, найдите объём воды, необходимой для получения этого раствора. Для нахождения плотности раствора пользуйтесь таблицами. Проведённые расчёты представьте преподавателю.

3. После проверки преподавателем, приготовьте заданный раствор смешением найденных объёмов исходного раствора и воды. Для приготовления раствора определённой концентрации используйте: мерную колбу, мерный цилиндр и пипетку, при помощи которой определенный объём жидкости перенесите в мерную колбу. В мерной колбе этот раствор долейте водой до метки и перемешайте. Прибавление воды до метки производится сначала быстро, затем, когда до метки останется 1-2 см, по каплям. Отсчёт уровня жидкости в мерной колбе и мерном цилиндре производится по нижнему краю мениска. Перемешивание раствора в колбе осуществляется путём её переворачивания и встряхивания.

4. Приготовленный раствор сдайте дежурному лаборанту.

Пример расчёта:

Требуется приготовить 50 мл 0,05 N раствора Na₂СО₃ из 0,2 М раствора Na₂CO₃, f_экв (Na₂CO₃) = 1/2.

Расчёт: n₂(¹/₂ Na₂C0₃) = С₂(¹/₂ Na₂C0₃) × V(p-pа 2) = 0,05 × 0,05 = 0,0025 (моль)

n(Na₂C0₃) = n₂(¹/₂ Na₂C0₃) = ¹/₂ × 0,0025 = 0,00125 (моль);

V(p-pа 1) = n(Na₂C0₃)/С(Na₂C0₃) = 0,00125/0,2 = 0,00625 л или 6,25 мл 0,2 M раствора.

1.2. Растворы сильных и слабых электролитов

Существование живых организмов неразрывным образом связано с существованием воды и водных растворов. Содержание воды в растительных и животных организмах обычно составляет 50% от их общей массы, а в отдельных случаях достигает 95%. Основные звенья обмена организма веществом с окружающей средой так или иначе связаны с переходом различных соединений в растворенное состояние: всасывание питательных и лекарственных веществ, их транспорт, перенос и выделение продуктов обмена из организма.

Большинство биохимических реакции протекают в водном растворе электролитов, которые существенным образом влияют на возможность их осуществления. Кроме того, наличие в физиологических жидкостях электролитов определяет активный транспорт воды, растворимость белков, аминокислот и др. органических соединений. Следовательно, нарушение нормального электролитного баланса приводит к катастрофическим последствиям для живых организмов.

Цель изучения: понять значение основных показателей растворов электролитов и научиться их рассчитывать в ходе приготовления растворов, используемых в медико-биологических исследованиях и в медицинской практике.

Студент должен знать:

- определения и разновидности растворов электролитов;

- основные показатели физико-химических свойств растворов;

- необходимые расчеты этих показателей;

- физико-химические факторы, влияющие на свойстварастворов;

- значение электролитов для организма человека.

Студент должен уметь:

- рассчитывать активность ионов, ионную силу раствора, степень и константу диссоциации;

- готовить растворы электролитов с определенными показателями.

Растворы в зависимости от способности проводить электрический ток подразделяют на растворы электролитов и неэлектролитов. Электролитами называют вещества, растворы которых проводят

электрический ток. Это свойство обусловлено распадом молекул таких веществ в растворе на заряженные частицы (ионы), которые и являются переносчиками тока. К распаду молекул на ионы в растворе способны вещества с ионными или сильнополярными ковалентными связями. К ним относятся практически все соли, кислоты и основания. Процесс распада соединений на ионы, происходящий при взаимодействии с молекулами растворителя, называется электролитической диссоциацией.

Вещества, растворы которых не проводят электрический ток, называют неэлектролитами. Это - вещества со слабополярными и неполярными ковалентными связями. Они неспособны к электролитической диссоциации и в растворе находятся только в молекулярной форме. Это, например, водные растворы этилового спирта, глюкозы, сахарозы.

Электролиты подразделяются на сильные и слабые. Сильные электролиты – это вещества с ионными или полярными ковалентными связями в молекулах, которые в растворе полностью распадаются на ионы. Это, например хлористый натрий, хлористый водород и др. Слабыми называют электролиты, у которых только небольшая часть молекул в растворе распадается на ионы (уксусная кислота, гидроксид аммония и др.). Иногда различают также электролиты средней силы, в растворах которых образуется достаточно большое число ионов, сопоставимое с числом оставшихся молекул.

Способность веществ к распаду на ионы характеризуется степенью электролитической диссоциации (a). Степень диссоциации представляет отношение числа молекул распавшихся на ионы (Ni) к исходному числу молекул внесенных в раствор (N_общ.), то есть показывает, какая часть молекул распалась н ионы:

a = Ni / N_общ.

Степень диссоциации может изменяться от 0 до 1, часто ее выражают в процентах (0-100%).

Степень диссоциации зависит от природы и концентрации электролита и растворителя, температуры и присутствия в растворе других ионов. У слабых электролитов в большинстве растворов степень диссоциации очень мала, значительно меньше единицы. С

уменьшением концентрации раствора (с разбавлением раствора) степень диссоциации слабого электролита возрастает. При бесконечном разбавлении раствора на ионы диссоциируют уже все молекулы слабого электролита и степень диссоциации его в растворе достигает своего предела - становится равной единице.

У сильных электролитов ввиду полной диссоциации на ионы всех молекул в любом растворе степень диссоциации максимальна - равна единице.

Диссоциация слабых электролитов представляет обратимый процесс. Поэтому в их растворах устанавливается химическое равновесие, выражающееся в равенстве скоростей диссоциации молекул и ассоциации ионов. Химическое равновесие характеризуется постоянной величиной - константой равновесия. Она выводится по закону действующих масс. Применительно к процессу диссоциации эта величина называется константой диссоциации. Так, например, для равновесия, устанавливающегося при диссоциации уксусной кислоты, можно записать:

СН₃СООН « СН₃СОО^- + Н⁺

К_d = [Н⁺]×[СН₃СОО^-]

[СН₃СООН]

Здесь К_d – константа диссоциации.

Таким образом, константа диссоциациипредставляет отношение произведения равновесных молярных концентраций ионов электролита в степенях их стехиометрических коэффициентов к равновесной молярной концентрации недиссоциированных молекул электролита. Чем слабее электролит, то есть чем меньше он распадается на ионы, тем меньше его константа диссоциации.

В отличие от степени диссоциации константа диссоциации слабых электролитов не зависит от концентрации раствора. Она зависит только от природы электролита, растворителя и температуры. Таким образом, константа диссоциации является наиболее фундаментальной характеристикой поведения слабого электролита в растворе.

Константа, степень диссоциации и молярная концентрация раствора слабых электролитов связаны между собой по закону разведения Оствальда: К_d= a²С/(1-a)

Степень диссоциации слабых электролитов в большинстве растворов очень мала. Поэтому в большинстве случаев величиной a в знаменателе уравнения можно пренебречь, и оно принимает вид:

К_d » a²С, или a » Ö(К_д/C),

Из этого следует, для одноосновной слабой кислоты:

[Н⁺] = √(К_d×С) или также [Н⁺] = α×С,

а для слабого однокислотного основания:

[ОН^-] = √(К_d×С) или также [ОН^-] = α×С

Диссоциация слабых многоосновных кислот и многокислотных оснований или амфотерных гидроксидов протекает ступенчато:

H₃PO₄ « H⁺ + H₂PO₄^- К_d = 7,1×10^-3 М

H₂PO₄^- « H⁺ + HPO₄^2- К_d = 5,8×10^-4 М

HPO₄^2- « H⁺ + PO₄^3- К_d = 8,4×10^-6 М

Константы диссоциации показывают, что легче всего происходит первая стадия, так как только на первой стадии происходит ионизация нейтральной молекулы, а на последующих этапах, ионы Н⁺ или ОН^- отрываются от противоположно заряженного иона. Это означает, что в растворе ортофосфорная кислота существует преимущественно в виде молекул и некоторого количества ионов H⁺ + H₂PO₄^-.

Константа диссоциации характеризует только слабые электролиты, для сильных электролитов она не имеет физического смысла. Это объясняется тем, что диссоциация сильных электролитов полная и практически необратима. Вследствие полной диссоциации молекул число ионов в растворах сильных электролитов всегда значительно больше, чем в растворах слабых электролитов той же концентрации. Поэтому в растворах сильных электролитов ионы расположены близко друг к другу и между ними возникают межионные взаимодействия, приводящие к снижению подвижности ионов. Снижение подвижности ионов уменьшает степень их участия в процессах, протекающих в растворе, создавая эффект уменьшения их концентрации. Количественно влияние межионного взаимодействия на поведение иона в растворе сильного электролита характеризуется его активностью а_i и коэффициентом активности f_i.

Активность иона – это эффективная концентрация иона, соответственно которой он участвует во взаимодействиях,

протекающих в растворах сильных электролитов. Коэффициент активности иона f_i показывает, какая часть молярной концентрации Сi иона реально проявляет себя в физических взаимодействиях и в химических реакциях в растворе. Взаимосвязь этих величин выражается уравнением:

а_i = f_i Сi

Поэтому в расчетах для растворов сильных электролитов приходится учитывать коэффициент активности электролита в растворе, то есть использовать не просто молярную концентрацию электролита, а его активность.

Коэффициент активности сильного электролита в растворе зависит от концентрации раствора, температуры и присутствия других ионов. С уменьшением концентрации раствора коэффициент активности возрастает. При бесконечном разбавлении раствора ионы сильного электролита находятся далеко друг от друга и межионные взаимодействия между ними практически исчезают. Поэтому в разбавленных растворах коэффициент активности сильного электролита достигает своего предела - становится равным единице, а активность электролита в растворе становится равной его молярной концентрации.