Методика выполнения эксперимента
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ
к лабораторному занятию
Модуль №3 «Поверхностные явления. Адсорбция. Коллоидные растворы. Высокомолекулярные соединения»
учебной дисциплины Химия
для специальности 31.05.01 «Лечебное дело»
курс ____I___семестр _I___
Составитель Иванова Н.С.
к.х.н., доцент, зав. кафедрой
Рецензент Задорожная А.Н.
к.х.н., доцент
Владивосток, 2016
1. Тема:Качественные опыты по адсорбции. Тонкослойная хроматография
2. Мотивация изучения темы: адсорбция играет важную роль в жизнедеятельности человека, являясь предварительной стадией многих процессов, обеспечивающих обмен веществ. Является основой широко используемого в медицине и парамедицине метода анализа, разделения смесей с выделением БАВ, а также их очистка. Поэтому знание закономерностей адсорбционных явлений позволяет раскрыть возможности для решения теоретических и практических проблем в:
- нормальной физиологии:начальная стадия процесса дыхания, строение клеточной мембраны, перенос питательных веществ из крови в клетку, развитие аэроэмболии, эмульгирование жиров и т.д.;
- биохимии: хроматографическое разделение БАВ, анализ метаболитов и растительного сырья;
-клинической фармакологии: осушка и очистка лекарственных препаратов;
- микробиологии, вирусологии:использование адсорбентов для приготовления антигенного диагностикума, в начальном акте фагоцитоза, бактериологии;
- клинических дисциплинах: очистка крови и лимфы активированными углями, детоксикация организма при пищевых отравлениях, для лечения ожогов, для диагностики заболеваний на основе анализа аминокислот с помощью ионообменной хроматографии и т.д.;
- гигиене: анализ пищевых продуктов, обеспечение требуемого качества воды в источниках водоснабжения, очистка атмосферы и т.д.
Цели занятия.
3.1 Общая цель: изучение темы направлено на формирование ОПК – 7 по ФГОС специальности.
Конкретные цели и задачи.
После изучения темы студент должен:
«знать»- биологическую, экологическую и медицинскую роль адсорбции, факторы формирования эффективно работающей системы «адсорбент – адсорбтив», на основе адсорбционных представлений описывать процессы, протекающие в организме и окружающей среде;
«уметь» - интерпретировать полученные экспериментальные данные для отбора эффективных адсорбентов, проводить хроматографическое разделение смесей и идентифицировать их компоненты; решать типовые и ситуационные задачи по теме, пользоваться физическим и химическим оборудованием;
«владеть» -техникой эксперимента, включающей стадию подготовки адсорбента, операции фильтрования, измерения температуры и др.; навыками безопасной работы в химической лаборатории.
4. Вопросы, изученные на предшествующих дисциплинах и необходимые для освоения темы.
1. Строение и функции биологических мембран (кафедра биологии, ботаники и экологии).
5. Задания для самостоятельной подготовки к лабораторному занятию:
5.1. Перечень контрольных вопросов для самоконтроля знаний.
1. Адсорбция. Основные понятия: положительная и отрицательная адсорбция, адсорбент, адсорбтив, типы адсорбционных систем.
2. Причина адсорбции: СЭП (GS). Факторы, влияющие на неё.
3. Поверхностное натяжение. ПАВ и ПИАВ.
4. Строение дифильных ПАВ. Правило Траубе – Дюкло. Роль дифильных ПАВ.
5. Факторы, влияющие на адсорбционную способность адсорбентов.
6. Уравнения изотерм адсорбции Гиббса, Лэнгмюра, Фрейндлиха; их анализ.
7. Хроматография. Принципы хроматографического разделения в тонком слое адсорбента.
8. Классификация хроматографических методов по механизму разделения.
9. Детектирование хроматограмм и идентификация веществ.
5.2. Задания для СРС во внеучебное время.
Задача № 1.
Площадь поперечного сечения молекулы этилацетата равна 2,2 · 10-19 м2 . Определите длину молекулы данного вещества, плотность которого 0,9 г/см3.
Ответ: 7,38×10-10 м
Задача № 2.
Рассчитайте величину предельной адсорбции жирных кислот, если известно, что площадь поверхностного слоя, приходящаяся на одну молекулу для всего гомологического ряда, составляет 2,05×10-19 м2.
Ответ: 8,1×10-6 моль/м2
Задача № 3.
Сравните поверхностную активность (q) метилпропанола и метилбутанола в водных растворах. σ(Н2О) = 72,75 мДж/ м2
| С, моль/л | σ , мДж/ м2. | |
| метилпропанол (I) | метилбутанол (II) | |
| 0,125 | 52,8 | 47,6 |
| 0,25 | 44,1 | 23,7 |
Выполняется ли правило Дюкло – Траубе? В случае отрицательного ответа попытайтесь объяснить причину.
Ответ: правило не выполняется.
Задача № 4.
Найти поверхностный избыток (кмоль/м2) пеларгоновой кислоты 
при 100 С для концентрации раствора 50 мг/л. Поверхностное натяжение воды при данной температуре 74,22·10-3 Дж/м2, а раствора кислоты 57·10-3 Дж/м2.
Ответ: Г = 7,32×10-9 кмоль/м2
Задача № 5.
Экспериментально установлено, что величина предельной (максимальной) адсорбции пропановой кислоты на угле составляет 3,0×10-3 моль/г, К = 6,0×10-2 моль/л. Какая масса вещества адсорбировалась из раствора, в котором установилась равновесная концентрация 0,1 моль/л? Масса адсорбента 1 г.
Ответ: 0,14 г.
5.3. Задания для самоконтроля подготовки к лабораторному занятию.
Вариант теста № 1.
В качестве противоядия при отравлениях метанолом применяют этанол. Применение этанола объясняется
а) более высокой поверхностной активностью этанола по сравнению с метанолом
б) равенством q(CH3OH) и q(C2H5OH)
в) более высокой поверхностной активностью метанола по сравнению с этанолом
Вариант теста № 2.
Удаление фенола из воды можно провести, используя адсорбент
а) цеолит
б) активированный уголь
в) фермент декарбоксилазу
Вариант теста № 3.
Поверхностная активность пентанола будет больше поверхностной активности этанола в растворах одинаковой концентрации в
а) 34,33 раза
б) 9,75 раза
в)3,25 раза
Вариант теста № 4.
Для очистки водного раствора лекарственного препарата, содержащего примеси органических веществ, лучше всего использовать адсорбент
а) любой
б) полярный микропористый
в) неполярный микропористый
Вариант теста № 5.
В системе полярный адсорбент – неполярный растворитель
а) неполярная часть молекулы ПАВ обращена к поверхности адсорбента, а полярная часть погружена в растворитель
б) молекулы растворителя выигрывают конкуренцию за активные центры адсорбента
в) полярная часть молекулы ПАВ обращена к поверхности адсорбента, неполярная часть погружена в растворитель
Вариант теста № 6.
Дана смесь веществ Х(¯), У(¯), Z (¯), для которых стрелками указано сродство к ПФ () и НФ (¯). Накапливаться на хроматограмме ближе к линии старта будет:
а) х
б) у
в)z
Вариант теста № 7.
В основе молекулярно-ситовой хроматографии
а) геометрическое соответствие структуры активного центра адсорбента и структуры адсорбтива
б) различия в размерах молекул адсорбтива
в) различия в растворимости отдельных компонентов смеси в 2х несмешивающихся жидкостях
6. Этапы проведения лабораторного занятия.
| № | Название этапа | Цель этапа | Время, мин |
| I. Вводная часть занятия | |||
| 1. | Организация занятия | Проверка присутствующих, их внешнего вида, наличия рабочих тетрадей и лекций | |
| 2. | Определение темы, мотивации, целей, задач занятия | Формирование мотивации данного занятия, значимости его в подготовке врача | |
| II. Основная часть занятия | |||
| 3. | Контроль исходных знаний, умений и навыков | Выявление исходного уровня знаний, умений и навыков | |
| 4. | Общие и индивидуальные задания для СРС в учебное время | Дифференцированное ориентирование студентов к предстоящей работе | |
| 5. | Демонстрация методики лабораторной работы | Разбор ООД к самостоятельной работе | |
| 6. | Управляемая СРС в учебное время | Выполнения эксперимента. Овладение общепрофессиональной компетенцией ОПК - 7 | |
| 7. | Реализация планируемой формы занятия | Контроль результатов обучения и оценка с помощью дескрипторов | |
| 8. | Итоговый контроль | Оценивание индивидуальных достижений студента, выявление ошибок и их корректировка | |
| III. Заключительная часть занятия | |||
| Подведение итогов занятия | Оценка деятельности студентов и достижения цели занятия | ||
| 10. | Общие и индивидуальные задания на СРС во внеучебное время | Указание по самоподготовке студентов к занятию «Определение порога коагуляции. Коллоидная защита» |
7. Ориентировочная основа действия (ООД) для проведения самостоятельной работы студентов в учебное время.
I группа. Лабораторная работа «Качественные опыты по адсорбции»
Приборы и реактивы: пробирки, термометры (до 100⁰С), цилиндры на 10см3, воронки, фильтровальная бумага, индикаторы: фуксин, метиленовый голубой, метилвиолет, малахитовый зеленый, раствор FeCl3 (C(1/3FeCl3)=0,1моль/л), аммиачный раствор соли меди, адсорбенты: активированный уголь, силикагель, алюмагель, цеолит.
Задания для контроля сформированности компетенций в учебное время.
1. В используемых в медицинской практике эфире и хлороформе недопустимы даже следы влаги. Какой из адсорбентов (активированный уголь, цеолит, силикагель, алюмагель) наиболее пригоден для их осушки?
2. Почему при отравлениях животными ядами в качестве противоядия используют активированный уголь, а не цеолит?
3. Какие адсорбенты из известных Вы бы предложили в качестве «сухих бинтов» для ожоговых отделений больниц?
9. Учебно-материальное обеспечение:
9.1.Литература:
а) обязательная
1. Попков В.А., Пузаков С.А. Общая химия. - М.: ГЭОТАР-МЕДИА, 2007, с.760-796.
2. Жолнин А.В. Общая химия. Под. ред. Попкова В.А., Жолнина А.В., учебник М.:ГЭОТАР-МЕДИА, 2014. с. 291-302.
3. Ершов Ю.А. Коллоидная химия. – М.: ГЭОТАР-МЕДИА, 2014. с. 93-101.
4. Пузаков С.А., Попков В.А., Филиппова А.А. Сборник задач и упражнений по общей химии. Учеб. пособие для вузов, 5-е изд.-М.:Юрайт, 2013. с. 192-205.
б) дополнительная
1. Бабков А.В., Барабанова Т.И., Попков В.А. Общая и неорганическая химия, учебник М.: ГЭОТАР-МЕДИА, 2014. 384 с.
2. Тюрина Е.Ф., Иванова Н.С. и др. Общая химия. Вопросы и ответы. Владивосток, Медицина ДВ, 2008. 170 с.
в) интернет-ресурсы
http://www.studmedlib.ru
http://www.books-up.ru
10. Материальное обеспечение:
а) наглядные пособия – ПСЭ Менделеева Д.И.
б) лабораторные приборы, спиртовки, термометры, наборы адсорбентов
в) калькуляторы.
Оценивание уровня сформированности компетенций обучающихся проводится по балльно-рейтинговой системе.
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ
к лабораторному занятию
Модуль №3 «Поверхностные явления. Адсорбция. Коллоидные растворы. Высокомолекулярные соединения»
учебной дисциплины Химия
для специальности 31.05.01 «Лечебное дело»
курс ____I___семестр _I___
Составитель Иванова Н.С.
к.х.н., доцент, зав. кафедрой
Рецензент Задорожная А.Н.
к.х.н., доцент
Владивосток, 2016
1. Тема:Качественные опыты по адсорбции. Тонкослойная хроматография
2. Мотивация изучения темы: адсорбция играет важную роль в жизнедеятельности человека, являясь предварительной стадией многих процессов, обеспечивающих обмен веществ. Является основой широко используемого в медицине и парамедицине метода анализа, разделения смесей с выделением БАВ, а также их очистка. Поэтому знание закономерностей адсорбционных явлений позволяет раскрыть возможности для решения теоретических и практических проблем в:
- нормальной физиологии:начальная стадия процесса дыхания, строение клеточной мембраны, перенос питательных веществ из крови в клетку, развитие аэроэмболии, эмульгирование жиров и т.д.;
- биохимии: хроматографическое разделение БАВ, анализ метаболитов и растительного сырья;
-клинической фармакологии: осушка и очистка лекарственных препаратов;
- микробиологии, вирусологии:использование адсорбентов для приготовления антигенного диагностикума, в начальном акте фагоцитоза, бактериологии;
- клинических дисциплинах: очистка крови и лимфы активированными углями, детоксикация организма при пищевых отравлениях, для лечения ожогов, для диагностики заболеваний на основе анализа аминокислот с помощью ионообменной хроматографии и т.д.;
- гигиене: анализ пищевых продуктов, обеспечение требуемого качества воды в источниках водоснабжения, очистка атмосферы и т.д.
Цели занятия.
3.1 Общая цель: изучение темы направлено на формирование ОПК – 7 по ФГОС специальности.
Конкретные цели и задачи.
После изучения темы студент должен:
«знать»- биологическую, экологическую и медицинскую роль адсорбции, факторы формирования эффективно работающей системы «адсорбент – адсорбтив», на основе адсорбционных представлений описывать процессы, протекающие в организме и окружающей среде;
«уметь» - интерпретировать полученные экспериментальные данные для отбора эффективных адсорбентов, проводить хроматографическое разделение смесей и идентифицировать их компоненты; решать типовые и ситуационные задачи по теме, пользоваться физическим и химическим оборудованием;
«владеть» -техникой эксперимента, включающей стадию подготовки адсорбента, операции фильтрования, измерения температуры и др.; навыками безопасной работы в химической лаборатории.
4. Вопросы, изученные на предшествующих дисциплинах и необходимые для освоения темы.
1. Строение и функции биологических мембран (кафедра биологии, ботаники и экологии).
5. Задания для самостоятельной подготовки к лабораторному занятию:
5.1. Перечень контрольных вопросов для самоконтроля знаний.
1. Адсорбция. Основные понятия: положительная и отрицательная адсорбция, адсорбент, адсорбтив, типы адсорбционных систем.
2. Причина адсорбции: СЭП (GS). Факторы, влияющие на неё.
3. Поверхностное натяжение. ПАВ и ПИАВ.
4. Строение дифильных ПАВ. Правило Траубе – Дюкло. Роль дифильных ПАВ.
5. Факторы, влияющие на адсорбционную способность адсорбентов.
6. Уравнения изотерм адсорбции Гиббса, Лэнгмюра, Фрейндлиха; их анализ.
7. Хроматография. Принципы хроматографического разделения в тонком слое адсорбента.
8. Классификация хроматографических методов по механизму разделения.
9. Детектирование хроматограмм и идентификация веществ.
5.2. Задания для СРС во внеучебное время.
Задача № 1.
Площадь поперечного сечения молекулы этилацетата равна 2,2 · 10-19 м2 . Определите длину молекулы данного вещества, плотность которого 0,9 г/см3.
Ответ: 7,38×10-10 м
Задача № 2.
Рассчитайте величину предельной адсорбции жирных кислот, если известно, что площадь поверхностного слоя, приходящаяся на одну молекулу для всего гомологического ряда, составляет 2,05×10-19 м2.
Ответ: 8,1×10-6 моль/м2
Задача № 3.
Сравните поверхностную активность (q) метилпропанола и метилбутанола в водных растворах. σ(Н2О) = 72,75 мДж/ м2
| С, моль/л | σ , мДж/ м2. | |
| метилпропанол (I) | метилбутанол (II) | |
| 0,125 | 52,8 | 47,6 |
| 0,25 | 44,1 | 23,7 |
Выполняется ли правило Дюкло – Траубе? В случае отрицательного ответа попытайтесь объяснить причину.
Ответ: правило не выполняется.
Задача № 4.
Найти поверхностный избыток (кмоль/м2) пеларгоновой кислоты при 100 С для концентрации раствора 50 мг/л. Поверхностное натяжение воды при данной температуре 74,22·10-3 Дж/м2, а раствора кислоты 57·10-3 Дж/м2.
Ответ: Г = 7,32×10-9 кмоль/м2
Задача № 5.
Экспериментально установлено, что величина предельной (максимальной) адсорбции пропановой кислоты на угле составляет 3,0×10-3 моль/г, К = 6,0×10-2 моль/л. Какая масса вещества адсорбировалась из раствора, в котором установилась равновесная концентрация 0,1 моль/л? Масса адсорбента 1 г.
Ответ: 0,14 г.
5.3. Задания для самоконтроля подготовки к лабораторному занятию.
Вариант теста № 1.
В качестве противоядия при отравлениях метанолом применяют этанол. Применение этанола объясняется
а) более высокой поверхностной активностью этанола по сравнению с метанолом
б) равенством q(CH3OH) и q(C2H5OH)
в) более высокой поверхностной активностью метанола по сравнению с этанолом
Вариант теста № 2.
Удаление фенола из воды можно провести, используя адсорбент
а) цеолит
б) активированный уголь
в) фермент декарбоксилазу
Вариант теста № 3.
Поверхностная активность пентанола будет больше поверхностной активности этанола в растворах одинаковой концентрации в
а) 34,33 раза
б) 9,75 раза
в)3,25 раза
Вариант теста № 4.
Для очистки водного раствора лекарственного препарата, содержащего примеси органических веществ, лучше всего использовать адсорбент
а) любой
б) полярный микропористый
в) неполярный микропористый
Вариант теста № 5.
В системе полярный адсорбент – неполярный растворитель
а) неполярная часть молекулы ПАВ обращена к поверхности адсорбента, а полярная часть погружена в растворитель
б) молекулы растворителя выигрывают конкуренцию за активные центры адсорбента
в) полярная часть молекулы ПАВ обращена к поверхности адсорбента, неполярная часть погружена в растворитель
Вариант теста № 6.
Дана смесь веществ Х(¯), У(¯), Z (¯), для которых стрелками указано сродство к ПФ () и НФ (¯). Накапливаться на хроматограмме ближе к линии старта будет:
а) х
б) у
в)z
Вариант теста № 7.
В основе молекулярно-ситовой хроматографии
а) геометрическое соответствие структуры активного центра адсорбента и структуры адсорбтива
б) различия в размерах молекул адсорбтива
в) различия в растворимости отдельных компонентов смеси в 2х несмешивающихся жидкостях
6. Этапы проведения лабораторного занятия.
| № | Название этапа | Цель этапа | Время, мин |
| I. Вводная часть занятия | |||
| 1. | Организация занятия | Проверка присутствующих, их внешнего вида, наличия рабочих тетрадей и лекций | |
| 2. | Определение темы, мотивации, целей, задач занятия | Формирование мотивации данного занятия, значимости его в подготовке врача | |
| II. Основная часть занятия | |||
| 3. | Контроль исходных знаний, умений и навыков | Выявление исходного уровня знаний, умений и навыков | |
| 4. | Общие и индивидуальные задания для СРС в учебное время | Дифференцированное ориентирование студентов к предстоящей работе | |
| 5. | Демонстрация методики лабораторной работы | Разбор ООД к самостоятельной работе | |
| 6. | Управляемая СРС в учебное время | Выполнения эксперимента. Овладение общепрофессиональной компетенцией ОПК - 7 | |
| 7. | Реализация планируемой формы занятия | Контроль результатов обучения и оценка с помощью дескрипторов | |
| 8. | Итоговый контроль | Оценивание индивидуальных достижений студента, выявление ошибок и их корректировка | |
| III. Заключительная часть занятия | |||
| Подведение итогов занятия | Оценка деятельности студентов и достижения цели занятия | ||
| 10. | Общие и индивидуальные задания на СРС во внеучебное время | Указание по самоподготовке студентов к занятию «Определение порога коагуляции. Коллоидная защита» |
7. Ориентировочная основа действия (ООД) для проведения самостоятельной работы студентов в учебное время.
I группа. Лабораторная работа «Качественные опыты по адсорбции»
Приборы и реактивы: пробирки, термометры (до 100⁰С), цилиндры на 10см3, воронки, фильтровальная бумага, индикаторы: фуксин, метиленовый голубой, метилвиолет, малахитовый зеленый, раствор FeCl3 (C(1/3FeCl3)=0,1моль/л), аммиачный раствор соли меди, адсорбенты: активированный уголь, силикагель, алюмагель, цеолит.
Методика выполнения эксперимента