Если растворимость соли равна х моль/л, то
Если растворимость соли равна х моль/л, то
для сульфата бария: х х х ВaSO4 ó Вa2+ + SO42- тв.соль ионы в растворе KS = [Вa2+]×[SO42-] KS = х2, х =  , | для фосфата кальция: |
х 3х 2х Ca3(PO4)2 ó 3Ca2+ + 2PO43- тв.соль ионы в растворе KS = [Ca2+]3 [PO43-]2 KS = (3х)3 · (2х)2 = 108х5, х =  |
- Связь концентрации ионов в растворе с вероятностью образования осадка.
Осадок выпадает в том случае, если в растворе произведение активностей (концентраций) ионов (Пс), образующих электролит, в степенях равных стехиометрическим коэффициентам, будет больше константы растворимости KS.
Пс > KS – пересыщенный раствор, осадок выпадает
Пс < KS – ненасыщенный раствор, осадок не выпадает
Пс = KS – насыщенный раствор.
Особенности костной ткани зуба.
К костной ткани относятся также эмаль, дентин и цемент зуба, имеющие сходство с костной тканью по высокой степени минерализации межклеточного вещества и опорной, механической функцией.
1). Наряду с гидроксидфосфатомкальция Ca5(PO4)3(OH) образуется фторидфосфаткальция Ca5(PO4)3F или Ca10(PO4)6F2. Он имеет более плотную упаковку, чем гидроксидфосфаткальция. Это важно, т.к. зубная эмаль контактирует с большими объемами жидкостей, часто довольно агрессивными.
2). В норме ротовая жидкость представляет собой пересыщенный раствор гидроксиапатита, что при оптимальном рН препятствует растворению в ней эмали и обусловливает поступление в нее ионов кальция, фосфора, обеспечивая ее реминерализацию (рекристаллизацию). Повышенная концентрация ионов кальция в слюне является защитным фактором, т.к. в присутствии одноименного иона снижается растворимость малорастворимого электролита.
9. Механизм кальцификации и функционирования кальциевого буфера (самостоятельно).
10. Явление изоморфизма – замещение частиц одного компонента в узлах кристаллической решетки частицами другого компонента. Замещаемая и замещающая частицы должны иметь близкие кристаллохимические параметры. В гидроксидфосфате возможно замещение гидроксид-ионов на ионы фтора, карбонат-ионы; ионов кальция наионыстронция, бериллия.
а) При повышенном содержании стронция в окружающей среде происходит замещение Ca2+ на Sr2+ и образуется гидроксидфосфат стронция Sr5(PO4)3(OH), т.к. он менее растворим (KS – меньше). Наблюдаемые патологии:
1) из-за большего радиуса иона стронция, происходит ломкость костей – стронциевый рахит.
2) радионуклид – стронций-90, период полураспада 27,7 года, β-излучатель, включаясь в костную ткань, становится внутренним источником облучения организма. Это приводит к развитию онкологических заболеваний (лейкемия - кровь, саркома – кости). β-излучение влияет на наследственность.
б) При избытке бериллия происходит замещение Ca2+ на Be2+. Это вызывает размягчение костей вследствие меньшего радиуса иона бериллия.
в) Свинец, депонирующийся в костной ткани, имеет период полувыведения τ0,5 ≈ 20 лет. Постоянно поступая в организм, оказывает токсическое действие.
г) В скелете депонируются также барий, радий, олово, в небольших количествах катионы металлов, встречающихся в нашем организме.
д) Изоморфизм OH- и F- смотри выше (зубная ткань).
Остеотропность металлов – способность к изоморфизму.
Образование камней или конкрементов.
В организме человека ионы кальция могут образовывать разные малорастворимые соединения – камни или конкременты. Это сложный физико-химический процесс. Камни образуются при агрегации сформировавшихся кристаллов. Величина форма и консистенция камней разнообразны. Состоят из ядра, вокруг которого расположена оболочка различной толщины.
12. Причины образования конкрементов
1) увеличение концентрации солей-камнеобразователей, изменение рН среды;
2) нарушение коллоидного равновесия в тканях организма – уменьшение концентрации веществ препятствующих кристаллизации.
Образование камней – процесс практически необратимый. При лечении реакции растворения осадков применяются нечасто, так как это связано со значительными термодинамическими ограничениями. Камни приходится удалять хирургическим путем.
а) Ураты (≈10%всех почечных камней):
При повышении концентрации мочевой кислоты при патологических состояниях образуются ее малорастворимые соли – ураты (мочекислые соли) – натриевые и аммонийные:
полинуклеотиды (пуриновые основания) —→ ксантин —→ мочевая кислота
—→ мононатриевая соль (кислый урат), динатриевая соль (средний урат).
Отложение мочевой кислоты и ее солей в суставах, хрящах приводит к возникновению подагры.
б) Соли кальция (≈70—90% всех почечных камней). Гиперкальциурия (избыток кальция) способствует образованию кальциевых осадков, а вид соли зависит от рН мочи, наличия в системе оксалатов или фосфатов.
При нарушении обмена веществ возможно увеличение концентрации оксалат-ионов. В паренхиме почек и некоторых отделах мочевых путей образуются отложения оксалата кальция – оксалатные камни – моно- и дигидрат оксалата кальция – CaC2O4 ∙ H2O и CaC2O4 ∙ 2H2O.
В кислой моче образуются уратные камни. В щелочной – фосфатные (Ca3(PO4)2, MgNH4PO4) или карбонатные (CaCO3). Оксалатные камни образуются при любых значениях рН.
В мочевыводящих путях возможно также образование смешанных мочевых камней.
Содержащие кальций почечные камни обычно белого цвета и твердые. Такие камни непроницаемы для ионизирующих излучений. Фосфаты кальция, осаждаясь, особенно часто образуют в почечных лоханках роговидные камни, легко видимые при рентгеноскопии.
На поздних стадиях атеросклероза (хроническая болезнь артерий, приводящая к сужению просвета и нарушению функций) происходит обызвествление атеросклеротических бляшек карбонатом кальция. Атеросклеротический кальциноз наблюдается, как правило, в старости.
Решение задач.
Алгоритм составления выражения для KS.
а) для солей из двух ионов KtAn; KtAn ↔ Kt+ + An- : KS = [Kt+] · [ An-] = х2;
б) для солей из трех ионов KtAn2; KtAn2 ↔ Kt2+ + 2An- : KS = [ Kt2+] · [ An-]2 = х · ( 2х)2 = 4 х3
аналогично для Kt2An;
в) для солей из четырех ионов KtAn3: KtAn3 ↔ Kt2+ + 3An-: KS = х · ( 3х)3 = 27х4
аналогично для Kt3An;
г) для солей из пяти ионов Kt2An3: Kt2An3 ↔ 2Kt2+ + 3An-: KS = ( 2х)2 · ( 3х)3 = 108 х5
аналогично для Kt3An2;
Образование осадков.
План решения.
1. Вычислить концентрацию веществ в первый момент после смешивания, т.к. при смешивании общий объем раствора увеличивается, соответственно изменяется концентрация.
2. Вычислить концентрации ионов, образующих сильный малорастворимый электролит, после смешивания.
3. Написать уравнение диссоциации малорастворимого сильного электролита. Записать формулу для константы растворимости данного малорастворимого сильного электролита.
4. Вычислить значение Пс - реальное произведение ионов. Формула для Пс соответствует формуле для KS. Подставить в формулу значения концентраций ионов.
5. Сравнить значения KS и Пс. Если:
Пс > KS – пересыщенный раствор, осадок выпадает,
Пс < KS – ненасыщенный раствор, осадок не выпадает,
Пс = KS – насыщенный раствор, состояние равновесия.
Задача 3. Образуется ли осадок при смешивании 100 мл раствора хлорида кальция с молярной концентрацией 6,0 ∙ 10-3 моль/л и 50 мл фосфата натрия с молярной концентрацией 4,0 ∙ 10-3 моль/л. Ks (Ca3 (PO4)2) = 2,0 ∙ 10-29.
Решение.
1. В первый момент после смешивании общий объем увеличивается (Vcмеси=0,1+0,05=0,15л), а концентрации уменьшаются:
; С (CaCl2) = 
= 0,004 моль/л = 4,0 ∙ 10-3моль/л;
С (Na3PO4) = 
= 0,0013 моль/л = 1,33 ∙ 10-3 моль/л.
2. Малорастворимый электролит – фосфат кальция.
С (Ca2+) = 4,0 ∙ 10-3моль/л, С(PO43+) = 1,33 ∙ 10-3моль/л
3. х 3х 2х
Ca3(PO4)2 ó 3Ca2+ + 2PO43-
тв.соль ионы в растворе
KS = [Ca2+]3 [PO43-]2
4. Пс = (4,0 ∙ 10-3)3 ∙ (1,33 ∙ 10-3)2 = 1,14 ∙ 10-13.
5. Пс > KS – пересыщенный раствор, осадок выпадает
Задача 4. Образуется ли осадок при смешивании равных объемов хлорида кальция с молярной концентрацией 2,0 ∙ 10-6 моль/л и фосфата натрия с молярной концентрацией 1,0 ∙ 10-6 моль/л. Ks (Ca3 (PO4)2) = 2,0 ∙ 10-29.
Решение.
1. При смешивании равных объемов общий объем увеличивается в два раза, а концентрации уменьшаются в два раза. С (CaCl2) = 1,0 ∙ 10-6моль/л, С (Na3PO4) = 5,0 ∙ 10-7 моль/л.
2. Малорастворимый электролит – фосфат кальция.
С (Ca2+) = 1,0 ∙ 10-6моль/л, С(PO43-) = 5,0 ∙ 10-7моль/л
3. х 3х 2х
Ca3(PO4)2 ó 3Ca2+ + 2PO43-
тв.соль ионы в растворе
Ks = С(Ca2+)3 · С(PO43-)2.
4. Пс = С(Ca2+)3 · С(PO43-)2 = (1,0 ∙ 10-6)3 ∙ (5,0 ∙ 10-7)2 = 2,5 ∙ 10-31
5. Пс < KS – ненасыщенный раствор, осадок не выпадает.
Если растворимость соли равна х моль/л, то
| для сульфата бария: х х х ВaSO4 ó Вa2+ + SO42- тв.соль ионы в растворе KS = [Вa2+]×[SO42-] KS = х2, х = , | для фосфата кальция: |
| х 3х 2х Ca3(PO4)2 ó 3Ca2+ + 2PO43- тв.соль ионы в растворе KS = [Ca2+]3 [PO43-]2 KS = (3х)3 · (2х)2 = 108х5, х = |
- Связь концентрации ионов в растворе с вероятностью образования осадка.
Осадок выпадает в том случае, если в растворе произведение активностей (концентраций) ионов (Пс), образующих электролит, в степенях равных стехиометрическим коэффициентам, будет больше константы растворимости KS.
Пс > KS – пересыщенный раствор, осадок выпадает
Пс < KS – ненасыщенный раствор, осадок не выпадает
Пс = KS – насыщенный раствор.