ЗАНЯТИЕ №
Тема: Коллигативные свойства растворов.
Мотивация изучения темы: Коллигативные свойства растворов: давление насыщенного пара растворителя над раствором, осмотическое давление, понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов – необходимы для понимания многих процессов, протекающих в организме. Без знания законов осмоса немыслимо понимание таких явлений, как перенос вещества через биологические мембраны, ионообмен, гемолиз, плазмолиз, мембранное равновесие.
Изучение коллигативных свойств разбавленных растворов служит одним из наиболее распространенных способов определения молекулярной массы растворенного вещества, а также степени его диссоциации или показателя ассоциации.
Цель: Изучить коллигативные свойства растворов и приобрести навыки расчета величин, характеризующие эти свойства.
Задачи изучения:
1. Приобрести навыки расчета осмотического давления растворов сильных и слабых электролитов, установления изоосмотичности другому раствору.
2. Приобрести навыки расчета давления насыщенного пара растворителя над раствором.
3. Приобрести навыки расчета температур замерзания и кипения растворов; навыки расчета молярной массы неэлектролита по криометрическим и эбулиоскопическим данным.
Продолжительность занятия - 165 минут (135 учебного времени и 30мин перерыв).
Место проведения занятия - учебный практикум (кафедра общей химии)
Задания для самостоятельной работы студента во внеучебное время (самоподготовка).
А. Контрольные вопросы
1. Способы выражения концентрации раствора: массовая доля, молярная концентрация, моляльная концентрация, молярная доля.
2. Коллигативные свойства растворов (определение).
3. Понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором. Закон Рауля.
4. Следствия из закона Рауля: повышение температуры кипения растворов и понижение температуры замерзания растворов. Криометрия. Эбулиометрия.
5. Осмотическое давление растворов слабых и сильных электролитов. Закон Вант-Гоффа. Изотонический коэффициент. Растворы изотонические, гипертонические, гипотонические. Явление лизиса (гемолиза), плазмолиза. Роль осмоса в биологических процессах.
Б. Список рекомендуемой литературы:
1. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учебник для ВУЗов/ , , и др. - 2 изд. - М.: ВШ, 2000.
2. Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов./под ред. , - М.: ВШ, 2006 (стр.55-59).
3. , , Филиппова задач и упражнений по общей химии. - М.: ВШ, 2007.
4. Практикум по общей и биоорганической химии /под ред. – 3-е изд.-М.: изд. центр «Академия», 2008.-240с
В. Обучающий материал.
Физико-химические свойства растворов, которые не зависят от химической природы растворенных частиц, а зависят от числа частиц (концентрации), называются коллигативные свойства растворов.
I. Понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором.
Математическое выражение закона Рауля (1886): P=Kp·X(X), где X(X) – мольная доля растворенного вещества, Kp- константа Генри.
Р0 - давление насыщенного пара над чистым растворителем (Па);
Р - давление насыщенного пара растворителя над раствором (Па);
Р0-Р (ΔР) – понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором;
- относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором;
- мольная (молярная) доля растворенного вещества;
N - число молей растворителя;
n – число молей растворенного вещества.
Следствия из закона Рауля:
1. понижение температуры замерзания растворов.
Температура замерзания (кристаллизации) жидкости – температура, при которой давление пара над жидкостью равно давлению пара над твердой фазой. Температура замерзания раствора ниже температуры замерзания растворителя:
Тзам(р-р) = Тзам(р-ль) –ΔТ
ΔТ=К·b(Х)
, где
ΔТзам - понижение температуры замерзания раствора (К);
b(X) – моляльная концентрация раствора (моль/кг);
К - криоскопическая константа растворителя (К·кг/моль);
m – масса растворенного вещества (г);
m1 – масса растворителя (г);
M – молярная масса растворенного вещества (г/моль).
2. Повышение температуры кипения раствора
Температура кипения жидкости – температура, при которой давление пара жидкости будет равно внешнему давлению (при 101,кПа температура кипения воды 100°С). Температура кипения раствора выше температуры кипения растворителя.
Ткип(р-р) = Ткип(р-ль) +ΔТкип
ΔТкип=Е·b(Х)
, где
ΔТкип - повышение температуры кипения раствора (К);
b(X) – моляльная концентрация раствора (моль/кг);
Е - эбулиоскопическая постоянная растворителя (К·кг/моль)
II. Осмотическое давление
Осмотическое давление численно равно силе, приходящейся на единицу поверхности полупроницаемой мембраны, которую нужно приложить, чтобы предотвратить проникновение молекул воды в раствор. Математическое выражение закона Вант-Гоффа:
а) для разбавленных растворов неэлектролитов:
Росм = CRT; 
, где
Росм - осмотическое давление (кПа);
С(Х) – молярная концентрация (моль/м3);
n(X) – количество растворенного вещества (моль);
R – универсальная газовая постоянная (Дж/моль·К)
T – температура (К);
m – масса растворенного вещества (г);
M – молярная масса вещества (г/моль);
V – объем раствора (м3).
б) для растворов электролитов:
Росм = iC(X)RT
i = α(ν-1) + 1
i – изотонический коэффициент;
α – степень диссоциации;
ν – число частиц (молекул, ионов).
Примечание. Дж = Н·м 1м3=1000л
Па = Н/м2 1л = 10-3м3
кПа = 103Н/м2
Г. Обучающие задачи
1. Расчет давления насыщенного пара раствора
Задача 1. Вычислите давление пара раствора, содержащего 34,23г сахара в 45,05г воды при 65°С, если давление паров воды при этой температуре 2,5·104Па.
Решение. Согласно закону Рауля
, отсюда 
1.Число моль растворено вещества и растворителя:
2. 
Ответ: давление равно 2,4038Па
2. Расчет молярной массы неэлектролита по понижению температуры замерзания.
Задача 2. Вычислите молярную массу неэлектролита, если известно, что температура замерзания раствора, содержащего 10г этого вещества в 150г бензола равна 2,04°С
Решение. Тзам(р-р) = Тзам(р-ль) –ΔТ
Тзам(р-р)=2,04°С+273 = 275,04К
Используя данные справочных таблиц, находим:
К(С6Н6) = 5,1К·кг/моль; температура замерзания бензола 278,45К (5,45°С)
ΔТзам = 278,4К-275,04К = 3,36К
Ответ: М(неэл.)=101г/моль
3.Расчет осмотического давления раствора неэлектролита. Установление изотоничности другому раствору.
Задача 3. Вычислите осмотическое давление раствора глицерина с массовой долей 1% (плотность 1,0006г/мл) при 25°С. Будет ли он изотоничен раствору с осмотическим давлением 500кПа?
Решение. Росм=CRT
2. Росм=109моль/м3·8,31Дж/моль·К ·298К = 269925н/м2 = 269,9кПа
Ответ: Росм=269,9кПа, Росм(глиц)<Росм(р-ра2). Следовательно, раствор глицерина гипотоничен по отношению ко второму раствору.
Д. Задачи для самостоятельного решения.
Задача 1. Осмотическое давление 0,5М раствора этанола при 20°С (кПа):
1217 4
Задача 2. Концентрация раствора этиленгликоля (тосола), замерзающего при -37,2°С (КН2О =1,86град·кг/моль), составляет (моль/кг):
420
Задача 3. Как изменится температура кипения раствора глюкозы, если в него добавить:
а) воду; б) хлорид натрия? Дайте краткие пояснения.
Задача 4. Как будет меняться во времени осмотическое давление раствора, в котором происходит ферментативный гидролиз дипептида? Ответ обоснуйте.
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! Для решения задач на коллигативные свойства растворов необходимо ВСПОМНИТЬ формулы для расчета концентраций растворов и способы выражения состава.
Тесты № 2
