Занятие №3. Коллигативные свойства растворов. Сильные и слабые электролиты

Занятие №3. Коллигативные свойства растворов. Сильные и слабые электролиты.

Цель: Вам необходимо овладеть учебной программой данного занятия и научиться применять данный материал в своей будущей профессии врача

Сделайте записи в рабочей тетради по плану:

•дата;

•номер занятия;

•тема занятия;

•цель занятия;

•основные вопросы темы;

• методика выполнения лабораторной работы.

Учебные вопросы занятия.

1. Коллигативные свойства растворов слабых электролитов:

1.1закон Рауля и его следствия;

1.2 диффузия, осмос, осмотическое давление, законы Фика и Вант - Гоффа.

2.Элементы теории растворов электролитов:

2.1 закон разведения Оствальда;

2.2 изотонический коэффициент. Теория Дебая-Хюккеля. Активность, коэффициент активности. Ионная сила.

3.Электролиты в организме. Осмотические свойства растворов электролитов.

3.1 Изоосмия, осмолярность, осмоляльность.

3.2 Роль осмоса в биологических системах. Плазмолиз и деплазмолиз

При отработке 1-го учебного вопроса

Обратите внимание на:

- понятия : http://hghltd. /yandbtm? fmode=envelope&url=http%3A%2F%2Fwww. novsu. ru%2Ffile%2F791564&lr=36&text=%D0%B2%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%8B%20%D0%B4%D0%BB%D1%8F%20%20%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B9%20%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%B5%20%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%BB%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D1%81%D0%B2%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0%20%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B2&l10n=ru&mime=doc&sign=8511bb936e410750a53d289 - YANDEX_1 раствор http://hghltd. /yandbtm? fmode=envelope&url=http%3A%2F%2Fwww. novsu. ru%2Ffile%2F791564&lr=36&text=%D0%B2%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%8B%20%D0%B4%D0%BB%D1%8F%20%20%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B9%20%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%B5%20%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%BB%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D1%81%D0%B2%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0%20%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B2&l10n=ru&mime=doc&sign=8511bb936e410750a53d289 - YANDEX_3, растворитель, растворенное вещество, «коллигативные»http://hghltd. /yandbtm? fmode=envelope&url=http%3A%2F%2Fwww. novsu. ru%2Ffile%2F791564&lr=36&text=%D0%B2%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%8B%20%D0%B4%D0%BB%D1%8F%20%20%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B9%20%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%B5%20%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%BB%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D1%81%D0%B2%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0%20%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B2&l10n=ru&mime=doc&sign=8511bb936e410750a53d289 - YANDEX_4 http://hghltd. /yandbtm? fmode=envelope&url=http%3A%2F%2Fwww. novsu. ru%2Ffile%2F791564&lr=36&text=%D0%B2%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%8B%20%D0%B4%D0%BB%D1%8F%20%20%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B9%20%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%B5%20%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%BB%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D1%81%D0%B2%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0%20%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B2&l10n=ru&mime=doc&sign=8511bb936e410750a53d289 - YANDEX_3 свойства http://hghltd. /yandbtm? fmode=envelope&url=http%3A%2F%2Fwww. novsu. ru%2Ffile%2F791564&lr=36&text=%D0%B2%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%8B%20%D0%B4%D0%BB%D1%8F%20%20%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B9%20%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%B5%20%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%BB%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D1%81%D0%B2%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0%20%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B2&l10n=ru&mime=doc&sign=8511bb936e410750a53d289 - YANDEX_5 http://hghltd. /yandbtm? fmode=envelope&url=http%3A%2F%2Fwww. novsu. ru%2Ffile%2F791564&lr=36&text=%D0%B2%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%8B%20%D0%B4%D0%BB%D1%8F%20%20%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B9%20%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%B5%20%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%BB%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D1%81%D0%B2%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0%20%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B2&l10n=ru&mime=doc&sign=8511bb936e410750a53d289 - YANDEX_4 растворов;

-законы Рауля о давлении паров растворителя над раствором и изменении температур кипения и замерзания растворов неэлектролитов и электролитов;

-явления : диффузии, осмоса, осмотического давления и их роль в жизнедеятельности организмов;

- формулировку и математическое выражение закона Вант-Гоффа для неэлектролитов и электролитов.

http://hghltd. /yandbtm? fmode=envelope&url=http%3A%2F%2Fwww. novsu. ru%2Ffile%2F791564&lr=36&text=%D0%B2%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%8B%20%D0%B4%D0%BB%D1%8F%20%20%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B9%20%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%B5%20%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%BB%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D1%81%D0%B2%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0%20%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B2&l10n=ru&mime=doc&sign=8511bb936e410750a53d289 - YANDEX_2  Приведите примеры фармакотерапевтического воздействия на осмотическое давление.

При отработке 2-го учебного вопроса

Обратите внимание на:

- физический смысл изотонического коэффициента, его зависимость от различных факторов и значение для электролитов, не электролитов и веществ склонных к ассоциации.

- отличие сильных электролитов от слабых; степень диссоциации и константу диссоциации как количественные характеристики диссоциации слабых электролитов, их зависимость от различных факторов.

- взаимосвязь между константой диссоциации и степенью диссоциации, закон разведения Оствальда устанавливающий эту связь.

- теорию сильных электролитов – теорию Дебая-Хюккеля;

- понятия активность, коэффициент активности, ионная сила раствора; значение ионной силы плазмы крови и внутриклеточной жидкости как условие реализации биохимических и физиологических процессов.

При отработке 3-го учебного вопроса.

Обратите внимание на:

- понятия осмолярность, осмоляльностью и их отличие;

- необходимость учета осмолярности биологических жидкостей при введении лекарственных препаратов;

- явления изоосмии, эндоосмоса, экзоосмоса, цитолиза, гемолиза, плазмолиза;

- понятия: изо-, гипер-, гипотонический раствор и их применение в медицинской практике.

При проведении заключительной части учебного занятия

Выполните итоговое тестовое задание. Выслушайте преподавателя по оценке деятельности учебной группы и Вас лично. Обратите внимание на анализ преподавателем Вашей предстоящей работы на следующем занятии и нюансы при выполнении домашнего задания.

Рекомендуемая литература:

·  Основная литература

1. Общая химия. Учебник для медицинских вузов. (, ), 976 с. –М, ГЭОТАР Медиа, 2009 г.

2. Практикум по общей и биоорганической химии. Учебное пособие для

студентов медицинских вузов ( Ред. ).- М., АКАДЕМИЯ., 3 изд., 235 с., 2008г.

·  дополнительная литература:

1. Общая химия. Учебник для медицинских вузов. (, ), 976 с. - М, ГЭОТАР Медиа, 2007 г.

2. Биофизическая и бионеорганическая химия (, , ), М, МИА, 2008, - 416 с

3. «Химия: Основы химии Живого: Учебник для вузов. СПб: Химиздат, 2000. -768 с.

4. Лабораторный практикум по общей химии: уч. пособие и др. – Ставрополь, 2003 г.

·  программное обеспечение: общесистемное и прикладное программное обеспечение

·  базы данных, информационно-справочные поисковые системы интернет ресурсы, отвечающие тематике дисциплины, в том числе: -Chemlib.ru, Chemist.ru, ACD Labs, MSU. ru., и др.

Образец билета контроль на «входе»

Билет№5

1. Более сильный термический ожог может быть вызван кипящим сахарным сиропом с массовой долей сахарозы, равный:

1) 2% 2) 5% 3) 8% 4) 10%

2. Осмотическое давление сантимолярного раствора AlCl3 по сравнению с сантимолярным раствором NaCl будет ___________.

3. В закрытом сосуде находятся 2 стакана: с чистой водой (1) и с водным раствором сахара (2). Через некоторое время:

1) уровень жидкости в стакане (1) понизится, в стакане (2) повысится

2) уровень жидкости в стакане (1) повысится, в стакане (2) понизится

3) уровень жидкости в обоих стаканах не изменится

4) уровень жидкости в обоих стаканах понизится

4. Меняется ли температура кипения раствора и чистого растворителя в процессе их кипения?

1) tкип растворителя не меняется, tкип раствора повышается

2) tкип растворителя и раствора повышаются

3) tкип растворителя повышается, tкип раствора не меняется

4) tкип растворителя не меняется, tкип раствора понижается

5. В месте воспаления осмотическое давление __________, поэтому нужно обрабатывать _________ раствором, чтобы вызвать _________ бактерий и микроорганизмов.

№1 Решение:

Согласно II закону Рауля повышение температуры кипения раствора по сравнению с растворителем рассчитывается по формуле:

∆Tкип = Ecm(X),

где cm(X) – моляльная концентрация растворенного вещества.

Между моляльной концентрацией и массовой долей существует математическая зависимость, из которой видно, что чем больше массовая доля растворенного вещества, тем больше и моляльная концентрация этого вещества в растворе

cm(X)=

Таким образом, самую высокую температуру кипения будет иметь раствор с массовой долей сахарозы, равной 10% следовательно, этим раствором можно получить более сильный термический ожог.

Ответ:4

№2. Решение:

NaCl и AlCl3 – электролиты, поэтому осмотическое давление растворов этих веществ рассчитывается по формуле:

Pосм = ic(X)RT.

Между изотоническим коэффициентом i и степенью диссоциации α существует математическая взаимосвязь: i =1 + α(n-1),

где n-число ионов, образующихся при диссоциации электролита.

Для AlCl3 n=4, для NaCl n=2, а т. к. эти вещества – сильные электролиты, то для них можно условно принять, что величина α равна 100%.

С учетом этого очевидно, что i(AlCl3) i(NaCl), следовательно,

Pосм (AlCl3) осм (NaCl).

Ответ: больше.

№3. Решение:

Так как давление насыщенного пара растворителя над водным раствором сахара согласно I закона Рауля ниже, чем над чистой водой, то в закрытом сосуде будет происходить диффузия молекул паров воды от стакана с чистой водой к стакану с водным раствором сахара. В результате этого:

а) давление пара растворителя над стаканом с чистой водой уменьшится, равновесие нарушится, поэтому в соответствии принципом Ле-Шателье скорость испарения станет больше скорости конденсации, что приведет к уменьшению уровня жидкости в стакане с чистой водой;

б) давление пара растворителя над стаканом с водным раствором сахара увеличится, равновесие нарушится, поэтому в соответствии с принципом Ле-Шателье скорость конденсации станет больше скорости испарения, что приведет к увеличению уровня жидкости в стакане с водным раствором сахара.

Ответ: 1

№4. Решение:

Температура кипения растворителя не меняется, так как подводимое к нему тепло тратится на эндотермический процесс испарения. Температура кипения раствора будет постепенно повышаться, так как в результате испарения растворителя моляльная концентрация растворенного вещества увеличится и в соответствии со II законом Рауля (∆Ткип =iEcm(X)) температура будет возрастать.

Ответ: 1

№5. Решение:

В месте воспаления в результате повышенного местного обмена веществ усиливается распад макромолекул на более мелкие фрагменты, в результате чего увеличивается количество частиц и, соответственно, осмотическое давление. По этой же причине рану нужно обрабатывать гипертоническим раствором, чтобы вызвать плазмолиз микроорганизмов и бактерий, а также отток (экзосмос) жидкости из раны в гипертонический раствор, что способствует ее очищению.

Ответ: ... увеличивается … гипертоническим... плазмолиз.

Образец билета «тест-контроль на выходе»

Билет №5

1. Над раствором какого вещества давление пара растворителя больше, если температура и мольные доли растворенных веществ равны:

а) сахароза; б) CaCl2; в) Al2(SO4)3 ?

Ответ обоснуйте.

2. Ионная сила раствора определяется по формуле:

а) I = CRT; в) I = i – 1 / ν – 1;

б) I = f · C; г) I = ½ Σ Ci Zi2.

3. Как изменяется степень диссоциации слабого электролита при введении одноимённого иона

а) увеличивается; б) уменьшается; в) не изменяется?

Ответ обоснуйте.

Эталон ответа на вопросы билета

№1 Решение:

Согласно I закона Рауля ∆p = p0χB,

где ∆p – давления насыщенного пара растворителя над раствором;

p0 – давление насыщенного пара над чистым растворителем;

χB – молярная доля растворителя.

При образовании раствора концентрация растворителя уменьшается, его мольная доля становится меньше 1, и тем в большей степени, чем больше число кинетически активных частиц растворенного вещества:

а) C12H22O11, =1 (неэлектролит)

б) CaCl2 → Ca2++2Cl - , 3

в) Al2(SO4)3 → 2Al3++3SO42-, =5

Кроме того, растворение нелетучего вещества затрудняет испарение растворителя вследствие:

1) уменьшения подвижности молекул растворителя за счет взаимодействия растворитель – вещество;

2) уменьшения поверхности испарения, т. к. часть поверхности занята молекулами вещества.

Эти факторы приводят к смещению равновесия в сторону жидкости и уменьшению давления насыщенного пара растворителя над раствором.

Ответ: а)

№2 Решение:

В растворах электролитов существует взаимное влияние ионов: одноименные по заряду ионы отталкиваются, а разноименные – притягиваются. В результате электростатического притяжения часть ионов оказывается в связанном состоянии. Это приводит к изменению свойств раствора, эквивалентному уменьшению концентрации кинетически самостоятельных частиц, т. е. как бы снижению ионизации электролита, величина «степень ионизации» сильного электролита называется кажущейся. Взаимное влияние, мешающее ионам принимать участие в тех или иных процессах, усиливается по мере увеличения концентрации раствора.

Для количественного определения этого влияния используют величину ионной силы раствора I:

I=0,5 Ʃ Ci Zi, где

Ci - молярная концентрация иона в растворе, моль/л;

Z - заряд иона.

Ионная сила раствора – величина аддитивная, т. е. каждый электролит вносит свой вклад в величину I независимо от других.

Для каждого иона определенному значению ионной силы соответствует свой коэффициент активности, который показывает, какая часть ионов от общего числа находится в ионизированном состоянии.

Ответ: г)

№3 Решение:

Степень ионизации (диссоциации)- количественная характеристика ионизации слабого электролита

α=

Введение одноименного иона в раствор электролита, согласно принципу Ле-Шателье, способствует смещению равновесия процесса ионизации в сторону ассоциации (моляризации) ионов и увеличению общего числа недиссоциированных молекул. Степень диссоциации (ионизации) при этом уменьшается.

Ответ: б)

Лабораторная работа 1

«Рост «искусственной клетки» Траубе»

Требованиям полупроницаемости отвечают различные оболочки расти­тельного и животного происхождения. Наиболее удовлетворительной является искусственная полупроницаемая оболочка из железо-синеродистой меди, полу­чаемой по реакции:

2CuS04 + K4[Fe(CN)6] → Cu2[Fe(CN)6] +2K2SO4

Пробирку наполняют 5% раствором CuS04, опускают кристаллик K4[Fe(CN)6] и через 30 минут наблюдают образования, напоминающие водорос­ли. Зарисовать образования, дать объяснение этому явлению.

Ф. Энгельс в этом явлении нашел связь между живой и неживой природой: «Значение «клеток» Траубе в том, что они показывают эндоосмос и рост - два явления, которые могут быть в неорганической природе без всякого углерода»

Лабораторная работа 2

«Гемолиз и плазмолиз эритроцитов»

В три пробирки наливают:

I - 2 мл 0,2% раствора NaCl,

II - 2 мл 0,9% раствора NaCl,

III - 2 мл 4%> раствора NaCl.

В каждую из них вносят по 2 капли крови и встряхивают. Через полчаса наблюдают, в какой пробирке произошел гемолиз эритроцитов, т. е. разрушение их оболочек и переход гемоглобина в раствор. Определить, в какой пробирке произошел плазмолиз. Плазмолизированные клетки найти под микроскопом.

Объяснить наблюдаемые явления.

Вопросы к защите лабораторной работы:

1. Какие свойства растворов относятся к коллигативным?

2. Укажите ограничения применения закона Рауля и приведите примеры систем, неподчиняющихся этому закону.

3. Объясните применение криоскопического метода в медико-биологичес­ких исследованиях.

4. Укажите отличие в определении осмотического давления для растворов разного типа.

5. Для каких растворов (разбавленных, концентрированных) наблюдаются большие отклонения от закона Вант-Гоффа?

6. С чем связан положительный эффект повязок с гипертоническим раство­ром для лечения гнойных ран?

7. Объясните, почему растворы поваренной соли и сахарозы вызывают стойкий плазмолиз клеток, мочевины и глицерина - временный плазмолиз, а этанола, эфира и хлороформа не вызывают плазмолиз?

8. Как изменяется изотонический коэффициент при разбавлении раствора электролита?

9. Почему для характеристики коллигативных свойств растворов, содержа­щих смесь электролитов, используют осмоляльность и осмолярность?

10.Как изменяется коэффициент активности при изменении концентрации раствора?

11.Изменится ли ионная сила раствора, содержащего хлорид натрия, при добавлении равного объема раствора хлорида калия с той же концентрацией? Дайте пояснение.

12. Как изменится растворимость кислорода в плазме крови: а) при увели­чении концентрации в ней солей; б) при снижении температуры; в) при увеличе­нии атмосферного давления?