Коллигативные свойства растворов

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Г. СЕМЕЙ

 

Кафедра: химии и технологии лекарств

 

 

 

 

        СРС

Тема: Коллигативные свойства растворов.

 

 

 

 

                         Подготовила: Мүсілімова А. 113-гр ОМФ

          Проверила: Болысбекова С. М.

 

 

 

 

 

                                           Семей 1012г.

 

План:

1.Коллигативные свойство  растворов

2. Осмос

3. Осмотическим давлением

4. Онкотическое давление

5. гипо-, гипер-, изотонические растворы  
Коллигативные свойства растворов — это те их свойства, которые при данных условиях оказываются равными и независимыми от химической природы растворённого вещества; свойства растворов, которые зависят лишь от количества кинетических единиц и от их теплового движения. В этой статье будут кратко рассмотрены изменения термодинамических свойств растворов относительно свойств растворителя:

• понижение давления пара^[1],
• повышение температуры кипения^[1],
• понижение температуры замерзания^[1],
• осмотическое давление.

 

О́смос (от греч. ὄσμος — толчок, давление) — процесс односторонней диффузии через полупроницаемую мембрану молекул растворителя в сторону большей концентрации растворённого вещества (меньшей концентрации растворителя). Более широкое толкование явления осмоса основано на применении Принципа Ле Шателье — Брауна: если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-либо из условий равновесия (температура, давление, концентрация, внешнее электромагнитное поле), то в системе усиливаются процессы, направленные на компенсацию внешнего воздействия.

Впервые осмос наблюдал А. Нолле в 1748, однако исследование этого явления было начато спустя столетие.

Явление осмоса наблюдается  в тех средах, где подвижность  растворителя больше подвижности растворённых веществ. Важным частным случаем  осмоса является осмос через полупроницаемую мембрану. Полупроницаемыми называют мембраны, которые имеют достаточно высокую проницаемость не для всех, а лишь для некоторых веществ, в частности, для растворителя. (Подвижность растворённых веществ в мембране стремится к нулю). Как правило, это связано с размерами и подвижностью молекул, например, молекула воды меньше большинства молекул растворённых веществ. Если такая мембрана разделяет раствор и чистый растворитель, то концентрация растворителя в растворе оказывается менее высокой, поскольку там часть его молекул замещена на молекулы растворённого вещества (см. Рис. 1). Вследствие этого, переходы частиц растворителя из отдела, содержащего чистый растворитель, в раствор будут происходить чаще, чем в противоположном направлении. Соответственно, объём раствора будет увеличиваться (а концентрация вещества уменьшаться), тогда как объём растворителя будет соответственно уменьшаться.

Например, к яичной скорлупе с внутренней стороны прилегает  полупроницаемая мембрана: она пропускает молекулы воды и задерживает молекулы сахара. Если такой мембраной разделить растворы сахара с концентрацией 5 и 10 % соответственно, то через нее в обоих направлениях будут проходить только молекулы воды. В результате в более разбавленном растворе концентрация сахара повысится, а в более концентрированном, наоборот, понизится. Когда концентрация сахара в обоих растворах станет одинаковой, наступит равновесие. Растворы, достигшие равновесия, называются изотоническими. Если принять меры, чтобы концентрации не менялись, осмотическое давление достигнет постоянной величины, когда обратный поток молекул воды сравняется с прямым.

Осмос, направленный внутрь ограниченного объёма жидкости, называется эндосмосом, наружу — экзосмосом. Перенос растворителя через мембрану обусловлен осмотическим давлением. Это осмотическое давление возникает соответственно Принципу Ле Шателье из-за того, что система пытается выравнять концентрацию раствора в обоих средах, разделенных мембраной, и описывается Вторым Законом Термодинамики. Оно равно избыточному внешнему давлению, которое следует приложить со стороны раствора, чтобы прекратить процесс, то есть создать условия осмотического равновесия. Превышение избыточного давления над осмотическим может привести к обращению осмоса — обратной диффузии растворителя.

В случаях, когда мембрана проницаема не только для растворителя, но и для некоторых растворённых веществ, перенос последних из раствора в растворитель позволяет осуществить диализ, применяемый как способ очистки полимеров и коллоидных систем от низкомолекулярных примесей, например электролитов.

Осмос играет важную роль во многих биологических процессах. Мембрана, окружающая нормальную клетку крови, проницаема лишь для молекул воды, кислорода, некоторых из растворённых в крови питательных веществ и продуктов клеточной жизнедеятельности; для больших белковых молекул, находящихся в растворённом состоянии внутри клетки, она непроницаема. Поэтому белки, столь важные для биологических процессов, остаются внутри клетки.

Осмос участвует в переносе питательных веществ в стволах высоких деревьев, где капиллярный перенос не способен выполнить эту функцию.

Осмос широко используют в лабораторной технике: при определении молярных характеристик полимеров, концентрировании растворов, исследовании разнообразных биологических структур. Осмотические явления иногда используются в промышленности, например при получении некоторых полимерных материалов, очистке высоко-минерализованной воды методом обратного осмоса жидкостей.

Клетки  растений используют осмос также для увеличения объёма вакуоли, чтобы она распирала стенки клетки (тургорное давление). Клетки растений делают это путём запасания сахарозы. Увеличивая или уменьшая концентрацию сахарозы в цитоплазме, клетки могут регулировать осмос. За счёт этого повышается упругость растения в целом. С изменениями тургорного давления связаны многие движения растений (например, движения усов гороха и других лазающих растений). Пресноводные простейшие также имеют вакуоль, но задача вакуолей простейших заключается лишь в откачивании лишней воды из цитоплазмы для поддержания постоянной концентрации растворённых в ней веществ.

Осмос также играет большую роль в экологии водоёмов. Если концентрация соли и других веществ в воде поднимется или упадёт, то обитатели этих вод погибнут из-за пагубного воздействия осмоса.

Осмотическим давлением называется величина, измеряемая минимальным гидравлическим давле–нием, которое нужно приложить к раствору, чтобы осмос прекратился.

Законы  осмотического давления.

Вант-Гофф предложил эмпирическое уравнение  для расчета осмотического давления разбавленных раст–воров неэлектролитов:

π = С(Х)RT,

где π – осмотическое давление, кПа;

С(Х) – молярная концентрация, моль/л;

R – универсальная газовая постоянная, равная 

8,31 кПа – л/(моль – К);

Т – абсолютная температура, К.

Хотя  закон Вант—Гоффа был установлен на основе экспериментальных данных, он может быть выведен из условий термодинамического равновесия при ΔG = 0. Поэтому этот закон следует рассматривать как следст–вие второго начала термодинамики.

Онкотическое давление (от др.-греч. ὄγκος — объем, масса) — коллоидно-осмотическое давление, доля осмотического давления, создаваемая высокомолекулярными компонентами раствора. В плазме крови человека составляет лишь около 0,5 % осмотического давления (3—4 кн/м², или 0,03—0,04 ат). Тем не менее онкотическое давление играет важнейшую роль в образовании межклеточной жидкости, первичной мочи и др. Стенка капилляров свободно проницаема для воды и низкомолекулярных веществ, но не для белков. Скорость фильтрации жидкости через стенку капилляра определяется разницей между онкотическим давлением белков плазмы и гидростатическим давлением крови, создаваемым работой сердца. На артериальном конце капилляра солевой раствор вместе с питательными веществами переходит в межклеточное пространство. На венозном конце капилляра процесс идёт в противоположном направлении, поскольку венозное давление ниже онкотического давления. В результате в кровь переходят вещества, отдаваемые клетками. При заболеваниях, сопровождающихся уменьшением концентрации в крови белков (особенно альбуминов), онкотическое давление снижается, и это может явиться одной из причин накопления жидкости в межклеточном пространстве, в результате чего развиваются отёки.

Изотонические растворы – это особая группа растворов, которые характеризуются осмотическим давлением. Оно имеет такое значение, которым характеризуются жидкости в организме, как то: плазма крови, слезы, лимфа и так далее. Все  эти жидкости имеют постоянноем давление в области 7,4 атм. При этом, если в организм будет введена инъекция, то осмотическое давление жидкостей будет нарушено, так как будет нарушено аналогичное равновесие.

Для того чтобы приготовить такой  раствор, необходимо произвести некоторые  расчеты. Самым известным способом их проведения является не что иное, как изотонический коэффициент  Вант Гоффа. С его помощью можно  рассчитать изотоническую концентрацию раствора разбавленного вещества, которое  не является электролитом. Осмотическое давление, количество раствора, а также  его температура находятся в  определенной зависимости, которая  выражается уравнением Клайперона. Его используют в отношении разбавленных растворов, так как согласно закону Вант Гоффа, вещества, растворенные в жидкости, будут вести себя так же, как и газы, а потому по отношению к ним применимы все так называемые газовые законы.

Изотонический коэффициент – это не что иное, как параметр, который будет характеризовать  поведение вещества в каком-либо растворе. Если говорить о численном  эквиваленте, то изотонический коэффициент  равен отношению численного значения коллигативного свойства, которым обладает раствор, к такому же свойству неэлектролита, причем той же концентрации, при этом все прочие параметры остаются неизменными.

Гемолиз – явление набухания и разрыва клеток эритроцитов в гипотоническом растворе. Идет осмос воды в клетки. Клетка набухает, оболочка разрывается. Растворы, у которых π меньше, чем у   π _ПЛАЗМЫ, называются гипотоническими.

Гемолиз – явление набухания и разрыва клеток эритроцитов в гипотоническом растворе. Идет осмос воды в клетки. Клетка набухает, оболочка разрывается. Растворы, у которых π меньше, чем у   π _ПЛАЗМЫ, называются гипотоническими.

Изотонические растворы — водные растворы, изотоничные плазме крови. Простейшим раствором такого типа является 0,9% водный раствор хлорида натрия — так называемый физиологический раствор («физраствор»)^[1]. Название это очень условное, так как «физраствор» не содержит многих веществ (в частности, солей калия), необходимых для физиологической деятельности тканей организма. (от изо … и греч. tonos - напряжение), растворы с одинаковым осмотическим давлением. Изотонические растворы, приближающиеся по составу, величине водородного показателя и другим свойствам к сыворотке крови, называются физиологическими растворами; используют в качестве кровезаменителей.

Изо-, гипер- и гипоосмолярные растворы. Термины «изотонический»у «гипотонический»у «гипертонический» показывают, что будет происходить с клетками при погружении в эти растворы. Тоничность растворов зависит от концентрации веществ, для которых мембрана непроницаема. Некоторые растворенные вещества, однако, способны проникать через мембрану. Вне зависимости от того, способно ли вещество проникать через клеточную мембрану, растворы с такой же осмолярностью, как и цитоплазма клетки, называют изоосмолярными.

гипо-, гипер-, изотонические растворы и их применение в биологии и медицине; основные компоненты, определяющие величину осмотического и онкотического давления плазмы крови; распределение воды между клетками и внеклеточной жидкостью (гемолиз, плазмолиз); распределение воды между сосудистым руслом и межклеточным пространством.

 

 

 

Вывод: Коллигативные свойства растворов — это те их свойства, которые при данных условиях оказываются равными и независимыми от химической природы растворённого вещества; свойства растворов, которые зависят лишь от количества кинетических единиц и от их теплового движения.

О́смос (от греч. ὄσμος — толчок, давление) — процесс односторонней диффузии через полупроницаемую мембрану молекул растворителя в сторону бо́льшей концентрации растворённого вещества (меньшей концентрации растворителя).

Онкотическое давление (от др.-греч. ὄγκος — объем, масса) — коллоидно-осмотическое давление, доля осмотического давления, создаваемая высокомолекулярными компонентами раствора.

 

 

 

 

 

 

 

Литература:

1. Ленский А.С. Введение в бионеорганическую и биофизическую химию.

   М., 1989 г.

2. Глинка Н.Л. Общая  химия. М., 1990 г.

3. Равич –Щербо М.И., Новиков В.В. М., 1975 г. Физическая и коллоидная химия.

4.www.yandex.ru

 

Задачи и упражнения

1)Дано: Т=273+37=310К, Р_атм=7,6 атм, α(NaCl)=1, R=0.082(л/атм)/(К/моль)

с=?

Решение: с=Р/iRT

                 i=1+ α(v-1)

                 i=1+1(2-1)=2

                 c=7.6/2*0.082*310=0.15 моль/л

2)Дано: Кэб=0,52˚, m_р-ля=2кг, n=2.75 моль

Т_кип=?

Решение: Т_кип= К_эб*с

                 с=n/ m_р-ля

                       с=2,75/2=1,375 моль/кг

                 Т_кип=0,52*1,375=0,715

                 Т_{кип(раствора)}= Т_кип(H2O)+ Т_кип=100+0.715=100.7˚С

3) ЭКЗОСМОС — (греч. exo и osmos вытекание). Физическое явление, состоящее в том, что между двумя взаимно растворяемыми жидкостями, отделенными одна от другой какой нибудь органической перепонкой, устанавливается медленное течение сквозь эту перепонку изнутри

            ЭКЗОСМОС

смешение двух жидкостей  неодинаковой плотности через пористую перегородку, когда более плотная  жидкость переходит к менее плотной; обратное явление назыв. эндосмос.

 

     4)Дано: c=0.44моль/л, R=0.082(л/атм)/(К/моль), Т=273+37=310К

Р_осм=?

Решение: Р_осм = сRT

               Р_осм =0,44*0,082*310=11,2

     5)  Дано: К=1,86˚,  m_р-ля=1кг, n=2 моль

          Т_зам=?

          Решение: Т_зам=К*с=1,86*(2/1)=3,72