Задачі для самостійного розв’язування
Тема 9. Колігативні властивості розчинів
Актуальність теми
Колігативні властивості розчинів (дифузія, осмос тощо) обумовлюють найважливіші аспекти життєдіяльності організму. Осмотичний тиск обумовлює розподіл води й поживних речовин між різними органами й тканинами організму. Механізм осмосу залежить від природи мембран. За рахунок вибіркової проникності мембран відбувається перенесення поживних речовин і виведення продуктів метаболізму. Вивчення осмотичних явищ показало, що в середині клітини осмотичний тиск більший, ніж у позаклітинній рідині. Методи осмометрії, кріометріі та ебуліометріі використовуються для дослідження біологічних рідин, визначення їх осмоляльності, середньої молекулярної маси білка та молекулярних мас інших фізіологічно активних сполук.
Конкретні цілі
Аналізувати взаємозв’язок між колігативними властивостями та концентрацією розчинів.
Базові знання, вміння, навички, необхідні для вивчення теми
Знати теорію розчинів. Поняття про концентрацію розчинів.
Мати уявлення про розчини електролітів та неелектролітів, сильні та слабкі електроліти, теорію електролітичної дисоціації, ступінь та константу дисоціації.
Мати уявлення про будову мембрани.
Вміти схематично зображувати явище дифузії, плазмолізу.
4.Завдання для самостійної роботи під час підготовки до заняття
4.1. Теоретичні питання до заняття:
1. Колігативні властивості розведених розчинів неелектролітів:
а) Відносне зниження тиску насиченої пари розчинника над розчином. Закон Рауля.
б) Підвищення температури кипіння та зниження температури замерзання розчину в порівнянні з розчинником. Ебуліометрія та кріометрія.
в) Осмос. Осмотичний тиск. Закон Вант-Гоффа. Гемоліз та плазмоліз.
2. Колігативні властивості розведених розчинів електролітів. Ізотонічний коефіцієнт. Гіпо-, гіпер- та ізотонічні розчини в медичній практиці.
3. Роль осмосу в біологічних системах. Осмотичний тиск плазми крові. Онкотичний тиск.
4.2. Практична робота (завдання), що виконується студентами на занятті
Визначення осмотичного тиску
Зібрати прилад для спостереження явища осмосу ̶ найпростіший
осмометр (рис. 2). Він складаєтьсяз посудини з дистильованою водою (1) і зануреної в неї склянки (2). Дном склянки (2) є напівпроникна мембрана ̶ целофанова плівка (3). У верхній отвір склянки (2) вставляється пробка з капіляром (4). Склянку (2) з капіляром (4) заповнити розчином сахарози з концентрацією 1,5 моль/л, забарвленим для кращого спостереження в червоний колір. Заповнену склянку (2) занурити в посудину (1) таким чином, щоб рівні розчину в капілярі й води в посудині були однаковими.
Внаслідок осмосу рівень розчину в капілярі почне підніматися й
зупиниться при встановленні динамічної рівноваги (коли швидкість переходу води із посудини (1) у склянку (2) і навпаки стануть рівними). Стовп рідини в капілярі створить додатковий гідростатичний тиск. Після цього виміряти висоту стовпа рідини в капілярі ( h )
відносно рівня дистильованої води в посудині.
2 Розрахувати величину осмотичного тиску, вра-
ховуючи, що вона дорівнює гідростатичному тиску
стовпа рідини:
росм = ргідр ; ргідр= ρ . g . h,
де ρ ̶ густина розчину сахарози, кг/м3,
g ̶ прискорення вільного падіння, м/с2,
h ̶ висота стовпа рідини в капілярі, м.
Рис. 1. Осмометр
Дані досліду занести в таблицю:
ρ, кг/м3
| g, м/c2
| h, м
| росм , Па
| 1,14
| 9,8
|
|
|
Спостереження явищ гемолізу та плазмолізу еритроцитів
У першу пробірку внести 2 мл 0,9 % розчину натрій хлориду натрію, в другу – 2 мл 10 % розчину натрій хлориду, в третю – 2 мл дистильованої води. У кожну пробірку додати по 2 краплі крові, перемішати скляною паличкою. Помістити на предметне скло по краплі розчину із кожної пробірки, накрити покривним склом. Під мікроскопом спостерігати зміну або збереження форми еритроцитів.
Рис. 2
Визначити, яка схема відповідає гемолізу, а яка – плазмолізу еритроцитів та замалювати їх (рис. 2). Визначити, який розчин був гіпо-, гіпep- та ізотонічним крові.
Оформлення протоколу лабораторної роботи
Замалювати в зошиті будову осмометра. Розрахувати величину осмотичного тиску та заповнити таблицю.
Замалювати схеми гемолізу та плазмолізу еритроцитів. Зробити висновок, який розчин був гіпо-, гіпep- та ізотонічним крові.
Матеріали для самоконтролю
1. Що обумовлює величину осмотичного тиску плазми крові?
2. У чому суть поняття “ізотонічний коефіцієнт Вант-Гоффа”?
3. У чому полягає відмінність дії морської води від річкової на очі людини, яка пірнає?
4. В якому випадку перший розчин є гіпертонічним по відношенню до другого:
а) розчин сахарози (5 моль/л) і розчин сечовини (5 моль/л);
б) розчин глюкози (1 моль/л) і розчин сахарози (0,1 моль/л);
в) розчин сахарози (0,1 моль/л) і розчин калій нітрату (0,08 моль/л);
г) розчин калій нітрату (0,1 моль/л) і розчин кальцій хлориду (0,8 моль/л).
5. Над яким розчином тиск насиченої водяної пари буде максимальним, що
призведе до мінімальної температури кипіння цього розчину:
а) розчин кальцій хлориду (0,4 моль/л);
б) розчин калій хлориду (1,0 моль/л);
в) розчин сечовини (0,4 моль/л);
г) розчин сахарози (1,0 моль/л).
6. При розчиненні 13 г камфори в 400 г диетилового ефіру температура кипіння підвищилась на 0,453 К. Визначити молярну масу камфори.
Правильні відповіді
1. Величина осмотичного тиску плазми крові обумовлена вмістом електролітів, концентрацією низькомолекулярних неелектролітів і біополімерів. Вирішальну роль відіграють катіони та аніони електролітів. Осмотичний тиск крові людини при 37°С досягає величини 770 ̶ 821 кПа. Внесок колоїдних частинок та біополімерів (онкотичний тиск) значно менший ̶ 3,04 ̶ 4,05 кПа (0,5%). Постійність осмотичного тиску в крові людини регулюється шляхом виділення парів води при диханні, роботою нирок, виділенням поту тощо.
2. Ізотонічний коефіцієнт Вант-Гоффа дозволяє врахувати вплив на колігативні властивості розчинів збільшення кількості частинок у розчинах електролітів, що відбувається внаслідок їх дисоціації. При повній дисоціації (ступінь дисоціації α = 1) з одного моль електроліту утворюється n моль іонів, що поводяться як самостійні частинки в розчині (для розведених розчинів). Ізотонічний коефіцієнт визначається за формулою: i = 1 + α (n ̶ 1).
3. Загальна концентрація розчинених речовин (перш за все солей) в очній тканині є вищою, ніж їх концентрація в прісній воді й нижчою, ніж у морській воді. При контакті з прісною водою очна тканина внаслідок осмосу “розбухає” (відчуття різі в очах), а при контакті з морською водою дещо “всихає” (почервоніння очного яблука).
4. У випадку б). Одномолярний розчин глюкози є гіпертонічним до децимолярного розчину сахарози, тому що він містить більшу кількість молекул і його осмотичний тиск буде більшим. У випадках в) і г) треба врахувати дисоціацію розчинених солей, які є сильними електролітами. У цих випадках перші розчини будуть гіпотонічними по відношенню до других.
5. Над розчином в). Над розчином з концентрацією 0,4 моль/л сечовини тиск насиченої водяної пари буде максимальним, тому що кількість розчинених частинок у ньому буде мінімальною.
6. Згідно з другим законом Рауля ( ∆ТК = Кеб · Сm ), підвищення температури кипіння розчину (ΔТК) пропорційне моляльній концентрації розчиненої речовини (Сm). Змінимо рівняння відносно моляльної концентрації й перетворимо його в форму, необхідну для розрахунку молярної маси розчиненої речовини:
де М ̶ молярна маса камфори, г/моль,
Кеб ̶ ебуліоскопічна константа розчинника,кг . К / моль,
mр-ни ̶ маса розчиненої речовини, кг,
mр-ка ̶ маса розчинника, кг,
1000 – коефіцієнт перерахунку кг на г.
Для диетилового ефіру: Кеб = 2,12 кг . К / моль.
Проводимо розрахунки:
∆ТК = 0,453 К; mр-ни = 0,013 кг; mр-ка = 0,4 кг;
Задачі для самостійного розв’язування
Задача № 1
Розчин, що містить у 500 мл води 18 г розчиненої речовини, має осмотичний тиск при 0°С 0,0456 MПа. Розрахувати молярну масу розчиненої речовини.
Задача № 2
Визначити температуру замерзання розчину, що має 1 моль сечовини на кожний кілограм води.
Задача № 3
Температура замерзання розчину, що містить 1,7 г цинк хлориду в 0,25 л води, дорівнює – 0,23°С. Визначити ізотонічний коефіцієнт такого розчину.
Задача № 4
Осмотичний тиск плазми крові людини при 37°С складав 0,77 МПа. Яку масу сахарози треба взяти для приготування 0,5 л розчину, ізотонічного крові?
|