Материал: 1_metodichka_po_khimii
вещества на 1 кг растворителя), имеют одинаковые отличия в температуре замерзания и кипения от чистых растворителей, и одинаковое осмотиче-
ское давление.
К коллигативным свойствам относятся:
1.диффузия;
2.понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором,
по сравнению с насыщенным паром растворителя над чистым рас-
творителем;
3.повышение температуры кипения раствора, по сравнению с чистым растворителем;
4.понижение температуры замерзания раствора, по сравнению с чи-
стым растворителем;
5.осмотическое давление.
1.Диффузия – это самопроизвольный процесс выравнивания концен-
трации растворённого вещества в объёме.
Она обусловлена 2 факторами: 1) наличием рыхлой структуры и пустот в растворителе (например, в 1 л воды её молекулами занято только при-
мерно 370 мл), 2) тепловым движением частиц раствора.
Диффузия прекращается, если концентрация во всех частях раствора становится одинаковой. Скорость диффузии зависит от:
1.абсолютной температуры;
2.градиента концентрации;
3.вязкости растворителя;
4.размера диффундирующих частиц.
Скорость диффузии возрастает при повышении температуры и гради-
ента концентрации и уменьшается при увеличении вязкости растворителя,
размера и массы диффундирующих частиц. Поэтому растворы высокомо-
лекулярных соединений (ВМС - белков, полисахаридов и др.) имеют очень низкий коэффициент диффузии.
Диффузия может быть выражена количественно. Её описывает закон
66
Фика: количество растворенного вещества m, проходящее за время t через площадь поперечного сечения сосуда S, которая разделяет растворы с раз-
ными концентрациями C1 и C2 определяется уравнением: m / t = - DS ×(C2 –C1) / x2 – x1,
где: m/t – скорость диффузии, D – коэффициент диффузии, равный ко-
личеству вещества, диффундирующего через 1 см2 поверхности раздела за время t при градиенте концентраций, равном 1; S – площадь поперечного сечения сосуда; (C2–C1) – градиент концентраций; (x2–x1) – расстояние,
пройденное диффундирующей частицей от дна сосуда из раствора с кон-
центрацией C1 в раствор с концентрацией C2 (рис. 3.6).
Рис. 3.6. Закон Фика
Для биологических мембран это уравнение имеет следующий вид: m / t = - рS (C2 –C1),
где: р – коэффициент проницаемости мембраны, C1 и C2 – концентрации по обе стороны мембраны.
Диффузия играет важную роль в биологических системах. Благодаря диффузии осуществляется транспорт метаболитов внутри клеток и через мембрану. Так, например, в организме человека ежеминутно путём диффу-
зии через стенки капилляров перемещается 1500 л жидкости.
2. Понижение давления насыщенного пара растворителя над рас-
твором, по сравнению с насыщенным паром растворителя над чистым
растворителем. При данной температуре давление насыщенного пара над каждой жидкостью – величина постоянная. При растворении в жидкости нелетучего вещества давление насыщенного пара этой жидкости над ней понижается. Т.о., давление насыщенного пара растворителя над раствором всегда ниже, чем над чистым растворителем при той же температуре. Раз-
67
ность между этими величинами называют понижением давления пара над раствором (или понижением давления пара раствора). Отношение величи-
ны этого понижения к давлению насыщенного пара над чистым раствори-
телем называется относительным понижением давления пара над раство-
ром.
Пусть давление насыщенного пара растворителя над чистым раствори-
телем равно Р0, а над раствором – Р. Тогда относительное понижение дав-
ления пара над раствором будет представлять собою дробь: (Р0 – Р) / Р0.
Это относительное понижение давления насыщенного пара раствори-
теля над раствором равно мольной доле растворённого вещества (закон Рауля). Математически закон Рауля можно выразить так:
(Р0 – Р) / Р0 = n / n+N,
где: Р0 – давление насыщенного пара над чистым растворителем, Р – дав-
ление насыщенного пара над раствором, n – число молей растворённого вещества, N – число молей растворителя в определенном объёме, n+N –
молярная (мольная) доля растворённого вещества.
Следствием закона Рауля являются два свойства растворов: темпера-
тура замерзания растворов ниже, а температура кипения – выше, чем у чи-
стых растворителей. Причём повышение температуры кипения и пониже-
ние температуры замерзания растворов неэлектролитов прямо пропорцио-
нальны их моляльной концентрации. В результате при атмосферном дав-
лении, например, водные растворы кипят при температуре выше 100°С и замерзают при температуре ниже 0°С.
3. Повышение температуры кипения раствора, по сравнению с
чистым растворителем. Известно, что раствор начинает кипеть тогда, ко-
гда давление его насыщенного пара равно внешнему давлению. Следова-
тельно, раствор закипает при более высокой температуре, чем чистый рас-
творитель.
4. Понижение температуры замерзания раствора, по сравнению с
чистым растворителем. Растворы замерзают при температуре ниже, чем
68
чистый растворитель.
5. Осмос – это односторонняя диффузия растворителя через полу-
проницаемую мембрану в сторону раствора с большей концентрацией рас-
творённого вещества.
Осмос вызывается осмотическим давлением – силой, отнесённой к единице поверхности мембраны. Осмотическое давление имеется у любого раствора. Оно обусловлено стремлением частиц растворителя путём диф-
фузии распределиться в максимально большем объёме.
Осмотическое давление растворов неэлектролитов пропорционально молярной концентрации (при постоянной температуре) и абсолютной тем-
пературе (при постоянной концентрации) раствора:
Росм = RCT,
где: R – универсальная газовая постоянная равная 8,31 Дж/(моль×К), C –
молярная концентрация раствора, T – его абсолютная температура.
Закон Вант-Гоффа: учитывая, что С = n/V, получаем: РосмV = nRT.
Для растворов электролитов вводится поправочный коэффициент i, пока-
зывающий во сколько раз истинная концентрация растворённых частиц,
осмотическое давление, понижение температуры замерзания, повышение температуры кипения, понижение давления насыщенного пара раствори-
теля больше, чем в эквивалентном растворе неэлектролита:
i = Cэл/Cнеэл= Pосмэл/Pосмнеэл = Δt°з эл/Δt°з неэл = Δt°к эл/Δt°к неэл Математичекое выражение закона Вант-Гоффа для водных растворов
электролитов имеет вид:
РосмV = inRT
Осмоляльность крови в значительной степени зависит от концентра-
ции ионов натрия и хлора, в меньшей степени глюкозы и мочевины. В
норме осмоляльность сыворотки крови 275-296 мосмоль/кг Н2О, осмо-
ляльность мочи обусловлена мочевиной, ионами натрия, калия, аммония.
Осмоляльность мочи колеблется значительно: от 50 до 1400 мосмоль/кг Н2О. При суточном диурезе около 1,5 л осмоляльность мочи здорового че-
69
ловека составляет 600-800 мосмоль/кг Н2О.
При патологических состояниях осмоляльность крови может как снижаться, так и повышаться. Гипоосмоляльность характеризует сниже-
ние концентрации натрия в крови при передозировке диуретиков, избы-
точной продукции антидиуретического гормона, при хронической сердеч-
ной недостаточности, циррозе печени с асцитом, глюкокортикоидной не-
достаточности. Гиперосмоляльность связана с гипернатриемией и наблюдается при сахарном диабете, недостаточности калия, гиперкальци-
емии, при декомпенсированном сахарном диабете (гипергликемической коме), при гиперальдостеронизме, избыточном введении кор-
тикостероидов, при хронической почечной недостаточности наблюдается увеличение концентрации мочевины (каждые 5 ммоль/л мочевины увели-
чивают осмоляльность крови на 5 мосмоль/кг Н2О), параллельно происхо-
дит снижение концентрации натрия в крови, поэтому осмоляльность крови значительно не меняется.
Ранним признаком снижения функции почек является нарушение функции разведения и концентрирования мочи. При максимальном водном диурезе ренальная дисфункция проявляется в неспособности почек сни-
жать осмолярность мочи ниже 90 мосмоль/кг Н2О при норме снижения до
20-30 мосмоль/кг Н2О. При 18-24-часовом ограничении приема жидкости нарушается способность максимально концентрировать мочу - осмоляль-
ность мочи менее 800 мосмоль/кг Н2О.
Явление осмоса играет важную роль во многих химических и биоло-
гических системах. Благодаря осмосу регулируется поступление воды в клетки и межклеточные структуры. Упругость клеток (тургор), обеспе-
чивающая эластичность тканей и сохранение определенной формы орга-
нов, обусловлена осмотическим давлением. Животные и растительные клетки имеют оболочки или поверхностный слой протоплазмы, обладаю-
щие свойствами полупроницаемых мембран. При помещении этих клеток в растворы с различной концентрацией наблюдается осмос.
70