а) 2Fe + 3H2O = Fe2O3 + 3H2
при уменьшении концентрации паров воды; при увеличении давления?
б) |
2SO3 = 2SO2 + O2; |
Н > 0 |
при понижении температуры? |
|
|
в) |
N2 + 3H2 = 2NH3; |
H < 0 |
при повышении давления и при понижении температуры?
3.Реакция соединения азота с водородом обратима:
N2 + 3H2 2NH3.
В состоянии равновесия концентрации участвующих в ней веществ были
(моль/л) : [N2] = 0,01; [H2] = 3,6; [NH3] = 0,4. Вычислить исходные концентрации азота и водорода. Ответ: N2 = 0,21 моль/л; Н2 = 4,2 моль/л 4. Куда сместится равновесие вследствие уменьшения объема в системах:
а) 4HClг + O2г = 2H2Oг + 2Cl2г; б) 2NOг + O2г = 2NO2г.
§5. Лабораторная работа «Химическое равновесие»
Опыт 1. Влияние концентрации реагирующих веществ на химическое равновесие.
1.В четыре пробирки налейте по 5-7 капель разбавленных растворов хлорида железа (III) и роданида аммония. Одну пробирку с полученным раствором сохраните для сравнения результатов опыта.
2.В первую пробирку добавьте 1 каплю насыщенного раствора хлорида железа (III), во вторую 1 каплю насыщенного раствора роданида аммония, в третью несколько кристаллов хлорида аммония.
Сравните интенсивность окраски полученных растворов с интенсивностью окраски эталона.
3.Напишите уравнение реакции в молекулярной и ионной формах, учитывая, что роданид железа (III) мало диссоциирован. Объясните причину изменения окраски.
Опыт 2. Влияние температуры на химическое равновесие.
При взаимодействии йода с крахмалом образуется синее вещество сложного состава (йодкрахмал). Реакция экзотермическая и равновесие ее можно условно представить схемой:
йод + крахмал = йодкрахмал; Н < 0 В две пробирки с крахмалом налейте 5-6 капель раствора йода (до
появления синей окраски). Нагрейте одну из пробирок и наблюдайте изменение окраски. Затем охладите пробирку синее окрашивание снова появится.
56
Опыт 3. Обратимость смещения химического равновесия.
В растворах, содержащих хром (VI), существует равновесие: 2CrO42 + 2H+ Cr2O72 + H2O
хромат-ион бихромат-ион желтый оранжевый
В пробирку налейте 5-6 капель 0,5н раствора бихромата калия и по каплям добавьте концентрированный раствор щелочи. Наблюдайте изменение окраски. Когда раствор станет желтым, добавляйте по каплям концентрированную серную кислоту, наблюдайте появление желтой окраски.
Опыт 4. Смещение равновесия в водном растворе электролита при введении или удалении одного из ионов.
а). В две пробирки налейте по 4 капли раствора уксусной кислоты и добавьте в каждую по 2 капли метилоранжа.
В одну из пробирок прибавьте кристаллического уксуснокислого натрия, взболтните и отметьте изменение цвета индикатора.
Объясните наблюдаемое явление и запишите схемы, дающие возможность выразить происходящие процессы.
б). В пробирке приготовьте насыщенный раствор хлористого калия. Слейте осторожно с не растворившихся кристаллов раствор в другую пробирку. К перелитому прозрачному раствору прибавьте по каплям концентрированной соляной кислоты и объясните наблюдаемое при этом явление. Изобразите протекание реакции схемами.
в). Налейте в 2 пробирки по 3 капли сероводородной воды. В одну из пробирок прибавьте раствора сульфата кадмия. Отфильтруйте выпавший осадок. К полученному фильтрату и исходной сероводородной воде прибавьте по 2 капли метилоранжа. Сравните цвет индикатора в этом растворе с цветом его в сероводородной воде. Напишите уравнение реакции в молекулярной и ионной формах и дайте объяснение причине изменения окраски индикатора.
57
ТЕМА 5. ИОННОЕ ПРОИЗВЕДЕНИЕ ВОДЫ. ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ
Вопросы к занятию
1.Электролитическая диссоциация. Степень диссоциации и константой диссоциации.
2.Разведение и закон разведения Оствальда.
3.Какова роль электролитов в процессах жизнедеятельности?
4.Ионным произведением воды, водородным показателем. Активная, резервная и общая кислотность.
Учение о растворах представляет для фармацевтов, провизоров и медиков особый интерес потому, что важнейшие биологические жидкости
– кровь, лимфа, моча, слюна, пот являются растворами солей, белков, углеводов, липидов в воде.
Биологические жидкости участвуют в транспорте питательных веществ (жиров, аминокислот, кислорода), лекарственных препаратов к органам и тканям, а также в выведении из организма метаболитов (мочевины, билирубина, углекислого газа и т. д.). Плазма крови является средой для клеток – лимфоцитов, эритроцитов, тромбоцитов.
В жидких средах организма поддерживается постоянство кислотности, концентрации солей и органических веществ. Такое постоянство называется концентрационным гомеостазом.
Самым распространенным растворителем на нашей планете является вода. Тело среднего человека массой 70 кг содержит примерно 40 кг воды. При этом около 25 кг воды приходится на жидкость внутри клеток, а 15 кг составляет внеклеточная жидкость, в которую входят плазма крови, межклеточная жидкость, спинно-мозговая жидкость, внутриглазная жидкость и жидкое содержимое желудочно-кишечного тракта. У животных и растительных организмов вода составляет обычно более 50%, а в ряде случаев содержание воды достигает 90—95%.
Вследствие своих аномальных свойств вода – уникальный растворитель, прекрасно приспособленный для жизнедеятельности. Прежде всего вода хорошо растворяет ионные и многие полярные соединения. Такое свойство воды связано в значительной мере с ее высокой диэлектрической проницаемостью (78,5). Другой многочисленный класс веществ, хорошо растворимых в воде, включает такие полярные органические соединения, как сахара, альдегиды, кетоны, спирты. Их растворимость в воде объясняется склонностью молекул воды к образованию полярных связей с полярными функциональными группами этих веществ, например с гидроксильными группами спиртов и сахаров или с атомом кислорода карбонильной группы альдегидов и кетонов. Ниже приведены примеры водородных связей, важных для растворимости
58
веществ в биологических системах. Вследствие высокой полярности вода вызывает гидролиз веществ.
Так как вода составляет основную часть внутренней среды организма, то она обеспечивает процессы всасывания, передвижения питательных веществ и продуктов обмена в организме.
Необходимо отметить, что вода является конечным продуктом биологического окисления веществ, в частности глюкозы. Образование воды в результате этих процессов сопровождается выделением большого количества энергии – приблизительно 29 кДж/моль.
Важны и другие аномальные свойства воды: высокое поверхностное натяжение, низкая вязкость, высокие температуры плавления и кипения и более высокая плотность в жидком состоянии, чем в твердом.
Одним из необходимых условий существования живого организма является относительное динамическое постоянство рН среды. Для лучшего понимания которого необходимо рассмотреть вопрос о состоянии кислотно-основного равновесия в общей схеме биохимических процессов, характерных жидкостей внутри сосудистого русла. Активная реакция жидких сред (значение рН) является одной из основных постоянных характеристик организма и в нормальных условиях колеблется в узких пределах. Отклонение в сторону увеличения кислотности или щелочности вызывает нарушение функции ферментов и гормонов. Незначительные изменения рН в крови и межтканевых жидкостях могут привести к гибели. Во многих случаях контроль величины рН дает возможность обнаружить различные виды патологии и правильно поставить диагноз.
Кислотное-основное состояние внутренних сред организма определяет в ряде случаев его восприимчивость к инфекционным заболеваниям. Актуальность изучения этой темы безусловна. Осмысление влияния величины рН на разные биохимические и физиологические процессы, умение рассчитывать величину рН у растворах кислот, оснований, солей дает возможность оценивать кислотность биологических жидкостей.
А согласно Фармакопеи фармацевтическая субстанция − вещество или комбинация нескольких веществ природного, синтетического или биотехнологического происхождения, обладающие фармакологической активностью, используемые для промышленного производства, аптечного изготовления лекарственных средств, имеет исследуется по важным нормируемым физико-химическим показателям, среди которых водородный показатель.
59
§ 1. Теория электролитической диссоциации С. Аррениуса. Степень диссоциации.
Основные положения теории Аррениуса:
1.При растворении в воде (или расплавлении) электролиты распадаются на положительно и отрицательно заряженные ионы (подвергаются электролитической диссоциации).
2.Под действием электрического тока катионы (+) двигаются к катоду (–), а анионы (–) – к аноду (+).
3.Электролитическая диссоциация - процесс обратимый (обратная реакция называется моляризацией).
4.Степень электролитической диссоциации (α) зависит от природы электролита и растворителя, температуры и концентрации. Она показывает отношение числа молекул, распавшихся на ионы (N) к общему числу молекул, введенных в раствор (N0).
Механизм электролитической диссоциации ионных веществ
При растворении соединений с ионными связями (например, NaCl) процесс гидратации начинается с ориентации диполей воды вокруг всех выступов и граней кристаллов соли.
Ориентируясь вокруг ионов кристаллической решетки, молекулы воды образуют с ними либо водородные, либо донорно-акцепторные связи. При этом процессе выделяется большое количество энергии, которая называется энергией гидратации.
Энергия гидратации, величина которой сравнима с энергией кристаллической решетки, идет на разрушение кристаллической решетки. При этом гидратированные ионы слой за слоем переходят в растворитель и, перемешиваясь с его молекулами, образуют раствор.
Механизм электролитической диссоциации полярных веществ
Аналогично диссоциируют и вещества, молекулы которых образованы по типу полярной ковалентной связи (полярные молекулы). Вокруг каждой полярной молекулы вещества (например, HCl), определенным образом ориентируются диполи воды. В результате взаимодействия с диполями воды полярная молекула еще больше поляризуется и превращается в ионную, далее уже легко образуются свободные гидратированные ионы.
Для количественной характеристики соотношения диссоциированных и недиссоциированных молекул электролита при данных условиях пользуются понятием электролитической диссоциации
(ионизации). Степень электролитической диссоциации α, равна отношению числа молекул, распавшихся на ионы (N), к общему числу молекул электролита (N0 ), введенных в раствор.
60