Ответы на зачет по общей химии. 1. место химии в формировании представлений о строении и законах функционирования различных систем человеческого организма. Связь химии с биологией, медициной и формацией. Основные этапы развития химии. Вклад отечественных ученых в развитие общей химии
 Скачать 188.85 Kb.
|
|
19. растворы, определение. Роль воды и растворов в жизнедеятельности. Физико-химические свойства воды, обуславливающие ее роль в качестве единственного биорастворителя. Строение молекулы воды, образование межмолекулярных водородных связей. Раствором называют находящуюся в состоянии равновесия гомогенную систему, состоящую из 2х и более компонентов. Раствор состоит из растворителя и растворенного вещества. Растворителем называют от компонент, который не меняет своего агрегатного состояния при образовании раствора. Растворы бывают газообразные, жидкие, твердые. Для медиков больший интерес представляют водные растворы, так как такие биологические жидкости как пот, моча, слюна являются растворами солей, белков, липидов в воде. Биожидкости участвуют в транспорте питательных веществ. Вода – компонент высокоорганизованных процессов, универсальный растворитель. Свойства воды: 1) высокое поверхностное натяжение(σ = 7,6 10-3 Н \ м) 2) низкая вязкость 3) обладает большой теплотой испарения 4) высокая теплоемкость 5) высокий дипольный момент, связан со строением воды. На двух гибридных орбиталях находятся по 2 неподеленных пары электронов, что обуславливает сильный отрицательный заряд, электронная плотность водорода смещается к кислороду, что обеспечивает положительный заряд на атоме водорода.
Водородная связь – связь между положительно заряженным атомом водорода одной молекулы и отрицательно заряженным атомом другой молекулы (F, O, N, Cl, S). Водородная связь широко распространена и играет важную роль при ассоциации молекул и в процессе диссоциации Энергия водородной связи = 20 – 25 кДж \ моль Наряду с межмолекулярной водородной связью существует внутримолекулярная водородная связь. Именно внутримолекулярные водородные связи играют основную роль в образовании пептидных цепей. Водородная связь определяет вторичную и третичную структуру белков, а также устройство двойной спирали ДНК. 20. концентрация растворов, способы ее выражения. Массовая доля, молярная концентрация, моляльная концентрация, молярная концентрация эквивалента, молярная доля и титр. Важной характеристикой раствора является концентрация: Концентрация – величина, показывающая отношение количества растворенного вещества к объему. Выражение концентрации:
Эквивалент – реальная или условная частица вещества Х, которая в кислотно-основной реакции эквивалента одному иону водорода или в ОВР 1 электрону. Z – основность кислоты или кислотность основания кислотно–основной реакции или число электронов, присоединяемых или теряемых в ОВР.
n (Xi) – количество вещества данного компонента, моль ∑ n(р-ра) – суммарное количество всех компонентов раствора, моль
21. механизм и термодинамика процесса растворения. Растворение в жидкостях твердых, жидких и газообразных веществ, термодинамика растворения. Характер изменения энтальпии и энтропии в процессе растворения твердых, жидких и газообразных веществ. Растворение – физико-химический процесс, в котором играют роль как химические, так и физические процессы. Это было доказано гидратной теорией Менделеева: При растворении вещества происходит разрушение структуры растворенного вещества и распределение его частиц между молекулами растворителя – физический процесс ∆H>0 (поглощение энергии) Одновременно происходит взаимодействие молекул растворителя с частицами растворенного вещества, при этом образуются гидраты, если растворитель – вода, или сальваты. Сальватизация является экзотермическим процессом, ∆H<0. Согласно 2 закону ТД растворение протекает самопроизвольно, если изменение энергии Гиббса системы <0. ∆G0 = ∆H0 - Т∆S0, ∆G0<0 ∆H0р = ∆H0крист. + ∆H0сольват. ∆H – теплота реакции, может иметь различные знаки, в зависимости от преобладания физической или химической стадии. Она представляет сумму теплового эффекта разрушения кристаллической решетки и теплового эффекта сальватизации. При растворении веществ происходит изменение энтропии: - повышение для твердых веществ и жидкостей - понижение для газов Самопроизвольное растворение веществ.
∆H0р > 0, так как ∆H0кр > ∆H0сольв ∆S > 0, тогда T∆S > ∆H0 ∆G < 0, растворы охлаждаются
∆H0р < 0, так как ∆H0кр < ∆H0сольв, ∆S > 0, теплота выделяется ( экзотермическая реакция) Для жидкостей ∆H0кр = 0, ∆H0кр < ∆H0сольв, поэтому ∆H0р < 0, ∆S > 0
∆H0раств < 0, ∆S < 0, тогда T∆S < ∆H0 при низких температурах 22. насыщенные, ненасыщенные и перенасыщенные растворы. Растворимость, единицы ее измерения. Влияние температуры на процесс растворения твердых, жидких и газообразных веществ Процесс растворения протекает самопроизвольно, до насыщения, при этом изменение энергии Гиббса = 0, если меньше 0, то раствор ненасыщен, если больше 0 – пересыщенный раствор. Растворимость – способность веществ растворяться в том или ином растворителе, численно характеризуется с помощью коэффициента растворимости. Коэффициент растворимости – масса вещества в граммах, насыщающего 100 грамм растворителя. Растворимость зависит от температуры, для веществ у которых процесс растворения является эндотермическим, повышение температуры способствует растворимости (NaCl). Для веществ, у которых ∆H растворимости меньше 0, для повышения растворимости снижают температуру. Для растворимости газообразных веществ температуру понижают. 23. законы Генри, Дальтона, Сеченова. Применение этих законов при лечении кессонной болезни, лечении в барокамере и исследовании электролитного состава крови. Закон Генри: Количество газа, растворенного при данной температуре в определенном объеме жидкости, при равновесии прямо пропорциональны давлению газа. С(Х) = Кг(Х) Р(Х) С(Х) – концентрация газа в насыщенном растворе, моль \ л Кг(Х) – константа Генри, зависит от природы, растворителя и температуры, моль \ л Р(Х) – давление, Па Закон генри лежит в основе кессонной болезни (у водолазов). При погружении происходит увеличение давления, а следовательно и растворимости газа в крови. При быстром подъеме с больших глубин происходит мгновенное выделение пузырьков газа за счет резкого уменьшения растворимости из-за падения давления. Пузырьки закупоривают кровеносные сосуды, что приводит к тяжелому поражению тканей и даже гибели. Закон Дальтона: Растворимость каждого из компонентов газовой смеси при постоянной температуре пропорциональна парциальному давлению компонента над жидкостью и не зависит от общего давления смеси. Pi = Pобщ χ(Xi) Pi – парциальное давление компонента Xi Pобщ – общее давление газовой смеси χ(Xi) – молярная доля i-того компонента при лечении газовой гангрены и ряда других заболеваний, при которых накапливаются микробы в омертвевших тканях, больных помещают в барокамеры с повышенным давлением кислорода в воздухе. При этом улучшается снабжение тканей кислородом, сто дает хорошие результаты. Закон Сеченова: Растворимость газов в жидкостях в присутствии электролитов понижается, происходит высаливание газов С(Х) = С0(Х) е-Кс Сэ С(Х) – растворимость газа Х в присутствии электролита С0(Х) – растворимость газа Х в чистом растворителе Сэ – концентрация электролита Кс – константа Сеченова (зависит от природы газа, электролита, температуры) В соответствии с законом Сеченова не только электролиты, но и белки, липиды и другие вещества, содержание которых в крови может меняться в известных пределах, оказывают существенное влияние на растворимость кислорода и углекислого газа в крови. 24. коллигативные свойства разбавленных растворов. Давление пара над раствором, причины его уменьшения. Расчет давления пара над раствором (закон Рауля). Относительное понижение давления пара над раствором. Некоторые свойства раствора зависят от теплового движения частиц, то есть определяются не природой компонентов, а количеством растворенных частиц. К ним относятся: понижение упругости пара растворителя над раствором, осмотическое давление, повышение температуры кипения, понижение температуры замерзания раствора.
Пар, находящийся в равновесии с жидкостью называют насыщенным. Давление такого пара называют давлением или упругостью насыщенного пара чистого растворителя. При данной температуре давление насыщенного чистого растворителя остается постоянным – ТД характеристика растворителя. При повышенной температуре давление насыщенного пара над растворителем повышается по принципу Ле-Шателье. Если в летучий растворитель (вода, спирт) внести нелетучее растворенное вещество (сахароза), то концентрация растворителя уменьшается, следовательно, уменьшается число частиц растворителя, переходящих в газовую фазу и давление пара растворителя падает. В 1886 году Рауль сформулировал закон: Давление пара раствора, содержащего нелетучее растворенное вещество, прямо пропорционально молярной доле растворителя Р = Кр χ(Х1) Р – давление пара над раствором, Па Кр – константа Рауля, Па χ(Х1) – молярная доля растворителя Х1, которая равна: χ(Х1) = n(X1) \ (n(X1) + n(X2)) n(X1) и n(X2) – количество растворителя и растворенного вещества если χ(Х1) = 1 , то Кр = Р0 (давление пара чистого растворителя) Р = Р0 χ(Х1) χ(Х1) = 1 - χ(Х2) Р = Р0 χ(1 - χ(Х2)) χ(Х2) = (Р0 – Р) \ Р0 Р0 – давление пара над чистым растворителем, Па Р – давление пара растворителя над раствором нелетучего вещества, Па Р0 – Р – абсолютное понижение давления пара над раствором, Па (Р0 – Р) \ Р0 – относительное понижение давления пара над раствором, Па (Р0 – Р) = ∆Р Закон Рауля справедлив только для идеальных растворов, то есть растворов, образование которых не сопровождается химическим взаимодействием и изменением объема. 25. повышение температуры кипения растворов. Формулы расчета. Эбулиометрическая константа, эбулиометрический метод определения молярной массы растворенного вещества. Повышение температуры кипения растворов. Любая чистая жидкость кипит при такой температуре, при которой давление ее насыщенного пара = внешнему давлению. Температура кипения воды = 100 градусов при 101,3 кПа Так как давление пара раствора ниже давления пара чистого растворителя, то для кипения раствора его нужно нагреть до более высокой температуры, чем чистый растворитель. Рауль установил, что температура разбавленных растворов, неэлектролитов, прямо пропорциональна моляльной концентрации раствора. ∆Ткип = Kэ b(X) b(X) – моляльная концентрация, моль \ кг Kэ – Эбулиометрическая константа, численно равная повышению температуры кипения одномоляльного раствора, кг К \ моль b(X) = (1000 mр.в.) \ (М mр-ль) Ткип р-ра = Ткип р-ля + ∆Ткип Молярные массы (кг \ моль) растворенных веществ – неэлектролитов могут быть рассчитаны по следующим формулам: M = (1000 Кэ mр.в.) \ (∆Ткип mр-ль) Кэ зависит только от природы растворителя и не зависит от природы растворенного вещества 26. понижение температуры замерзания растворов. Уравнение расчета ∆Т замерзания. Криометрическая постоянная. Криометрический способ расчета молярной массы растворенного вещества. Всякая жидкость замерзает при той температуре, когда давление пара над жидкостью равно давлению пара над твердой фазой (льдом).растворенное вещество будет мешать образованию кристаллов льда, чем больше константа кристаллического растворенного вещества, тем при более низкой температуре замерзает раствор, понижение температуры замерзания разбавленных растворов, неэлектролитов прямо пропорционально моляльной концентрации раствора. ∆Тзам = Kз b(X) b(X) – моляльная концентрация, моль \ кг Kз – Криометрическая константа, численно равная понижению температуры замерзания одномоляльного раствора, кг К \ моль b(X) = (1000 mр.в.) \ (М mр-ль) Тзам р-ра = Тзам р-ля - ∆Тзам Кз зависит только от природы растворителя и не зависит от природы растворенного вещества. По понижению температуры замерзания можно рассчитать молярную массу растворенного вещества, неэлектролита. M = (1000 Кз mр.в. ) \ (∆Тзам mр-ль) 27. осмос. Условия, необходимые для проведения осмоса. Механизм осмоса. Осмотическое давление, формулы расчета. Уравнение Вант-Гоффа для расчета осмотического давления. Осмос – одностороннее проникновение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану из растворителя в раствор или из раствора с меньшей концентрацией в раствор с большей концентрацией. Необходимым условием возникновения осмоса является наличие растворителя и раствора, или двух растворов различной концентрации, разделенных полупроницаемой мембраной. В одностороннем порядке из правого в левое колено происходит переход молекул воды. Уровень жидкости в правом колене понижается, а в левом – повышается. Так происходит до тех пор, пока не установится разность гидростатических столбов, отвечающая осмотическому давлению, при котором односторонняя диффузия прекратится. Осмотическим давлением называют величину, измеряемую минимальным гидравлическим давлением, которое нужно приложить к раствору, чтобы осмос прекратился. Уравнение Вант-Гоффа: Посм = С(Х) R T С(Х) – молярная концентрация вещества Х R – универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж \ моль К Т – абсолютная температура, К Посм = (m(Х) R T) \ (M(X) Vр-ра) 28. роль осмоса и осмотического давления в биологических системах. Изотонические, гипотонические и гипертонические растворы, их применение в медицине. Понятие гемолиза и плазмолиза. Благодаря осмосу происходит поставка воды в клетки и межклеточные пространства. Тугорд – упругость клеток, которая обеспечивает эластичность тканей и сохраняет определенную форму органов, обусловлена осмотическим давлением. В организме человека при потере крови используют 0,9 %-ный раствор поваренной соли. Этот раствор в организме создает такое же осмотическое давление, что и плазма крови ( используют в качестве кровезаменителей) Растворы, имеющие одинаковое давление с плазмой крови, называют изотоническими. Растворы, имеющие более высокое давление, чем плазма крови – гипертоническими, а более низкое – гипотоническими. При помещении клеток в изотонический раствор клетки сохраняют свой размер и нормально функционируют. При помещении в гипертонический раствор – вода из клетки уходит в раствор и наблюдается сморщивание – плазмолиз клеток. При помещении в гипотонический раствор – вода из раствора переходит внутрь клеток, что приводит к набуханию, а следовательно разрыву оболочек и вытеканию клеточного содержимого – лизис, в случае эритроцитов – гемолиз. Явление осмоса используется в медицинской практике: в хирургии гипертонические повязки вводят в гнойные раны. Механизм: ток жидкости раны через марлю направляется наружу, в результате рана очищается от гноя, микроорганизмов и продуктов распада. На явлении осмоса основано действие слабительных. Эти соли плохо высасываются при попадании в желудочно-кишечный тракт, в результате применения гипертонических растворов этих солей, в просвет кишечника устремляется большое количество воды через слизистую, что способствует послабляющему действию этих солей. Гипертонические растворы в небольших количествах вводят при глаукоме, чтобы уменьшить количество влаги в передней камере глаза. 29. коллигативные свойства растворов электролитов. Изотонический коэффициент. Причина отклонения растворов электролитов от закона Рауля и Вант-Гоффа. Уравнение, связывающее степень диссоциации и изотонический коэффициент. Растворы электролитов вызывают более высокое осмотическое давление, чем следует по закону Вант-Гоффа, растворы электролитов замерзают при температурах более низких и кипят при температурах более высоких, чем одинаковые с ними по концентрации растворы неэлектролитов. Вант-Гофф ввел в уравнение поправочный изотонический коэффициент i = ∆Тзам (эксп) \ ∆Тзам (теор) = ∆Ткип (э) \ ∆Ткип (т) = П осм (э) \ П осм (т) = ∆Рэ \ ∆Рт i показывает во сколько раз практически полученные величины выше теоретических, то есть расчетных. Посм = i С(Х) R T ∆Тзам = i Kз b(X) ∆Ткип = i Kэ b(X) ∆Р = i Р0 χ(Х2) i связан со степенью диссоциации уравнением: α (ст.д.) = (i – 1) \ (n – 1) 1 < i < n (число ионов) |