Презентация - Коллигативные свойства растворов

Лекция 5 Коллигативные свойства растворов

План 5.1 Первый закон Рауля 5.2 Эбулиоскопический закон Рауля 5.3 Криоскопический закон Рауля 5.4 Осмос. Осмотическое давление

Коллигативными (общими) называются свойства растворов, зависящие только от их концентрации, точнее от соотношения числа частиц растворителя и растворенного вещества. Коллигативные свойства не зависят от природы веществ.

Важнейшими коллигативными свойствами растворов являются: 1) Понижение давления пара над раствором ; 2) Повышение температуры кипения раствора; 3) Понижение температуры замерзания раствора; 4) Осмос и осмотическое давление.

Франсуа Мари Рауль (1830-1901) Франсуа Мари Рауль , работавший в университете в Гренобле, был первым ученым-экспериментатором, сделавшим достаточно точные измерения, позволившие описать влияние растворенного вещества на физические свойства растворителя.

5.1 Первый закон Рауля : давление пара над раствором нелетучего вещества меньше давления пара над чистым растворителем.

Это явление объясняется тем, что нелетучее растворенное вещество связывает часть молекул растворителя в виде сольватов (гидратов), тормозя процесс испарения.

Молекулы, способные переходить в газовую фазу Растворитель Растворитель Растворенное вещество Площадь под кривой соответствует общему числу молекул в жидкости

Для неэлектролитов Р 0 -Р υ (X) ------ ---------------- Р 0 υ (X) υ (р-ль) Математическое описание первого закона Рауля для бинарной системы

р о – давление насыщенного пара над чистым растворителем, р – давление пара над раствором нелетучего вещества, υ (X) – химическое количество растворенного вещества

Р 0 -Р ------ - Р 0 относительное понижения давления пара над раствором

Для электролитов Р 0 -Р i υ (X) ------ ---------------- Р 0 i υ (X) υ (р-ль)

i – изотонический коэффициент (коэффициент Вант-Гоффа), характеризующий диссоциацию электролита на ионы .

Криоскопический ("криос"–холод) и эбулиоскопический ("эбулио"-кипение) законы являются следствием первого закона Рауля.

5.2 Эбулиоскопический закон Рауля: раствор нелетучего вещества кипит при более высокой температуре, чем чистый растворитель . .

Температура кипения (Т кип ) - это температура, при которой давление пара над жидкостью равно атмосферному давлению.

давление Температура H 2 O Раствор T кип H 2 O T кип раствора 1 атм Давление водяного пара над водой и раствором нелетучего вещества Т кип T кип (р-р) - -T кип (р-ль)

Математическое описание эбулиоскопического закона m (X) 1000 Е ------------------------- М (X) m ( р-ль ) Для неэлектролитов Т кип Е C m Т кип

m (X) 1000 i Е ------------------------- М (X) m ( р-ль ) Для электролитов Т кип i Е C m Т кип

Е – эбулиоскопическая константа растворителя Е (Н 2 О) 0,52

5.3 Криоскопический закон Рауля: раствор нелетучего вещества замерзает при более низкой температуре, чем чистый растворитель.

Температура замерзания (Т зам ) - это температура, при которой давление пара над жидкостью равно давлению над твердым растворителем.

Математическое описание криоскопического закона m (X) 1000 К ------------------------- М (X) m ( р-ль ) Для неэлектролитов Т зам К C m Т зам

m (X) 1000 i К ------------------------- М (X) m ( р-ль ) Для электролитов Т зам i К C m Т зам

Т зам T зам (р-ль) - T зам (р-р) Для плазмы крови человека Т зам 0,56 0 Для плазмы животных Т зам 0,58 0

К – криоскопическая константа растворителя К (Н 2 О) 1,86

Эбуллиоскопия и криоскопия - это методы, позволяющие экспериментально определить молярные массы растворенных веществ, а также некоторые другие характеристики растворов.

Определение молярной массы лекарственных препаратов криоскопическим методом широко применяется в фармакопейных анализах.

5.4 Все растворы обладают способностью к диффузии. Диффузия - это равномерное распределение вещества по всему объему раствора, протекающая по всем направлениям. Ее движущая сила - стремление к максимуму энтропии.

Можно создать условие, при котором диффузия протекает только в одном направлении. Для этого раствор и растворитель разделяют полупроницаемой мембраной , через которую могут проходить только молекулы (ионы) небольшого размера.

Осмос - односторонняя диффузия растворителя через полупроницаемую мембрану из растворителя в раствор или из разбавленного раствора в более концентрированный.

Раствор Вода Полупроницаемая мембрана Осмос воды в раствор

Концентриро- ванный Разбавленный Полупроницаемая мембрана Осмос воды из разбавленного раствора в более концентрированный

Движущей силой осмоса является стремление к выравниванию концентрации растворенного вещества по обе стороны мембраны.

Процесс протекает само-произвольно и сопровождается увеличением энтропии. Пределом его протекания является состояние равновесия.

Давление, которое оказывает растворитель на мембрану, называется осмотическим давлением (р осм ).

Осмотическое давление описывается уравнением Вант- Гоффа. Для неэлектролитов: р осм С м R T Для электролитов: р осм i С м R T

Якоб Хендрик Вант-Г офф (1852-1911) Я. Х. Вант-Гофф является одним из основателей физической химии и стереохимии. Он заложил основы теории разбавленных растворов.

Клеточные мембраны животных и растительных организмов являются проницаемыми для воды и небольших ионов. Проходя через них вода создает осмотическое давление. Давление плазмы 740 - 780 к Па (37 0 C).

Осмотическое давление плазмы и других биологических жидкостей обусловлено главным образом присутствием электролитов.

В меньшей степени давление создается коллоидными частицами белков, не про-ходящих через мембрану. Осмотическое давление, создаваемое белками, называется онкотическим . Оно составляет всего 3- 4 к Па.

Осмотический гомеостаз обусловлен работой почек, легких, кожи. Работа по переносу вещества против градиента концентрации называется осмотической.

Осмос лежит в основе целого ряда физиологических процессов: усвоение пищи, выделение продуктов жизнедеятельности, активный транспорт воды.

В медицинской практике используют растворы, изоосмотичные с кровью (физиологические растворы). Например, Na C l (0,9%), глюкоза (4,5%)

Введение физиологических растворов в кровь, спинномозговую жидкость и другие биологические жидкости человека не вызывает осмотического конфликта.

При введении гипотонического раствора в кровяное русло (р осм 740 к Па) наблюдается набухание эритроцитов вплоть до разрыва клеточной оболочки ( гемолиз ).

Начальная стадия гемолиза наблюдается при р осм 360 - 400 к Па , полный гемолиз наблюдается при р осм 260 - 300 к Па.

Плазмолиз (сморщивание эритроцитов) имеет место при введении в кровяное русло гипертонического раствора (р осм 780 к Па).

Клетка в растворе (a) изотоническом , ( б ) гипотоническом , (в) гипертоническом (а) ( б ) (в)

Применение гипертонических растворов в медицине 10 %-ный раствор Na Cl используется для лечения гнойных ран; 25 %-ный раствор Mg SO 4 применяется как гипотензивное средство; различные гипертонические растворы используются для лечения глаукомы

Важной характеристикой растворов, применяемых для внутривенных инъекций, является их осмолярность и осмоляльность . Они характеризуют содержание частиц, не способных диффундировать через клеточную мембрану.

Благодарим за внимание!!!