Реферат по теории растворов

Обновлено: 05.07.2024

Растворы имеют важное значение в жизни и практической деятельности человека. Растворами являются все важнейшие физиологические жидкости (кровь, лимфа и т.д.). Организм – сложная химическая система, и подавляющее большинство химических реакций в организме происходит в водных растворах. Именно по этой причине человеческий организм на 70 % состоит из воды, а сильное обезвоживание организма наступает быстро и является очень опасным состоянием.

Многие технологические процессы, например получение соды или азотной кислоты, выделение и очистка редких металлов, отбеливание и окрашивание тканей, протекают в растворах.

Чтобы понять механизм многих химических реакций, необходимо изучить процессы, протекающие в растворах.

Раствор – твердая, жидкая или газообразная гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов.

Гомогенная система состоит из одной фазы.

Фаза - часть системы, отделенная от других ее частей поверхностью раздела, при переходе через которую свойства (плотность, теплопроводность, электропроводность, твердость и т.д.) изменяются скачкообразно. Фаза может быть твердой, жидкой, газообразной.

Наиболее важным видом растворов являются жидкие растворы, но в широком смысле растворы также бывают еще твердые (сплав латунь: медь, цинк; сталь: железо, углерод) и газообразные (воздух: смесь азота, кислорода, углекислого газа и различных примесей).

Раствор содержит не менее двух компонентов, из которых один является растворителем, а другие – растворенными веществами.

Растворитель – это компонент раствора, находящийся в том же агрегатном состоянии, что и раствор. Растворителя в растворе по массе всегда больше, чем остальных компонентов. Растворенное вещество находится в растворе в виде атомов, молекул или ионов.

От растворов отличаются:

Суспензия – это система, состоящая из мелких твердых частиц, взвешенных в жидкости (тальк в воде)

Эмульсия– это система, в которой одна жидкость раздроблена в другой, не растворяющей ее жидкости (т.е. мелкие капли жидкости, находящихся в другой жидкости: например,бензин в воде).

Аэрозоль – газ со взвешенными в нем твердыми или жидкими частицами (туман: воздух и капли жидкости)

Суспензии, эмульсии и аэрозоли состоят из нескольких фаз, они не гомогенны и являются дисперсными системами. Суспезии, эмульсии и аэрозоли – не растворы!

Химическая теория растворов.

Растворитель химически взаимодействует с растворенным веществом.

Химическая теория растворов создана Д.И. Менделеевым в конце ХIХв. на основании следующих экспериментальных фактов:

1) Растворение любого вещества сопровождается поглощением или выделением теплоты. То есть растворение является экзотермической или эндотермической реакцией.

Экзотермический процесс – процесс, сопровождающийся выделением тепла во внешнюю среду (Q>0).

Эндотермический процесс – процесс, сопровождающийся поглощением тепла из внешней среды (Q

Счастье — это когда тебя понимают, большое счастье — это когда тебя любят, настоящее счастье — это когда любишь ты. © Конфуций ==> читать все изречения.

Растворы играют ключевую роль в природе, науке и технике. Вода – основа жизни, всегда содержит растворенные вещества. Пресная вода рек и озер содержит мало растворенных веществ, в то время как морская вода содержит около 3,5% растворенных солей.

В любом живом организме постоянно течет по сосудам – артериям, венам и капиллярам – необычный раствор, который составляет основу крови, массовая доля солей в нем такая же, как в первичном океане, – 0,9%. Сложные физико-химические процессы, протекающие в организме человека и животного, также взаимодействуют в растворах. Процесс усвоения пищи связан с переводом высокопитательных веществ в раствор. Природные водные растворы напрямую связаны с процессами почвообразования, снабжением растений питательными веществами. Такие технологические процессы в химической и многих других отраслях промышленности, например производство удобрений, металлов, кислот, бумаги, происходят в растворах. Современная наука занимается изучением свойств растворов. Растворы отличаются от других смесей тем, что частицы составных частей располагаются в них равномерно, и в любом микрообъеме подобной смеси состав будет одинаков.

Именно поэтому под растворами понимали однородные смеси, которые состоят из двух или более однородных частей. Такое представление исходило из физической теории растворов.

Приверженцы физической теории растворов, которой занимались Вант-Гофф, Аррениус и Оствальд, считали, что процесс растворения является результатом диффузии.

Д. И. Менделеев и сторонники химической теории считали, что растворение является результатом химического взаимодействия растворенного вещества с молекулами воды. Химическое взаимодействие обычно сопровождается тепловыми явлениями. К примеру, растворение серной кислоты в воде проходит с выделением такого колоссального количества тепла, что раствор может закипеть, именно поэтому кислоту льют в воду, а не наоборот. Растворение таких веществ как хлорид натрия, нитрат аммония, сопровождается поглощением тепла.

М. В. Ломоносов доказал, что растворы превращаются в лед при более низкой температуре, чем растворитель.[1]

2.1. ГИДРАТНАЯ ТЕОРИЯ РАСТВОРОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА

Работы Д.И.Менделеева по теории растворов далеко не так известны, как открытый им Периодический закон. А ведь именно этими трудами он заложил основы такой современной науки, как физическая химия растворов.

Растворы находят широкое применение в самых различных областях практики. Категории растворов относятся и природный раствор воды, и такие материалы, как сырая нефть и различные нефтепродукты-бензины, керосин, вазелин, парафин, смазочные масла, жидкие сплавы металлов, расплавленные смеси силикатов смеси органических растворителей, различные водноспиртовые смеси и др.

Содержание работы

Вступление 3
Теория растворов 3
Растворимость газов в жидкостях 3
Растворимость твёрдых тел в жидкостях 4
Коллигативные свойства разбавленных растворов неэлектролитов 4
Коллигативные свойства разбавленных растворов в случае диссоциации 6
Совершенные растворы 7
Реальные растворы 8
Процесс растворения 9
Список используемой литературы 11

Файлы: 1 файл

Биохимия.Теория растворов и процессы растворения.doc

Современное представление о теории растворов и процессы растворения

Министерство сельского хозяйства РФ

Кафедра биохимической и органической химии.

Студентка 2 курса 3 группы

Сулименко Юлия Михайловна

Бахта Алеся Александровна

Вступление

Во второй половине прошлого века существовало две противоположных точки зрения на процесс растворения. Для первой точки зрения характерно рассмотрение процесса растворения как явления химического, для второго - как физического. В химических теориях предполагалось, что растворенное вещество и растворитель химически взаимодействуют между собой. С физической точки зрения растворенное вещество можно рассматривать, как находящееся в газообразном состоянии и применять к нему законы кинетической теории газов.

Каждая из этих теорий была разработана и внесла свой вклад в создание современной теории растворов, в которой принимаются во внимание и химические, и физические факторы.

В развитии учения о растворах выдающаяся роль принадлежит работам Д.И. Менделеева. Он рассматривал растворы как неустойчивые химические соединения постоянного состава, находящиеся в состоянии частичной диссоциации. Этим было положено начало химической теории растворов в противовес физическим теориям, игнорировавшим значение химического взаимодействия.

Общей теории растворов - теории, которая давала бы возможность определять свойства раствора по известным свойствам компонентов в чистом состоянии и известному составу раствора, - в настоящее время еще нет.

Только для растворов очень разбавленных (в пределе бесконечно разбавленных) удалось еще в 80-х годах прошлого века создать начала количественной теории, дающей возможность определять некоторые свойства растворов по известной их концентрации. В таких растворах молекулы растворенного вещества разобщены друг от другого большим количеством молекул растворителя. Вследствие этого их взаимодействие не проявляется в заметной степени.

Теория растворов

Растворимость газов в жидкостях

Зависит от природы жидкости, газа, температуры, давления газа и присутствия называется в жидкости других растворённых веществ. Процесс растворения газа в жидкости называется адсорбцией. Строгих закономерностей описания зависимости растворимости газа в жидкости от их природы не имеется. Газы, имеющие полярную молекулу, лучше растворяются в полярных растворителях. Неполярные в неполярных. Если сравнивать растворимость различных неполярных газов в неполярных растворителях, то газы, легко сжимаемые в чистом состоянии, обладающие более высокой критической температурой является более растворимыми. Зависимость от давления при постоянной температуре определяется законом Генри, по которому . – давление над жидкостью, – коэффициент пропорциональности, константа Генри. Закон Генри записывается : . Он может быть легко получен из условий гетерогенного равновесия

Правая часть зависит только от температуры и при постоянной температуре остается постоянной , при температуре =const => , . В каждом виде закон Генри справедлив для разбавленных растворов при небольших значениях давления. В случае большого давления газа над жидкостью закон Генри сохраняется по форме, но вместо давления нужно подставлять фугитивность . Если над жидкостью находится смесь газов, то каждый компонент растворяется в зависимости от его парциального давления. Поскольку константа Генри для каждого компонента различна, то отношение концентраций в растворе всегда отлично от отношений концентраций в газовой фазе. Закон Генри справедлив, если растворённый газ в растворе не диссоциирует и ассоциирует. При растворении газа в жидких металлах происходит диссоциация молекул газа и тогда количество растворённого в расплаве металла газа пропорционально корню квадратному из его давления над жидким металлом. Закон Сивертса. Зависимость растворённого газа в жидкости от температуры выражается через зависимость константы Генри от температуры . Растворимость газов в обычных жидкостях сопровождается выделением теплоты, т.е. , т.е. с увеличением температуры константа Генри будет уменьшаться, и будет уменьшаться растворимость при постоянном давлении. При растворимости газов в жидких металлов наблюдается поглощение теплоты , т.е. с ростом температуры константа Генри растёт и увеличивается растворимость. Растворимость зависит от присутствия в жидкость других растворённых веществ.

Растворимость твёрдых тел в жидкостях

Так как образование насыщенного раствора приводит к состоянию равновесия, то для качественного выяснения влияния температуры и давления на растворимость можно применять правило Леашателье. В соответствии с этим принципом при повышении температуры в равновесных системах идут эндотермические процессы. Если растворение сопровождается поглощением теплоты, то растворимость увеличивается с повышением температуры. Для большинства твёрдых веществ растворимость сопровождается поглощением теплоты, так как расход тепла на разрушение кристаллической решётки больше, чем его выделение в результате сольватации - образования молекул или ионов. Для некоторых твёрдых веществ растворимость уменьшается с повышением температуре (Ca(OH)2) или не зависит от неё (NaCl). Растворимость различных полиморфных модификаций твёрдого вещества существенно различаются и поэтому, при температуре полиморфных превращений наблюдаются изломы на кривой зависимости растворимости от температуры. Количественно зависимость растворимости от температуры для идеальных растворов (для растворов малорастворимых веществ) выражается Ур Шредера , – молярная доля растворённого вещества в насыщенном растворе, – молярная теплота растворённого вещества в насыщенном растворе (парциальное и молярная теплота раствора). Влияние внешнего давления на растворимость определяется так же по принципу Леашателье. С увеличением давления в равновесной системе должен идти процесс, сопровождающийся уменьшением давления или объема. Растворимость твёрдых тел вызывает очень не большое изменение давлении, по этому их растворимость практически не зависит от внешнего давления.

Коллигативные свойства разбавленных растворов неэлектролитов

Коллигативными называются свойства, величина которых зависит только от количества частиц растворённого вещества. Измеряя одно из этих свойств можно вычислить все остальные. К количественным свойствам относятся:

Понижение давления пара растворителя над раствором
Повышение температуры кипения разбавленного раствора по сравнению с температурой кипения чистого растворителя
Понижение температуры замерзания раствора по сравнению с температуры замерзания чистого растворителя
Осмотическое давление при постоянной температуры давления насыщенного пара растворителя над раствором всегда ниже, чем давление насыщенного пара над чистым растворителем

, , – молярная доля растворителя в растворе . Относительное понижение давление пара растворителя над раствором равно молярной доле растворённого вещества. Закон Рауля можно вывести, используя уравнение Дюгема – Маргулиса. Запишем закон Генри выражение концентрации растворённого вещества в молярных долях , ;продифференцировав по при постоянстве давления и температуры (1).

В соответствии с уравнением Дюгема – Маргулиса

Растворы кипят при температуре более высокой, чем чистый растворитель. Любая жидкость начинает кипеть при такой температуре, при которой давление её насыщенного пара становится равным внешнему давлению. В соответствии с законом Рауля давление пара над раствором ниже, чем над чистым растворителем при той же температуре. Равенство давлений внешнего и пара над раствором достигается при более высокой температуре.

, , - моляльность, Е – эбуллиоскопическая константа, ОА – зависимость давления от температуры для чистого растворителя, O’B– для раствора. Эбуллиоскопическая константа = повышению температуры кипения раствора, в котором концентрация растворённого вещества = 1 моль/кг растворителя. При условии, что раствор сохраняет свойства разбавленного. Эбулеоскопической константой называется молярное повышение температуры кипения. Е как и К зависит только от природы растворителя , – удельная теплота испарения растворителя. Измеренным можно вычислить молекулярную массу растворенного вещества , – масса растворённого вещества, – масса растворителя . как правило, меньше, чем точность определения молекулярной массы в значительной степени зависит от точного определения , то криоскопический метод является более предпочтительным.

Любая жидкость начинает замерзать при такой температуре, при которой давление её насыщенного пара становится равным давлению пара над твёрдым веществом. Температура кристаллизации растворителя из раствора всегда ниже, чем температура кристаллизации чистого растворителя. – зависимость давления над твёрдым веществом, – давления пара над жидкостью. Установлено, что , - моляльная концентрация растворённого вещества, - коэффициент пропорциональности. Это соотношение получается следующим образом. Уравнение Клауз-Клапа для растворителя в твёрдом и жидком состоянии. (1), , , численно равно понижению температуры замерзания раствора 1 моляльной концентрации. Измеренной раствора определённой концентрации можно вычислить молекулярную массу растворённого вещества .

Если раствор привести в контакт с чистым растворителем, через полупроницаемую мембрану способную пропускать только молекулы растворителя, то наблюдается самопроизвольный переход растворителя в раствор, это явление называется осмосом. Давление, с которым растворитель стремится перейти в раствор, называется осмотическим давлением. По величине это давление равно тому давлению, которое нужно приложить к раствору, что бы прекратить переход растворителя в раствор (чтобы привести его в равновесие). Для разбавленных растворов неэлектролитов Ванд Гофф нашел .Осмотическое давление может иметь большие величины . Это давление, которое производили бы молекулы находящиеся в состоянии идеального газа и занимая при той же температуре V=V раствора. Осмотическое давление учитывается в технологических процессах переработки растительного и животного сырья.

Коллигативные свойства разбавленных растворов в случае диссоциации

Если величина свойства зависит от количества частиц растворённого вещества в растворе, то это приводит к увеличению числа частиц этого вещества в растворе и к увеличению числа частиц этого вещества в растворе и к увеличению величины свойства. Для вычисления свойств растворов , , , вводят поправочный множитель, называемый изотоническим коэффициентом i. Несколько меньше, что объясняется взаимным притяжением частиц образованных при диссоциации. Для вычисления коллигативных свойств растворов в случае диссоциации растворов вещества используют , – степень диссоциации, – число образовавшихся при диссоциации молекул.

Если в системе, состоящей из 2-ух несмешиваемых растворителей ввести 3-ее вещество которое способно растворить в обоих растворителях, то оно распределится между этими растворителями, то чтобы отношение его концентрации в этих растворителях при постоянной температуре оставалось величиной постоянной независящей от количества введённого 3 –го компонента. – коэффициент распределения, справедлив если растворы 3-го вещества в 1-ом и 2-ом растворителях можно считать разбавленными. Если растворы 3-го вещества в равновесных фазах нельзя считать идеальными, то константа распределения определяется как отношение активности 3-го вещества. Закон распределения легко получить из условий гетерогенного равновесия , , . Если распределяемое вещество при растворении в 1-ом и 2-ом растворителях диссоциирует или ассоциирует, то закон распределения .Экстрагирование – метод извлечения растворённого вещества из раствора с помощью другого растворителя, который не смешивается и химически не реагирует с раствором, но растворять извлекаемое вещество в большем количестве, чем первый растворитель. Экстракция широко используется.

Используя закон распределения, можно рассчитать процесс экстрагирования. Пусть вещество подлежащее извлечению находится в растворе объёмом V в количестве, и пусть для извлечения его из раствора используют подходящий растворитель объёмом. Если к раствору объёмом V добавить растворитель и смесь хорошо перемешать до наступления равновесия, то часть растворённого вещества из раствора перейдёт в растворитель. Обозначим количество извлечённого вещества оставшегося в растворе, тогда его концентрация в этом растворе . Его концентрация в . Коэффициент распределения . Количество извлечённого вещества . Если отделить раствор с помощью делительной воронки, к оставшемуся раствору в котором извлечённого вещества добавить свежеприготовленного растворителя , то обозначим через количество растворённого вещества в растворе после второго экстрагирования. Будем иметь ; ; . Если экстрагировать n - раз , где - количество извлекаемого вещества, которое осталось в растворе V n-го после экстрагирования. Количество извлечённого вещества при этом определяется . Если экстрагировать 1 раз, но V , то количество экстрагированного вещества определяется . Эффективнее экстрагировать раз объемом V, чем один раз - .

Совершенные растворы

Образуются в том случае, если компоненты весьма близки по своим физико-химическим свойствам (растворы оптических изомеров, расплавы близких по свойствам природных веществ (Fe и Ni)). Совершенные растворы, образованные без изменения объема и без теплового эффекта. По этой причине объем и высота бинарного совершенного раствора выражается уравнением: , здесь и - молярный V 1-ого и 2-ого компонентов, а и - молярные энтальпии этих компонентов в чистом виде ; . Парциальный молярный объем равен просто молярному объему ; т.к. то , это означает, что тенденция к образованию такого раствора определяется увеличением энтропии . В отличие от величин Н и V величины G и S преобр. совершенного раствора не аддитивны. Энтропия S определяется отношением: ; - энтропии чистых компонентов относящихся к 1 молю, а – изменение энтропии при смешении компонентов. Изменение энтропии при смешении 1 и 2 компонента определяется: . Изменение энтропии при образовании 1 моля раствора . Изменение G при образовании 1 моля раствора . Т к и , то , то есть совершенный раствор образуется самопроизвольно при любых концентрациях, при любых соотношениях компонентов. Для любого компонента совершенного раствора хим. потенциал определяется : . Для обоих компонентов бинарного совершенного раствора при любых его концентрациях соблюдается закон Рауля и . Давление пара над раствором ; . Как парциальное давление каждого компонента так и общее давление пара над раствором является линейной функцией состава.

Теория сильных электролитов Дебая — Хюккеля — предложенная Петером Дебаем и Эрихом Хюккелем в 1923 году статистическая теория плазмы и разбавленных растворов сильных электролитов , согласно которой каждый ион действием своего электрического заряда поляризует окружение и образует вокруг себя некоторое преобладание ионов противоположного знака — так называемое ионное облако.

Теория сильных электролитов Дебая-Хюккеля справедлива только для разбавленных растворов сильных электролитов.

Основные положения теории:

1. собственными размерами ионов можно пренебречь по сравнению с расстоянием между ними, поскольку растворы разбавленные.

2. учитываются только кулоновские взаимодействия между ионами и не учитываются другие виды взаимодействия (ион-дипольное, образование ассоциатов за счет водородной связи и т. д.)

3. электростатическое взаимодействие между ионами рассматривается как взаимодействие между центральным ионом и его ионной атмосферой.

4. вследствие кулоновского взаимодействия ионы в растворе расположены упорядочено, а растворы являются неидеальными.

Дебай и Хюккель, предложив модель, которая легла в основу теории сильных электролитов, постулировали:

1. Электролит полностью диссоциирует, но в сравнительно разбавленных растворах (C = 0,01 моль·л –1 ).

2. Каждый ион окружен оболочкой из ионов противоположного знака. В свою очередь, каждый из этих ионов сольватирован. Это окружение называется ионной атмосферой.

Очевидно, что при электростатическом взаимодействии ионов противоположных знаков необходимо учитывать влияние ионной атмосферы. При движении катиона в электростатическом поле ионная атмосфера деформируется; она сгущается перед ним и разрежается позади него. Эта асимметрия ионной атмосферы оказывает тем более тормозящее действие движению катиона, чем выше концентрация электролитов и чем

больше заряд ионов. В этих системах само понятие концентрации становится неоднозначиным и должно заменяться активностью. Для бинарного одно-однозарядного электролита KatAn → Kat + + An+ активности катиона ( a + ) и аниона ( a – ) соответственно равны:

где C + и C – – аналитические концентрации соответственно катиона и аниона, γ + и γ – – их коэффициенты активности.
Определить активности каждого иона в отдельности невозможно, поэтому для одно-однозарядных электролитов пользуются средними геометрическими значений активностей и коэффициентов активностей:

Коэффициент активности по Дебаю–Хюккелю зависит по крайней мере от температуры, диэлектрической проницаемости растворителя (ε) и ионной силы (I ); последняя служит мерой интенсивности электрического поля, создаваемого ионами в растворе.

Для данного электролита ионная сила выражается уравнением Дебая–Хюккеля:

Ионная сила в свою очередь равна:

Здесь C – аналитическая концентрация, z – заряд катиона или аниона. Для одно-однозарядного электролита ионная сила совпадает с концентрацией. Таким образом, NaCl и Na2SO4 при одинаковых концентрациях будут иметь разные ионные силы. Сопоставление свойств растворов сильных электролитов можно проводить только тогда, когда ионные силы одинаковы; даже небольшие примеси резко изменяют свойства электролита.

Дебая-Хюккеля теория является основой теории электропроводности разбавл. растворов сильных электролитов, разработанной Л. Онсагером. Она позволяет объяснить увеличение электропроводности раствора при повышении напряженности постоянного электрич. поля (эффект Вина) и в высокочастотном поле (эффект Дебая-Фалькенхагена). В этих условиях ионная атмосфера, тормозящая движение ионов, не успевает образоваться.

В заключение, следует указать, чего не хватает теории Дебая–Хюккеля, чтобы она была пригодна для определения характеристик электролитов.

1. Теория Дебая–Хюккеля рассматривает ионы как точечные заряды. По этой теории все ионы одной валентности идентичны. В действительности, радиус иона отражает его индивидуальность, и величина радиуса иона определяет характеристику электролита.

Следует отметить, что согласно уравнениям теории Дебая-Хюккеля второго приближения, если радиус иона намного меньше радиуса ионной атмосферы, его учет очень мало меняет основные формулы теории, и поэтому замена ионов на точечные заряды может считаться легитимной с точки зрения этой теории. Это условие соблюдается всегда у разбавленных электролитов, для которых считается применимой теория Дебая-Хюккеля. Следовательно, уточненная теория утверждает, что радиус иона не должен влиять на характеристики электролитов. Однако,согласно экспериментальным данным, радиус иона в основном определяет характеристики электролитов.

2. Известно, что в результате взаимодействия энергии иона, определяемой его радиусом ri, с дипольными молекулами воды, к иону присоединяются h молекулы воды, образуя гидратированный ион радиусом rih. Чем меньше радиус иона, тем больше его энергия, и тем больше молекул воды h присоединятся к нему. Поэтому самые маленькие ионы в результате гидратации превращаются в большие гидратированные ионы. Следовательно, гидратация коренным образом меняет параметры иона и поэтому сильно влияет на характеристики электролитов. Её нельзя игнорировать при определении параметров электролитов, а теория Дебая-Хюккеля не учитывает последствия гидратации.

Не удивительно, что ряд физиков считает теорию Дебая-Хюккеля непригодной для электролитов. Несмотря на это, она до сих пор приводится во многих учебниках и монографиях по электрохимии и физической химии в качестве основной теории электролитов.
1. 2. Осмоляльность и осмолярность биологических жидкостей и перфузионных растворов.

Осмоти́ческая концентра́ция — суммарная концентрация всех растворённых частиц.

Может выражаться как осмолярность (осмоль на литр раствора) и как осмоляльность (осмоль на кг растворителя).

Осмоль — единица осмотической концентрации, равная осмоляльности, получаемой при растворении в одном литре растворителя одного моля неэлектролита. Соответственно, раствор неэлектролита с концентрацией 1 моль/л имеет осмолярность 1 осмоль/литр.

Все одновалентные ионы (Na+, К+, Cl—) образуют в растворе число осмолей, равное числу молей и эквивалентов (электрических зарядов). Двухвалентные ионы образуют в растворе каждый по одному осмолю (и молю), но по два эквивалента.

Основную задачу осморегуляции выполняют почки. Осмотическое давление мочи в норме значительно выше, чем плазмы крови, что и обеспечивает активный транспорт из крови в почку. Осморегуляция осуществляется под контролем ферментативных систем. Нарушение их деятельности приводит к патологическим процессам. При внутривенных инъекциях, чтобы избежать нарушения осмотического баланса, следует использовать изотонические растворы. Изотоничен по отношению к крови физиологический раствор, содержащий 0.9% хлористого натрия. В хирургии явлением осмоса пользуются, применяя гипертонические марлевые повязки (марлю пропитывают 10%-ным раствором хлорида натрия). При этом рана очищается от гноя и носителей инфекции. Гипертонические растворы вводят внутривенно при глаукоме, чтобы снизить внутриглазное давление из-за повышенного содержания влаги в передней камере глаза.
1.3. Роль осмоса и осмотического давления в биологических системах.

Процесс самопроизвольного перехода (диффузии) растворителя через проницаемую перегородку из той части системы, где концентрация растворенного вещества ниже, в другую, где она выше, называется осмосом. В рассматриваемом примере по достижении некоторого давления π (со стороны раствора) наступает подвижное равновесие: скорость диффузии воды из правого колена в левое будет уравновешена скоростью обратного перехода ее из левой части прибора в правую. Давление, которое нужно приложить к раствору, чтобы прекратить осмос, т.е. проникновение в него через полупроницаемую мембрану чистого растворителя, называется осмотическим давлением (π).

Явление осмоса играет важную роль во многих химических и биологических системах. Благодаря осмосу регулируется поступление воды в клетки и межклеточные структуры. Упругость клеток (тургор), обеспечивающая эластичность тканей и сохранение определенной формы органов, обусловлена осмотическим давлением. Животные и растительные клетки имеют оболочки или поверхностный слой протоплазмы, обладающие свойствами полупроницаемых мембран. При помещении этих клеток в растворы с различной концентрацией наблюдается осмос.

Растворы, имеющие одинаковое осмотическое давление, называют изотоническими. Если два раствора имеют различное осмотическое давление, то раствор с большим осмотическим давлением является гипертоническим по отношению ко второму, а второй – гипотоническим по отношению к первому.

Так, если концентрированные растворы солей, глюкозы вызывают стойкий плазмолиз, то растворы спирта, хлороформа его не вызывают. Это связано с тем, что последние вещества, как и вода, легко проницают через клеточные мембраны.

Биологические жидкости человека – кровь, лимфа, тканевые жидкости – представляют собой водные растворы низкомолекулярных соединений – NaCl, KCl, CaCl2, высокомолекулярных соединений – белков, полисахаридов, нуклеиновых кислот и форменных элементов – эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов. Их суммарным действием определяется осмотическое давление биологических жидкостей. Осмотическое давление крови человека характеризуется достаточным постоянством, при 310 К (37,0°С) составляет 780 – 800 кПа (приблизительно 7,7 атм). Такое же давление создает и 0,9 % - водный раствор NaCl (0,15 моль/л), который изотоничен с кровью (физиологический раствор). Часть осмотического давления крови, обусловленная высокомолекулярными соединениями, главным образом, белками (альбуминами, глобулинами), называется онкотическим давлением. Онкотическое давление составляет 0,5 % осмотического давления крови и равно 3,5 – 3,9 кПа.

В медицинской практике для возмещения больших потерь крови и при сильном обезвоживании организма внутривенно вводят физиологические растворы, изотоничные крови (0,9 % водный раствор NaCl или 4,5-5 % раствор глюкозы). В настоящее время созданы многокомпонентные физиологические растворы, по своему составу приближающиеся к плазме крови. В состав таких растворов входят соли калия, кальция, магния.

Гипертонические растворы применяются в медицинской практике для промывания и обработки ран, для дегидратации организма, в небольших дозах при глаукоме. Например, в хирургии применяют гипертонические повязки (марля, смоченная в 10 % растворе NaCl), которые вводят в гнойные раны. По закону осмоса ток жидкости раны через марлю направляется наружу, в результате чего рана постоянно очищается от гноя, микроорганизмов и продуктов распада.

Некоторые гипертонические растворы солей обладают слабительным действием (MgSO4∙7H2O – горькая соль и Na2SO4∙ 10 H2O – глауберова соль). Эти соли плохо всасываются при попадании в желудочно-кишечный тракт, в результате применения гипертонических растворов этих солей в просвет кишечника устрем- 38 ляется большое количество воды через слизистую оболочку, что способствует послабляющему действию этих солей.

При аллергических реакциях, сопровождающихся отеками тканей, в организм вводят высококонцентрированные растворы хлорида кальция (10 %), глюкозы (20 %) и др.

В организме осмотическое давление является важным фактором, определяющим распределение воды и питательных веществ между различными органами и тканями. Механизм осмоса в живых организмах существенно зависит от природы мембран. В одних случаях мембрана проницаема только для молекул растворителя, в других – через нее проходят молекулы определенных веществ, либо растворяющихся в ее липидах, либо взаимодействующих с ее компонентами. Если бы оболочки клеток пропускали только молекулы воды, то процессы переноса питательных веществ в организме и вывод продуктов метаболизма были бы невозможны. Весьма эффективным осмотическим аппаратом является почка млекопитающих. Основная метаболическая функция почки состоит в удалении конечных продуктов обмена из крови, причем осуществляется она в значительной мере за счет осмоса. Почка регулирует также содержание воды в организме. В этом процессе проницаемость почечной мембраны для молекул воды зависит от содержания антидиуретического гормона (АДГ). При недостатке АДГ с мочой выводятся большие количества воды, иногда больше нормы. При избытке АДГ воды выводится меньше.

Избирательная проницаемость мембраны обусловлена сложной структурой цитоплазмы, особенно ее поверхностных слоев. Такое состояние цитоплазмы поддерживается процессами жизнедеятельности организма. Если бы осмотические явления в организме надлежащим образом бы не регулировались, то даже купание в пресной и соленой воде было бы невозможно. При отмирании клетки ее способность к избирательной проницаемости и полупроницаемости исчезает.

4. Бабков, А. В. Химия в медицине : учебник для вузов / А. В. Бабков, О. В. Нестерова ; под редакцией В. А. Попкова. — Москва : Издательство Юрайт, 2019. — 403 с.

5. Зайцев, О. С. Химия : учебник для академического бакалавриата / О. С. Зайцев. — Москва : Издательство Юрайт, 2019. — 470 с.

Читайте также: