Растворы и процессы, проходящие в растворах

Страницы работы

Содержание работы

Растворы и процессы, проходящие в растворах 

лекция

План

lПонятие и  классификация растворов.

lСпособы выражения концентрации – на практических занятиях.

lСтруктура жидкой воды, её свойства и роль.

lИонизация воды, ионное произведение, водородный показатель. Реакция среды.

lДиссоциация кислот и оснований Арениуса (электролитическая теория кислот и оснований), расчёт рН их водных растворов; индикаторы.

lКислоты и основания Бренстеда (протолитическая теория), показатели рКа и рКb.

lКислоты и основания Льюиса (электронная теория кислот и оснований).

lГидролиз солей, расчёт рН их растворов.

lМетод нейтрализации.

Понятие «растворы»

FРастворы - это гомогенные (однородные) системы, состоящие из двух и более компонентов переменного состава.

FРастворителем принято называть такое вещество, которое не меняет своего агрегатного состояния при растворении.

F Обычно, растворитель – это просто преобладающий компонент раствора.

просто преобладающий компонент раствора.

Классификация растворов

lПо своему агрегатному состоянию растворы бывают:

l газообразные

l жидкие

l твёрдые

# Жидкими растворами являются:

lвода морей и океанов, и даже водопроводная вода;

lбиологические жидкости с растворенными в них низкомолекулярными и высокомолекулярными веществами:

üкровь, лимфа;

üмоча;

üспинномозговая жидкость;

üпот;

üжелудочный и кишечный соки;

üслюна;

üжелчь;

üцитозоль;

üматрикс митохондрий.

•   По строению частиц растворённого вещества и по своим свойствам
растворы делятся на три типа:

истинные, где частицы растворенного вещества находятся в воде или другом растворителе в виде молекул, атомов или ионов. Это растворы низкомолекулярных соединений (НМС).

коллоидные, относящиеся к дисперсным системам, где частицы дисперсной фазы находятся в дисперсионной среде в виде мицелл, размеры которых превышают молекулярные.

растворы высокомолекулярных соединений (ВМС), занимающие промежуточное положение между истинными и коллоидными растворами.

F  Это растворы белков, нуклеиновых кислот и полисахаридов.

Структура жидкой воды

§   Структура жидкой воды напоминает структуру льда: молекулы воды соединены друг с другом посредством водородных связей и для большинства  молекул  сохраняется  тетраэдрическое  окружение, что создаёт своего рода пространственный каркас.

§   Однако, некоторые  молекулы Н2О в жидкой воде, в отличие ото льда, вследствие разрыва водородных связей под действием теплового движения оказываются в полостях этого каркаса.

Свойства воды и её роль

lВысокая теплоёмкость

lБольшая энтальпия (теплота) испарения

lБольшая, по сравнению с другими растворителями, энтальпия плавления (замерзания) воды.

lАномально высокие, по сравнению с другими гидридами (HF, NH3  и т.д.) , t0  пл. и  t0  кип.

lСлабая кислотность и основность.

lСлабая нуклеофильность и электрофильность.

lТермостат для биомолекул, которые могут функционировать только в определённом режиме температур.

lПредохраняет от перегрева (т.е. опять      термостат), а также

lпрепятствует потере воды организмом при повышении температуры.

lСлужит защитой от замерзания.

lНаходится в обычных земных условиях в жидком состоянии и служит в качестве среды организма. В ней происходят различные реакции, в которых она выполняет роль только растворителя.

lПоддерживает только небольшое количество функциональных групп (карбокси-, амино- и т.п.) биомолекул в ионизированном состоянии, необходимом для создания структуры.   

lВыступает в роли реагента только в присутствие катализатора (в ферментативных реакциях гидратации и гидролиза).

Выводы:

   Вода – это не только среда с защитными функциями, но и участник обмена веществ в организме:

F она формирует пространственную структуру биомолекул, а, следовательно, обеспечивает и их функции;

F она выступает в качестве реагента в ряде ферментативных реакций (гидролиз белков, липидов и др. органических полимеров);

F при её участии осуществляется (хотя и в очень незначительной степени) гидролиз солей;

F она формирует направленный поток веществ внутри клетки, между клетками и между организмом и внешней средой.

Ионизация воды. Водородный показатель.

  HOH + HOH   ⇆  НО⁻  + Н3О

рН биологических жидкостей

колеблется в зоне 1÷9

üрН желудочного сока 1;

üрН кишечного сока 9

üрН крови 7,36 (7,25 ÷7,44)

üрН мочи 4,8 ÷7,5 (из крови сбрасываются лишние                                                    кислоты или основания)

üрН пищевых продуктов 3÷ 6
 (в большинстве случаев; только молоко щелочнее этой среды).

рН среды, оптимальное для развития патогенных для человека бактерий

F   практически совпадает с рН плазмы
   крови:

üрН для стрептококков и менингококков 7,4 ÷7,6

üрН для стафилококков 7,4

üрН для пневмококков 7,0 ÷ 7,4

Ионизация кислот и оснований.

  С  позиций теории электролитической диссоциации (теории Аррениуса):

vкислоты это молекулы или ионы, которые при растворении в воде освобождают Н+

Причём, этот Н+ гидратируется с координационным числом =1.   

        НА + НОН   ⇆   А⁻  +  Н3О+,           (7)

где НА – кислота в общем виде, А⁻ - кислотный остаток.

Упрощённо (без учёта гидратации):

 НА  ⇆   А⁻ + Н+                                    (8)

 # Вероятность нахождения Н+ в свободном виде чрезвычайно мала

Константа равновесия (8) Кр константа кислотности  Ка

Физический смысл Ка и рКа

lОбратимся к реакции ионизации кислоты (8). Положение равновесия этой реакции зависит от кислотности среды. В кислой среде равновесие (8) будет смещено влево, в сторону молекулярных форм, а в щелочной среде – вправо, в сторону ионных форм. Очевидно, найдётся такая среда, в которой кислота окажется ионизированной на 50%, т.е. [HA] = [A⁻]. При этом условии константа равновесия примет значение:

Ионизация оснований

        С  позиций теории электролитической диссоциации (теории Аррениуса):

vОснования – это молекулы или ионы, которые при  растворении в воде освобождают  -ОН

    Рассмотрим основания, дающие при ионизации одну ОН-группу : 

                                    Э – ОН  ⇆    Э+ + ⁻ОН                            (11)

 Кр = Кb =                      = const  при данной температуре

                    рКb = - lgК                                           (12)

Похожие материалы

Информация о работе