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 = - lgКb (12)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.