Растворы. 3
Растворы.
Растворы имеют большое
значение как в медицине. Растворами
являются плазма крови, спинно-
Растворы - гомогенные (однородные) системы, состоящие из растворителя, растворенного вещества и продуктов их взаимодействия. Вещества, составляющие раствор, называют компонентами реакции. Растворителем считают тот компонент, который в растворе находится в том же агрегатном состоянии, что и до растворения. Например, в водном растворе глюкозы (твердое вещество) растворителем является вода.
По агрегатному состоянию растворы могут быть газообразными, жидкими и твердыми.
Классификация растворов. Растворы веществ с молекулярной массой меньше 5000г/моль называют растворами низкомолекулярных соединений (НМС), больше 5000 г/моль - растворы высокомолекулярных соединений (ВМС).
По наличию или отсутствию электролитической диссоциации растворы НМС подразделяют на три класса - растворы электролитов, неэлектролитов.
Растворы электролитов - растворы диссоциирующих на ионы солей, кислот и оснований. Электропроводность растворов электролитов выше, чем растворителя. Например, растворы KNO3, НCl, KOH.
Растворы неэлектролитов - растворы веществ, практически не диссоциирующих в воде. Например, растворы сахарозы, глюкозы, мочевины. Электропроводность растворов неэлектролитов мало отличается от растворителя.
В лабораторной практике различают концентрированные растворы (содержание растворенного вещества соизмеримо с содержанием растворителя) и разбавленные растворы (содержание растворенного вещества мало по сравнению с содержанием растворителя).
Иногда растворы определяют как дисперсные системы. При этом растворитель, в котором распределено вещество, называется дисперсной средой, а частицы растворенного вещества - дисперсной фазой. По степени дисперсности различают:
Грубодисперсные системы (взвеси) |
Коллоидные системы (кровь, лимфа, слюна, белки) |
Истинные растворы (раствор соли в воде) |
Размер частиц дисперсной фазы | ||
Больше 100 нм |
1-100 нм |
меньше 1 нм |
Таким образом, если одно вещество диспергировать (разрушать) в другом, то, в зависимости от размера частиц диспергируемого вещества, можно получить системы трёх типов:
- Взвеси – это дисперсные системы, в которых размеры распределённых частиц сравнительно велики (10 –7 – 10 –5 м). Взвеси делятся на суспезии и эмульсии; в первых распределённое вещество твёрдое, во вторых – жидкое. Частицы взвесий видны простым глазом или в обычный оптический микроскоп. Взвеси – системы мутные и непрозрачные. Взвеси неустойчивы, частицы диспергированного вещества выпадают в осадок (песок + вода), а если плотность диспергированного вещества меньше плотности среды, то диспергированное вещество всплывает (глина + масло). Процесс разделения взвесей называется седиментацией (для суспензий) и расслоением (для эмульсий).
- Коллоидные системы – это такие дисперсные системы, в которых частицы распределённого вещества имеют размеры порядка 10 –9 – 10 –7 м. Каждая такая частица может содержать большое число атомов или молекул. Такие частицы невидимы через обычный микроскоп, но видимы в ультрамикроскоп, где свет падает сбоку или сзади, в результате чего в поле зрения видны светлые точки, возникающие в результате рассеяния света диспергированными частицами.
- Истинные растворы или просто растворы – это дисперсные системы, в которых диспергированное вещество распределено в среде в виде молекул или ионов; частицы имеют размеры порядка 10 –10 – 10 –7 м. Растворы системы однородные, устойчивые.
Способы выражения концентрации растворов.
1.1.Способы выражения
I.ω - массовая доля (процентная) концентрация, показывает сколько грамм растворённого вещества содержится в 100 г раствора и выражается формулой:
, где m (вещ-ва) – масса вещества,
m (р-ра) – масса раствора, m (р-ра) = m (р-ля) + m (вещ-ва)
Пример: ω (С6Н12О6) = 10%. Это означает, что в 100 г раствора глюкозы содержится 10 г С6Н12О6 и 90 г Н2О.
II. M – молярная концентрация, показывает какое количество молей растворённого вещества содержится в одном литре раствора и выражается формулой:
,
где n (X) – количество молей растворённого вещ-ва, V – объём раствора в литрах.
Пример: 2М NaOH – двумолярный р-р NaOH. Это означает, что в 1 л данного раствора содержится 2 моля NaOH.
0,1М – децимолярный р-р, 0,01М – сантимолярный р-р, 0,001М – миллимолярный р-р.
III. N, Сн – нормальная (эквивалентная) концентрация показывает количество эквивалентов растворённого вещества в одном литре раствора и выражается формулой: ,
где nэ (X) – количество эквивалентов в-ва (Х), V – объём раствора в литрах.
Пример: 0,1 н НС1 – децанормальный р-р НС1. это означает, что в 1 л данного раствора содержится 0,1 эквивалента НС1.
IV. T. t – титрованная концентрация (титр) показывает сколько грамм растворённого вещества содержится в одном мл раствора и выражается формулой: ,
где m (в-ва) – масса вещества в г, V – объём р-ра в мл.
,
где N – нормальная концентрация, МЭ (Х) – моль-эквивалент вещества (частиц) Х.
Пример: Т (Н2SO4) = 0,05 г/мл. Это означает, что в 1 мл данного раствора содержится 0,05 г Н2SO4.
1.2. Химический эквивалент.
Эквивалентом вещества называется такое количество его, которое взаимодействует с одним молем атомов водорода или с одним эквивалентом любого другого вещества. Обозначается Э (Х) и выражается в молях.
Масса одного эквивалента вещества называется эквивалентной массой или моль-эквивалентом. Обозначается МЭ (Х) и выражается в г/моль.
Эквивалент в большинстве случаев – величина переменная и определяется для каждой реакции.
Способы расчета МЭ:
1). МЭ кислоты =
H2SO4 + KOH = KHSO4 + H2O
H2SO4 + 2KOH = K2SO4 + 2H2O
2) МЭ основания =
Са(ОН)2, МЭ Са(ОН)2 =
3). МЭ соли =
Al2(SO4)3, МЭ Al2(SO4)3 =
1.3.Закон эквивалентов и его следствия
И. Рихтер (1814) предложил закон эквивалентов: Вещества взаимодействуют и получаются в массовых количествах прямо пропорционально их эквивалентам.
Математическое выражение этого закона: , где
m1 и m2 – массы вешеств, Э1 и Э2 – эквиваленты веществ.
Пропорция не изменится, если поменять местами m2 с Э1, тогда получим:
. , где nЭ – количество эквивалентов (моль-эквивалентов).
Следствия: 1. Объёмы реагирующих растворов обратно пропорциональны их нормальным концентрациям: или V1 · N1 = V2 · N2;
V1, V2 – объёмы реагирующих растворов,
N1, N2 – нормальные концентрации этих растворов.
- Объёмы исходного и того же разбавленного растворов обратно пропорциональны их нормальным или молярным концентрациям:
V1 · N1 = V2 · N2; V1 · M1 = V2 · M2;
где М1 и М2 - молярные концентрации растворов.
- nЭ = V· N, nЭ – количество моль-эквивалентов (МЭ), V – объём раствора в л, N – нормальная концентрация, мэ/л.
1.4.Способы приготовления
Способы
приготовления стандартных
Растворы с известной концентрацией, которые служат для определения концентрации других растворов, называются стандартными или рабочими. Это некоторые растворы кислот, щелочей, солей.
- Метод точной навески. Предполагает работу с растворами, которые не меняют свою молекулярную массу и объем при взаимодействии с воздухом. К таким веществам относятся щавелевая кислота, сода, бура (Na2B4O7·10H2O), бихромат калия и ряд других веществ. На аналитических (погрешность таких весов составляет 0,0002г) весах точно взвешивают вещество и переносят в мерную колбу для растворения, доводят до метки растворителем (водой) и тщательно перемешивают.
Растворы точной навески можно приготовить лишь для немногих веществ. Эти вещества должны отвечать следующим требованиям:
- чистое вещество
- постоянный состав
- устойчивость вещества на воздухе и в растворе.
Такие соединения называются установочными. К ним относятся: щавелевая кислота (Н2С2О4 · 2Н2О), тетраборат натрия (бура) (Na2B4O7 · 12H2O), дихромат калия (K2Cr2O7). Для веществ, неудовлетворяющих требованиям, растворы готовят из неточной навески или разбавлением.
- Фиксанальный метод. Предполагает приготовление растворов из фиксаналов. Фиксанал - ампула с сухим веществом или раствором с точно известной концентрацией. Фиксанал разбивают и переносят в колбу для растворения. Этот метод считается наиболее точным.
- Метод приблизительной навески. Предполагает работу с растворами, которые меняют свою массу на воздухе, например, перманганат калия. Работать с такими растворами нельзя, поэтому перед применением их в качестве стандартных, необходимо оттитровать другим раствором с точно известной концентрацией.
- Метод разбавления. Из раствора с точно известной концентрацией готовят разбавлением раствор другой концентрации. Концентрация полученного раствора зависит от концентрации исходного.
1.5.Решение задач на
Задача 1. Как приготовить 500 г раствора С6Н12О6 с массовой долей равной 10% ?
Дано: Решение:
m (р-ра С6Н12О6) = 500 г
ωС6Н12О6 = 10% 1. Определяем массу С6Н12О6 согласно
__________________ формуле: m (в-ва) =
Найти: m (С6Н12О6) = ? m (С6Н12О6) =
m (H2O) = ?
2. Определяем массу воды согласно формуле:
m (р-ра) = m (р-ля) + m (вещ-ва), m (Н2О) = m (р-ра) – m (в-ва),
m (H2O) = 500 – 50 = 450 г.
Согласно формуле: , где ρ – плотность раствора, m – масса раствора, V – объём раствора. Определяем V (H2O) = .
Ответ: чтобы приготовить 500 г раствора глюкозы с массовой долей 10%, необходимо отвесить на весах 50 г глюкозы, отмерить любой мерной склянкой 450 мл воды, поместить этот раствор в любую подходящую посуду и перемешать.
Задача 2. Как приготовить 800 мл раствора NaCl с массовой долей равной 12% и плотностью равной 1,1 г/мл?
Дано: Решение:
V (р-ра) = 800 мл
ω NaCl = 12 %
ρ = 1,1 г/мл 1. Определяем массу р-ра NaCl согласно
__________________ формуле: m (р-ра)=800 мл · 1,1г/мл = 880 г
Найти: m (NaCl) = ? m (H2O) = ?
2. Определяем массу NaCl согласно формуле: m (в-ва) =
m (NaCl) =
3. Определяем массу воды согласно формуле:
m (Н2О) = m (р-ра) – m (в-ва), ), m (Н2О) = 880 – 105,6 = 774,4 г или 774,4 мл, т.к. плотность воды равна 1 г/мл.
Ответ: для приготовлшения 800 мл раствора хлорида натрия с массовой долей равной 12 %, необходимо отвесить на весах 105,6 г NaCl, отмерить любой мерной склянкой 774,4 мл воды, поместить все это в любую подходящую посуду и перемешать.
Задача 3 Приготовить 100 г ра-ра MgSO4 c ω = 2 % из р-ра MgSO4 c ω = 10 % ?
Дано: Решение:
ω1( MgSO4) = 10 %
m2 ( MgSO4) р-ра = 100 г
ρ = 1,1 г/мл 1. Определяем массу чистого MgSO4
__________________
Найти: m 1 ( MgSO4) = ? m (в-ва) = ,
m (H2O) = ? m (MgSO4) =
2. Определяем массу р-ра MgSO4 (исходного) с ω = 10 % содержащего 2 г чистого MgSO4 , m1(MgSO4) =
3. Определяем объём исходного (первого) р-ра MgSO4 с ω = 10 %
Vр-ра = , Vр-ра (MgSO4) =
4. Определяем массу Н2О, которая необходима для разбавления исходного раствора MgSO4.
m (H2O) = 100 – 20 = 80 г или для чистой воды 80 мл.
Ответ: для приготовления 100 г раствора MgSO4 с массовой долей равной
2 % из раствора MgSO4 с массовой долей 10 % и ρ = 1,1 г/мл, необходимо отмерить из бюретки 18,2 мл 10 % р-ра MgSO4, поместить их в колбу, добавить туда цилиндром 80 мл воды и перемешать.
Посуда, применяемая в объемном анализе.
В объемном анализе применяется специальная мерная посуда: бюретки, пипетки и мерные колбы.
Бюретки. Это градуированные стеклянные трубки, приспособленные для отмеривания растворов небольшими порциями или отдельными каплями. Бюретка укрепляется вертикально в штативе, и отсчет делений ведется сверху вниз. Нижняя часть бюретки сужена и соединяется короткой резиновой трубкой с тонким стеклянным носиком. Бюретки изготавливаются объемом от 1 до 50мл. Раствор заливают в бюретку через воронку.
Пипетки. Это специальные стеклянные трубки, предназначенные для отмеривания и переноса заданного объема раствора из одного сосуда в другой. При выливании раствора из пипетки, наполненной до метки, объем раствора в точности соответствует маркировке. Наполнение пипетки производят всасыванием раствора резиновой грушей, плотно приставленной к верхнему концу пипетки. Пипетки изготавливаются различных объемов: от 0,1 до 10мл.
Дозаторы. Большое распространение получили более удобные и безопасные в обращении пипетки-дозаторы, гарантирующие высокую точность и воспроизводимость объема измеряемых жидкостей в пределах от 2 до 5000 мкл. Дозатор забирает из химического сосуда тот объем раствора, который предварительно механически установлен на нем.
Мерные колбы. Это колбы с длинным узким горлышком, на котором наносится кольцевая метка. На колбе указывается объем, который реализуется при наполнении колбы до метки. Объем мерной колбы составляет 25, 50, 100, 200, 250, 500, 1000 или 2000мл.
Мерные цилиндры. В объемном анализе они используются для приблизительного измерения объемов некоторых вспомогательных растворов или воды и имеют второстепенное значение при необходимости измерения объемов меньшей точности.
Упражнения и ситуационные задачи.
- В медицинской практике используются растворы с точной концентрацией, поэтому для приготовления растворов с нормальной концентрацией необходимо рассчитывать эквивалентные массы кислот, оснований и солей. Рассчитайте MЭ Н3РО4 в реакциях с КОН; МЭ АI(ОН)3 в реакциях с НNО3; МЭ солей Fе(SО4)3, NаНСО3, Fе(ОН)2СI, КАI(SО4)2 · 12Н2О.
- При коньюктивитах применяют в виде глазных капель раствор сульфата цинка. Рассчитайте сколько грамм сульфата цинка и воды необходимо для приготовления 25 мл 0,25% раствора (ρ = 1,02 г/мл)?
- При обезвоживании организма внутривенно вводится 5% раствор глюкозы. Рассчитайте как приготовить 400 г 5 % раствора глюкозы из раствора с массовой долей 15 % ?
- Для обтирания и компрессов применяют этиловый спирт. Как приготовить 300 мл 40 % раствора спирта из 96 %? (ρ = 0,8 г/мл).
- Для местной анестезии применяется 2% раствор новокаина Как приготовить 600 г 2 % раствора новокаина из раствора с массовой долей 10 % ?
- Для промывания при уретритах и вагинитах как антисептическое средство применяется 0,25 % раствор медного купороса. Рассчитайте сколько грамм CuSO4 · H2O и воды потребуется для приготовления 200 г 0,25 % раствора CuSO4, рассчитанного на безводную соль.
- При кожной практике для обработки эрозий, трещин, избыточных грануляциях используют 0,05% раствор AgNO3 Какую массу AgNO3 надо растворить в 250 г Н2О для получения 0,05 % раствора?
- Вычислите рН и рОН раствора мочи, если Сн+=5*10-7 моль-ион/л (рН 6.3, рОН 7.7)
- рН слюны позволяет быстро контролировать состояние органов пищеварения. Определите рН слюны, если Сн+=1,9*10-7 моль-ион./ л (рН 6.72).
- Кровь, биологическая жидкость, практически имеющая постоянное значение рН. Отклонение на 0,3 ведет к тяжелому состоянию. Определите рН крови, если Сн++4,4 ·10-8 моль/л. (рН 7.36)
.
Вопросы для самоконтроля
- Раствор как гомогенная система. Растворитель, растворённое вещество. Концентрированные и разбавленные растворы.
- Количественный состав раствора как одна из главных характеристик раствора.
- Роль воды и растворов в жизнедеятельности.
- Физико-химические свойства воды, обуславливающие ее уникальную роль как единственного биорастворителя.
- Способы выражения концентрации растворов: массовая доля вещества в растворе, молярная концентрация, молярная концентрация эквивалента (или нормальная концентрация), массовая концентрация (или титр).
- Химический эквивалент, закон эквивалентов.
- Эквивалентная масса вещества, её связь с молярной массой, фактор эквивалентности. Правила расчёта фактора эквивалентности для различных классов неорганических соединений.
- Изменения эквивалента вещества (эквивалентной массы) в зависимости от реакций, в которых участвует вещество.
- Зависимость растворимости веществ в воде от соотношения гидрофильных и гидрофобных свойств.
- Растворимость веществ, растворы насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные. Влияние на растворимость различных факторов: коэффициент растворимости как количественная характеристика растворимости веществ.
- Физический смысл понятия «идеальный раствор».
Тесты для самоконтроля
ТЕСТ 1
- Выражение ω (СаС12)= 5% означает:
а) 5 г СаС12 растворено в 95 г Н2О, б) 5 г СаС12 растворено в 100 г Н2О,
в) 5 г СаС12 растворено в 1000 г Н2О.
2. Эквивалентная масса меди в соединении СuSO4 равна:
а) 80,0 г/моль, б) 31,75 г/моль, в) 79,5 г/моль, г) 16 г/моль.
3. Укажите истинный раствор:
а) мел + вода, б) вода + поваренная соль, в) вода + глина,
г) вода + масло.
4. Молярная концентрация показывает:
а) сколько г растворенного вещества содержится в 100 г воды;
б) сколько молей растворенного вещества содержится в 1 л раствора;
в) сколько моль-экв растворенного вещества содержится в 100 мл раствора;
г) сколько мл растворенного вещества содержится в 1000 мл раствора.
5. Эквивалентую массу щавелевой кислоты, вступающей в реакцию c гидроксидом натрия, рассчитывают по следующей формуле:
а) МЭкв=2М, б) МЭкв=М/2, в) МЭкв=М/4, г) МЭкв=М/n.
ТЕСТ 2
1. Нормальная концентрация
– это количество моль
а) 1 л раствора, б) 1 л растворителя, в) 100 г растворителя,
г) 100 г раствора.
2. Титр показывает сколько:
а) г вещества содержится в 1000 мл раствора,
б) г вещества содержится в 1 мл раствора,
в) г вещества содержится в 100 г раствора.
3. Приведите основную
формулу для определения
а) С1V2= С2 V1, б) С1V1= С2 V2, в) V2= V1
4. Масса хлорида натрия количеством вещества 0,8 моль равна:
а) 58,5 г, б) 46,8 г, в) 29,25 г. г) 56,25г.
5. Массовая доля показывает количество:
а) моль-экв/л;
б) г растворенного вещества на 100 г воды;
в) 1 моль вещества в 1 л раствора;
г) г растворенного вещества в 100 г раствора.
ТЕСТ 3
1. Титр показывает сколько:
а) г вещества содержится в 1000 мл раствора,
б) г вещества содержится в 1 мл раствора,
в) г вещества содержится в 100 г раствора.
2. Эквивалентная масса меди в соединении СuSO4 равна:
а) 80,0 г/моль, б) 31,75 г/моль, в) 79,5 г/моль, г) 16 г/моль.
3. Молярная концентрация показывает:
а) сколько г растворенного вещества содержится в 100 г воды;
б) сколько молей растворенного вещества содержится в 1 л раствора;
в) сколько моль-экв растворенного вещества содержится в 100 мл раствора;
г) сколько мл растворенного вещества содержится в 1000 мл раствора.
4. Приведите основную
формулу для определения
а) С1V2= С2 V1, б) С1V1= С2 V2, в) V2= V1
5. Укажите истинный раствор:
а) мел + вода, б) вода + поваренная соль, в) вода + глина,
г) вода + масло.
ТЕСТ 4
1. Массовая доля показывает количество:
а) моль-экв/л;
б) г растворенного вещества на 100 г воды;
в) 1 моль вещества в 1 л раствора;
г) г растворенного вещества в 100 г раствора.
2. Масса хлорида натрия количеством вещества 0,8 моль равна:
а) 58,5 г, б) 46,8 г, в) 29,25 г. г) 56,25г.
3. Эквивалентую массу щавелевой кислоты, вступающей в реакцию c гидроксидом натрия, рассчитывают по следующей формуле:
а) МЭкв=2М, б) МЭкв=М/2, в) МЭкв=М/4, г) МЭкв=М/n.
4. Молярная концентрация показывает:
а) сколько г растворенного вещества содержится в 100 г воды;
б) сколько молей растворенного вещества содержится в 1 л раствора;
в) сколько моль-экв растворенного вещества содержится в 100 мл раствора;
г) сколько мл растворенного вещества содержится в 1000 мл раствора.
- Эквивалент Cu(NO3)2 равен:
а) 188 г/моль; б) 171 г/моль; в) 94 г/моль; г) 114 г/моль.
ТЕСТ 5
1. Приведите основную
формулу для определения
а) С1V2= С2 V1, б) С1V1= С2 V2, в) V2= V1
- Выражение ω (СаС12)= 5% означает:
а) 5 г СаС12 растворено в 95 г Н2О,
б) 5 г СаС12 растворено в 100 г Н2О,
в) 5 г СаС12 растворено в 1000 г Н2О.
- Массовая доля метилового спирта в растворе, содержащем 60 г спирта и 40 г воды равна:
а) 2, б) 0,6, в) 1,5, г) 0,5.
4. При полной нейтрализации Н3РО4 её эквивалент равен:
а) 49 г/моль, б) 98 г/моль, в) 32,6 г/моль, г) 196 г/моль.
5.Методом точной навески можно приготовить раствор:
а) Na2CO3, б) HCl, в) H2SO4, г) KOH.
Ответы к тестам
ТЕСТ 1
№ ВОПРОСА |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
ОТВЕТ |
а |
а |
б |
б |
б |
ТЕСТ 2
№ ВОПРОСА |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
ОТВЕТ |
а |
б |
б |
б |
г |
ТЕСТ 3
№ ВОПРОСА |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
ОТВЕТ |
г |
а |
б |
б |
б |
ТЕСТ 4
№ ВОПРОСА |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
ОТВЕТ |
г |
б |
б |
б |
в |
ТЕСТ 5
№ ВОПРОСА |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
ОТВЕТ |
б |
а |
б |
б |
б |
Литература
ЛИТЕРАТУРА ОСНОВНАЯ
- Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учебник для медицинских вузов. /Ю.А. Ершов, В.А. Попков, А.С. Берлянд и другие. Под ред. Ю.А. Ершова, 8 изд.,560 с. – М.: Высш. Шк., 2010.
- Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учебное пособие для студентов медицинских вузов.(Ред. В.А. Попков).- М., Высшая школа, 4 изд., 239 с., 2008 г.
- Сборник задач и упражнений по общей химии. Учебное пособие. (С.А.Пузаков, В.А. Попков, А.А. Филиппова). М: Высшая школа, 4 изд., 255с., 2010г.
ЛИТЕРАТУРА ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
- Общая химия. Учебник для медицинских вузов. (В.А. Попков, С.А. Пузаков), 976с.- ГЭОТАР Медиа, 2007г.

- Растворы
- Растворы вокруг нас
- Растворы вокруг нас
- Растворы и их виды по природе растворённого вещества и растворитель
- Растворы и растворители
- Растворы, растворимость веществ в воде. Механизмы процесса растворения
- Растворы термоэластопластов
- Растафари
- Растафарианство
- Растафарианство как религия и культура
- Растафарианство как религия и культура
- Растворение и набухание полимеров. Термодинамическое качество растворителя
- Растворенные газы и ионы водорода в природных водах
- Растворы