Коллигативные свойства растворов

Размещено на http://allbest.ru

Государственный Медицинский Университет г. Семей

Кафедра химии и технологии лекарств

СРС

«Коллигативные свойства растворов»

Выполнила: Хохлова Я.А., (127,ОМФ)

Проверила: Нысамбаева К.С.

Семей 2012

Осмос

Осмос (от греч. ?умпт -- толчок, давление) -- процесс односторонней диффузии через полупроницаемую мембрану молекул растворителя в сторону большей концентрации растворённого вещества (меньшей концентрации растворителя).

Более широкое толкование явления осмоса основано на применении Принципа Ле Шателье -- Брауна: если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-либо из условий равновесия (температура, давление, концентрация, внешнее электромагнитное поле), то в системе усиливаются процессы, направленные на компенсацию внешнего воздействия. Впервые осмос наблюдал А. Нолле в 1748, однако исследование этого явления было начато спустя столетие.

Суть процесса

Явление осмоса наблюдается в тех средах, где подвижность растворителя больше подвижности растворённых веществ. Важным частным случаем осмоса является осмос через полупроницаемую мембрану. Полупроницаемыми называют мембраны, которые имеют достаточно высокую проницаемость не для всех, а лишь для некоторых веществ, в частности, для растворителя. (Подвижность растворённых веществ в мембране стремится к нулю). Если такая мембрана разделяет раствор и чистый растворитель, то концентрация растворителя в растворе оказывается менее высокой, поскольку там часть его молекул замещена на молекулы растворенного вещества. Вследствие этого, переходы частиц растворителя из отдела, содержащего чистый растворитель, в раствор будут происходить чаще, чем в противоположном направлении. Соответственно, объём раствора будет увеличиваться (а концентрация вещества уменьшаться), тогда как объём растворителя будет соответственно уменьшаться.

Осмос, направленный внутрь ограниченного объёма жидкости, называется эндосмосом, наружу -- экзосмосом.

В случаях, когда мембрана проницаема не только для растворителя, но и для некоторых растворённых веществ, перенос последних из раствора в растворитель позволяет осуществить диализ, применяемый как способ очистки полимеров и коллоидных систем от низкомолекулярных примесей, например электролитов.

Значение осмоса

Осмос играет важную роль во многих биологических процессах. Мембрана, окружающая нормальную клетку крови, проницаема лишь для молекул воды, кислорода, некоторых из растворенных в крови питательных веществ и продуктов клеточной жизнедеятельности; для больших белковых молекул, находящихся в растворенном состоянии внутри клетки, она непроницаема. Поэтому белки, столь важные для биологических процессов, остаются внутри клетки.

Осмос участвует в переносе питательных веществ в стволах высоких деревьев, где капиллярный перенос не способен выполнить эту функцию.

Осмос широко используют в лабораторной технике: при определении молярных характеристик полимеров, концентрировании растворов, исследовании разнообразных биологических структур. Осмотические явления иногда используются в промышленности, например при получении некоторых полимерных материалов, очистке сильно минерализованной воды методом обратного осмоса жидкостей.

Осмос также играет большую роль в экологии водоёмов. Если концентрация соли и других веществ в воде поднимется или упадёт, то обитатели этих вод погибнут из-за пагубного воздействия осмоса.

Использование в промышленности

Первая в мире электростанция, использующая для выработки электричества явление осмоса, открылась 24 ноября 2009 года в Норвегии. Солёная морская и пресная вода на электростанции разделены мембраной; так как концентрация солей в морской воде выше, между солёной и пресной водой развивается явление осмоса, в результате чего давление солёной воды самопроизвольно возрастает. Так как давление солёной воды подвергшейся осмосу больше, чем атмосферное давление, возникает мощный поток воды, который и приводит в действие гидротурбину, вырабатывающую энергию

Осмотическое давление неэлектролитов

Закон Вант-Гоффа

Схема осмометра: 1-- вода; 2 -- целлофановый мешочек (полупроницаемый); 3 -- раствор; 4 -- стеклянная трубка; h -- высота столбика жидкости (мера осмотического давления).

Осмотическое давление -- давление на раствор, отделенный от чистого растворителя мембраной, проницаемой только для молекул растворителя (полупроницаемая мембрана), при котором прекращается осмос. Измерение осмотического давления производят при помощи осмометров. Схема простейшего осмометра показана на рисунке.

В качестве полупроницаемых мембран применяют пленки из целлофана, коллодия и др.

Осмотическое давление разбавленных растворов неэлектролитов при постоянной температуре пропорционально молярной концентрации раствора, а при постоянной концентрации -- абсолютной температуре. Растворы, обладающие равными осмотическим давлением, называют изотоническими. Раствор с большим осмотическим давлением называют гипертоническим, а с меньшим -- гипотоническим.

Для разбавленных растворов неэлектролитов зависимость осмотического давления от концентрации и температуры раствора выражается уравнением Вант-Гоффа:

р = сВ RT,

где р - осмотическое давление раствора, кПа; сВ - его молярная концентрация, моль/л; R - универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/(моль·К); Т - абсолютная температура раствора.

Онкотическое давление

Онкотическое давление (от др.-греч. ?гкпт -- объем, масса) -- коллоидно-осмотическое давление, доля осмотического давления, создаваемая высокомолекулярными компонентами раствора. В плазме крови человека составляет лишь около 0,5 % осмотического давления (3--4 кн/мІ, или 0,03--0,04 ат). Тем не менее онкотическое давление играет важнейшую роль в образовании межклеточной жидкости, первичной мочи и др. Стенка капилляров свободно проницаема для воды и низкомолекулярных веществ, но не для белков. Скорость фильтрации жидкости через стенку капилляра определяется разницей между онкотическим давлением белков плазмы и гидростатическим давлением крови, создаваемым работой сердца. На артериальном конце капилляра солевой раствор вместе с питательными веществами переходит в межклеточное пространство. На венозном конце капилляра процесс идёт в противоположном направлении, поскольку венозное давление ниже онкотического давления. В результате в кровь переходят вещества, отдаваемые клетками. При заболеваниях, сопровождающихся уменьшением концентрации в крови белков (особенно альбуминов), онкотическое давление снижается, и это может явиться одной из причин накопления жидкости в межклеточном пространстве, в результате чего развиваются отёки.

осмос диффузия раствор давление

Осмотическое давление электролитов

Изотонический коэффициент.

Осмотическое давление (обозначается р) -- избыточное гидростатическое давление на раствор, отделённый от чистого растворителя полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия растворителя через мембрану. Это давление стремится уравнять концентрации обоих растворов вследствие встречной диффузии молекул растворённого вещества и растворителя.

Осмотическое давление может быть весьма значительным. В дереве, например, под действием осмотического давления растительный сок (вода с растворёнными в ней минеральными веществами) поднимается по ксилеме от корней до самой верхушки. Одни только капиллярные явления не способны создать достаточную подъёмную силу -- например, секвойям требуется доставлять раствор на высоту даже до 100 метров. При этом в дереве движение концентрированного раствора, каким является растительный сок, ничем не ограничено.

Если же подобный раствор находится в замкнутом пространстве, например, в клетке крови, то осмотическое давление может привести к разрыву клеточной мембраны. Именно по этой причине лекарства, предназначенные для введения в кровь, растворяют в изотоническом растворе, содержащем столько хлорида натрия (поваренной соли), сколько нужно, чтобы уравновесить создаваемое клеточной жидкостью осмотическое давление. Если бы вводимые лекарственные препараты были изготовлены на воде или очень сильно разбавленном (гипотоническом по отношению к цитоплазме) растворе, осмотическое давление, заставляя воду проникать в клетки крови, приводило бы к их разрыву. Если же ввести в кровь слишком концентрированный раствор хлорида натрия (3-5-10 %, гипертонические растворы), то вода из клеток будет выходить наружу, и они сожмутся. В случае растительных клеток происходит отрыв протопласта от клеточной оболочки, что называется плазмолизом. Обратный же процесс, происходящий при помещении сжавшихся клеток в более разбавленный раствор, -- соответственно, деплазмолизом.

Величина осмотического давления, создаваемая раствором, зависит от количества, а не от химической природы растворенных в нём веществ (или ионов, если молекулы вещества диссоциируют), следовательно, осмотическое давление является коллигативным свойством раствора. Чем больше концентрация вещества в растворе, тем больше создаваемое им осмотическое давление. Это правило, носящее название закона осмотического давления, выражается простой формулой, очень похожей на некий закон идеального газа:

,

где i -- изотонический коэффициент раствора; C -- молярная концентрация раствора, выраженная через комбинацию основных единиц СИ, то есть, в моль/м3, а не в привычных моль/л; R -- универсальная газовая постоянная; T -- термодинамическая температура раствора.

Это показывает также схожесть свойств частиц растворённого вещества в вязкой среде растворителя с частицами идеального газа в воздухе. Правомерность этой точки зрения подтверждают опыты Ж. Б. Перрена (1906): распределение частичек эмульсии смолы гуммигута в толще воды в общем подчинялось закону Больцмана.

Закон осмотического давления можно использовать для расчёта молекулярной массы данного вещества (при известных дополнительных данных).

Изотонический коэффициент (также фактор Вант-Гоффа; обозначается i) -- безразмерный параметр, характеризующий поведение вещества в растворе. Он численно равен отношению значения некоторого коллигативного свойства раствора данного вещества и значения того же коллигативного свойства неэлектролита той же концентрации при неизменных прочих параметрах системы:

,

где solut. -- данный раствор, nel. solut. -- раствор неэлектролита той же концентрации, Tbp -- температура кипения, а Tmp -- температура плавления (замерзания).

Гипотонические растворы (греч, hypo- + tonos напряжение) - растворы, осмотическое давление которых ниже осмотического давления плазмы крови.

При прямом воздействии этих растворов на ткани вследствие разницы осмотического давления в системе раствор-ткань происходит перемещение воды в клетки, в результате чего клетки и ткани набухают. При введении в сосуды Г. р. могут вызвать гемолиз эритроцитов. В связи с этим при необходимости внутривенного введения Г. р. предварительно определяют осмотическую резистентность эритроцитов. При приеме внутрь Г. р. вызывают увеличение диуреза. В мед. практике Г. р. имеют ограниченное применение. Так, Г. р. натрия хлорида (0, 6%) иногда используется для приготовления растворов местных анестетиков в целях уменьшения всасывания последних в кровь.

Гипертонические растворы, растворы, осмотическое давление которых выше осмотического давления в растительных или животных клетках и тканях. В зависимости от функциональной, видовой и экологической специфики клеток осмотическое давление в них различно, и раствор, гипертоничный для одних клеток, может оказаться изотоничным или даже гипотоничным для др. При погружении растительных клеток в гипертонический раствор он отсасывает воду из клеток, которые уменьшаются в объёме, а затем дальнейшее сжатие прекращается и протоплазма отстаёт от клеточных стенок (см. Плазмолиз). Эритроциты крови человека и животных в гипертонических растворах также теряют воду и уменьшаются в объёме. Гипертонические растворы в сочетании с гипотоническими растворами и изотоническими растворами применяют для измерения осмотического давления в живых клетках и тканях.

Изотонические растворы (от изо... и греч. tуnos -- напряжение), растворы с одинаковым осмотическим давлением; в биологии и медицине -- природные или искусственно приготовленные растворы с таким же осмотическим давлением, как и в содержимом животных и растительных клеток, в крови и тканевых жидкостях. В нормально функционирующих животных клетках внутриклеточное содержимое обычно изотонично внеклеточной жидкости. При сильном нарушении изотоничности растворов в растительной клетке и окружающей среде вода и растворимые вещества свободно перемещаются в клетку или обратно, что может привести к расстройству нормальных функций клетки . Как правило, по своему составу и концентрации изотонические растворы близки к морской воде. Для теплокровных животных изотоничны 0,9%-ный раствор NaCl и 4,5%-ный раствор глюкозы. Изотонические растворы, близкие по составу, pH, буферности и другим свойствам к сыворотке крови, называются физиологическими растворами (раствор Рингера для холоднокровных животных и растворы Рингера -- Локка и Рингера -- Тироде для теплокровных животных). В кровезамещающие изотонические растворы для создания коллоидно-осмотического давления вводят высокомолекулярные соединения (декстран, поливинол и др.)

Влияние различных растворов на эритроциты человека

Размещено на Allbest.ru