Методична вказівка для студентів

Cтоматологічний факультет

 

ЗАНЯТТЯ № 5 (практичне – 6 год.)

ТЕМИ: 1. Адсорбція на поверхні рідин. Визначення впливу ПАР на величину поверхневого натягу.

2. Адсорбція на поверхні твердих адсорбентів.

3. Іонообмінна адсорбція.

МЕТА. Вміти визначати поверхневий натяг рідин та побудувати ізотерму поверхневого натягу. Дослідити адсорбцію забарвлених речовин на твердих адсорбентах. Вміти визначати вміст фармпрепаратів та проводити знесолення води за допомогою іонітів.

ПРОФЕСІЙНА ОРІЄНТАЦІЯ СТУДЕНТІВ: Властивості молекул у поверхневому шарі і в об’ємі системи суттєво відрізняються між собою. В організмі людини, як відомо, є рідини з різним молекулярним складом (кров, лімфа, сеча, спинномозкова рідина, тощо). Деякі з компонентів цих рідин (жовчні кислоти) є поверхнево-активними речовинами, тобто зменшують величину поверхневого натягу, що має суттєве значення в процесі травлення.

Адсорбційні явища на твердих адсорбентах широко використовуються на практиці для очистки  харчових продуктів (цукор, спирт, тощо), для очистки води як у промисловості, так і в побуті. У медицині при різних патологічних станах, які супроводжуються інтоксикацією організму, використовують ентеро- та гемосорбенти.

Іонообмінні смоли широко застосовуються для знесолення води, декальцинування крові при її консервуванні. Іонітии використовують для беззондового дослідження кислотності шлункового соку, очистки  фармпрепаратів та визначення ступеня їх чистоти , для зв’язування в шлунково-кишковому тракті отруйних речовин.

Методика виконання практичної роботи.

Тема №1: Адсорбція на поверхні рідин. Визначення впливу ПАР на величину поверхневого натягу.

Робота 1. Дослідження впливу концентрації ізоамілового спирту на величину поверхневого натягу.

 а) Приготувати розчин ізоамілового спирту з різними концентраціями. Розвести ізоаміловий спирт водоюу 2, 4, 8 разів. Для цього 20 мл ізоамілового спирту (концентрованого) помістити в конічну колбу або стаканчик і додати стільки ж дистильованої води. Вміст колби перемішати. Даний розчин розведений у 2 рази. Аналогічно провести розведення в 4 і 8 разів. З нього відлити 20 мл розчину і перелити в наступну колбу, додати ще 20 мл води. Розчин розведений у 4 рази. Аналогічно приготувати розчин, розведений у 8 разів, використовуючи спирт, виготовлений у співвідношенні 1:4.

 б) Виміряти поверхневий натяг розчинів різних концентрацій ізоамілового спирту за допомогою сталагмометра.

Вимірювання поверхневого натягу сталагмометричним методом грунтується на тому, що в момент відриву краплі, яка витікає з круглого отвору, вага її дорівнює силі поверхневого натягу. Сталагмометр – це товстостінна капілярна трубка, яка має розширення посередині. З обох боків від розширення нанесені поділки. Визначення проводяться так: сталагмометр промити декілька разів дистильованою водою через гумову трубку, натягнуту на верхній кінець сталагмометра. Затягнути із склянки дистильовану воду вище верхньої мітки і порахувати число крапель об’єму води між мітками сталагмометра. Такі ж вимірювання провести для розчинів  ізоамілового спирту.

УВАГА! Починати вимірювання поверхневого натягу потрібно з розчину з найменшою концентрацією ізоамілового спирту.

Поверхневий натяг обчислити із співвідношення:

  σ        n₀

—— = —— ,

  σ₀           n

де σ₀ і n₀ – поверхневий натяг і кількість крапель води, σ і– поверхневий натяг і кількість крапель досліджуваного розчину.

      Результати вимірювання внести в таблицю:

Розведення ізоамілового спирту	Кількість крапель	Поверхневий натяг в Дж/м2

Тема № 2: Адсобція на поверхні твердих адсорбентів.

Робота 2. Адсорбція забарвлених речовин із розчинів.

У ряд пробірок помістити по 1 мл розчину з масовою часткою 0,02 %: метиленової синьки, K₂Сr₂О₇, FеСl₃, золю Fе(ОН)₃, конго червоного, водного розчину фуксину. Потім додати в усі пробірки по 0,2 г активованого вугілля, перемішувати протягом 2-3 хв і відфільтрувати. Спостерігати зміну забарвлення та пояснити явище адсорбції.

Результати роботи занести в таблицю:

Назва розчину	Метиленова синька	К2Сr2O7	FeCl3	Золь Fe(OH)3	Конго червоне	Фуксин
Забарвлення розчину до адсорбції
Забарвлення розчину після адсорбції
Висновок про характер адсорбції

ТЕМА №3: Іонообмінна адсорбція.

Робота 3. Визначення повної обмінної ємності (ОЕ) катіоніту.

Обмінна ємність – це кількість еквівалентів (ммоль) речовини адсорбованої 1 г адсорбента. У колбі ємністю 250 мл помістити 1 г катіоніту, додати 100 мл розчину NаОН (с = 0,1 моль/л), перемішати і залишити на 1 годину. Після цього відібрати піпеткою 25 мл розчину і перенести її в колбу для титрування. До проби додати 1-2 краплі змішаного індикатора і відтитрувати 0,1 моль/л розчином НСl до переходу забарвлення від зеленого до фіолетового. Обмінну ємність вирахувати за формулою:

ОЕ = 100•С_NаОН – 4 V_НС1•С_НС1.

Робота 4. Визначення вмісту лікарської речовини (глюконату кальцію) в розчині методом іонообмінної адсорбції.

УВАГА! При роботі з колонкою не допускається проникнення повітря в іоніт. Рівень рідини не повинен опускатися нижче верхнього рівня іоніту.

Через колонку з Н-катіонітом повільно пропускати 20 мл досліджуваного розчину, який містить глюконат кальцію. Потім колонку промити 25 мл дистильованої води, збираючи її в ту ж колбу. Весь зібраний фільтрат відтитрувати розчином NаОН (с = 0,1 моль/л) з індикатором метиловим оранжевим. Вміст глюконату кальцію вирахувати за формулою:

        N_NаОН• V_NаОН • Е_{глюк.Са} •100

 ω = ———————————— .

              1000•V_{піпетки}

Е_{глюк.Са = 215}

Робота 5. Провести знесолювання води за допомогою іонітів.

Для знесолювання  взяти воду з водогону. За допомогою якісних реакцій виявити у воді іони хлору (реакцією з АgNО₃) та іони кальцію (реакцією з оксалатом амонію (NН4)₂С₂О₄).

Через колонку з Н-катіонітом пропустити повільно 25 мл води з водогону, потім промити 25 мл дистильованої води. З отриманого розчину відібрати піпеткою по декілька крапель у 2 пробірки. В 1 перевірити наявність Са²⁺ (реакція з (NН₄)₂С₂О₄), в 2 – на іони Н⁺ (метилоранж). З одержаного попереднього розчину відібрати 25 мл і пропустити через колонку з ОН-катіонітом, та промити 25 мл дистильованої води. Відібрати в пробірку декілька крапель розчину і перевірити наявність іонів Сl^–.

Робота 6. Розділення іонів Fе³⁺, Сu²⁺, Со²⁺ методом хроматографії на оксиді алюмінію.

Колонку з адсорбентом (А1₂О₃) закріпити у штатив і пропустити через неї 1 мл суміші, що складається з рівних об’ємів розчинів СuSО₄, FеСl₃ і СоСl₂ (масова частка 0,1 %). Спостерігати через деякий час у верхній частині колонки коричневий шар, нижче – голубий і, нарешті, рожевий шар. У протоколі замалювати шари адсорбента відповідними кольорами.

ПРОГРАМА САМОПІДГОТОВКИ СТУДЕНТІВ

І. Тема №1 Адсорбція на поверхні рідин. Визначення впливу ПАР на величину поверхневого натягу.

1. Поверхневий натяг як міра поверхневої енергії.

2. Поверхнево-активні речовини. Особливості їх будови і механізм впливу на поверхневий натяг. Правило Дюкло-Траубе.

3. Адсорбція в поверхневому шарі. Рівняння Гіббса.

4. Ізотерма адсорбції і поверхневого натягу.

5. Методи визначення поверхневого натягу (сталагмометричний метод Ребіндера).

6. Поверхневі явища та їх значення в біології і медицині.

ІІ Тема №2 Адсорбція на поверхні твердих адсорбентів.

1. Явища сорбції. Адсорбція та абсорбція.

2. Природа адсорбційних сил. Сили Ван-дер-Ваальса.

3. Залежність адсорбції від природи адсорбента та адсорбтива.

4. Залежність адсорбції від концентрації і температури.

5. Адсорбція з розчинів. Залежність адсорбції розчинів від природи розчинника та розчиненої речовини. Правило полярності Ребіндера.

6. Практичне використання явища адсорбції на твердих адсорбентах. Гемосорбція. Ентеросорбція, ентеросорбенти.

ІІІ Тема №3. Іонообмінна адсорбція

1. Фізико-хімічна суть іонообмінної адсорбції.

2. Вибіркова адсорбція. Правило Пескова-Панета-Фаянса.

3. Іоніти. Обмінна ємність іонітів. Методи визначення обмінної ємності іонітів.

4. Визначення вмісту фармпрепаратів за допомогою іонітів.

5. Використання іонітів у медицині.

6. Поняття про хроматографію

Семінарське обговорення теоретичних питань

Зразки тестових завдання та ситуаційних задач.

1.     До поверхнево активних речовин не належать:

А. Спирти

B. Луги

C. Солі жирних кислот

D. Білки

E. Ефіри

2.     Сорбція це:

А. Поглинання газів і парів твердими тілами

B. Хімічна взаємодія адсорбента і адсорбтива

C. Молекули володіють одночасно гідрофобними і гідрофільними групами

D. Метод розділення сумішей

E. Метод хроматографічного аналізу

3.     Вибрати із поданих прикладів катіоніт:

А. an ⁺OH^–

B. an ⁺СІ^–

C. an ⁺SO₄^2-

D. kat ^–H⁺

E. an ⁺Br ^–

4. На титрування розчину, який одержали після пропускання через Н-катіоніт 40 мл глюконату кальцію, затратили 8 мл 0,1 М розчину гідроксиду натрію (NаОН). Визначити вміст глюконату кальцію в пробі.

5. Водопровідна вода, пропущена через Н-катіоніт, має кислу реакцію і не містить іонів кальцію. Як це можна довести? Записати рівняння відповідних реакцій. Пояснити, чому в воді, яку пропустили через Н-катіоніт, немає іонів кальцію.

Вихідний рівень знань та вмінь перевіряється шляхом розв’язування ситуаційних задач з кожної теми, відповідями на тести та конструктивні запитання.

(наявність комплектів тестів і ситуаційних задач у викладача)

Студент повинен знати:

1. Поверхневий натяг як міра поверхневої енергії. Поверхнево-активні речовини. Правило Дюкло-Траубе. Рівняння Гіббса. Методи визначення поверхневого натягу

2. Явища сорбції. Залежність адсорбції від природи адсорбента та адсорбтива, від концентрації і температури. Адсорбція з розчинів.Залежність адсорбції розчинів від природи розчинника та розчиненої речовини. Правило полярності Ребіндера.

3. Фізико-хімічна суть іонообмінної адсорбції. Вибіркова адсорбція. Правило Пескова-Панета-Фаянса.Іоніти. Обмінна ємність іонітів. Поняття про хроматографію.

Студент повинен вміти:

1.      Вимірювати величину поверхневого натягу. Будувати ізотерму залежності поверхневого натягу від концентрації ПАР.

2.     Проводити адсорбцію забарвлених розчинів  на вугіллі.

3. Визначати повну обмінну ємність (ОЕ) катіоніту. Визначати вміст лікарської речовини в розчині методом іонообмінної адсорбції. Проводити знесолювання води за допомогою іонітів. Вміти Розділити іони Fе³⁺, Сu²⁺, Со²⁺ методом хроматографії на оксиді алюмінію.

 Відповіді на тести і ситуаційні задачі:

1.     B

2.     А

3.     D

4.     За умовою:

V (NaOH) = 8 мл;

С (NaOH) = 0,1 М;

V_{глюк.Са} = 40 мл

При пропусканні через Н катіони глюконату кальцію утворю­ється глюконова кислота, яку відтитровують лугом, масову частку глюконату кальцію розраховують за формулою:

        N_NaOH V _{NaOH  Еглюк.Ca} 100

w = —————————————

                   1000 ∙ V _{глюк.Са}

Е_{глюк.Са}  = 216

         8 мл 0,1 моль/л 216 100

w = ————————————— = 0,462 % .

                        1000 40 мл

5.     При пропусканні водопровідної води через Н-катіоніт відбува­ється іонний обмін між катіонітом та розчином, на катіоніті осідають катіони (Са²⁺, Мg²⁺) а в розчин переходить водень:

2 Н катіоніт + СаА₂ → Са(катіоніт)₂ + 2 НА

При додаванні до води, пропущеної через Н-катіоніт щавлевої кислоти, не випадають в осад кристали оксалату кальцію, а індика­тори (кислотно-основні) змінюють своє забарвлення (метилоран­жевий змінює забарвлення з оранжевого на червоний).

Джерела інформації:

Основні:

1.     Порецький А.В., Баннікова-Безродна О.В., Філіппова Л.В. Медична хімія: : Підручник. — К.: ВСВ “Медицина”, 2012. — 384 с.

2.     Музиченко В.П. Медична хімія Медицина (Київ). –  2010. –  496 с.

3.     Миронович Л.М. Медична хімія: Навчальний посібник. – Київ: Каравела, 2008. – 159 с.

4.     Медицинская химия: учебник / В. А. Калибабчук [и др.] ; ред. В. А. Калибабчук. – К.: Медицина, 2008. – 400 с.

5.     Калібабчук В.О.  Медична хімія: Підр.для вузів/В.О. Калібабчук, Л.І. Грищенко, В.І. Миронович Л.М., Мардашко О.О. Медична хімія: Навчальний посібник. – Київ: Каравела, 2007. – 168 с.

6.     Миронович Л. М. Медична хімія : навч. посібник / Л. М. Миронович, О. О. Мардашко. – К. : Каравела, 2007. – 168 с.

7.     Гомонай В.I., Голуб Н.П., Секереш К.Ю., Богоста А.С. Медична хімія (фізична, колоїдна та біонеорганична хімія). Посібник до лабораторного практикуму для студентів медичного факультету Ужгород. –  2007. –  131 с.

8.     Галинська та ін.; Під ред. В.О. Калібабчук.— K.: інтермед, 2006 — 460 с

9.      – Мороз А.С. Медична хімія : підручник /, Д.Д. Луцевич, Л.П. Яворська. – Вінниця : Нова книга .2000.- 776 с.

10.                        Орлов В.Д., Липсон В.В., Иванов В.В. Медицинская химия Издательство: Фолио. 2005. – 461с.

11.                        Граник В.Г.  Основы медицинской химии  Издательство: М.: Вузовская книга. –  2001. – 384 с.

12.                        http://intranet.tdmu.edu.ua/data/kafedra/internal/pharma_2/classes_stud/медична хімія/медичний факультет/1 курс/українська/адсорбція.

Додаткові:

1.     Равич-Щербо М.И., Новиков В.В., Физическая и коллоидная химия.-  М., – 1976.- С.41-59.

2.     Мороз А. С., Ковальова А. Г. Фізична та колоїдна хімія. Л. «Світ», 1994.

     Правила роботи в хімічній лабораторії (інструкція).

3.     Садовничая Л.П. и др. Биофизическая химия.- К., – 1986.- С.41- 59.

 

 

Методичну вказівку склала доц. Василишин Н. А., доц. Бекус І. Р., доц.. Кирилів М. В.

 

Обговорено і затверджено на засіданні кафедри

27 серпня 2013 р. протокол № 1