ЗАНЯТТЯ № 5

Тема: 1. Розчини. Колігативні властивості розчинів.

2. Визначення молекулярної маси лікарської речовини методом кріометрії. Осмометрія (практична робота № 5).

Мета: Навчитись теоретично розраховувати властивості розчинів неелектролітів відомої концентрації та молярну масу розчиненої речовини.

Професійна орієнтація студентів

Розчини — одна з найбільш розповсюджених систем, що зустрічаються в природі. Усі фізіологічні рідини в організмі людини є розчинами. Майже всі лікарські препарати засвоюються організмом у розчиненому стані. Розчини використовують майже в кожному технологічному процесі. Більшість продуктів харчування людини – розчини. Синтез і виробництво основної маси лікарських препаратів здійснюється в розчинах. Прогрес біології, медицини і фармації значною мірою пов’язаний з розвитком вчення про розчини.

При дослідженні властивостей біополімерів перевагу надають кріометричному методу, в якому під час вимірювання температури не відбувається змін у структурі розчинених речовин та розчину. Так, “осмотичну” концентрацію біологічних рідин (крові, лімфи, сечі), яку неможливо визначити звичайними методами кількісного аналізу, вимірюють кріометричним методом. Кріоскопічний метод використовують у фармації для визначення молярної маси нових ліків, а також для оцінки ізотонічної концентрації.

Визначення зміни температури кипіння водно-спиртових сумішей є фармакопейним методом якісного визначення сприту в цих сумішах.

Базовий рівень знань та вмінь студентів

Поняття про розчини, процес розчинення як фізико-хімічний, коефіцієнт розчинності та способи вираження концентрації розчинів. Будова та принцип дії термометра Бекмана. Закон Рауля та наслідки з нього.

Програма самопідготовки студентів

Підготуватись до заняття за матеріалами підручників і лекцій, звернувши увагу на такі питання.

Тема 1. Розчини. Колігативні властивості розчинів.

1.     Поняття: розчин, розчинник, розчинена речовина.

2.     Класифікації розчинів.

3.     Розчинність твердих речовин в рідинах. Фактори, які на  неї впливають.

4.     Розчинність газів у рідинах та її залежність від тиску (закон Генрі-Дальтона) і температури.

5.     Способи вираження складу розчинів: масова частка речовини в розчині, молярна, еквівалентна (нормальна), моляльна концентрації та титр.

6.     Які властивості розчинів називаються колігативними?

7.     Про що свідчить ізотонічний коефіцієнт Вант-Гоффа? Коли виникає потреба його введення у розрахункові формули?

Тема 2. Визначення молекулярної маси лікарської речовини методом кріометрії. Осмометрія.

1.     Підвищення температури кипіння і зниження температури кристалізації розведених розчинів нелетких речовин.

2.     Осмос, осмотичний тиск розчинів.

3.     Значення осмосу в біологічних процесах.

4.      Які лікарські розчини називають ізо–, гіпо-, гіпертонічними?

5.      Як використовують кріоскопічний метод для визначення молекулярної маси лікарської речовини?

Інформаційна частина до практичної роботи № 5 „Визначення молекулярної маси лікарської речовини методом кріометрії. Осмометрія”

Метод дослідження властивостей розведених розчинів, заснований на вимірюванні пониження температури їх замерзання, називається кріометрією.

Розчинник у розчині замерзає при більш низькій температурі, ніж чистий розчинник.Зниження температури замерзання розчину ∆t_з = t_0з – t_з росте зі збільшенням концентрації розчину. Зниження температури замерзання пропорційне моляльній концентрації розчиненої речовини m:

∆t_з = КC_m.,                                               (1)

де К – кріоскопічна стала.

Якщо моляльну концентрацію розчину виразити через маси розчинника m₁ і  розчиненої речовини m₂, то  ,                             (2)

де М₂ – молярна маса розчиненої речовини.

         Враховуючи формулу (1), отримуємо

                                               (3)

і знаходимо М₂:

.                                              (4)

Рівняння (4) дозволяє визначити молярну масу розчиненої речовини (неелектроліту) за зниженням температури замерзання розчину. Точність визначення маси моля в кріометричному методі залежить головним чином від точності вимірювання температури. Внаслідок необхідності використання розведених розчинів (m до 0.3 моль/кг), значення зниження температури замерзання не перевищують кількох десятих долей градуса. Тому при виконанні роботи користуються термометром Бекмана.

Осмотичний тиск розведених розчинів визначають за рівнянням Вант-Гоффа:

π = СRT,                               (5)

де С – молярна концентрація розчину.

Для розведених водних розчинів молярну концентрацію можна прирівняти до моляльної. З кріометричних вимірювань маємо:

.                             (6)

Підставляючи цей вираз в рівняння (5), одержуємо:

.                                     (7)

Методика виконання практичної роботи № 5 „Визначення молекулярної маси лікарської речовини методом кріометрії. Осмометрія”

Вимірюють температури замерзання розчинника і розчину електроліту (за вказівкою викладача).

Для визначення температури замерзання розчинника t_0,з і розчину t_1,з збирають систему для кріометричних вимірів (рис. 1).

Склянку (4) заповнюють охолоджуючою сумішшю, приготованою з льоду (чи снігу), солі і невеликої кількості води (температура –5 – –7°С). У пробірку (7) наливають дистильовану воду і охолоджують до температури, близької до температури замерзання розчинника (контроль за технічним термометром). Після цього в неї опускають попередньо налаштований на 0⁰С термометр Бекмана (3), при чому нижній резервуар термометра Бекмана повинний бути цілком занурений у воду.

Увага! При проведенні кріометричних вимірів:

а) термометр Бекмана настроїти при температурі 0°С по рівноважній системі вода – лід. При цьому рівень ртуті в капілярі повинний бути у верхній частині шкали;

б) між вимірами термометр Бекмана повинний знаходитися у вертикальному положенні в посудині з льодом (при 0°С).

Потім пробірку (7) з термометром (3) і мішалкою (2) опускають у сорочку (5) і поміщають в охолоджуючу суміш. Перемішуючи розчинник мішалкою, спостерігають за показами термометра. Внаслідок переохолодження температура падає нижче температури замерзання розчинника, але після появи кристалів виділяється теплота кристалізації і ртуть починає швидко підніматися по капіляру термометра Бекмана і встановлюється на постійному рівні. Досягнута в цьому випадку максимальна постійна температура приймається за t₀,_з.

Потім виймають внутрішню пробірку разом з термометром з охолоджуючої суміші, розплавляють кристали, нагріваючи пробірку рукою і повторюють визначення t_0,з кілька разів (не менш трьох) до одержання відтворених результатів. Розбіжність між окремими вимірами t_0,з не повинна перевищувати ±0,005°С. Аналогічно визначають температуру замерзання досліджуваного розчину t_з (за вказівкою викладача). Результати досліду заносять у таблицю.

Таблиця

Обробка експериментальних даних

1.     На підставі експериментальних даних розраховують значення

Dt_з = t_{0, з} – t_з.

2.     Розраховують молярну масу неелектроліту за рівнянням (4).

3.     Розраховують відносну похибку вимірювання:

δ% = .

4.     Розраховують осмотичний тиск при температурі досліду (273 К) за рівнянням (7).

5.     Роблять висновок про ізотонічність досліджуваного розчину плазмі крові (π_крові = 7.85∙10⁵ Па).

Ситуаційні задачі

1.     Для внутрішньовенних ін’єкцій використовують ампули, що містять 10 мл водного розчину CaCl₂ з масовою часткою 10 %. Розрахуйте молярні частки компонентів, моляльність і молярну концентрацію цього розчину. Визначте маси води і хлориду кальцію, необхідні для виготовлення 500 ампул. Густина вказаного розчину при кімнатній температурі дорівнює 1,09 г/мл.

2.     Тиск насиченої пари води при 100^ОС складає 1,013∙10⁵ Па. Обчисліть тиск насиченої пари водного розчину сечовини CO(NH₂)₂ при тій же температурі, якщо масова частка сечовини у розчині складає 10 %.

3.     Технічна оцтова кислота замерзає при 16,4^ОС. Температура замерзання чистої оцтової кислоти 16,7^ОС, її кріоскопічна стала дорівнює 3,9. Визначте концентрацію домішок в технічній оцтовій кислоті.

4.     Розрахуйте температуру кипіння і замерзання розчину, що містить 20 г сахарози у 400 г води.

5.     Розчин 1,05 г неелектроліту в 30 г води замерзає при – 0,7^ОС. Обчисліть молярну масу неелектроліту.

6.     Визначте кріоскопічну сталу бензолу, якщо температура замерзання чистого бензолу 278,65 К, а температура замерзання розчину 278,02 К. Розчин містить 0.312 г нафталіну в 20 г бензолу. Розрахуйте відносне зниження тиску насиченої пари бензолу над цим розчином.

7.     При якій мінімальній температурі можна зберігати водний розчин з масовою часткою новокаїну 0.25 %, який застосовують в хірургії для інфільтраційної анестезії, щоб він не замерзав? Молярна маса новокаїну 272,8 г/моль. Який об’єм розчину новокаїну зазначеної концентрації можна ввести хворому на початку операції, якщо вища разова доза для дорослих становить 1,25 г. Густину розчину прийміть рівною 1 г/мл.

8.     Визначте склад суміші камфори С₁₀Н₁₆О і сечовини (NН₂)₂СО, виходячи з таких даних: кріоскопічна стала камфори 40; її температура плавлення 178,4ºС, а суміш камфори і сечовини плавиться при 171,55ºС.

9.     При якій температурі осмотичний тиск бензольного розчину об‘ємом 3 л, що містить 18,6 г аніліну, досягне 2,84∙10⁵ Па?

10. Яка повинна бути концентрація розчину глюкози, щоб цей розчин був при 18^ОС ізотонічним розчину, що містить 0,5 моль/л хлориду кальцію, якщо ступінь дисоціації останнього дорівнює 65,4 %?

11. Розрахуйте ізотонічну концентрацію (%) фізіологічного розчину NaCl, застосовуваного для ін’єкцій, якщо осмотичний тиск плазми крові людини становить 7,7·10⁵ Па при 310 К, а ізотонічний коефіцієнт Вант-Гоффа для NaCl дорівнює 1,86. Густина розчину 1 г/мл.

Вихідний рівень знань та вмінь студентів

Студент повинен знати:

1.     Способи вираження складу розчинів.

2.     Колігативні властивості розчинів.

3.     Закон Рауля та наслідки з нього.

4.     Значення осмотичного тиску плазми крові.

5.     Процентну концентрацію фізіологічних розчинів хлориду натрію та глюкози.

Студент повинен вміти:

1.     Розраховувати тиск насиченої пари над розчином, температури кипіння і замерзання розчинів, осмотичний тиск розчинів.

2.     Виконувати кріометричний метод вимірювання.

Джерела інформації:

Основні:

1.       Мороз А.С., Яворська Л.П., Луцевич Д.Д. та ін. Біофізична та колоїдна хімія. – Вінниця: Нова книга, 2007. – 600 с.

2.       Кабачний В.І., Осипенко Л.К., Грицан Л.Д. та ін. Фізична та колоїдна хімія – Х.: Прапор, В-во УкрФА, 1999. – 368 с.

3.       Кабачний В.І., Осипенко Л.К., Грицан Л.Д. та ін. Фізична та колоїдна хімія. Збірник задач. – Х.: Золоті сторінки, 2001. – 207 с.

4.       Вовокотруб Н.П., Смик С.Ю., Бойко Р.С. Практикум з фізичної та колоїдної хімії. Електронний навчальний посібник, 2002. – 257 с.

5.       Мороз А.С., Ковальова А.Г. Фізична та колоїдна хімія. – Львів: Світ, 1994. –  280 с.

6.       Матеріали сайту http://www.tdmu.edu.te.ua/

Додаткові:

1.     Евстратова К.И., Купина И.А., Малахова Е.Е. Физическая химия. – М.: Высшая школа, 1990. –  487с.

2.     Красовский И.В., Вайль Е.И., Безуглый В.Д. Физическая и коллоидная химия. – К.: Вища школа., 1983. – 345 с.

3.     Амирханова Н.А., Беляева Л.С., Белоногов В.А. Задачник по химии. – Уфа: Изд-во УГАТУ, 2002. – 117 с.

4.     Бугреева Е.В., Евстратова К.И.,  Купина Н.А. Практикум по физической и коллоидной химии. – М.: Высш. шк., 1990. – 255 с.

 

 

 

Методичні вказівки обговорені і затверджені:

на засіданні кафедри:

 “5”  червня 2013 р., протокол № 1

Завідувач кафедри загальної хімії                               д.б.н., Фальфушинська Г.І.

 

 

на засіданні циклової методичної комісії

з фармацевтичних дисциплін “18” червня 2013 р., протокол № 5

 

Голова циклової методичної комісії                                  проф. Соколова Л.В.