Методична вказівка для студентів

(медичний факультет, спеціальність “здоров'я людини”)

ЗАНЯТТЯ № 5 (практичне – 6 год.)

Теми: 1. Дисперсні системи. Колоїдні розчини та їх властивості. Добування очистка колоїдних розчинів. Електрофорез. Електроосмос(2 год.)

2. Коагуляція золю електролітами. Визначення порогів коагуляції (2 год.).

3. Високомолекулярні сполуки (ВМС): властивості ВМС та їх розчинів, захисна дія на колоїдні розчини. Набухання та розчинення полімерів (3 год.).

Мета: Ознайомитись з явищами електрофорезу та електроосмосу. Вивчити закономірності коагуляції золів електролітами та визначити пороги коагуляції. Добути розчини високомолекулярних сполук (ВМС) та вивчити їх захисну дію на колоїдні розчини. Дослідити вплив електролітів і рН на ступінь набухання ВМС, визначити тепловий ефект (поглинання, чи виділення тепла) процесу набухання.

Професійна орієнтація студентів. Знання колоїдної хімії для біолога і лікаря має особливе значення. Ця наука вивчає властивості і зміни, що відбуваються під дією різних факторів в системах, які складаються з високомолекулярних і високодисперсних речовин. До них належать найбільш важливі в біологічному плані речовини - білки, полісахариди, багато ліпідів і т.д. Багато процесів, що перебігають в клітинах, тканинах і органах, відбуваються з речовинами, які перебувають в колоїдному стані. Характерні зміни колоїдних систем (набухання, коагуляція) постійно відбуваються в організмі, тісно зв’язані з обміном речовин і проявом функцій живих тканин.

Однією з дисперсних систем є кров, яку можна розглядати як емульсію. Форменні елементи крові - еритроцити, лейкоцити і тромбоцити - є дисперсною фазою, а плазма - дисперсійним середовищем. Плазма є більш високодисперсною системою. Дисперсну фазу в ній утворюють білки, ферменти, гормони. Для дисперсних фаз крові притаманні процеси коагуляції. Еритроцити - досить крупні частинки, в нормальному стані вони седиментують з певною швидкістю, яка в клінічних аналізах називається скорочено ШОЕ (швидкість осідання еритроцитів). При наявності патології біохімічний склад крові змінюється, еритроцити адсорбують крупні молекули g-глобулінів, фібриногену і стають більшими та важчими, тому ШОЕ збільшується. Коагуляційні явища проявляються в процесі зсідання крові. В клініках часто користуються коагулограмами (сукупність аналізів по здатності крові до зсідання і антикоагуляційної здатності). Електрофорез широко застосовують у медицині (при введенні лікарських препаратів, для розділення білків).

За принципом компенсаційного діалізу працює апарат “штучна нирка”, який тимчасово бере на себе функцію хворої нирки.

Програма самопідготовки студентів

І. Тема №1 Дисперсні системи. Колоїдні розчини та їх властивості. Добування очистка колоїдних розчинів.

1. Класифікація дисперсних систем за ступенем дисперсності та агрегатним станом. Ліофільні та ліофобні колоїдні розчини.

2. Одержання колоїдних розчинів методами диспергування і конденсації.

3. Способи очистки колоїдних розчинів: діаліз, електродіаліз, компенсаційний діаліз, вівідіаліз, гемодіаліз. Апарат “штучна нирка”. Ультрафільтрація.

4. Будова колоїдних частинок(міцел): ядро, гранула, міцела.

5. Молекулярно-кінетичні властивості колоїдних систем (броунівський рух, дифузія, осмотичний тиск).

6. Оптичні властивості колоїдних систем. Розсіювання світла. Ультрамікроскопія.

7. Електротермодинамічний та електрокінетичний потенціал колоїдної частки.

8. Електрофорез і електроосмос. Застосування електрофорезу.

ІІ Тема №2. Коагуляція золю електролітами. Визначення порогів коагуляції.

1. Кінетична та агрегативна стійкість дисперсних систем. Фактори стійкості золів.

2. Коагуляція. Механізм коагулюючої дії електролітів. Правило Шульце-Гарді. Поріг коагуляції.

3. Кінетика коагуляції. Теорія коагуляції Дерягіна-Ландау.

4. Коагуляція в біологічних системах. Колоїдний захист.

III. Тема №3. Високомолекулярні сполуки (ВМС): властивості ВМС та їх розчинів, захисна дія на колоїдні розчини. Набухання та розчинення полімерів (3 год.).

1. Поняття про високомолекулярні сполуки, їх будову та добування.

2. Високомолекулярні сполуки (ВМС) - основа живих організмів. Біополімери. Білки.

3. Властивості розчинів ВМС (подібніть до істинних розчинів, до колоїдних розчинів та специфічні властивості).

4. Колоїдний захист. “Захисне число”. Біологічне значення колоїдного захисту.

5. Розчинення і набухання ВМС . Ступінь набухання. Чинники набухання.

6. Вплив електролітів і рН на набухання білків ВМС. Теплові ефекти при набуханні.

7. Поняття про гелі і драглі..

Методика виконання практичної роботи ( 9⁰⁰ – 12⁰⁰).

І. Тема №1. Дисперсні системи. Колоїдні розчини та їх властивості. Добування очистка колоїдних розчинів.

Робота 1. Одержання золю гідроксиду заліза за реакцією гідролізу.

В конічній колбі довести до кипіння 50 мл дистильованої води і поступово невеликими порціями при перемішуванні скляною паличкою додати 5 мл розчину FеС1₃ (w=5%). Що спостерігаєте? Запишіть будову міцели одержаного золю.

Робота 2. Очистка золю гідроксиду заліза шляхом діалізу.

Одержаний в роботі 1 золь Fе(ОН)₃ помістити в лійку, обтягнуту целофановою плівкою, яка виконує роль напівпроникної мембрани. Лійку з розчином помістити в склянку з гарячою дистильованою водою. Через 15-20 хв. відібрати по 1-2 мл води у дві пробірки. В одну з пробірок додати 2-3 краплі розчину нітрату срібла, в іншу - 2-3 краплі розчину жовтої кров’яної солі. Зробіть висновок про те, які частинки проникають через мембрану, а які ні. Чому?

Робота 3. Одержання золю йодиду срібла реакцією подвійного обміну.

а) з надлишком йодиду калію. До 10 мл розчину КI (0,002 моль/л) додати 1 мл розчину АgNО₃ (0,01 моль/л).

б) з надлишком нітрату срібла. До 5 мл розчину К1 (0,002 моль/л) додати 2 мл розчину АgNО₃ (0,01 моль/л). Запишіть рівняння реакції і будову міцели одержаного золю в обох випадках.

Робота 4. Одержання золю берлінської блакиті реакцією подвійного обміну.

а) з надлишком жовтої кров’яної солі. До 10 мл розчину К₄[ Fе(СN)₆ ] (w = 0,01%) додати 2-3 краплі розчину FеС1₃(w= 2%).

б) з надлишком хлориду заліза (ІІІ). До 10 мл розчину FеС1₃ (w=2%) додати 2 мл розчину К₄ [Fе(СN)₆ ( w = 0,01%). Записати рівняння реакції обміну та будову міцели в обох випадках.

Робота 5. Одержання гідрозолю фенолфталеїну методом заміни розчинника.

До 1 мл дистильованої води у пробірці додати по краплях при постійному перемішуванні спиртовий розчин фенолфталеїну до появи опалесценції. Продовжити додавати розчин фенолфталеїну до зникнення опалесценції. В цьому досліді, в результаті зниження розчинності фенолфталеїну у воді, виникає конденсаційний процес і утворюєься білий золь. По мірі збільшення кількості спирту починається зворотній процес переходу золю в істинний розчин.

Робота 6. Визначення знаку заряду золів і барвників методом капілярності.

На аркуш фільтрованого паперу нанести краплю досліджуваного золю або розчину барвника: фуксину, еозину, метиленової сині, конго червоного. Описати явища, які спостерігаються і пояснити результати дослідів. Врахувати, що волокна целюлози, з яких складається папір, при змочуванні водою, заряджуються негативно. Аркуш фільтрованого паперу з нанесеними плямами досліджуваних розчинів підклеїти в протокол.

ІІ Тема №2. Коагуляція золю електролітами. Визначення порогів коагуляції.

Робота 7. Вивчення коагуляції золю гідроксиду заліза (ІІІ) при дії електролітів.

Використовують розчини електролітів: КС1, концентрація 3 моль/л, К₂SО₄ концентрація 0,01 моль/л, К₃ [Fе(СN)₆], концентрація 0,001 моль/л. Потрібно взяти 12 пробірок і розмістити в штативі у три ряди (по 4 пробірки у кожному ряді). В кожну пробірку налити по 5 мл золю гідроксиду заліза (ІІІ). В пробірки першого ряду додати дистильовану воду і розчин КС1 в об’ємах, вказаних у таблиці 1. В пробірки другого ряду додати воду і розчин К₂SО₄, в пробірки третього ряду - воду і розчин К₃ [Fе(СN)₆].

Розчин у кожній пробірці перемішати і залишити на 1 год. Відмітити, чи спостерігається коагуляція (помутніння) або седиментація (осадження). Спостереження записати у таблицю 1.

Таблиця 1

№ з/п	Золь Fе(ОН)₃, мл	Вода дист.,мл	Розчин електроліту, мл	Коагуляція через 1 год.			Седиментація через 1 год.
№ з/п	Золь Fе(ОН)₃, мл	Вода дист.,мл	Розчин електроліту, мл	КС1	К₂SО₄	К₃[Fе(СN)₆]	КС1	К₂SО₄	К₃[Fе(СN)₆]
1	5	4,5	0,5
2	5	4,0	1,0
3	5	3,0	2,0
4	5	1,0	4,0

Для кожного електроліту розрахувати пороги коагуляції за формулою:

де С - молярна концентрація електроліту, моль/л

V - найменший об’єм (мл) електроліту, який викликає коагуляцію. Одержані результати занести в таблицю 2.

Таблиця 2

Електроліт	Коагулюючий іон	Поріг коагуляції	Коагулююча здатність
КС1
К₂SО₄
К₃ [Fе(СN)₆]

ІII. Тема №3. ВМС: властивості ВМС та їх розчинів. Розчини високомолекулярних сполук та їх захисна дія. Набухання та розчинення полімерів.

Робота 8. Вивчення захисної дії розчинів високомолекулярних сполук.

Відміряти в чотири пробірки по 5 мл золю Fе(ОН)₃. У другу пробірку долити 1 мл 0,5 % розчину желатини, у третю - 1 мл 0,5 % розчину крохмалю, у четверту - 1 мл 0,5 % розчину яєчного альбуміну. Потім розчин у кожній пробірці титрувати 0,15 М розчином К₂SО₄ до перших ознак коагуляції (легке помутніння).

Результати записати в таблицю.

Таблиця 3.

Взято золю	Витрачено К₂SО₄ на коагуляцію, мл
Fе(ОН)₃, мл	без ВМС	У присутності желатину	У присутності крохмалю	У присутності яєчного альбуміну
5 мл

Робота 9. Вплив рН на набухання

В три мірні пробірки вносять по 0.5 г порошку желатину (висота осаду 1 см). В одну пробірку наливають 8 мл 0,1н НСІ, в другу – 8 мл 0,1 М NаОН, а в третю – по 4 мл 0,5 М СН₃СООН (К_д = 1.75 _* 10^-5) і СН₃СООNа. рН розчинів, що додаємо повинен бути попередньо виміряний. Вміст пробірок перемішують і залишають на 1 годину (протягом цього часу розчини періодично перемішують). Після 1 години вимірюють висоту гелю, що набух. Пояснити залежність ступеня набухання желатину від рН (рН желатину 4,7).

Робота 10. Виділення теплоти при набуханні.

В колбу помістити 5 мл води (попередньо виміряти температуру води) і 5 г сухого крохмалю. Потім у суміш занурити термометр і виміряти температуру. Пояснити причини зміни температури.

СЕМІНАРСЬКЕ ОБГОВОРЕННЯ ТЕОРЕТИЧНИХ ПИТАНЬ (12³⁰ – 14⁰⁰)

Зразки тестових завдання та ситуаційних задач.

5. Написати будову міцели золю ВаSО_4,одержаного при змішуванні 1л 0,0001 М розчину Н₂SО₄ і 1 л 0,001 М розчину ВаС1₂.

6. Пороги коагуляції електролітів для золю Fе(ОН)₃ такі: С_КС1 = 64 ммоль/л, С_Nа2SО4 = 0,1 ммоль/л. Визначити заряд гранули.

7. Для гідрозолю, одержаного змішуванням розчинів ВаС!₂ і Nа₂SО₄ встановлено такі пороги коагуляції: С_NаNо₃ = 300 ммоль/л, С_А1С13 = 0,5 ммоль/л, С_МgС12 = 25 ммоль/л. Який заряд гранули? Написати будову міцели.

8. Білок масою 10 г занурили у воду і через певний час після набухання витягнули і зважили. Маса білка після набухання 16 г. Визначити ступінь набухання.

Відповіді на тести і ситуаційні задачі:

1. 6 г. 2. А. 3. А. 4. В. 5. Е

1. {[mBaSO₄]nBa²⁺ 2(n-х) Cl^–}^2x+ 2xCl^–

2. Коагулюючі іони: Сl^–, SO₄^2–;Заряд гранули “+”

^3.Коагулюючі іони: Na⁺, Мg^2+, Al^3+;Заряд гранули “ – ”;

{[mBaSO₄]nSO₄^2– 2(n-х) Na⁺}^2x–2xNa⁺

Вихідний рівень знань та вмінь

Студент повинен знати:

1. Класифікація дисперсних систем. Значення дисперсних систем.

2. Будова колоїдних часток.

3. Будова міцели золю.

4. Правило Шульце-Гарді. Поріг коагуляції.

5. Суть електрофорезу та електроосмосу.

Студент повинен вміти:

1. Проводити коагуляцію золів електролітами. Розраховувати пороги коагуляції

2. Розв’язувати задані на визначення заряду гранул золю за порогами коагуляції.

3. Визначати заряд гранул золів і барвників методом капілярності.

4. Одержувати колоїдні розчини за реакціями гідролізу, обміну і методом зміни розчинника.

5. Записувати формули міцел золів.

Джерела інформації:

Основні: :

1. http://intranet.tdmu.edu.ua/ На допомогу студентам /Презентації лекцій /Кафедра загальної хімії/ Українська / медичний факультет / здоров’я людини/ повний термін навчання/ медична хімія/ 1 курс/ 05. Дисперсні системи. Колоїдні розчини.

2. http://intranet.tdmu.edu.ua/ На допомогу студентам /Матеріали підготовки до практичних занять /Кафедра загальної хімії/ Українська / медичний факультет / здоров’я людини/ повний термін навчання/ медична хімія/ 1 курс/ 05. Дисперсні системи. Колоїдні розчини.

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

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

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

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

7. 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.

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

9. 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.

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

11. Мороз А.С. Медична хімія : підручник /, Д.Д. Луцевич, Л.П. Яворська. - Вінниця : Нова книга, 2006. - 776 с.

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

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

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.

3. Правила роботи в хімічній лабораторії (інструкція).

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

Методичну вказівку склали. доц. Бекус І.Р., доц. Кирилів М. В.

Обговорено і затверджено на засіданні кафедри

„ 27 ” серпня 2013 р. протокол № 1.