ЗАНЯТИЕ № 5
Тема: 1 . Растворы . Коллигативные свойства растворов .
2. Определение молекулярной массы лекарственного вещества методом криометрии . Осмометрии ( практическая работа № 5).
Цель: Научиться теоретически рассчитывать свойства растворов неэлектролитов известной концентрации и молярную массу растворенного вещества.
Профессиональная ориентация студентов
Растворы – одна из наиболее распространенных систем , встречающихся в природе . Все физиологические жидкости в организме человека является растворами . Почти все лекарственные препараты усваиваются организмом в растворенном состоянии . Растворы используют почти в каждом технологическом процессе . Большинство продуктов питания человека – растворы . Синтез и производство основной массы лекарственных препаратов осуществляется в растворах . Прогресс биологии , медицины и фармации значительной степени связан с развитием учения о растворах .
При исследовании свойств биополимеров предпочтение отдается криометричечкому методу, в котором во время измерения температуры не происходит изменений в структуре растворенных веществ и раствора. Так , ” осмотическую ” концентрацию биологических жидкостей (крови , лимфы , мочи), которую невозможно определить обычными методами количественного анализа, измеряют криометрическим методом. Криоскопический метод используют в фармации для определения молярной массы новых лекарств , а также для оценки изотонического концентрации.
Определение изменения температуры кипения водно – спиртовых смесей является фармакопейным методом качественного определения ловкости в этих смесях .
Базовый уровень знаний и умений студентов
Понятие о растворах, процесс растворения как физико-химический, коэффициент растворимости и способы выражения концентрации растворов. Строение и принцип действия термометра Бекмана. Закон Рауля и следствия из него.
Программа самоподготовки студентов
Подготовиться к занятию по материалам учебников и лекций, обратив внимание на следующие вопросы.
Тема 1. Растворы. Коллигативные свойства растворов.
1 . Понятия: раствор , растворитель , растворенное вещество .
2 . Классификации растворов .
3 . Растворимость твердых веществ в жидкостях . Факторы , которые на нее влияют .
4 . Растворимость газов в жидкостях и ее зависимость от давления (закон Генри – Дальтона) и температуры.
5 . Способы выражения состава растворов : массовая доля вещества в растворе , молярная , эквивалентная (нормальная) , моляльная концентрации и титр .
6 . Какие свойства растворов называются Коллигативные ?
7 . О чем свидетельствует изотонический коэффициент Вант – Гоффа? Когда возникает потребность его введения в расчетные формулы ?
Тема 2. Определение молекулярной массы лекарственного вещества методом криометрии . Осмометрия .
1. Повышение температуры кипения и понижение температуры кристаллизации разбавленных растворов нелетучих веществ .
2 . Осмос , осмотическое давление растворов .
3 . Значение осмоса в биологических процессах .
4. Какие лекарственные растворы называют изо – , гипо – , гипертоническими?
5 . Как используют криоскопическая метод для определения молекулярной массы лекарственного вещества ?
Информационная часть к практической работе № 5 ” Определение молекулярной массы лекарственного вещества методом криометрии . Осмометрия“
Метод исследования свойств разбавленных растворов , основанный на измерении понижения температуры их замерзания , называется криометрией.
Растворитель в растворе замерзает при более низкой температуре , чем чистый растворитель. Понижение температуры замерзания раствора Δtз = t0з – tз растет с увеличением концентрации раствора. Понижение температуры замерзания пропорционально моляльной концентрации растворенного вещества m :
Δtз = КCm . ( 1 )
где К – криоскопическая стала .
Если моляльную концентрацию выразить через массы растворителя m1 и растворенного вещества m2 , то
, (2)
где М2 – молярная масса растворенного вещества.
Учитывая формулу (1), получаем
(3)
и находим М2:
. (4)
Уравнение (4) позволяет определить молярную массу растворенного вещества (неэлектролита) по снижению температуры замерзания раствора. Точность определения массы моля в криометрическом методе зависит главным образом от точности измерения температуры. Вследствие необходимости использования разбавленных растворов (m до 0.3 моль / кг), значение снижения температуры замерзания не превышают нескольких десятых долей градуса. Поэтому при выполнении работы пользуются термометром Бекмана.
Осмотическое давление разбавленных растворов определяют по уравнению Вант-Гоффа:
π = СRT, (5)
где С – молярная концентрация раствора.
Для разбавленных водных растворов молярную концентрацию можно приравнять к Моляльная. Из криометрических измерений имеем:
. (6)
Подставляя это выражение в уравнение (5), получаем:
. (7)
Методика выполнения практической работы № 5 “Определение молекулярной массы лекарственного вещества методом криометрии. осмометрии “
Измеряют температуры замерзания растворителя и раствора электролита (по указанию преподавателя).
Для определения температуры замерзания растворителя t0 , с и раствора t1 , из собирающих систему для криометричних измерений ( рис. 1).
Стакан ( 4 ) заполняют охлаждающей смесью , приготовленной из льда (или снега) , соли и небольшого количества воды (температура -5 – 7 ° С ) . В пробирку (7) наливают дистиллированную воду и охлаждают до температуры , близкой к температуре замерзания растворителя ( контроль за техническим термометром ) . После этого в нее опускают предварительно настроен на 00С термометр Бекмана (3) , причем нижний резервуар термометра Бекмана должен быть полностью погружен в воду.
Внимание ! При проведении криометрических измерений:
а ) термометр Бекмана настроить при температуре 0 ° С по равновесной системе вода – лед . При этом уровень ртути в капилляре должен быть в верхней части шкалы ;
б) между измерениями термометр Бекмана должен находиться в вертикальном положении в сосуде со льдом ( при 0 ° С ) .
Затем пробирку ( 7 ) с термометром ( 3) и мешалкой ( 2 ) опускают в рубашку ( 5) и помещают в охлаждающую смесь. Перемешивая растворитель мешалкой, наблюдают за показаниями термометра. В результате переохлаждения температура падает ниже температуры замерзания растворителя , но после появления кристаллов выделяется теплота кристаллизации и ртуть начинает быстро подниматься по капилляру термометра Бекмана и устанавливается на постоянном уровне. Достигнута в этом случае максимальная постоянная температура принимается по t0 , с .
Затем вынимают внутреннюю пробирку вместе с термометром с охлаждающей смеси , расплавляют кристаллы , нагревая пробирку рукой и повторяют определения t0 , с несколько раз (не менее трех ) до получения воспроизводимых результатов. Расхождение между отдельными измерениями t0 , с не должна превышать ± 0,005 ° С. Аналогично определяют температуру замерзания исследуемого раствора tз (по указанию преподавателя) . Результаты опыта заносят в таблицу .
Таблица
Температура замерзания tз, град. |
Dtз, град. |
|
Растворитель |
Исследуемый раствор растворин |
|
|
|
|
Обработка экспериментальных данных
1. На основании экспериментальных данных рассчитывают значение
Dtз = t0, з – tз.
2. Рассчитывают молярную массу неэлектролита по уравнению (4).
3. Рассчитывают относительную погрешность измерения:
δ% = .
4. Рассчитывают осмотическое давление при температуре опыта (273 К) по уравнению (7).
5. Делают вывод о изотоничности исследуемого раствора плазме крови (πкрови = 7.85∙105 Па).
Ситуационные задачи
1 . Для инъекций используют ампулы, содержащие 10 мл водного раствора CaCl2 10 %. Рассчитайте молярные доли компонентов , моляльность и молярную концентрацию этого раствора . Определите массы воды и хлорида кальция , необходимые для изготовления 500 ампул . Плотность указанного раствора при комнатной температуре равна
2 . Давление насыщенного пара воды при 100ОС составляет 1,013 ∙ 105 Па . Вычислите давление насыщенного пара водного раствора мочевины CO(NH2)2 при той же температуре , если массовая доля мочевины в растворе 10 %.
3 . Рассчитайте температуру кипения и замерзания раствора, содержащего
4 . Раствор
5 . Определите криоскопическую постоянную бензола , если температура замерзания чистого бензола 278,65 К , а температура замерзания раствора 278,02 К. Раствор содержит
6 . При какой температуре осмотическое давление бензольного раствора объемом
7 . Какова должна быть концентрация раствора глюкозы , чтобы этот раствор был при 18оС изотоническим раствора, содержащего 0,5 моль / л хлорида кальция , если степень диссоциации последнего равна 65,4 % ?
Исходный уровень знаний и умений студентов
Студент должен знать:
1. Способы выражения состава растворов.
2. Коллигативные свойства растворов.
3. Закон Рауля и следствия из него.
4. Значение осмотического давления плазмы крови.
5. Процентная концентрацию физиологических растворов хлорида натрия и глюкозы.
Студент должен уметь:
1. Рассчитывать давление насыщенного пара над раствором, температуры кипения и замерзания растворов, осмотическое давление растворов.
2. Выполнять криометричний метод измерения.
Источники информации:
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.
5. Материалы сайта http://www.tdmu.edu.te.ua/