- •1. Предметы и методы химической термодинамики. Термодинамические системы, параметры, функции.
- •2. Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия. Энтальпия. Закон Гесса и термохимические расчеты.
- •3. Второе начало термодинамики. Энтропия. Энергия Гиббса.
- •4. Химический потенциал. Термодинамические условия равновесия, прогнозирование направления самопроизвольных процессов. Энтальпийный и энтропийный факторы.
- •Внутренняя энергия
- •Энтальпия
- •Энергия Гельмгольца
- •Энергия Гиббса
- •5. Обратимые и необратимые по направлению реакции. Понятие о химическом равновесии. Константа химического равновесия и способы ее выражения. Принцип Ле-Шателье.
- •6. Роль растворов в жизнедеятельности организмов. Термодинамика растворения: энтропийный и энтальпийный факторы растворения, их связь с механизмом растворения.
- •7. Растворимость газов в жидкостях. Законы Дальтона, Генри, Сеченова. Растворимость газов в крови.
- •Роль диффузии в процессах переноса веществ в биологических системах
- •8. Слабые электролиты. Константа и степень диссоциации. Закон разведения Оствальда.
- •9. Основные положения теории сильных электролитов. Активность и коэффициент активности. Ионная сила раствора. Электролиты в организме человека.
- •10. Коллигативные свойства растворов. Закон Рауля. Осмос и осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа.
- •Температура кипения разбавленных растворов
- •Криоскопическая и эбулиоскопическая константы
- •Осмос. Осмотическое давление разбавленных растворов
- •11. Коллигативные свойства растворов электролитов. Изотонический коэффициент, его физический смысл. Гипо-, гипер- и изотонические растворы. Роль осмоса в биосистемах. Плазмолиз и гемолиз.
- •12. Ионное произведение воды. Водородный показатель рН.
- •13. Буферные системы, их классификация и механизм действия. Уравнение Гендерсона-Гассельбаха. Буферная емкость.
- •I и II типы буферных систем
- •14. Буферные системы крови и сравнительная величина их буферной емкости. Понятие о кислотно-щелочном равновесии.
- •Кислотно-щелочное состояние.
- •15. Комплексные соединения, их изомерия, классификация и номенклатура.
- •1)По заряду комплекса: катионные, анионные и нейтральные комплексы.
- •2)По количеству комплексообразователей
- •3)По типу лиганда
- •4)По химическим свойствам: кислоты, основания, соли, неэлектролиты:
- •5)По количеству мест, занимаемых лигандом в координационной сфере
- •17. Предмет и методы химической кинетики. Скорость и константа скорости химической реакции. Закон действующих масс. Зависимость скорости реакции от температуры.
- •18. Простые и сложные реакции. Виды сложных реакций. Цепные фотохимические реакции. Роль фотохимических реакций в биологии и медицине.
- •19. Молекулярность и порядок химической реакции. Кинетические уравнения для реакции 0- и 1-го порядка. Энергия активации. Уравнение Аррениуса и энергетическая диаграмма реакции.
- •20. Основные положение теории активных соударений и теории переходного комплекса.
- •21. Гомогенный и гетерогенный катализ. Кислотно-основный катализ и роль в процессах метаболизма. Стадии гетерогенного катализа.
- •22. Ферментативный катализ.
- •23. Электродные потенциалы и механизм их возникновения. Строение двойного электрического слоя.
- •24. Уравнение Нернста для электродного потенциала и гальванического элемента.
- •25. Гальванический элемент Даниэля-Якоби. Принцип действия, эдс.
- •26. Классификация электродов. Электроды сравнения и определения. Водородный, хлорсеребряный и ионоселективные (стеклянные) электроды. Принцип их действия и электродные реакции.
- •27. Окислительно-восстановительный потенциал. Уравнение Нернста-Петерса.
- •28. Диффузный и мембранный потенциалы. Механизм действия и их роль в генерации биопотенциалов в организме.
- •29. Потенциометрия. Сущность метода и области применения в химических и медико-биологических исследованиях.
- •30. Вольтамперометрия (полярография), сущность метода и области применения в медико-биологических исследованиях.
- •31. Электропроводность растворов. Скорость движения ионов. Закон Кольрауша. Удельная и эквивалентная электропроводность.
- •32. Кондуктометрия, основные положения и область применения. Электропроводность тканей, применение в физиотерапии.
- •Органическая химия
- •33. Теория строения органических соединений а.М. Бутлерова.
- •34. Электронное строение атома углерода и виды гибридизации.
- •35. Классификация и номенклатура органических соединений.
12. Ионное произведение воды. Водородный показатель рН.
Вода – слабый амфотерный электролит. И как слабый электролит в незначительной степени диссоциирует на ионы, которые находятся в равновесии с недиссоциированными молекулами:
H2O <-> H+ + OH-
KH2O = (H+)(OH-)/ (H2O)
Учитывая значение константы диссоциации воды и концентрацию недиссоциированных молекул воды в моль/л, получим выражение, называемое ионным произведением воды:
KH2O = (H+)(OH-)= 10-14
Постоянство произведения (H+)(OH-) означает, что в любом водном растворе ни концентрация ионов водорода, ни концентрация гидроксид-ионов не может быть равна нулю. В чистой воде: (H+)= (OH-)= 10-7 моль/л. Если в неё добавить кислоту, то (H+)станет больше 10-7, а (OH-)меньше. И наоборот.
Из постоянства произведения (H+)(OH-) следует, что при увеличении концентрации одного из ионов воды соответственно уменьшает концентрация другого иона. Это позволяет вычислить концентрацию одного вида ионов, когда известна концентрация другого.
Концентрации ионов водорода, выраженные в моль/л, обычно составляют малые доли единицы. Использование таких чисел не всегда удобно. Поэтому введена особая единица измерения концентрации ионов водорода, называемая водородным показателем и обозначается рН.
Водородным показателем рН называется отрицательные десятичный логарифм концентрации ионов водорода: рН = -lg(H+)
Гидроксильный показатель рОН называется отрицательным десятичным логарифморм ионов гидроксония: рОН = -lg(OH-)
рН + рОН = 14
рН = 7 – нейтральная среда;
рН < 7 – кислая среда;
рН > 7 – щелочная среда.
Одним из способов определения кислотности растворов является использование индикаторов (это сложные органические кислоты или основания):
Ио́нное произведе́ние воды́ — произведение концентраций ионов водорода Н+ и ионов гидроксида OH− в воде или в водных растворах, константа автопротолиза воды.
Вывод значения ионного произведения воды
Вода, хотя и является слабым электролитом, в небольшой степени диссоциирует:
H2O + H2O ↔ H3O+ + OH−
или
H2O ↔ H+ + OH−
Равновесие этой реакции сильно смещено влево. Константу диссоциации воды можно вычислить по формуле: где:
[H+] — концентрация ионов гидроксония (протонов);
[OH−] — концентрация гидроксид-ионов;
[H2O] — концентрация воды (в молекулярной форме) в воде;
Концентрация воды в воде, учитывая её малую степень диссоциации, величина практически постоянная и составляет (1000 г/л)/(18 г/моль) = 55,72 моль/л.
Константа Kв, равная произведению концентраций протонов и гидроксид-ионов, называется ионным произведением воды. Она является постоянной не только для чистой воды, но также и для разбавленных водных растворов веществ. C повышением температуры диссоциация воды увеличивается, следовательно, растёт и Kв, при понижении температуры — наоборот.
Практическое значение ионного произведения воды
Практическое значение ионного произведения воды велико, так как оно позволяет при известной кислотности (щёлочности) любого раствора (то есть при известной концентрации [H+] или [OH−]) найти соответственно концентрации [OH−] или [H+]. Хотя в большинстве случаев для удобства представления пользуются не абсолютными значениями концентраций, а взятыми с обратными знаком их десятичными логарифмами — соответственно, водородным показателем (pH) и гидроксильным показателем (pOH).
Так как Kв — константа, при добавлении к раствору кислоты (ионов H+), концентрация гидроксид-ионов OH− будет падать и наоборот. В нейтральной среде [H+] = [OH−] = моль/л. При концентрации [H+] > 10−7 моль/л (соответственно, концентрации [OH−] 10−7 моль/л (соответственно, концентрации [H+] < 10−7 моль/л) — щелочной. Чистая вода очень плохо проводит электрический ток, но всё же обладает измеримой электрической проводимостью, которая объясняется небольшой диссоциацией воды на ионы водорода и гидроксид-ионы. Для воды и разбавленных водных растворов при неизменной температуре произведение концентраций ионов водорода и гидросид-ионов есть величина постоянная. Эта постоянная величина называется ионным произведением воды. Растворы, в которых концентрация ионов водорода и гидроксид-ионов одинаковы, называются
нейтральными растворами.
Если концентрация ионов водорода в водном растворе известна, то тем самым определена и концентрация гидроксид-ионов. Поэтому как степень кислотности, так и степень щёлочности раствора можно количественно охарактеризовать концентрацией ионов водорода. Кислотность и щелочность раствора можно выразить другим, более удобным способом: вместо концентрации ионов водорода указывают её десятичный логарифм, взятый с обратным знаком.
Эта величина называется водородным показателем и обозначается через рН:
рН=-lg[H+]
Для измерения рН существуют различные методы. Приближённо реакцию
раствора можно определить с помощью специальных реактивов, называемых
индикаторами, окраска которых меняется в зависимости от концентрации ионов
водорода. Наиболее распространённый индикатор – метиловый оранжевый,
метиловый красный, фенолфтолеин.
Индикаторы – вещества, позволяющие следить за составом среды или за протеканием химической реакции. Одни из самых распространенных – кислотно-основные индикаторы, которые изменяют цвет в зависимости от кислотности раствора. Происходит это потому, что в кислой и щелочной среде молекулы индикатора имеют разное строение.
Кислотно-основные индикаторы — органические соединения, способные изменять цвет в растворе при изменении кислотности (рН). Индикаторы широко используют в титровании в аналитической химии и биохимии. Из-за субъективности определения цвета, индикаторы pH не всегда удобны, для точного измерения pH используют pH-метры с цифровой индикацией.
Измерение pH с помощью индикаторной бумаги
Ks:
Формы применения индикаторов
Индикаторы обычно используют, добавляя несколько капель водного или спиртового раствора, либо немного порошка (например, смесь мурексида с хлоридом натрия) к пробе исследуемого раствора. Так, при титровании, в аликвоту исследуемого раствора добавляют индикатор, и наблюдают за изменениями цвета в точке эквивалентности.
Другой способ применения - использование полосок бумаги, пропитанных раствором индикатора или смеси индикаторов и высушенных (например, "Универсальный индикатор"). Такие полоски выпускают в самых разнообразных вариантах - с нанесенной на них цветной шкалой - эталоном цвета (в том числе для окрашенных или мутных сред), или с напечатанными числовыми значениями рН; для точного измерения в узких диапазонах рН, и для ориентировочного исследования растворов; в рулончиках, коробках и пеналах, или в виде отрывных книжечек.
Современные индикаторные полоски могут быть изготовлены с красителем - индикатором, привитым к целлюлозе или иному полимеру. Это делает их устойчивыми к вымыванию, вплоть до многократного использования.