1 курс / Химия / Растворы

РАСТВОРЫ

КИСЛОТНО-ОСНОВНОЕ ТИТРОВАНИЕ

Учебно-методическое пособие

0

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Саратовский государственный медицинский университет имени В.И. Разумовского»

Министерства здравоохранения Российской Федерации

РАСТВОРЫ.

КИСЛОТНО-ОСНОВНОЕ ТИТРОВАНИЕ

Учебно-методическое пособие

Издательство Саратовского государственного медицинского университета

2019

1

УДК 543. 241 (076)

ББК 24.4я73 К958

Авторы-составители:

Р.Т. Куцемако; Н.В. Неврюева; П.В. Решетов

Растворы. Кислотно-основное титрование: учеб.-метод. пособие / авт.-сост.:

К958 Р.Т. Куцемако, Н.В. Неврюева, П.В. Решетов; Саратов. гос. мед. ун-т. –

Саратов: Изд-во Сарат. гос. мед. ун-та, 2019. – 61 с.

В пособии рассматриваются вопросы теории и практики, необходимые студентам для изучения последующих дисциплин и освоению навыков и умений в будущей профессии.

Выполнение опытов построено как самостоятельное научное исследование.

Последовательность расположения заданий служит установлению логической связи между основными понятиями и раскрытию обобщающих закономерностей.

Предназначено для студентов 1-го курса по специальности «медико-

профилактическое дело» в соответствии с Программой для студентов факультета по специальности 32.05.01. «медико-профилактическое дело» медицинских вузов.

УДК 543. 241 (076)

ББК 24.4я73

Рецензенты:

доктор медицинских наук, профессор В.Б. Бородулин;

доктор химических наук, профессор Т.Д. Смирнова

Рекомендовано к изданию ЦМКС СГМУ Текст печатается в авторской редакции

© Куцемако Р.Т.,

Неврюева Н.В.,

Решетов П.В., 2019

© Саратовский государственный медицинский университет, 2019

2

ВВЕДЕНИЕ

Растворы играют большую роль в медицине. Важнейшие биологические жидкости – кровь, лимфа, моча, слюна, пот – являются растворами. Врач ставит диагноз при наличии данных химического анализа, проведенного в лабораториях клиник и поликлиник. Доброкачественность лекарственных веществ оценивается также путем химического анализа.

В санитарной практике проводят контроль качества питьевой воды и сточных вод, а также качества пищевых продуктов. Для этого необходимо уметь готовить растворы, определять концентрацию веществ в растворах.

Кроме того, материал данной темы необходим для изучения последующих тем предмета (потенциометрия, свойства растворов высокомолекулярных соединений и т.д.) и таких дисциплин, как биохимия, микробиология,

гистология, гигиена, физиология, что значимо в практической деятельности врача.

3

1. РАСТВОРЫ

Цель занятия:

Сформировать у студентов системные знания о растворах, способах выражения концентрации растворов, методах приготовления растворов и определения концентрации веществ в растворах, значение растворов в жизнедеятельности организма.

Научить студентов применять на практике эти знания и приобрести умения и навыки по приготовлению растворов и определению их концентрации. Освоить методы расчѐта для приготовления растворов разных концентраций, уметь приготовить раствор по заданию преподавателя.

Студент должен знать:

Свойства воды как универсального растворителя, понятие о растворах,

классификация растворов, способы выражения концентраций растворов,

способы приготовления растворов и методы определения концентрации веществ в растворах; сущность метода нейтрализации; роль растворов в организме.

Студент должен уметь:

Выполнять расчеты, предшествующие приготовлению растворов

различной концентрации; готовить самостоятельно растворы заданной

концентрации и пользуясь методом кислотно-основного титрования

определять точную концентрацию веществ в растворе.

Вода. Свойства воды как растворителя

Самым распространенным растворителем на Земле является вода.

Организмы животных и растений содержат от 50 до 90% воды. В организме человека вода составляет около 65% от массы тела.

Большая часть воды в организме находится внутри клеток (70%), около

23% составляет межклеточная вода, а остальная (7%) находится внутри кровеносных сосудов и в составе плазмы крови.

4

Потеря организмом человека более 10% воды может привести к его смерти. При продолжительности жизни 70 лет человек потребляет примерно 25

т воды.

Многие лекарственные средства представляют собой водные растворы веществ. Для их приготовления обычно используется дистиллированная вода.

Эту воду получают путем кипячения воды и последующей конденсацией водяного пара; данный процесс называется перегонкой (дистилляцией), он позволяет очисть водопроводную воду от содержащихся в ней примесей.

В табл. 1. приведены для сравнении физико-химические свойства воды других растворителей.

Примечание: * 1∙ 10 -30 Кл ∙ м=1D.

Вследствие присущих ей аномальных свойств вода является универсальным растворителем.

Прежде всего вода хорошо растворяет ионные и многие полярные соединения.

5

Такое свойство воды связано в значительной мере с ее диэлектрической проницаемостью (ε = 78,5).

Поскольку силы притяжения между ионами, согласно закону Кулона,

меняются обратно пропорционально величине ε, притяжение между ионами уменьшается примерно в восемьдесят раз при растворений ионных соединений

вводе.

Врезультате многие ионные соединения диссоциируют и отличаются высокой растворимостью в воде.

Другой многочисленный класс веществ, хорошо растворимых в воде,

включает такие полярные органические соединения, как сахара, альдегиды,

кетоны, спирты. Их растворимость в воде объясняется склонностью молекул воды к образованию полярных связей с полярными функциональными группами этих веществ, например, с гидроксильными группами спиртов и сахаров или с атомом кислорода карбонильной группы альдегидов и кетонов.

Важны и другие аномальные свойства воды: высокое поверхностное натяжение, низкая вязкость, высокие температуры плавления и кипения и более высокая плотность в жидком состоянии, чем в твердом.

Молекула воды образуется из двух атомов водорода и атома кислорода.

Угол между связями составляет 104,5°. В результате асимметрии в распределении электронов вокруг атома кислорода центр отрицательного электрического заряда (неподеленной пары) электронного облака не совпадает с центром положительного заряда атома кислорода. Это приводит к появлению большого электрического дипольного момента молекулы воды, определяющего ее полярные свойства и хорошую растворимость полярных и низкую растворимость неполярных веществ в воде.

Для воды характерно наличие ассоциатов – групп молекул, соединенных водородными связями.

В зависимости от сродства к воде функциональные группы растворяемых частиц подразделяются на гидрофильные (притягивающие воду), легко

сольватируемые водой, гидрофобные (отталкивающие воду) и дифильные.

6

К гидрофильным группам относятся полярные функциональные группы:

гидроксильная – ОН, амино – NH2, тиольная – SH, карбоксильная –СООН. К

гидрофобным – неполярные группы, например, углеводородные радикалы: СН3– (СН2)n–, С6Н5–.

К дифильным относят вещества (аминокислоты, белки, нуклеиновые кислоты), молекулы которых содержат как гидрофильные группы: –ОН, –SH,

– NH2, СООН, так и гидрофобные группы: СН3– (СН2)n–, С6Н5–.

Значение растворов и их классификация

Растворы имеют большое значение в медицине. Растворами являются плазма крови, спинно-мозговая жидкость, лимфа и.т.д. Лекарственные вещества эффективны лишь в растворенном состоянии в организме, все биохимические реакции протекают в растворах. В связи с этим необходимо определять концентрации веществ в различных биологических жидкостях и лекарственных препаратах. Для этого широко применяют метод титриметрического анализа, который изложен в следующем разделе.

Растворы это гомогенные (однородные) системы, состоящие из растворителя, растворенного вещества и продуктов их взаимодействия.

Вещества, составляющие раствор, называют компонентами реакции.

Растворителем считают тот компонент, который в растворе находится в том же агрегатном состоянии, что и до растворения. Например, в водном растворе глюкозы (твердое вещество) растворителем является вода.

Классификация растворов. Растворы веществ с молекулярной массой меньше 5000г/моль называют растворами низкомолекулярных соединений

(НМС), больше 5000 г/моль – растворы высокомолекулярных соединений

(ВМС).

По агрегатному состоянию растворы могут быть газообразными, жидкими и твердыми. Воздух – газообразный раствор. Кровь, лимфа, слюна – жидкости.

Наиболее важны жидкие растворы. Они имеют огромное значение в природе,

технике, повседневной жизни.

7

В лабораторной практике различают концентрированные растворы

(содержание растворенного вещества соизмеримо с содержанием растворителя)

и разбавленные растворы (содержание растворенного вещества мало по сравнению с содержанием растворителя).

Иногда растворы определяют как дисперсные системы. При этом растворитель, в котором распределено вещество, называется дисперсной средой, а частицы растворенного вещества - дисперсной фазой. По степени дисперсности различают:

1.Грубодисперсные системы (взвеси) – размер частиц больше 100 нм.

2.Коллоидные системы(кровь, лимфа, слюна, белки) – размер частиц 1 –

100нм.

3.Истинные растворы (раствор соли в воде) –размер частиц 1 нм.

Таким образом, если одно вещество диспергировать (разрушать) в

другом, то, в зависимости от размера частиц диспергируемого вещества, можно получить системы трѐх типов:

I. Взвеси – это дисперсные системы, в которых размеры распределѐнных частиц сравнительно велики (10–7–10 –5 м). Взвеси делятся на суспезии и эмульсии; в первых распределѐнное вещество твѐрдое, во вторых жидкое. Частицы взвеси видны простым глазом или в обычный оптический микроскоп. Взвеси – системы мутные и непрозрачные. Взвеси неустойчивы,

частицы диспергированного вещества выпадают в осадок (песок + вода), а если плотность диспергированного вещества меньше плотности среды, то диспергированное вещество всплывает (глина + масло). Процесс разделения взвесей называется седиментацией (для суспензий) и расслоением (для эмульсий).

II. Коллоидные системы – это такие дисперсные системы, в которых частицы распределѐнного вещества имеют размеры порядка 10–9–10–7 м. Каждая такая частица может содержать большое число атомов или молекул. Такие частицы невидимы через обычный микроскоп, но видимы в ультрамикроскоп, где свет

8

системы, в которых диспергированное вещество распределено в среде в виде молекул или ионов; частицы имеют размеры порядка 10–10–10–7 м. Растворы системы однородные, устойчивые.

По наличию или отсутствию электролитической диссоциации растворы НМС подразделяют на растворы электролитов и неэлектролитов.

Растворы неэлектролитов – растворы веществ, практически не диссоциирующих в воде. Например, растворы сахарозы, глюкозы, мочевины.

Электропроводность растворов неэлектролитов мало отличается от растворителя.

Растворы электролитов – растворы диссоциирующих на ионы солей,

кислот и оснований. Электропроводность растворов электролитов выше, чем растворителя. Например, растворы KNO3, НCl, KOH.

Характеристика свойств электролитов

Электролиты – вещества, проводящие электрический ток в растворе и расплаве. Поведение электролитов объяснила теория электролитической диссоциации С. Аррениуса(1887 г).

Состояние в растворе сильных электролитов было объяснено теорией П.

Дебая и Э. Хюккеля (1923 г). Для количественной характеристики диссоциции электролитов применяют две величины: константу (Кд) диссоциации, и

степень диссоциации (α).

Сильные электролиты диссоциируют в разбавленных раствора нацело. В

растворах слабых электролитов существует равновесие между ионами и молекулами.

9