VI Растворы

Вода в природе. Строение молекулы воды, особенности строения льда и жидкой воды. Роль воды в процессах жизнедеятельности человека. Диаграммы состояния воды и углекислого газа и их практическое значение.

Растворение как самопроизвольный термодинамический процесс. Роль энтальпийного и энтропийного факторов при растворении твердых, жидких и газообразных веществ. Электролиты и неэлектролиты. Механизм растворения электролитов и неэлектролитов. Гидратация.

Сильные и слабые электролиты. Степень диссоциации. Расчет концентрации ионов в растворе по известной концентрации сильного электролита и наоборот. Примеры. Равновесия в растворах слабых кислот и оснований. Константа диссоциации и ее связь со степенью диссоциации. Расчет равновесных концентраций ионов в растворах одноосновных кислот и оснований.

Вода как слабый амфотерный электролит. Ионное произведение воды и рН среды. Шкала рН, кислые, нейтральные и щелочные растворы. Понятие об общей и активной кислотности раствора на примере сравнения свойств растворов соляной и уксусной кислот одинаковой молярной концентрации.

Методы определения рН растворов - колориметрический и потенциометрический. Кислотно-основные индикаторы (фенолфталеин, лакмус, метилоранж) и их характеристики. Универсальные индикаторные бумаги. Кислотность чистой дождевой воды и причины ее понижения (кислотные дожди). Экологические последствия кислотных дождей.

Понятие о коллигативных свойствах растворов. Характер частиц, в виде которых растворенное вещество существует в растворе. Изотонический коэффициент, связь между концентрацией раствора и концентрацией частиц в нем (осмолярность раствора). Примеры.

Криоскопия. Расчет понижения температуры замерзания растворов неэлектролитов и электролитов, условия применимости расчетной формулы. Практическое использование криоскопии - приготовление охлаждающих водно-солевых смесей, антифризов, очистка воды методом вымораживания, зонная плавка, борьба с гололедом, определение молярной массы неэлектролитов.

Эбулиоскопия. Расчет повышения температуры кипения раствора по сравнению с чистым растворителем, условие применимости расчетной формулы.

Осмос. Физическое содержание явления, устройство осмометра. Полупроницаемые мембраны. Осмотическое давление и его расчет по закону Вант-Гоффа. Понятие об изотонических растворах, гипертонических и гипотонических растворах, физиологических растворах. Состав плазмы крови человека и ее осмотическое давление. Расчет осмолярности и концентрации физиологических растворов на основе NaCl, CaCl₂, глюкозы. Поведение эритроцитов крови в гипертонических, гипотонических и физиологических растворах. Гемолиз и плазмолиз, правила проведения внутривенных инъекций лекарств.

Онкотическое давление и его роль в водном обмене между плазмой крови и тканями. Онкотические отеки. Биологические проявления осмотических явлений в быту и живом организме. Обратный осмос и его использование для опреснения морской воды и очистки производственных сточных вод.

Постоянство кислотности биологических жидкостей как важнейшая характеристика гомеостаза человеческого организма. Характер и относительное количество кислотно-основных продуктов, образующихся в процессе обмена веществ, и способы их удаления из организма. Понятие о буферных системах, стабилизирующих величину рН - состав (сопряженные кислотно-основные пары) и принцип действия.

Основные буферные системы крови:

• состав гидрокарбонатной системы и механизм ее буферного действия; щелочной резерв крови.

• фосфатная буферная система крови и клеточной жидкости почек, ее состав и механизм буферного действия; влияние характера пищи на значение рН мочи.

• гемоглобиновая буферная система эритроцитов; гемоглобин и оксигемоглобин как слабые кислоты; состав и механизм буферного действия.

• белковая (протеиновая) буферная система; белковая молекула как амфотерный полиэлектролит; кислотно-основные функциональные группы; изоэлектрическая точка белка и изменение заряда молекулы в зависимости от рН среды; заряд белковых компонентов крови и механизм их буферного действия.

Явления алкалоза и ацидоза, их метаболическое и респираторное происхождение и методы устранения. Причины ацидоза при интенсивной мышечной деятельности. Изменения рН плазмы крови, приводящее к летальному исходу.

Дыхание как процесс транспорта кислорода из легких в ткани организма и углекислого газа в обратном направлении. Формы, в виде которых осуществляется транспорт этих молекул. Совместное действие буферных систем в процессе дыхания Характер процессов, протекающих в капиллярных кровеносных сосудах легких и тканей: процессы внутри эритроцитов и в плазме крови.

Влияние внешних факторов на способность гемоглобина к транспорту кислорода. Гемоглобин как октаэдрический комплекс Fe²⁺, характер лигандов, образование оксигемоглобина. Источники примесей угарного газа в воздухе и его влияние на гемоглобин крови, образование карбоксигемоглобина. Видимые признаки отравления угарным газом. Влияние избытка окислителей (NO₂ ^-, NO₃ ^-, H₂O₂, O₃) на гемоглобин крови - образование метгемоглобина и нитрозогемоглобина. Последствия повышенного поступления нитратов в организм человека.

Электрохимические явления. Принципы использования окислительно-восстановительных реакций как химических источников электрического тока. Гальванические элементы – строение (с использованием электродов I рода), правила записи их схем, катодный и анодный процессы токообразующей реакции. Концентрационные гальванические элементы. Уравнение Нернста для электродного потенциала электродов I рода, ряд активности металлов, расчет ЭДС гальванического элемента. Аккумуляторы.

Электрохимическая коррозия металлов, протекающая под действием факторов окружающей среды. Анодные и катодные металлические покрытия железных изделий, возникновение микрогальванических элементов при нарушении покрытий, природа катодного и анодного процессов, продукты коррозии.

Электролиз расплавов и водных растворов электролитов. Материалы, используемые для изготовления электродов. Характер катодного и анодного процессов в зависимости от природы растворенного электролита и материала анода. Закон Фарадея. Практическое применение процессов электролиза.

Титриметрический и инструментальные методы анализа химического состава растворов. Методика проведения объемного анализа (титрование) – кислотно-основное и окислительно-восстановительное титрование, точки эквивалентности и конца титрования, принципы их совмещения, расчет результатов титрования. Фотометрия и потенциометрия – сущность методов и области их применения (определение концентрации окрашенных растворов, рН-метрия), стандартизация измерений.