Тема № 7

СВОЙСТВА РАЗБАВЛЕННЫХ РАСТВОРОВ НЕЛЕТУЧИХ НЕЭЛЕКТРОЛИТОВ

9. МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ: Свойства разбавленных растворов, зависящие только от количества нелетучего растворенного вещества, называются коллигативными свойствами. К ним относятся понижение давление пара растворителя над раствором, повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания раствора, а также осмотическое давление. С учетом этих свойств, определяющих в частности величину осмотического давления, готовят растворы многих лекарственных препаратов, проводя их изотонирование. Действие многих лекарств само по себе связано с повышением или понижением осмотического давления. Определяя повышение температуры кипения или понижения температуры замерзания раствора по отношению к чистому растворителю, осмотическое давление раствора, можно установить молекулярную массу растворенного вещества, степень и константу диссоциации электролита, частичную (осмотическую) концентрацию вещества в растворе.

В фармацевтической практике для определения молекулярной массы изучаемого вещества широко используется, предлагаемый для освоения на занятии, криометрический метод Раста.

2. ЦЕЛЬ САМОПОДГОТОВКИ: усвоить основные законы для растворов неэлектролитов – закон рауля, закон Вант-Гоффа и его следствия, сущность явлений криоскопии, эбулиоскопии, осмоса, применение метода Раста.

III. ИСХОДНЫЙ УРОВЕНЬ ЗНАНИЙ: способы выражения состава растворов, понятие «давление насыщенного пара», «температура кипения», «температура кристаллизации», механизм явления осмоса.

IV. ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА ТЕМЫ

1. Растворы – определение. Способы выражения состава растворов:

а) массовая доля компонента ();

б) молярная доля компонента ();

в) молярная концентрация компонента (С);

г) молярная концентрация эквивалентов компонента (С_экв или С_eq);

д) моляльность компонента (в).

2. Коллигативные свойсва растворов.

3. Насыщенный пар. Давление насыщенного пара над жидкостью, его зависимость от природы жидкости и температуры.

4. Закон Рауля для разбавленных растворов нелетучих неэлектролитов – содержание, словесная и математическая формулировки.

5. Графическая зависимость давления насыщенного пара над растворителем и раствором от температуры, анализ этой зависимости.

6. Физико-химические определения температур плавления (замерзания) и кипения. Нахождение температур замерзания и кипения по графику зависимости давления насыщенного пара от температуры для чистого растворителя и раствора.

7. Криоскопический эффект – определение явлению. Основная закономерность, описывающая это явление (словесная формулировка). Уравнение зависимости понижения температуры замерзания раствора от концентрации растворенного вещества для разбавленных растворов нелетучих неэлектролитов.

8. Криоскопическая постоянная К_кр:

а) физический смысл К_кр;

б) факторы, влияющие на величину К_кр;

в) способы определения К_кр.

9. Уравнение для расчета молярной массы нелетучего неэлектролита по величине понижения температуры замерзания разбавленного раствора нелетучего неэлектролита.

10. Эбулиоскопический эффект – определение явления. Основная закономерность, описывающая это явление. Уравнение зависимости повышения температуры кипения раствора от концентрации растворенного вещества для разбавленных растворов нелетучих неэлектролитов.

11. Эбулиоскопическая постоянная К_эб:

а) физический смысл К_эб;

б) факторы, влияющие на величину К_эб;

в) способы определения К_эб.

12. Осмос – определение явлению. Осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа – формулировка и математическое выражение для разбавленных растворов нелетучих неэлектролитов.

13. Изотонические, гипертонические, гипотонические растворы. Гемолиз, плазмолиз.

14. Методы определения температуры плавления (замерзания). Капиллярный метод определения температуры плавления веществ.

15. Криометрия, эбулиометрия и осмометрия, как методы исследования разбавленных растворов.

V. ЛИТЕРАТУРА:

1. А.П. Беляева и др. Физическая и коллоидная химия. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008, с. 130-140.

2. Евстратова К. И., Купина Н. А., Малахова Е.Е. Физическая и коллоидная химия М., 1990, с. 68-82.

3. Киреев В. А. Краткий курс физической химии М. 1978, с.290-300.

4. Стромберг А. Г., Семченко Д.П., Физическая и коллоидная химия М., 1999, с. 182-202.

5. Краснов К.С. Физическая химия М., 2001, с. 390-400.

6. Лекционный материал.

VI. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:

1. Чему равны:

а) молярная доля;

б) массовая доля;

в) молярная концентрация;

г) моляльность сахарозы в растворе, полученном при растворении 17,1 г сахарозы (М = 342 г/моль) в 82,9 г воды С₁₂Н₂₂О₁₁ (М = 18 г/моль). Плотность раствора принять равной Н₂О 1,067 10³ г/л.

Ответ: = 1,08%; = 17,1%; С = 0,53 моль/л; b = 0,6 моль/кг

2. При каком условии жидкость закипит? Какую температуру называют температурой кипения?

1. При каком условии кристаллизуется жидкость? Какую температуру называют температурой замерзания?

2. Какой пар называют насыщенным? Дайте определение давлению насыщенного пара.

3. Почему при одной и той же температуре давление насыщенного пара над водой выше, чем над водным раствором глицерина с массовой долей глицерина 2%?

4. Имеются два раствора одинаковой моляльной концентрации. Растворенное вещество в первом растворе летучее, а во втором – нелетучее. Над каким раствором давление пара выше?

5. Почему при одном и том же давлении вода замерзает при 0 ⁰С, а раствор глюкозы в воде с массовой долей глюкозы 18% замерзает при 2,27 ⁰С?

6. Почему при нормальном атмосферном давлении бензол кипит при 80,1 ⁰С, а раствор дифениламина в бензоле с массовой долей дифениламина 10% кипит при 80,3 ⁰С?

7. На графике представлены три линии зависимости давления насыщенного пара от температуры:

1 - для жидкой воды

2 - для раствора мочевины в воде

3 - для льда

8. Укажите по графику температуры:

а) замерзания воды;

б) кипения воды;

в) замерзания раствора мочевины в воде;

г) кипения раствора мочевины в воде;

9. Приведите уравнения для расчета:

а) относительного понижения давления насыщенного пара растворителя над раствором нелетучего неэлектролита, молярная доля которого  (закон Рауля),

б) понижения температуры замерзания раствора неэлектролита,моляльность которого в растворе равна "в",

в) повышения температуры кипения раствора неэлектролита, моляльность которого равна "в",

г) осмотического давления раствора неэлектролита с молярной концентрацией "С".

10. Криоскопическая постоянная для воды равна 1,86. Что означает эта величина?

11. Эбулиоскопическая постоянная для воды равна 0,513. Что означает эта величина?

12. Перечислите величины, определяемые природой вещества растворителя разбавленного раствора, от которых зависит значение:

а) криоскопической постоянной,

б) эбулиоскопической постоянной.

13. Приведите уравнение, устанавливающее связь между криоскопической постоянной растворителя и его температурой плавления.

14. Имеются два раствора глицерина в воде при нормальном атмосферном давлении. Моляльность первого раствора равна 0,01 моль/кг, второго - 0,02 моль/кг.

а) Над каким из растворов давление насыщенного пара выше?

б) Для какого из растворов выше температура замерзания (температура кипения)?

15. Молярная концентрация водных растворов: а) глюкозы, б) глицерина равна 0,01 моль/л. Сравните осмотические давления этих растворов.

16. Осмотическое давление крови соответствует осмотическому давлению раствора NaCl с молярной концентрацией 0,15 моль/л. Что и почему произойдет с эритроцитами при помещении их в раствор NaCl с концентрацией: а) 0,05 моль/л, б) 0,5 моль/л ?

17. Запишите уравнение для расчета осмотической концентрации (осмомоляльности) раствора неэлектролита по величине понижения температуры замерзания раствора ( ) по сравнению с чистым растворителем.

18. Назовите физическое явление, лежащее в основе методов криометрии, эбулиометрии и осмометрии.

19. Приведите уравнения, отражающие закономерности, используемую в криометрическом, эбулиометрическом и осмометрическом методах.

20. Какие величины должны быть определены на основе эксперимента при криометрическом, эбулиометрическом и осмометрическом методах исследования?

21. Приведите уравнения для расчета молярной массы растворенного неэлектролита по экспериментально найденной величине в методах эбулиометрии и осмометрии.

22. При растворении 0,412 г нафталина в 10 г камфоры, криоскопическая постоянная для которой равна 40,4, произошло понижение температуры плавления на 13⁰С. Привести уравнение для расчета молярной массы нафталина. Рассчитать эту величину.

Ответ: М = 128 г/моль.

23. Приведите уравнение для расчета молярной массы растворенного вещества неэлектролита при криометрическом ее определении, если известны температура плавления растворителя, его криометрическая постоянная, температура плавления раствора и его количественный состав.

VII. ОБЯЗАТЕЛЬНЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ: