Вещества, составляющие раствор, называют компонентами раствора.

УЧЕНИЕ О РАСТВОРАХ

План

1. Основные понятия теории растворов.

2. Физико-химическая природа процесса растворения.

3. Термодинамика процесса растворения.

4. Растворимость.

5. Коллигативные свойства разбавленных растворов.

6. Распределение вещества между двумя несмешивающимися жидкостями.

Основные понятия

 

Растворы имеют большое значение, как в промышленности, так и в медицине. По современным представлениям жизнь возникла в океане, который представлял собой водный раствор неорганических и органических веществ. Растворами являются плазма крови, спинно-мозговая жидкость и лимфа. Лекарственные вещества эффективны лишь в растворенном состоянии или должны перейти в растворенное состояние в организме. Изучение свойств растворов показывает, что их поведение подчиняется ряду законов, которые необходимо учитывать в медицинской практике. Мы рассмотрим эти законы и значение их в жизнедеятельности организмов.

Раствором называют находящуюся в состоянии равновесия гомогенную систему переменного состава из двух или более веществ.

Вещества, составляющие раствор, называют компонентами раствора.

По агрегатному состоянию растворы могут быть газообразными, жидкими и твердыми. Например, смеси газов (воздух) являются газообразными растворами; растворы солей в воде — жидкими; сплавы золота с медью, никеля с медью и другие — твердыми растворами.

Для медиков наибольший интерес представляют жидкие водные растворы.

Любой раствор состоит из растворенных веществ и растворителя, хотя эти понятия в известной степени условны. Например, в зависимости от соотношения количеств спирта и воды эта система может быть раствором спирта в воде или воды в спирте.

Обычно растворителем считают тот компонент, который в растворе находится в том же агрегатном состоянии, что и до растворения.

В растворах электролитов вне зависимости от соотношения компонентов электролиты рассматриваются как растворенные вещества (например, 96 %-ный раствор серной кислоты в воде).

Значение растворов в жизнедеятельности организмов. Многие химические процессы протекают лишь при условии, что участвующие в них вещества находятся в растворенном состоянии.

Учение о растворах представляет для медиков особый интерес потому, что важнейшие биологические жидкости — кровь, лимфа, моча, слюна, пот являются растворами солей, белков, углеводов, липидов в воде. Усвоение пищи связано с переходом питательных веществ в растворенное состояние. Биохимические реакции в живых организмах протекают в растворах.

Биожидкости участвуют в транспорте питательных веществ (жиров, аминокислот, кислорода), лекарственных препаратов к органам и тканям, а также в выведении из организма метаболитов (мочевины, билирубина, углекислого газа и т. д.). Плазма крови является средой для клеток — лимфоцитов, эритроцитов, тромбоцитов. В жидких средах организма поддерживается постоянство кислотности, концентрации солей и органических веществ. Такое постоянство называется концентрационным гомеостазом.

Вода как растворитель. Самым распространенным растворителем на нашей планете является вода. Тело среднего человека массой 70 кг содержит примерно 40 кг воды. У животных и растительных организмов вода составляет обычно более 50 %, а в ряде случаев содержание воды достигает 90—95%.

Вследствие своих аномальных свойств вода — уникальный растворитель, прекрасно приспособленный для жизнедеятельности.

Прежде всего, вода хорошо растворяет ионные и многие полярные соединения. Такое свойство воды связано в значительной мере с ее высокой 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 растворении ионных соединений в воде. В результате 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. Ниже приведены примеры водородных связей, важных для раство­римости веществ в биологических системах:

Вследствие высокой полярности вода вызывает гидролиз веществ.

Так как вода составляет основную часть внутренней среды организма, то она обеспечивает процессы всасывания, передвижения питательных веществ и продуктов обмена в организме.

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.

К гидрофильным группам относятся полярные функциональные группы: —ОН, —NH₂, —SН, —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, так и гидрофобные группы.