Заряд простых и сложных ионов. 5 страница

Коллоидные частицы называются мицеллами. Они не проходят через оболочку живой клетки, практически не обладают осмотическим давлением, совершают броуновское движение под действием молекул дисперсионной сре­ды.

Строение мицеллы на примере образования раствора йодида серебра:

AgN0₃ + KJ = AgJ â + KN0₃

разб. разб.

Нерастворимые молекулы йодида серебра образуют ядро коллоидной частицы: [mAgJ]

Ядро адсорбирует на своей поверхности ионы, имеющиеся в растворе, (в данном случае Ag⁺ или J ^-).

Если коллоидный раствор получают при избытке йодида калия, то адсорби­руются ионы йода, достраивают кристаллическую решетку ядра и образуют ад­сорбционный слой и придают ядру отрицательный заряд (m[Ag]nJ ^-). Ионы, ад­сорбирующиеся на поверхности ядра и придающие ему соответствующий за­ряд, называются потенциал определяющими ионами.

В растворе находятся также противоионы (противоположные по знаку ионы К⁺). Они электростатически притягиваются потенциалопределяющими ионами адсорбционного слоя.

Ядро с адсорбционным слоем называется гранулой.

[mAgJ]nJ ^-(n-x)K^{+ x-}

 

Оставшаяся часть противоионов образует диффузный слой ионов (хК⁺)

X-

[mAgJ]nJ ^-(n-x)K⁺ хК⁺

 

 

мицелла

Наличие одноименного заряда у всех гранул данного золя является важ­ным фактором его устойчивости.

Однако частицы дисперсной фазы очень малы, имеют большую удельную поверхность, следовательно, система имеет большой запас свободной поверх­ностной энергии, которая стремиться к уменьшению, что может стать причиной укрупнения (агрегации) частиц, особенно при наличии дестабилизирующих факторов.

При добавлении к золям электролитов происходит уменьшение зарядов гранул, что приводит к слипанию частиц. Соединение коллоидных частиц в бо­лее крупные агрегаты называется коагуляцией. В результате коагуляции части­цы могут или выпасть в осадок под влиянием силы тяжести (этот процесс назы­вается седиментацией) или образовать полутвердую упругую массу (гель или студень).

Коагуляцию проводят прибавлением к золю электролита (заряды колло­идных частиц нейтрализуются и золи, содержащие положительно заряженные частицы коагулируют под действием анионов, а золи, содержащие отрицатель­но заряженные частицы - под действием катионов); прибавлением другого зо­ля, частицы которого имеют противоположительный заряд (заряды частиц ней­трализуются, происходит взаимная коагуляция); проводят нагреванием (нагре­вание уменьшает адсорбцию ионов коллоидными частицами, уменьшая их за­ряд, что способствует коагуляции).

Если вокруг коллоидной частицы имеется оболочка, состоящая из моле­кул дисперсионной среды, такие растворы называют лиофильными (любящими жидкость). Если дисперсионной средой является вода, т.е. называют гидро­фильными. Если коллоидная частица не имеет сродства к дисперсионной среде, то коллоидные растворы называют лиофобными или гидрофобными (не любя­щими воду). Гидрофобные коллоиды легко коагулируют.

Австрийский химик Р.Зигмонди (1865-1929) установил, что лиофобный коллоид в смеси с раствором лиофильного коллоида более стоек. Это явление названо коллоидной защитой.

По сравнению с суспензиями и эмульсиями устойчивость коллоидных растворов, применяемых в медицине, повышают за счет коллоидной.защиты. Защитный слой (например, белок) обеспечивает сольвацию (гидратацию) час­тиц. Благодаря защите гидрофобных коллоидов путем адсорбции макромолекул ВМВ, они приобретают способность самопроизвольно растворяться и агрега-тивную устойчивость - способность частиц дисперсной фазе противостоять слипанию, т.е. агрегации.

Большой размер и наличие белковой защитной оболочки приближает свойства растворов защищенных коллоидов к растворам ВМВ.

Процесс, обратный коагуляции, называется пептизацией. Он наблюдается при промывании осадков водой. При этом ионы электролита - коагулянта вы­мываются, частицы осадка снова преобразуют заряды и переходят в состояние золя. Пептизации легко подвергаются осадки сульфидов.

Значение золей очень велико, они боле распространены, чем истинные растворы. Протоплазма живых клеток, кровь, соки растений - все это коллоид­ные растворы. Коллоидные растворы широко применяются в различных техно­логических процессах: в мыловаренной, бумажной, текстильной промышлен­ности, в фармацевтическом производстве.

В аптечной практике коллоидные растворы применяют ограниченно, что в значительной степени связано с их нестабильностью. В таких растворах са­мопроизвольно может происходить коагуляция (слипание частиц), которая про­текает, как правило, в две стадии: скрытая и явная. Коагуляция может быть вы­звана добавлением электролитов, веществ, вызывающих дегидратацию (водо-отнимающих веществ: спиртов, сиропов и др.), изменением температуры, меха­ническим воздействием, светом, электрическим током, изменением состава дисперсионной среды и другими факторами.

Практическое применение в аптечной практике нашли растворы защи­щенных коллоидов (колларгола, протаргола, провиаргола, ихтиола), дубильных веществ (танина, этакридина лактата, экстрактов). Коллоидная дисперсия мо­жет иметь место и при получении водных извлечений.

Коллоидную защиту применяют при получении в промышленности пре­паратов серебра: протаргола и колларгола. В этих препаратах серебро находит­ся в неионизированном состоянии.

Протаргол (Protargolum) — коллоидный препарат оксида серебра (содер­жание серебра 8—9 %).

Колларгол (Collargolum. Argentum colloidale) содержит не менее 70 % се­ребра.

Типичным защищенным коллоидом природного происхождения является ихтиол, представляющий собой смесь сульфидов, сульфатов и сульфонатов. получаемых из продуктов сухой перегонки битуминозных сланцев (аммониевая соль сульфокислот сланцевого масла). Ихтиол - сиропообразная жидкость, рас­творимая в воде и частично в этаноле.

Принцип защиты коллоидов заключается в сочетании коллоидно-раздробленного вещества (по своей природе гидрофобного) с высокомолеку­лярными веществами (гидрофильными). Стабилизирующее действие в раство-

pax колларгола и протаргола оказывают натриевые соли продуктов гидролиза яичного белка, в растворе ихтиола - природные ПАВ.

Растворы колларгола и протаргола применяют в качестве вяжущих, анти­септических, противовоспалительных средств местного действия смазывания слизистой оболочки верхних дыхательных путей, промывания мочевого пузы­ря, гнойных ран, в офтальмологии.

5.Классификация способов выражения количественного состава растворов.

Для качественной характеристики растворов используют понятия «раз­бавленный раствор» и «концентрированный раствор». При работе с растворами необходимо знать их количественный состав. Количественный состав раствора выражается концентрацией.

Концентрация-это величина, характеризующая относительное содержа­ние данного компонента в смеси или растворе.

В практической деятельности используют различные способы выражения концентраций. Понятие концентрации в медицине распространяется не только на растворы, но и на биологические жидкости, на клетки и ткани, которые можно рассматривать как сложные смеси веществ. Живой организм поддержи­вает постоянные концентрации метаболитов - это одно из проявлений гомео-стаза. Отклонение концентрации веществ в биологических жидкостях и тканях от нормы служит важным показателем состояния организма, признаком раз­личных заболеваний. Изучая результаты клинических анализов, необходимо применять всесторонние знания способов выражения концентраций. При изго­товлении лекарственных препаратов и их дозировке знание концентраций явля­ется абсолютно необходимым. На измерении концентраций основана количест­венная характеристика компонентов окружающей среды, санитарный контроль за состоянием окружающей среды.

Количественный состав растворов может выражаться различными спосо­бами. Некоторые из них требуют высокой точности приготовления и называют­ся растворами с аналитическими концентрациями. Такие растворы готовятся с использованием точных расчетов, аналитических весов, специальной мерной посуды. Растворы, которые не требуют специальных, высокоточных посуды и оборудования относятся к техническим способам выражения концентрации.

К техническим способам выражения концентрации растворов, применяе­мых в биологии, медицине, фармации, относятся:

A) массовая процентная концентрация Б) объемная процентная концентрация;

B) массо -. объемная процентная концентрация.

Г) к аналитическим способам выражения концентраций растворов относятся:

Д) молярная концентрация;

Е) молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация);

Д) титр раствора.

Растворы технических и аналитических концентраций требуют разной техники приготовления.

 

Концентрацией раствора называется массовое содержание растворенного вещества в определенном массовом количестве или определенном объеме рас­твора.

6.Массовая процентная концентрация (массовая доля растворенного вещества).

Массовой долей растворенного вещества называется отношение массы раство­ренного вещества к массе раствора:

W= m_р.в./ m_р.ра.

 

где W-массовая доля растворенного вещества, выраженная в долях единицы;

m р._в. - масса растворенного вещества, г;

m _р.р - масса раствора, г.

 

Массовую долю можно выражать также в процентах:

 

W= m_р.в./m_рра ∙ 100%

 

Массовую долю растворенного вещества, выраженную в процентах, называют процентной концентрацией раствора.

Пример: в водном растворе хлорида натрия NaCL его массовая доля рав­на 10% или 0,1.Это значит, что в растворе массой 100 г содержится 10 г хлори­да натрия и 90 г воды.

Массу раствора можно рассчитать по формулам:

m _{р - ра} ⁼ m растворителя + m растворенного вещества;

m _{р - ра} ⁼ r ^. V, где V - объем раствора; мл;

р - плотность раствора г/мл;

Алгоритм приготовления раствора с заданной процентной концентраци­ей:

1.Рассчитать массы растворенного вещества и растворителя по соответствую­щим формулам.

2.Взвесить навеску растворяемого вещества на технохимических весах: 3.Высыпать навеску в стакан.

4.Измерить мерным цилиндром необходимый объем дистиллированной воды. 5.Вылить воду в химический стакан с растворяемым веществом. б.Перемешать раствор стеклянной палочкой до полного растворения вещества.

 

Типовая задача № 1

 

В растворе массой 100 г содержится хлорид бария массой 20 г. Какова
массовая доля хлорида бария в растворе?

Дано: Решение:

m (р-ра) =100 г Массовая доля ВаСl₂ равна отношению его массы к

m (BaCl₂)=20 г к общей массе раствора:

Найти: W% (BaCl₂) w% (ВаСl₂) = m(BaCl₂) = 20 ₌ 0,2.

m (р-ра) 100 г

 

 

Ответ: w% (ВаСl₂) = 0,2, или 20%.

 

Типовая задача № 2.

Сахар массой 5 г. растворили в воде массой 20 г. Какова массовая доля (%) са­хара в растворе?

Дано: т(сахара)=5 г; т(Н2О)=20 г.

 

Решение:

1.Определим общую массу полученного раствора:

m(р-ра) =m(воды) + m(сахара);

m(р-ра) = 20 г + 5 г = 25 г.

Найти: W% (сахара).

m(р-ра) = 20 г + 5 г = 25 г.

 

2.Вычислим массовую долю (%) сахара в растворе:

W% (сахара) = m(сахара). 100%

m(р-ра)

W% (сахара) = 5 ^. 100% = 20%

25 г

 

 

Ответ: w % (сахара) = 20%.

 

 

Типовая задача № 3.

Какие массы нитрата калия и воды необходимо взять для приготовления 2 кг раствора с кассовой долей KN0₃, равной 0,05?

 

Дано: m(p-pa)= 2 кг = 2000 г; W(KNO3)=0,05

Решение:

1. Определим массу нитрата калия:

W(KNOO= m(KNO_I) ^. m(p- pa)

m(KN0₃)= w(KN0₃) ^. m(p-pa)

m(KNO₃)=0,05 ^. 2000 r. = 100 r.

Найти: 2.Определим массу воды:

W%(сахара) m(p-pa) = m(H₂0) + m(KN0₃);

m(H₂0) = m(p-pa) - m(KN0₃);

m(H₂0) =2000 r-100 г=1900 г

 

Ответ: m(KN0₃) = 100 г; m(H₂0)=1900r

 

 

Типовая задача № 4.

 

Какие массы кристаллогидрата сульфата натрия Na₂S0₄ • 10Н₂О и воды надо взять, чтобы получить раствор массой 71 г с массовой долей Na₂S0₄ 20%?

 

 

Дано: m (р-ра) = 71 г W%(Na2S04) = 20%,

 

Решение:

1.Вычислим массу Na₂S04, необходимую для приготов­ления 71 г раствора:

W%(Na7S0₄) = m(Na₂SQ4). 100%

Найти: m(Na2SO4i0H2O), m (H20)

m(p-pa)

m (Na₂so₄); = m(p-pa). W;

100%

m Na₂SO₄)= 71г ^. 20%= 14,2 г

100%

2. Вычислим массу кристаллогидрата Na₂S0₄ • 10H₂O,
необходимого для приготовления раствора

М (Na₂S0₄ • 10Н₂О) = 322 г/моль;

M(Na₂S0₄) = 142 г/моль;

322 г NaS0₄ • 10Н₂О содержит 142 г. Nag₂S0₄;

m г Na₂S0₄ • 10Н₂О содержит 14,2 г. Na₂S0₄;

m Na₂S0₄ - 10H₂O) - 322 г ^. 14,2 г = 32,2 г

100 г

 

3. Вычислим массу воды:

m (р-ра) = m(H₂0) + m(Na₂S0₄ • 10Н₂О);

m (Н₂0) = m(р-ра) - m(Na₂ S0₄ • 10Н₂О);

m(Н₂0) = 71 г - 32,2 г = 38,8 г/

Ответ: Для приготовления 71 г раствора, где w% (Na₂S0₄) = 20%,надо взять 32,2 г. NaS0₄ • 10Н₂О и 38,8 г Н₂0.

Типовая задача № 5

При выпаривании 500 г 10%-го раствора сульфата лития получили раствор мас­сой 200 г. Какова процентная концентрация полученного раствора?

Дано:

m₁ (р-ра) =500 г;

W₂ (Li₂SO₄)=10%

m₂(p-pa)=200 г.

Найти: W₂% (Li₂S0₄)

2. Определим процентную концентрацию полученного рас­твора (масса Li2S04 в растворе не изменилась): w2 (Li2S04) = m(Li2S(Xi). 100% = 50 г . 100% = 25% m2 (р-ра) 200 г Ответ; w2 % (Li2S04) = 25%.

Решение:

1.Определим массу Li₂S0₄ в исходном растворе:

W%(Li₂S0₄) = m(Li ₂ SQ4). 100%;

m(p-pa)

m(Li₂S0₄) = W%(Li₂SQ4) ^. m ₁(p-pa);

100%

m(Li₂S0₄) = 10%500г = 50 r.

100%

Типовая задача № 6

 

 

К 250 г 10%-ного раствора глюкозы прилили 150 мл воды. Какова массо-

вая доля (%) глюкозы в полученном после разбавления растворе?

 

Дано:

m(р-ра) =250 г

W₁% (глюкозы) =

= 10%; V(Н₂О)=150мл.

 

Найти:

W₂% (глюкозы)

в полученном после разбавления растворе?

Решение:

1.Определим массу глюкозы в исходном растворе:

W% = m(глюкозы). 100%

m₁(p-pa)

m₁(глюкозы) = m(p-pa) w₁ = 250 ^. 0,1=25 г

100%

2.Macca глюкозы при разбавлении раствора не изменя­ется. Определим массу раствора, полученного после разбавления:

m₂ (р-ра) = m₁ (р-ра) + m (Н₂0);

m (Н₂0) = V ^. р = 150 мл ^. 1 г/мл = 150 г;

m₂ (р-ра) = 250 г + 150 г = 400 г.

3. Определим W₂% (глюкозы):

W₂%(глюкозы) = m (глюкозы). 100% = 25 г ^. 100% =6,25%

m₂(р-ра) 400 г

Ответ: w₂% (глюкозы) = 6,25%.

Типовая задача № 7.

 

В 200 г воды растворили 67,2 л газообразного хлороводорода НС1(н. у.). Определить массовую долю хлороводорода в полученном растворе.

Дано:

m (Н₂0) = 200 г. V (HCI) = 67,2 л

Найти

W% (HCI)

Решение:

1. Определим количество вещества НСl:

n = V/V_M;

n (HCI) = 67,2 л/22,4 л/моль = 3 моль

2. Определим массу HCI:

m(HCI) = M_r (HCI) ^. n (HCI) = 36,5 г/моль ^. 3 моль =

109,5 г

3. Определим массу раствора:

m(р-ра) = m(Н₂0) + m(HCI) = 200 г + 109,5 г = 309,5 г

4. Определим массовую долю HCI в растворе:

W(HCI) = m(HCl) ^. 100% = 109,5 г ^. 100% = 35,38%
m(p-pa) 309,5 г

Ответ: W% (HCI) = 35,38%.

Чтобы определить, в каком соотношении следует смешивать растворы, со­держащие разные массовые доли одного и того же растворенного вещества, для получения раствора с заданной массовой долей этого вещества, можно приме­нять правило смешивания или диагональную схему

Пример: в каком массовом соотношении следует смешивать 40% и 15% раство­ры, чтобы получить 35% раствор.

В центре пишем требуемую массовую долю (35). У левого конца каждой диагонали пишем исходные массовые доли (40; 15). Затем по диагонали произ­водим вычитание (вычитают всегда из большей величины меньшую):

m₁=35-15=20 m₁ = 20 = 4

m₂=40-35=5 т₂ 5 1

Результат вычитания проставляем у правого конца соответствующей диа­гонали. Требуется смешать 5 массовых частей 15%-го и 20 массовых частей 40%-го растворов, т.е. в соотношении 4:1. Если в смешивании участвует вода, то массовая доля растворенного вещества в ней равняется нулю.

Ответ: для получения 35%-го раствора необходимо смешать 4 части 40% раствора и 1 часть 15% раствора

7. Молярная концентрация.

Молярная концентрация показывает число молей растворенного вещества в 1 литре раствора.

Молярную концентрацию можно рассчитать по формуле:

 

С= n

V

где С- молярная концентрация, моль/л;

n-количество растворяемого вещества, моль; V-объем раствора, л.

Обозначения и названия растворов с различной молярной концентрацией.

 

Молярная концен­трация (С), моль/л	Обозначение молярности	Название раствора	Количество рас­творенного ве­щества в 1 л раствора
	1 М	Одномолярный (молярный)	1 моль
0,5	0,5 М	Полумолярный	0,5 моль
0,1	0,1 М	Децимолярный	0,1 моль
0,01	0,01 М	Сантимолярный	0,01 моль
0,001	0,001 М	Миллимолярный	0,001 моль

Алгоритм приготовления раствора с заданной молярной концентрацией:

1.Рассчитать массу растворяемого вещества (m = n ^. Mr)

2.Взвесить рассчитанную навеску вещества на аналитических весах.

3.Перенести навеску через воронку в мерную колбу необходимой емкости.

4.Прилить в колбу небольшое количество дистиллированной воды (не более 1/2 объема) и перемещать до полного растворения вещества.

5.Налить воду в мерную колбу почти до метки, не доходя до нее 0,3-0,5 см

б.Колбу поместить на ровную поверхность и окончательно установить уровень жидкости, доводя объем по каплям из пипетки

7.Закрыть колбу пробкой и перемешать раствор путем многократного перево­рачивания колбы (10-15 раз).

 

Типовая задача № 8. Раствор объемом 500 мл. содержит NaOH массой 5 г. Определить моляр­ную концентрацию этого раствора.

 

Дано:

V (р-ра) = 500 мл - 0,5 л;

m (NaOH) = 5 г.

 

Решение:

1. Вычислим число моль (п) в 5 г. NaOH:

 

Найти См-?

n (NaOH) = m(NaOH);

m_r(NaOH)

M_r (NaOH) = 40 г/моль;

 

2. Определим молярную концентрацию рас­твора:

С= n С = 0Л 25 моль = 0,25 моль/л
V 0,5 л

Ответ: Молярная концентрация раствора гидроксида натрия равна 0,25 моль/л.

Типовая задача № 9.

 

Вычислить массу хлорида натрия NaCI, содержащегося в растворе объе­мом 200 мл, если его молярная концентрация 2 моль/л.

Дано:

V(p-pa) = 200 мл = 0,2 л;

Решение:

1.Вычислим число моль NaCI, которое содержит­ся в растворе объемом 0,2 л:

 

С_м(NaCI) = 2моль/л

С_m = n; n = С_м ^. V;

V

 

Найти: m (NaCI)

n = 2 моль/л ^. 0,2л. = 0,4 моль

2. Вычислим массу NaCl:

m(NaCl) = M(NaCl) n; M(NaCl) = 58,5г/моль;

m(NaCl) = 0,4 моль ^. 58,5 г/моль = 23,4 г

Ответ: m(NaCI) = 23,4 г.

Нередко возникает необходимость перевести одну концентрацию раство­ра в другую, например, найти молярную концентрацию по известной массовой доле растворенного вещества в нем и наоборот. В этом случае надо знать плот­ность раствора и применить формулу: m = р. V

 

Типовая задача №10.

Вычислить молярную концентрацию раствора серной кислоты, если мас­совая доля H₂S0₄ в этом растворе 12%. Плотность раствора 1,08 г/мл при 20 С.

 

Дано:

р (р-ра) = 1,08 г/ мл; Решение:

W(H₂SO₄)=12% = 0,12 W(H2SO4) = 12% = 012

Найти См (H₂SO₄)

 

1. Чтобы перейти от массвой доли (%) растворен­ного вещества к молярной концентрации, надо рассчитать, какую массу имеют 1000 мл раствора:

m (р-ра) =1000 мл ^. 1,08 г/мл = 1080 г.

m= V ^. р;

 

 

2.Вычислим массу серной кислоты в этом рас­творе: W (H₂SO₄) = m(H₂S0₄);

m (р-ра)

 

m (H₂SO₄) = m(p-pa) ^. w (H₂S0₄) = 1080 г ^. 0,12 =129,6 г.

 

3.Сколько молей содержится в 129,6 г H₂S0₄;

n = m(H₂SO₄);

M_r (H₂S0₄) M_r (H₂S0₄) = 98 г/моль;

 

n = 129,6 г =1,32 моль;

98 г/моль

C_M(H₂S0₄)= n; = 1,32моль;
V 1л

C_M(H₂S0₄)= 1,32 моль/л

 

Ответ: Молярная концентрация раствора серной кислоты с массовой долей H₂S0₄ 12% равна 1,32 моль/л.

 

 

 

Типовая задача №11.

Молярность раствора гидроксида калия КОН равна 3,8 моль/л, его плотность 1,17 г/мл. Вычислить кассовую долю (%) КОН в этом растворе.

 

 

Дано: См (КОН) = 3,8 моль/л р (р-ра) =1,17 г/мл

Решение:

 

Найти: W% (КОН)

 

 

1.Определим количество вещества

КОН в 1 л раствора:

С М = n; n = C_м ^. V

V

n= 3,8 моль/л ^. 1 л = 3,8 моль

2.Определим массу КОН в1 л раствора:

n = m; m(КОН) = n ^. М_г; М_г(КОН) - 56 г/моль

М_г

m(КОН) = 3,8 моль ^. 56 г/моль = 212,8 г

3. Определим массу 1 л (1000 мл) раствора:

m(р-ра) = V ^. р= 1000 мл ^. 1,17 г/мл = 1170 г

4.Определим массовую долю (%) едкого калия в рас­творе:

W%(KOH) = m(KOH). 100%;

m(p- pa)

W%(KOH) = 212,8 г ^. 100% = 18%

1170 г

Ответ: Массовая доля (%)КОН в растворе, молярность которого 3,8 моль/л, равна 18%.

 

8. Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация; нормаль­ность)

Молярная концентрация эквивалента показывает количество моль экви­валента в одном литре раствора.

Обозначения: С экв.; N; н. Единицы измерения-моль/л; моль/мл. Определения: С экв.= С экв.= n экв. моль/л или: