Коллигативные свойства растворов. Осмотическое и онкотическое давление. Изотонический коэффициент

 

 

 

План:

1. Осмос

2. Осмотическое давление неэлектролитов Закон Вант - Гоффа

3. Онкотическое давление

4. Осмотическое давление электролитов, изотонический коэффициент

5. Гипо,- гипер- и изотонические растворы, их использование в медицинской практике

 

Государственный Медицинский Университет  г.Семей

 

 

CРС

Специальность: 051302 «Стоматология»

Дисциплина: химия

Кафедра: биохимии и химических дисциплин

Образование высшее профессиональное, курс – 1

Тема №3: Коллигативные свойства растворов. Осмотическое и онкотическое давление. Изотонический коэффициент.

 

 

 

 

 

 

 

 

Подготовила: Айткали К.

Преподаватель: Секербаев С.Б.

Семей 2017

Осмос

Весьма важным в биологическом отношении свойством растворов является осмос.

В природе часто растворы отделяются от растворителя мембранами, проницаемыми лишь для частиц растворителя. В этом случае растворенное вещество диффундировать в растворитель не может, и будет наблюдаться только переход растворителя в раствор, т е растворитель будет перемещаться в обоих направлениях, но все же в раствор будет переходить его больше чем в обратном направлении. Так, например, если отверстие стеклянной трубки затянуть мембраной из целлофана или коллодия, проницаемой для воды, но непроницаемой для сахарозы: трубку заполнить концентрированным раствором сахарозы и опустить в сосуд с водой, то спустя некоторое время отмечается значительное повышение уровня жидкости в трубке. Анализ содержимого во внешнем сосуде показывает отсутствие сахарозы. При этом происходит перемещение только молекул растворителя сквозь мембрану.

Осмос- это проникновение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану из растворителя в раствор.

Односторонние перемещение растворителя через мембрану можно объяснить тем что с поверхности мембраны снизу соприкасается больше молекул растворителя чем сверху, где часть объема занята молекулами растворенного вещества, не проникающего сквозь нее. Поэтому в единицу времени вверх будет переходить больше молекул растворителя, чем в обратном направлении.

Механизм осмоса легко представить на основе изотермической перегонки. Пусть полупроницаемая мембрана, имеющая микропоры, разделяет растворитель и раствор с концентрацией С . В пору, ограниченную с одной стороны растворителем, а с другой раствором, идет испарение. Вследствие превышения по закону Рауля упругости насыщенного пара над раствором молекулы растворителя из парообразной фазы концентрируются, переходя в раствор.

Если поместить в цилиндр концентрированный раствор какого либо вещества, например сахара, а поверх него осторожно налить слой более разбавленного раствора сахара то вначале сахар и вода будут распределены в объеме раствора неравномерно. Однако через некоторое время молекулы сахара и воды вновь равномерно распределятся по всему объему жидкости.

Это происходит потому, что молекулы сахара, беспорядочно двигаясь, проникают как из концентрированного раствора в разбавленный, так и в обратном направлении но при этом в течении любого промежутка времени из более концентрированного раствора в менее концентрированный переходит больше молекул сахара чем из разбавленного раствора в концентрированный. Точно так же молекулы воды движутся в различных направлениях, но при этом из разбавленного раствора, более богатого водой, в концентрированный раствор переходит больше молекул воды чем за то время переносится в обратном направлении. Таким образом возникает направленное перемещение сахара из концентрированного раствора в разбавленный а воды- из разбавленного раствора в концентрированный каждое вещество переносится при этом туда, где его концентрация меньше. Такой самопроизвольный процесс перемещения вещества, приводящий к выравниванию его концентрации, называется диффузией.

В ходе диффузии некоторая первоначальная упорядоченность в распределении веществ сменяется полной беспорядочностью их распределения. При этом энтропия системы возрастает. Когда концентрация раствора во всем его объеме выравнивается энтропия достигает максимума и диффузия превращается.

В растворенном примере частицы растворителя и растворенного вещества диффундируют в противоположных направлениях.

Такой случай называется встречной или двусторонней диффузией.

Иначе будет обстоять дело, если между двумя растворами поместить перегородку, через которую растворитель может проходить, а растворенное вещество – не может. Такие перегородки, получившие название полупроницаемых, существует в природе, а также могут быть получены искусственно

 

 

Осмотическое давление Закон Вант – Гоффа

Ван - Гофф установил закон, согласно которому осмотическое давление раствора равно тому давлению, если бы оно при той же температуре находилось в газообразном состоянии и занимало объем равный объему раствора. Это значит, что осмотическое давление идеального раствора можно вычислить по уравнению Менделеева – Клапейрона

pV = nRT

С той лишь разницей, что p = p (осм); V – объем занимаемый раствором, N – число молей растворенного вещества. Имея ввиду что n/V = C – молярная концентрация раствора, получаем уравнение, являющееся математическим выражением осмотического закона Вант – Гоффа: p(осм) = cRT.

Механический эффект производимый на стенки сосуда ударами молекул газа, находящимися в тепловом движении, не тождествен эффекту

, который производят на них  молекулы того - же вещества, находясь в растворе, где существуют ближний порядок и эти молекулы находятся в поле действия межмолекулярных сил и сил водородных связей.

Осмотическое давление обнаруживается лишь в том случае если на пути к равномерному распределению растворенного вещества во всем объеме раствора встает полупроницаемая мембрана. При этом стремление растворенного вещества к диффузии направлений меньших концентраций проявляется в виде одностороннего давлении я на полупроницаемую перегородку поскольку давление по другую сторону перегородки осмотическое давление не означает какое то дополнительное механическое давление в растворителе, возникающее из за наличия в нем рас творенного вещества, а является лишь мерой стремления растворенного вещества к равномерному распределению во всем объеме растворителя находящегося по обе стороны полупроницаемой перегородки.

В результате осмоса увеличивается объем раствора, и его концентрация постепенно снижается проникающий через мембрану в раствор растворитель увеличивает столб жидкости h и, следовательно, повышает гидростатическое давление. Одновременно будет возрастать число молекул растворителя, перемещающихся через мембрану в обратном направлении, т е из раствора в растворитель. Постепенно гидростатическое давление и разбавление раствора достигнут величин, при которых количество молекул растворителя, перемещающихся в обоих направлениях, уравняется и наступит осмотическое равновесие, называют осмотическим давлением.

Для измерения осмотического давления применяют различные типы осмометров. Один из простейших осмометров статического типа (Пфеффера) состоит из глиняного цилиндра, поры стенок которого закрыты пленкой железистосинеродистой меди. Внутреннюю полость цилиндра, сообщающуюся с манометром, заполняют исследуемым раствором . При погружении глиняного сосуда в растворитель молекулы последнего проникают через полупроницаемую пленку, в результате чего в осмометре развивается избыточное давление, регистрируемое манометром. Это давление, измеренное в момент наступления осмотического равновесия, и будет соответствовать осмотическому давлению данного раствора.

Осмотическое давление растворов измеряют (или рассчитывают) по отношению к чистому растворителю. Если осмотическую ячейку помещать в раствор, то развивающееся осмотическое давление в ячейке будет равняться разности осмотических давлений растворов внутри и вне этой ячейки, рассчитанных по отношению к чистому растворителю.

Для возникновения осмоса необходимо растворы разных концентраций привести в соприкосновение через полупроницаемую мембрану. Полупроницаемыми для многих растворов являются мембраны из коллодия, целлофана, железистосинеродистой меди и др. Для объяснения полупроницаемости мембран было предложено несколько теорий, из которых наиболее признанными в настоящее время являются: теория «сита», согласно которой в мембране имеются поры определенного размера, пропускающие только молекулы растворителя, имеющие меньшие размеры, чем молекулы растворенного вещества теория избирательной растворимости, в соответствии с которой через мембрану проникают только те вещества, которые в ней избирательно растворяются. Так, в резиновой мембране, разделяющей раствор сахара в пиридине и чистый пиридин, будут растворяться и проходить сквозь мембрану только молекулы пиридина.

 

Онкотическое давление

По сути своей онкотическое давление (оно же осмотическое) — это соединения, которые растворяются в форменных элементах крови и ее плазме. При недостатке белков в организме оно понижается, что может привести к тому, что из-за скопления жидкости начнут появляться отеки. Это связано с тем, что мембраны стенок сосудов являются полупрозрачными и полупроницаемыми. Они хорошо и свободно пропускают воду, а ионы и молекулы разных веществ – хуже. Нормальное онкотическое давление составляет почти 7,5 атм. (5700 мм ртутного столба или 762 кПа). Активность плазмы варьирует в районе 290 мосм/л. Однако осмотическое давление измеряется не количеством растворенных молекул, а их концентрацией. Большую часть ионов плазмы (где-то 99,5%) составляют неорганические ионы, от концентрации которых и зависит онкотическое давление. Давление белков плазмы составляет только малую часть, всего 0,03-0,04 атм. (25-30 мм ртутного столба). Но стоит помнить, что давление, оказываемое белками, играет важнейшую роль в распределении воды между плазмой и основными тканями. Эту часть процедуры и считают выявлением онкотического давления. Его участие в распределении воды обозначено тем, что стенки капилляров в основном непроходимы для белков. В тканевой жидкости белков намного меньше, поэтому получается градиент их концентрации по обе стороны капилляра. Благодаря высокому онкотическому давлению жидкость в межклеточном пространстве не скапливается, а циркулирует. Для профилактики онкотического давления рекомендуется проводить терапию гестоза, которая достаточно широкопрофильна, поэтому результат не заставит себя ждать. При нормальном содержании белков в крови нормализуется ее свертываемость, что обеспечивает снижения риска сердечных заболеваний. Онкотическое давление крови обычно держится на постоянном уровне. В его нейрогуморальной регуляции принимают участие органы выделения, такие как потовые железы и почки. Понижение или повышение онкотического давление воспринимается как на периферии стенок сосудов, так и в центральной части (гипоталамусе), где выделяется гормон антидиуретик, который влияет на процесс впитывания в почечные каналы. Также его функцией является регулирование процесса мочеобразования. Стабильность осмотического давления обеспечивают АДН, альдостерон, парагормон, уренический гормон сердца. По рефлексу происходит в выделяющих органах изменение деятельности, приводящее или к чрезмерной задержке, или к резкой потере жидкости и соли в организме. В этих процессах первая и главенствующая роль достается белкам (онкотическому давлению), которые способны связывать и отдавать ионы. Благодаря деятельности выделяющих органов (почек и потовых желез) продукты обмена, которые постоянно формируются в организме, в большинстве своем не оказывают негативных воздействий на осмотическое давление. Нарушения уровня онкотического давления связаны с дисбалансом общего белка плазмы, альбуминов и глобулинов, анионов, катионов, натрия, калия, кальция и других составляющих. Это может быть вызвано различными патологическими состояниями и заболеваниями (интоксикация, ожог, послеоперационный период, шок, кровотечение, различные заболевания и т.п.).

 

 

Осмотическое давление электролитов, изотонический коэффициент

Растворы имеющие одинаковое осмотическое давление, называют изотоническими. Если некоторый раствор А имеет большее осмотическое давление, чем раствор В, то в этом случае говорят, что А гипертоничен по отношению к раствору А.

Исходя из уравнения закона Вант- Гоффа, можно бы ожидать, что растворы самых разнообразных веществ, имеющие одну и ту же молярную концентрацию, должны быть изотоническими. В действительности из-за того, что одни вещества при растворении распадаются на ионы, более простые молекулы или же в результате ассоциации образуют более сложные полимерные молекулы, а другие при этом не претерпевают изменений, растворы равной молярной концентрации не всегда оказываются изотоническими.

Электролитами называют вещества, которые в растворенном состоянии или расплавленном проводит электрический ток.

Первое объяснение электропроводности растворов было предложено в 1805г литовским ученым Ф. Гротгусом. В конце прошлого века швед С.Аррениус создал теорию электролитической диссоциации, с некоторыми поправками сохранившую значение и до настоящего времени. Это теория объясняет электропроводность растворов тем, что молекулы электролитов в воде и некоторых других растворителях диссоциируют на ионы-частицы , несущие электрические заряды.

Электропроводность является особым свойством растворов электролитов. В то время как другие свойства растворов – диффузия, осмотическое давление и. т. П.зависят прежде всего от общего количества частиц растворенного вещества (молекул ионов), электропроводность обусловлена только ионами электролита. Хорошо диссоциирующие электролиты называются сильными(Na Cl, Na2SO4,HCl,KOH, и др.), а плохо диссоциирующие – слабыми электролитами (CH3COOH, H2CO3, NH4OH и др.).

 

 

 

Гипо,- гипер- и изотонические растворы, их использование в медицинской практике

Осмос имеет большое значение для растительных и животных организмов, способствуя достаточному оводенению клеток и межклеточных структур. Возникающее при этом осмотическое давление обуславливает тургор клеток, т.е их своеобразную упругость, способствуя тем самым поддержанию эластичности тканей, сохранению определенной формы органами и т.п. Обилие воды в клетках и тканях необходимы для нормального течения многообразных химических и физических процессов: гидратации, диссоциации веществ, реакции гидролиза, окисления и. т.п.

Каждая живая клетка имеет оболочку или поверхностный слой протоплазмы, обладающие свойством полупроницаемости. Так, оболочка эритроцитов непроницаема для ряда катионов, хотя она свободно пропускает анионы и воду. Помещая животные или растительные клетки в дистиллированную воду, можно наблюдать перемещение воды внутрь клеток, что ведет к их набуханию, а затем к разрыву оболочек и вытеканию клеточного содержимого. Если в таком опыте использовать эритроциты то вода окраситься гемоглобином в красный цвет. Подобное разрушение клеток путем разрыва их оболочек называют лизисом, а в случае эритроцитов гемолизом.