М.В. Медведева - Растворы

УДК 577ББК 28.072М42Рекомендовано к опубликованию решением Ученого и Учебнометодического советов биологического факультета М ГУ имениМ. В. Ломоносова.Рецензенты:Гусев Н.Б., чл.-корр. РАН, доктор биологических наук, профессор,заведующий кафедрой биохимии биологического факультета МГУимени М.В. ЛомоносоваЕвстафьева О.Л., кандидат биологических наук, доцент кафедрыбиохимии ГОУ ВПО Московский государственный медико­стоматологический университет Федерального агентства поздравоохранению и социальному развитию.Медведева М.В.Растворы: Учебно-методическое пособие. - 2 - е изд.

- М.:Цифровичок, 2012. - 76 с.ISBN 978-5-317-02319-5Пособие в первую очередь предназначено для студентов 3-гокурса кафедр биофизики, биоинженерии, иммунологии, физиологиичеловека и животных, генетики и клеточной биологии и гистологии,выполняющих практические работы в рамках раздела «Современныеметоды биохимии». Оно также может быть полезно для обучениястудентов других кафедр биологического факультета МГУ,осваивающих навыки практической биохимии.Учебно-методическое пособиеМЕДВЕДЕВА Марина ВалерьевнаРАСТВОРЫISBN 978-5-317-02319-5© Медведева М.В., 2008© Медведева М.В., 2012ОГЛАВЛЕНИЕТеоретическое введение..........................................................1.

Растворы и растворимость..................................................2. Концентрация раствора и способы ее выражения3. Растворители. Вода как растворитель.............................4. Основные положения теории электролитическойдиссоциации...........................................................................5. Ионное произведение воды.

Водородный показатель.6 . Способы определения pH среды ......................................6.1. Колориметрический метод определения p Hраствора с помощью индикаторов. Основныеклассы индикаторов....................................................6.2. Потенциометрический метод определения p Hраст вора ..................................................................7.

Титрование. Кривые титрования......................................8 . Буферные растворы..............................................................Практическая часть..........................................................................Оформление задачи.........................................................................Литература.........................................................................................Приложение.......................................................................................з448131524262631375060616365ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ1. Растворы и растворимость.Раствор - устойчивая, однородная (гомогенная) система ,включающая два или более компонентов, во всех частях одинаковаяпо физическим и химическим свойствам, в которой молекулы,атомы или ионы одного вещества равномерно распределены средимолекул, атомов или ионов другого (других) вещества (веществ).Растворызанимаютпромежуточноеположениемеждухимическими соединениями и смесями.

Как и химическиесоединения, они однородны и характеризуются тепловымиэффектами, а их свойства не являются суммой свойств компонентов.В отличие от химических соединений, как и смеси, растворы неподчиняются закону постоянства состава и могут быть разделены насоставные части.Если все исходные компоненты раствора находятся водинаковом агрегатном состоянии, растворителем считается тот изних, который содержится в наибольшем количестве, а все другие растворенные вещества. Если агрегатное состояние компонентовраствора различается, то растворителем считается то вещество,которое в чистом виде существует в том же агрегатном состоянии,что и образующийся раствор.В зависимости от агрегатного состояния растворителя растворымогут быть газообразными (воздух), жидкими (морская вода) итвердыми (сталь) (табл.

1). В биохимии огромную роль играютжидкие (водные) растворы, поэтому мы главным образом будемрассматривать именно их.Таблица 1. Примеры растворов.ТипраствораФазовое состояниерастворителярастворенноговеществаГазГазЖидкостьГазЖидкостьТвердое веществоТвердое вещество ГазЖидкостьТвердое веществоПримерыАтмосферный воздухКислород в водеСпирт в водеСоль в водеВодород в платинеТвердыйРтуть в серебреЦинк в меди (латунь)Углерод в железе (сталь)* Газовые растворы обычно называют газовыми смесями.Газовый*Жидкий4Условно принято считать молекулярными растворами системыс размерами растворенных частиц <1 нм, в то время как системы сразмерами растворенных частиц > 1 0 0 нм называются взвесями.Например, растворенный в воде NaCl - раствор, а мел,"растворенный" в воде, - взвесь.Растворимость - это зависящее от природы веществасвойство растворяться в другом веществе (растворителе).Процесс растворения непосредственно связан с диффузией.

Так привнесении в растворитель (например, в воду) какого-либо твердоговещества молекулы его поверхностного слоя в результате диффузиираспределяются по всему объему растворителя; затем с поверхности«снимается» новый слой молекул, который в свою очередьраспределяется по всему объему и т.д. Образуется качественно новаяоднородная система, устойчивая из-за наличия между частицами, ееобразующими, сил взаимодействия физико-химической природы.Одновременно происходит обратный процесс - выделение молекулиз раствора.По мере растворения вещества концентрация раствора все болеевозрастает и достигает такого значения, при котором за единицувремени выделяется столько же молекул, сколько растворяется.

Втаком равновесном состоянии с растворенным веществом растворназывается насыщенным: больше вещества при данных условиях внем раствориться уже не может. При меньшем содержании этоговещества раствор называют ненасыщенным. По количествусодержащегося вещества насыщенные растворы могут быть какконцентрированными, так и весьма разбавленными (например, в 100г воды растворяется 10"7 г Agl и 38 г NaCl). Определенныеизменения условий (например, повышение температуры), будетсопровождаться повышением растворимости.

Если затем вернутьраствор в исходное состояние, он будет содержать вещества больше,чемнасыщенныйраствор.Такиерастворыназываютперенасыщенными. Они не стойки, и избыток растворенноговещества легко выпадает в осадок. Таким образом, любой раствор вданных условиях характеризуется пределом растворимости количеством вещества на единицу объема раствора, при которомэто вещество растворяется и свыше которого оно перестаетрастворяться.Частопользуютсядругойвеличинойкоэффициентом растворимости (или просто растворимостьювещества),характеризующеймаксимальноечислограммоввещества, которое мож но растворить в 100 г растворителя приданной температуре и давлении.5По растворимости (в частности, в воде в качестве растворителя)все вещества делятся на три группы: 1) хорошо растворимые (сахар,поваренная соль, медный купорос; спирт, ацетон; аммиак,хлористый водород), 2) малорастворимые (гипс, сульфат свинца;бензол, эфир; метан, азот, кислород, углекислый газ), 3)нерастворимые* или практически нерастворимые (стекло, керосин,инертные газы).

(Граница между второй и третьей группой веществдостаточно условна). Кроме того, в одних случаях компонентыраствора могут смешиваться друг с другом во всех отношениях(например, спирт и ацетон в воде), в других - только ограниченно(эфир в воде), лишь до образования насыщенного раствора(максимальное содержание растворенного бутилового спирта в водеоколо 6%) или не смешиваться вовсе (ртуть в воде).Факторы, влияющие на растворимость. Растворимостьвеществ зависит: 1) от природы самого растворяемого вещества; 2)от природы растворителя; 3) от концентрации раствора; 4) отприсутствия в растворе других растворенных веществ; 5) от условийпротекания процесса растворения: давления и температуры.Растворение веществ зачастую сопровождается тепловымэффектом.

В зависимости от природы вещества обычно происходитили выделение, или поглощение теплоты. Это связано с тем, что приобразовании раствора связи между частицами каждого изкомпонентов(растворяемого веществаилирастворителя)заменяются связями между частицами разных компонентов.

Чтобыновые связи могли образоваться, компоненты раствора должныиметь сходные связи, т.е. быть одной или близкой химическойприроды (ионные вещества хорошо растворяются в полярныхрастворителяхихужев неполярных,а вещества,недиссоциирующие в растворе на ионы, - наоборот). Отсюда следуетнайденное опытным путем правило, согласно которому «подобноерастворяется в подобном».

Однако многие вещества занимаютпромежуточное положение между типично полярными и типичнонеполярнымисоединениями,идляних использованиевышеупомянутого правила затруднено. К сожалению, единойнаучной теории, способной предсказать растворимость веществ втех или иных растворителях не существует.* Абсолютно нерастворимых веществ в природе не существует. Дажеметаллическое золото и серебро в ничтожно малых количествах растворяется вводе и, как известно, такие растворы обладают слабыми антисептическимисвойствами.6При растворении различных веществ выделяется илизатрачивается энергия. Так при растворении в воде едкого натрия,серной кислоты и т.п.выделяется такое большое количествотеплоты (процессы являются экзотермическими (AG<0)), что водаможет закипеть (поэтому необходимо добавлять небольшиеколичества кислоты или щелочи в воду, а не наоборот).