Chemia 04.pdf

Z POPRZEDNIEGO WYKŁADU

buforem moŜe być słaby kwas i sprzęŜona z nim zasada w postaci soli tego kwasu lub słaba zasada

i sprzęŜony z nią kwas w postaci soli tej zasady

pH roztworu buforowego określa równanie

log

soli

kwasu

z którego wynika, Ŝe pH danego buforu zaleŜy od stosunku stęŜeń składników buforu („danego”

oznacza określoną wartość pK)

pojemność buforowa zaleŜy od stęŜenia buforu i stosunku stęŜeń składników buforu

W YKŁAD IV

C I Ś NIENIE OSMOTYCZNE , ROZTWORY KOLOIDALNE , RÓWNOWAGA G IBBSA -D ONNANA .

B UDOWA ATOMU I CZ Ą STECZEK

Ci ś nienie osmotyczne

osm

zaleŜy od temperatury oraz stęŜenia cząsteczek osmotycznie czynnych

cząsteczki osmotycznie czynne to cząsteczki niezaleŜnie poruszające się w roztworze, czyli

cząsteczki nieelektrolitów, jony oraz niezdysocjowane cząsteczki elektrolitów

dla nieelektrolitów:

C osm

, czyli

CRT

dla elektrolitów mocnych:

C osm

, czyli

iCRT

, gdzie: i jest liczbą jonów powstałych w wyniku

dysocjacji jednej cząsteczki elektrolitu mocnego

(dotyczy to kwasów zarówno mocnych jak i słabych), poniewaŜ powstający w

wyniku dysocjacji jon H 3 O + nie jest osmotycznie czynny

CRT

Przykłady

nieelektrolity

StęŜenie molowe sacharozy wynosi

0,2

mol

atm

CRT

0,2RT

0,2

0,082

298

4,9atm

0,082

298K)

lub

mol

hPa

CRT

0,2RT

0,2

83,1

298

4953hPa

83,1

298K)

mol

elektrolity mocne

StęŜenie molowe chlorku sodu wynosi

0,2

mol

atm

iCRT

i0,2RT

0,2

0,082

298

9,8atm

0,082

298K)

lub

mol

hPa

iCRT

i0,2RT

0,2

83,1

298

9906hPa

83,1

298K)

mol

– 25 –

dla kwasów:

Jednomolowe roztwory nieelektrolitów (i

1) w T

0ºC (273K) wykazują względem H 2 O ciśnienie

osmotyczne równe 22690hPa (22,4atm).

hPa

atm

¾®

22690

(22,4

)

mol

Roztwory osmotyczne

izoosmotyczne – roztwory o identycznym ciśnieniu osmotycznym z roztworem porównywanym

hiperosmotyczne – roztwory o wyŜszym ciśnieniu osmotycznym niŜ roztwór porównywany

hipoosmotyczne – o niŜszym ciśnieniu osmotycznym niŜ roztwór porównywany

Przykłady

0,2M roztwór sacharozy jest roztworem o niŜszym ciśnieniu osmotycznym (hipoosmotyczny)

w stosunku do 0,2M roztworu NaCl

0,2M roztwór sacharozy jest roztworem o równym ciśnieniu osmotycznym (izoosmotyczny)

w stosunku do 0,05M roztworu Na 3 PO 4

Ciśnienie osmotyczne roztworów moŜna ustalić na podstawie pomiaru obniŜenia temperatury

krzepnięcia lub podwyŜszenia temperatury wrzenia danego roztworu.

Błona półprzepuszczalna

błony półprzepuszczalne mogą być przepuszczalne tylko dla cząsteczek rozpuszczalnika (woda),

ale występują równieŜ błony, np. błona komórkowa, które oprócz cząsteczek wody przepuszczają

takŜe niektóre substancje w niej rozpuszczone, np. niskocząsteczkowe substancje nieorganiczne i

organiczne (selektywna przepuszczalność)

Ci ś nienie osmotyczne

efektywne ciśnienie osmotyczne zaleŜy od stęŜenia związku i przepuszczalności błony dla tego

związku

jeŜeli błony są przepuszczalne dla niektórych związków niskocząsteczkowych, ale zatrzymują

substancje wielkocząsteczkowe, to niektóre związki niskocząsteczkowe dyfundują nie powodując

róŜnicy ciśnień, inne związki niskocząsteczkowe i makrocząsteczki, np. białko zachowują się

zgodnie z prawem osmozy

przepuszczalność błony jest czynnikiem decydującym o powstaniu ciśnienia osmotycznego

erytrocyty otoczone są błoną komórkową półprzepuszczalną w sposób selektywny (błona ta

przepuszcza wodę, aniony, mocznik, glukozę i zatrzymuje jony K + i Na + )

jeŜeli błona oddziela dwa roztwory izoosmotyczne (takie samo stęŜenie cząsteczek osmotycznie

czynnych), przy czym oba roztwory zwierają róŜne substancje, względem których błona ma róŜną

przepuszczalność, to mimo izoosmotyczności wystąpi napręŜenie błony, czyli roztwory te nie będą

izotoniczne

podział roztworów:

– roztwór izotoniczny

– roztwór hipertoniczny

– roztwór hipotoniczny

uwzględniają nie tylko stęŜenie cząsteczek osmotycznie czynnych,

ale róŜną przepuszczalność błony dla tych cząsteczek

roztwór izotoniczny względem surowicy jest 0,15M roztwór NaCl (0,9% NaCl) lub 0,3M roztwór

glukozy (5,4% glukoza)

plazmoliza – zjawisko obkurczania się krwinek, wskutek umieszczenia ich w roztworze

hipertonicznym

hemoliza – zjawisko pękania krwinek, w wyniku umieszczenia ich w roztworze hipotonicznym

– 26 –

Układy koloidalne

roztwory heterogeniczne, w których moŜna wyróŜnić ciągłą fazę rozpraszającą (np. woda) oraz

nieciągłą fazę rozproszoną o średnicy 1–500nm

– roztwory rzeczywiste (homogeniczne)

– roztwory koloidalne

– zawiesiny (układy dwufazowe)

wykazują efekt Tyndala (światło ulega rozproszeniu w roztworze koloidalnym)

roztwory koloidalne zaleŜnie od stęŜenia i temperatury mogą występować w formie ciekłej jako zole

lub w formie elastycznego ciała stałego jako Ŝele

prawie wszystkie tkanki organizmów Ŝywych zwierają składniki koloidalne w postaci Ŝelu, natomiast

płyny ustrojowe są zolami

cząsteczki koloidów utrzymują się w ośrodku rozpraszającym dzięki zaadsorbowaniu duŜej ilości

jonów jednego rodzaju (ten sam ładunek) – koloidy liofobowe lub dzięki otoczce hydratacyjnej –

koloidy liofilowe (np. cząsteczki białka)

koagulacja – wypadanie z roztworu po utworzeniu agregatów

zol koagulat

koagulacja

wysalanie – koagulacja koloidów liofilowych (hydrofilowych) pod wpływem soli

Ci ś nienie osmotyczne a koloidy

ciśnienie onkotyczne (koloido-osmotyczne) – ciśnienie uwarunkowane obecnością koloidów jest

bardzo małe, odgrywa ono jednak waŜną rolę w utrzymaniu określonej objętości krąŜenia krwi i

wymianie cząsteczek między płynem międzykomórkowym i osoczem

Równowaga Gibbsa-Donnana

występowanie nierównomiernego rozmieszczenia jonów, gdy w jednej z dwóch oddzielonych błoną

przestrzeni wodnych, znajdują się jony koloidalne nieprzechodzące przez błonę

w organizmie spełniona jest zasada elektro-obojętności: suma ładunków (+) jest równa sumie

ładunków (–)

zasada ta obowiązuje w przypadku układów sąsiadujących ze sobą, które są oddzielone błonami

przepuszczalnymi dla jonów, a nieprzepuszczalnymi dla biopolimerów, np. białek (równieŜ

występujących w formie kationów i anionów)

oznacza to, Ŝe po stronie błony, gdzie są jony koloidalne niezdolne do przechodzenia przez błonę,

stęŜenie jonów zdolnych do przechodzenia przez błonę posiadających ten sam znak co koloid jest

mniejsze, a stęŜenie jonów przeciwnego znaku będzie większe

Przykład

stan początkowy

Na + 2mM

B – 2mM

Na + 4mM

Cl – 4mM

1,6 (jeŜeli: (1) suma obu stęŜeń ładunków (+) jest równa sumie stęŜeń obu ładunków (–) po obu

stronach błony i (2) iloczyn stęŜeń jonów przechodzących przez błonę jest taki sam po obu

stronach błony)

stan równowagi

Na + (2

x)mM

B – 2mM

Cl – xmM

Na +

Cl –

Na + 3,6mM

B – 2mM

Cl – 1,6mM

Na + 2,4mM

Cl – 2,4mM

– 27 –

¬ peptyzacja

– błona przepuszczalna dla niskocząsteczkowych jonów

– x

koloid niezdolny do przechodzenia przez błonę zmienia rozkład stęŜeń elektrolitów

konsekwencje równowagi Gibbsa-Donnana dla organizmu Ŝywego:

– skład elektrolitów przestrzeni śródmiąŜszowej róŜni się od składu elektrolitów w osoczu

– moŜliwe jest wchłanianie leków występujących w postaci jonów z jelita do osocza

– stęŜenie kationów głównie H 3 O + jest wyŜsze w erytrocytach niŜ w osoczu, gdyŜ stęŜenie białek

(polianionów) jest wyŜsze, stąd pH w erytrocytach jest niŜsze (7,19) niŜ w osoczu (7,4)

Pierwiastki w organizmie Ŝ ywym

jest jakościowo róŜny od składu chemicznego otaczającego środowiska

pierwiastek

% wagowy w organizmie % wagowy w litosferze

Ŝelazo

0,004

węgiel

0,09

azot

100x więcej niŜ w litosferze

wodór

10x więcej niŜ w litosferze

na masę ciała dorosłego człowieka składają się

rodzaj pierwiastków

% wagowy

biogenne

C H O N P Ca

łącznie 99%

K Na S Cl Mg

łącznie 0,9%

śladowe

Fe Cu Zn Co B

Mo Mn Se I F

łącznie 0,1%

Budowa atomów

znajomość budowy atomu, konfiguracji powłok elektronowych pozwala wnioskować o

moŜliwościach i sposobie łączenia się atomów w cząsteczki

zdolność atomów do łączenia się za pomocą wiązań chemicznych – stan energetyczny cząsteczki

jest mniejszy od stanu energetycznego poszczególnych atomów

prowadzi do zmian, dzięki którym atomy uzyskują najtrwalszą konfigurację elektronową:

– oktetową s 2 p 6

– dubletową s 2

powstawanie wiązania chemicznego polega na oddawaniu, przyjmowaniu lub uwspólnianiu

elektronów walencyjnych reagujących ze sobą atomów

budowę związków chemicznych określamy podając długość i kąt wiązania, kształt cząsteczki,

energię wiązania, momenty magnetyczny i dipolowy wiązań

Wi ą zania w cz ą steczkach

jonowe

metaliczne

kowalencyjne

kowalencyjne spolaryzowane

koordynacyjne

Wi ą zanie jonowe

efekt oddziaływania atomów znacząco róŜniących się elektroujemnością

następuje całkowite przeniesienie elektronów z atomu pierwiastka elektrododatniego na atom

pierwiastka elektroujemnego

kaŜdy z atomów uzyskuje trwałą konfigurację oktetową (dubletową)

– 28 –

11 Na: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1

11 Na + : 1s 2 2s 2 2p 6

17 Cl: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5

17 Cl – : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6

Wi ą zanie metaliczne

powstaje między dodatnio zjonizowanymi atomami metalu, tworzącymi gęsto upakowaną sieć

krystaliczną, a uwolnionymi w wyniku jonizacji elektronami walencyjnymi, które są zdelokalizowane

(naleŜą jednocześnie do wszystkich atomów), poruszają się swobodnie w całej sieci jako gaz

elektronowy

Wi ą zanie kowalencyjne

nazywane jest równieŜ wiązaniem atomowym

powstaje między atomami pierwiastków o tej samej elektroujemności, w wyniku utworzenia wspólnej

pary elektronowej

np. Cl 2 , O 2 , H 2

wspólna para elektronów znajduje się w jednakowej odległości od jąder obu atomów

Wi ą zanie kowalencyjne spolaryzowane

nazywane jest równieŜ wiązaniem atomowym spolaryzowanym

powstaje między atomami pierwiastków o róŜnej elektroujemności, w wyniku utworzenia wspólnej

pary elektronowej

wspólna para elektronowa jest silniej przyciągana przez jedno z jąder

¾®

niesymetryczny

rozkład ładunków

polaryzacja (ładunek ujemny zagęszcza się przy bardziej elektroujemnym

atomie)

ładunki, które powstają na atomach cząsteczki heterojądrowej noszą nazwę ładunków cząstkowych

cząsteczka ma charakter biegunowy – jest dipolem trwałym (z momentem dipolowym wynikającym

z jej budowy) lub przejściowym (jeśli staje się polarna w wyniku oddziaływania z innymi

cząsteczkami)

moment dipolowy jest miarą polarności wiązania, ale brak momentu dipolowego w cząsteczce

heterojądrowej nie świadczy o braku polarności

cząsteczka dwutlenku

węgla ma moment dipolowy równy 0 pomimo, Ŝe tlen i węgiel róŜnią się

elektroujemnością

¾®

O C O

Na moment dipolowy składaj ą si ę :

róŜnica elektroujemności atomów tworzących cząsteczkę

asymetryczna budowa

Wi ą zanie koordynacyjne

nazywane równieŜ semipolarnym lub donorowo-akceptorowym

jedno lub kilka wspólnych par elektronowych pochodzi od jednego atomu

róŜni się od wiązania kowalencyjnego sposobem powstania

wiązania te zaznaczmy strzałką od donora pary elektronowej do jej akceptora

wiązanie to występuje m.in. w jonach: H 3 O + , NH 4 + oraz kwasach tlenowych

– 29 –

Przykład – cząsteczka NaCl

momenty dipolowe wiązań się kompensują

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: