Файл: Общая химия методичка.pdf

56 

3. РАСТВОРЫ: КОЛЛИГАТИВНЫЕ СВОЙСТВА, 

СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ.  

ГЕТЕРОГЕННЫЕ РАВНОВЕСИЯ 

3.1. Особенности физико-химических свойств воды 

Организм взрослого человека на 65% состоит из воды, а новорождѐнно-

го – на 75%. ⅔ от общего количества воды составляет внутриклеточная во-

да, ⅓ - внеклеточная.  

Вода поступает в организм двумя путями: 1) алиментарным (еда, питьѐ) 

– 1,5-2,0 литра в сутки; 2) эндогенным (вода, образующаяся при метаболи-

ческих превращениях) – 0,35-0,4 л в сутки. 

Вода в организме участвует в: 

1.  процессах метаболизма;  

2.  терморегуляции как теплоноситель и хладагент; 

3.  трансформации  энергии  (синтез  и  гидролиз  макроэргических  соеди-

нений);  

4.  процессе диссоциации электролитов как полярный растворитель; 

5.  растворении  минеральных  и  органических  веществ,  газов,  жидко-

стей.  

Свойства  воды  объясняются  строением  еѐ  молекул  и  структурирован-

ностью.  

Молекула воды имеет 2 ковалентные полярные связи – О-Н. Электрон-

ная плотность в них сдвинута в сторону более электроотрицательного ки-

слорода, имеющего 2 неподелѐнные электронные пары. Вследствие этого, 

на обоих атомах водорода локализуются частичный положительный заряд 

– δ+, а на атомах кислорода – частичный отрицательный – δ-. Т.о., молеку-

лы Н

2

О – биполярные, что определяет взаимодействие между ними. Благо-

даря такому распределению зарядов, соседние молекулы Н

2

О могут притя-

гиваться друг к другу за счѐт сил электростатического взаимодействия ме-

57 

жду  атомом  кислорода  одной  молекулы  Н

2

О  и  атомом  водорода  другой 

(рис. 3.1). 

Рис. 3.1. Водородные связи между молекулами воды 

Такой тип электростатического притяжения называют водородной свя-

зью.  Молекулы  воды  находятся  в  непрерывном  движении,  поэтому  водо-

родные связи постоянно быстро разрушаются и вновь образуются. За счѐт 

водородных  связей  между  молекулами  воды  образуются  тетраэдры  или  

кластеры. Молекулы воды, которые не образуют тетраэдры, могут входить 

и выходить из кластеров (рис. 3.2). 

Рис. 3.2. Кластеры воды 

Водородные  связи  слабее  ковалентных.  Однако,  благодаря  их  много-

численности,  они обеспечивают  многие  аномальные  физические  свойства 

воды: 

1.  высокую удельную теплоѐмкость;  

2.  высокую температуру кипения;  

3.  высокую температуру кристаллизации;  

4.  высокую удельную теплоту испарения;  

58 

Вода,  как  полярный  растворитель,  имеет  хорошую  растворяющую  и 

диссоциирующую способность. Водородные связи образуются при раство-

рении  в  воде  кристаллических  солей,  способных  ионизироваться  молеку-

лами Н

2

О, и многих органических соединений (альдегиды, аминокислоты, 

спирты, кетоны, углеводы). Растворимость этих веществ обусловлена спо-

собностью  молекул  Н

2

О  образовывать  водородные  связи  с  функциональ-

ными группами этих соединений.  

В  воде  могут  находиться  в  диспергированном  (раздробленном  состоя-

нии) вещества, содержащие в своѐм составе одновременно гидрофобные и 

гидрофильные  группы.  Такие  соединения  называют  амфипатическими. 

Примерами  могут  служить  калиевые  и  натриевые  соли  высших  жирных 

кислот (ВЖК) – мыла. Ионизированная в воде карбоксильная группа ВЖК 

или еѐ соли образует полярную головку, а углеводородный радикал – гид-

рофобный хвост (рис.3.3).  

Рис. 3.3. Строение амфипатических веществ 

Соль ВЖК легко диспергируется в воде, образуя агрегаты, называе-

мые  мицеллами.  В  них  гидрофобные  хвосты  жирной  кислоты  скрыты  от 

водной фазы внутри мицеллы, а полярные головки обращены к Н

2

О, обра-

зуя с ней водородные связи (рис. 3.4). На этом свойстве основана способ-

ность амфипатических веществ поддерживать в диспергированном в воде 

состоянии даже неполярные вещества. Именно так происходит эмульгиро-

вание пищевых жиров в двенадцатиперстной кишке под действием амфи-

патических веществ, содержащихся в жѐлчи – жѐлчных кислот и фосфоли-

пидов. 

59 

Рис. 3.4. Диспергирование в воде амфипатических веществ 

Водородные связи характерны не только для воды, они широко рас-

пространены  в  биологических  системах.  Водородные  связи  легко  образу-

ются между любым электроотрицательным атомом (F, О или N) и атомом 

Н, ковалентно связанным с другим электроотрицательным атомом. Приве-

дѐм  несколько  примеров  возникновения  водородных  связей  в  биологиче-

ских системах: 

    1.  Между  комплементарными  азотистыми  основаниями  нуклеиновых 

кислот, стабилизируя их вторичную структуру. Водородные связи возмож-

ны между А и Т, а также между Г и Ц. 

    2.  Водородные  связи  стабилизируют  вторичную,  третичную  и  четвер-

тичную структуры белковых молекул. 

3.2.  Растворимость,  коэффициент  растворимости.  Факторы,  от  ко-

торых зависит растворимость веществ 

Растворимость  веществ,  т.е.  способность  растворяться  в том  или  ином 

растворителе,  различается;  качественно  по  способности  растворяться  ве-

щества можно разделить: 

1.  на хорошо растворимые (больше 1 г вещества в 100 г растворителя); 

2.  малорастворимые (0,1–1,0 г вещества в 100 г растворителя); 

3.  нерастворимые (меньше 0,1 г вещества в 100 г растворителя). 

Однако  следует  иметь  в виду,  что  абсолютно  нерастворимых  веществ 

в природе нет. Например, погруженная в воду серебряная монета частично 

60 

поставляет  в раствор  ионы  Ag

+

,  благодаря  чему  вода  приобретает  целеб-

ные свойства. 

Количественно  растворимость  характеризуют  содержанием  раство-

ренного  вещества  в насыщенном  растворе.  Это  содержание  выражают 

с помощью коэффициента растворимости или массовой доли насыщенного 

раствора. 

Коэффициент  растворимости  s  (k)  равен  максимальной  массе  ве-

щества (в г), которое можно растворить в данных условиях в 100 г (реже — 

в 1 дм

3

) растворителя, чтобы получить насыщенный при данных условиях 

раствор.  В случае  газов  растворимость  часто  задают  в кубических  санти-

метрах (или граммах) на 1 дм

3

: см

3

/дм

3

 или г/дм

3

. 

При  записи  коэффициента  растворимости  обязательно  указывается 

вещество,  растворитель  и  внешние  условия  (для  веществ  в  твердом  со-

стоянии  обычно  в  качестве  внешних  условий  указывают  только  темпера-

туру), например: 

растворимость KNO

3

при 20°С равна 25 г в 100 г воды, или 

растворимость KNO

3

 в воде при 20°С равна 250 г/л. 

Рассмотрим факторы, влияющие на растворимость веществ. 

1.  Природа  растворяемого  вещества  и растворителя.  Подобное  рас-

творяется  в подобном.  Это  означает,  что  энергия  взаимодействия  между 

частицами растворяемого вещества должна быть близка к энергии межмо-

лекулярных  сил  в растворителе.  Вода  как  полярный  растворитель  лучше 

растворяет  ионные  вещества  или  вещества  молекулярного  строения 

с полярными молекулами: соли, щелочи, галогеноводороды, серная кисло-

та и др.; в то же время неполярные алканы, бензол в воде плохо раствори-

мы.  Напротив,  хорошими  растворителями  неполярных  веществ  являются 

керосин,  бензин,  состоящие  из  неполярных  молекул  углеводородов; 

имеющий  неполярные  молекулы  йод  лучше  растворим  в бензоле,  чем 

в воде.  Растворимость  веществ  в воде  возрастает,  если  они  химически 

взаимодействуют с водой (SO

3

, P

2

O

5

, Na

2

O и др.) или образуют с ней водо-