Файл: Общая химия методичка.pdf

66 

вещества на 1 кг растворителя), имеют одинаковые отличия в температуре 

замерзания  и  кипения  от  чистых  растворителей,  и  одинаковое  осмотиче-

ское давление. 

К коллигативным свойствам относятся:  

1.  диффузия; 

2.  понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором, 

по  сравнению  с   насыщенным паром растворителя  над  чистым рас-

творителем; 

3.  повышение  температуры  кипения  раствора,  по  сравнению  с  чистым 

растворителем; 

4.  понижение  температуры  замерзания  раствора,  по  сравнению  с  чис-

тым растворителем; 

5.  осмотическое давление. 

1. Диффузия  –  это  самопроизвольный  процесс  выравнивания  концен-

трации растворѐнного вещества в объѐме.  

Она обусловлена 2 факторами: 1) наличием рыхлой структуры и пустот 

в  растворителе  (например,  в  1  л  воды  еѐ  молекулами  занято  только  при-

мерно 370 мл), 2) тепловым движением частиц раствора.  

Диффузия  прекращается,  если  концентрация  во  всех  частях  раствора 

становится одинаковой. Скорость диффузии зависит от: 

1. абсолютной температуры; 

2. градиента концентрации; 

3. вязкости растворителя; 

4. размера диффундирующих частиц. 

Скорость  диффузии  возрастает  при  повышении  температуры  и  гради-

ента концентрации и уменьшается при увеличении вязкости растворителя, 

размера и массы диффундирующих частиц. Поэтому растворы высокомо-

лекулярных соединений (ВМС - белков, полисахаридов и др.) имеют очень 

низкий коэффициент диффузии. 

 Диффузия  может  быть  выражена  количественно.  Еѐ  описывает  закон 

67 

Фика: количество растворенного вещества m, проходящее за время t через 

площадь поперечного сечения сосуда S, которая разделяет растворы с раз-

ными концентрациями C

1

  и C

2

  определяется уравнением: 

                m / t =  - DS ×(C

2

 –C

1

) /  x

2

 – x

1

,                                           

где: m/t – скорость диффузии, D – коэффициент диффузии, равный ко-

личеству вещества, диффундирующего через 1 см

2

 поверхности раздела за 

время t при градиенте концентраций, равном 1; S  – площадь поперечного 

сечения  сосуда;  (C

2

–C

1

)  –  градиент  концентраций;  (x

2

–x

1

)  –  расстояние, 

пройденное диффундирующей  частицей  от дна  сосуда  из  раствора  с  кон-

центрацией C

1

  в раствор с концентрацией C

2

  (рис. 3.6). 

Рис. 3.6. Закон Фика 

Для биологических мембран это уравнение имеет следующий вид:  

                       m / t =  - рS (C

2

 –C

1

),                                                 

где: р – коэффициент проницаемости мембраны, C

1

 и C

2

 – концентрации по 

обе стороны мембраны. 

Диффузия  играет  важную  роль  в  биологических  системах.  Благодаря 

диффузии  осуществляется  транспорт  метаболитов  внутри  клеток  и  через 

мембрану. Так, например, в организме человека ежеминутно путѐм диффу-

зии через стенки капилляров перемещается 1500 л жидкости.    

2.  Понижение  давления  насыщенного  пара  растворителя  над  рас-

твором, по сравнению с насыщенным паром растворителя над чистым 

растворителем. При данной температуре давление насыщенного пара над 

каждой  жидкостью  –  величина  постоянная.  При  растворении  в  жидкости 

нелетучего  вещества  давление  насыщенного  пара  этой  жидкости  над  ней 

понижается. Т.о., давление насыщенного пара растворителя над раствором 

всегда ниже, чем над чистым растворителем при той же температуре. Раз-

68 

ность между этими величинами называют понижением давления пара над 

раствором (или понижением давления пара раствора). Отношение величи-

ны этого понижения к давлению насыщенного пара над чистым раствори-

телем  называется  относительным  понижением  давления  пара  над  раство-

ром.  

Пусть давление насыщенного пара растворителя над чистым раствори-

телем равно Р

0

, а над раствором – Р. Тогда относительное понижение дав-

ления пара над раствором будет представлять собою дробь:  (Р

0 

– Р) / Р

0

.  

Это  относительное  понижение  давления  насыщенного  пара  раствори-

теля  над  раствором  равно  мольной  доле  растворѐнного  вещества  (закон 

Рауля). Математически закон Рауля можно выразить так:  

                  (Р

0

 – Р) / Р

0

 = n / n+N,                                                        

где: Р

0

 – давление насыщенного пара над чистым растворителем, Р  – дав-

ление  насыщенного  пара  над  раствором,  n  –  число  молей  растворѐнного 

вещества,  N  –  число  молей  растворителя  в  определенном  объѐме,  n+N  – 

молярная (мольная) доля растворѐнного вещества. 

Следствием закона Рауля являются два свойства растворов: темпера-

тура  замерзания  растворов  ниже,  а  температура  кипения  –  выше,  чем  у 

чистых  растворителей.  Причѐм  повышение  температуры  кипения  и  пони-

жение  температуры  замерзания  растворов  неэлектролитов  прямо  пропор-

циональны  их  моляльной  концентрации.  В  результате  при  атмосферном 

давлении, например, водные растворы кипят при температуре выше 100°С 

и замерзают при температуре ниже 0°С. 

3.  Повышение  температуры  кипения  раствора,  по  сравнению  с 

чистым растворителем. Известно, что раствор начинает кипеть тогда, ко-

гда  давление  его  насыщенного  пара  равно  внешнему  давлению.  Следова-

тельно, раствор закипает при более высокой температуре, чем чистый рас-

творитель. 

4. Понижение температуры замерзания раствора, по сравнению с 

чистым растворителем. Растворы замерзают при температуре ниже, чем 

69 

чистый растворитель. 

5.  Осмос  –  это  односторонняя  диффузия  растворителя  через  полу-

проницаемую мембрану в сторону раствора с большей концентрацией рас-

творѐнного вещества.  

Осмос вызывается осмотическим давлением – силой, отнесѐнной к 

единице поверхности мембраны. Осмотическое давление имеется у любого 

раствора.  Оно обусловлено  стремлением  частиц растворителя  путѐм  диф-

фузии распределиться в  максимально большем объѐме.  

Осмотическое давление растворов неэлектролитов пропорционально 

молярной концентрации (при постоянной температуре) и абсолютной тем-

пературе (при постоянной концентрации)  раствора: 

Р

осм

 = RCT,  

где:  R  –  универсальная  газовая постоянная равная 8,31  Дж/(моль×К),  C  – 

молярная концентрация раствора, T – его абсолютная температура.  

Закон Вант-Гоффа: учитывая, что С = n/V, получаем:  Р

осм

V = nRT. 

Для  растворов  электролитов  вводится  поправочный  коэффициент  i,  пока-

зывающий  во  сколько  раз  истинная  концентрация  растворѐнных  частиц, 

осмотическое  давление,  понижение  температуры  замерзания,  повышение 

температуры  кипения,  понижение  давления  насыщенного  пара  раствори-

теля больше, чем в эквивалентном растворе неэлектролита:  

i = Cэл/Cнеэл= P

осм

эл/P

осм

неэл = Δt°з эл/Δt°з неэл = Δt°к эл/Δt°к неэл               

Математичекое выражение закона Вант-Гоффа для водных растворов 

электролитов имеет вид:  

Р

осм

V = inRT 

Осмоляльность крови в значительной степени зависит от концентра-

ции  ионов  натрия  и  хлора,  в  меньшей  степени  глюкозы  и  мочевины.  В 

норме  осмоляльность  сыворотки  крови  275-296  мосмоль/кг  Н

2

О,  осмо-

ляльность  мочи  обусловлена  мочевиной,  ионами  натрия,  калия,  аммония. 

Осмоляльность  мочи  колеблется  значительно:  от  50  до  1400  мосмоль/кг 

Н

2

О. При суточном диурезе около 1,5 л осмоляльность мочи здорового че-

70 

ловека составляет 600-800 мосмоль/кг Н

2

О. 

При  патологических  состояниях  осмоляльность  крови  может  как 

снижаться, так и повышаться.  Гипоосмоляльность  характеризует сниже-

ние  концентрации  натрия  в  крови  при  передозировке  диуретиков,  избы-

точной продукции антидиуретического гормона, при хронической сердеч-

ной  недостаточности,  циррозе  печени  с  асцитом,  глюкокортикоидной  не-

достаточности.  Гиперосмоляльность  связана  с  гипернатриемией  и  на-

блюдается  при  сахарном  диабете,  недостаточности  калия,  гиперкальцие-

мии, при декомпенсированном сахарном диабете (гипергликемической ко-

ме),  при  гиперальдостеронизме,  избыточном  введении  кортикостероидов, 

при хронической почечной недостаточности наблюдается увеличение кон-

центрации  мочевины  (каждые  5  ммоль/л  мочевины  увеличивают  осмо-

ляльность крови на 5 мосмоль/кг Н

2

О), параллельно происходит снижение 

концентрации  натрия  в  крови, поэтому  осмоляльность  крови  значительно 

не меняется. 

Ранним  признаком  снижения  функции  почек  является  нарушение 

функции разведения и концентрирования мочи. При максимальном водном 

диурезе  ренальная  дисфункция  проявляется  в  неспособности  почек  сни-

жать осмолярность мочи ниже 90 мосмоль/кг Н

2

О при норме снижения до 

20-30  мосмоль/кг  Н

2

О.  При  18-24-часовом  ограничении  приема  жидкости 

нарушается  способность  максимально  концентрировать  мочу  -  осмоляль-

ность мочи менее 800 мосмоль/кг Н

2

О. 

Явление осмоса играет важную роль во многих химических и биоло-

гических  системах.  Благодаря  осмосу  регулируется  поступление  воды  в 

клетки  и  межклеточные  структуры.  Упругость  клеток  (тургор),  обеспе-

чивающая  эластичность  тканей  и  сохранение  определенной  формы  орга-

нов,  обусловлена  осмотическим  давлением.  Животные  и  растительные 

клетки  имеют  оболочки  или  поверхностный  слой  протоплазмы,  обладаю-

щие свойствами полупроницаемых мембран. При помещении этих клеток в 

растворы с различной концентрацией наблюдается осмос.