ВУЗ: Ростовский Государственный Медицинский Университет
Категория: Учебное пособие
Дисциплина: Химия
Добавлен: 17.02.2019
Просмотров: 9987
Скачиваний: 53
76
fi– коэффициент активности i-го катиона (аниона)
Zi– заряд i-го катиона (аниона)
Данное уравнение является математическим выражением предельно-
го закона Дебая–Хюккеля (1921): в разбавленных растворах сильных элек-
тролитов с одинаковой ионной силой коэффициенты активности катионов
и анионов одинаковой зарядности равны независимо от их химической
природы.
Приведенная формула справедлива лишь для растворов с низкой ион-
ной силой I ≤ 0,01, потому-то и выражает предельный закон.
3.6. Электрическая проводимость растворов. Жидкости и
ткани организма, как проводники электричества второго рода
Под прохождением электрического тока через вещество подразуме-
вают направленное движение (перенос) электрических зарядов. В зависи-
мости от природы их носителя различают проводники первого рода и про-
водники второго рода.
В проводниках первого рода перенос электрического заряда осу-
ществляется за счет направленного движения электронов. К ним относят-
ся главным образом сплавы металлов, металлы и их расплавы.
В проводниках второго рода перенос электрического заряда осуще-
ствляется за счет направленного движения ионов. К ним относятся все
электролиты. Причем в большинстве случаев используются растворы или
расплавы данных соединений, так как именно в таких системах за счет
действия растворителя или высокой температуры образуются в достаточ-
ных количествах свободные ионы, способные перемещаться под действием
внешнего электрического поля.
Способность вещества проводить электрический ток количественно
характеризуется электропроводностью L, которую можно предсказать как
величину, обратную сопротивлению проводника R:
77
где ρ – удельное сопротивление;
- удельная электрическая проводи-
мость; S – площадь сечения проводника; l – длина проводника.
Электрическая проводимость в растворах электролита зависит от
числа ионов в объѐме раствора между электродами и скорости их движе-
ния.
Для оценки проводимости растворов и влияния на неѐ различных
факторов применяют две величины: удельную (Χ) и молярную (λ) элек-
трическую проводимость.
Удельной электрической проводимостью (Χ) называют электро-
проводность раствора, находящегося между параллельными электродами
площадью 1 см
2
, расположенными на расстоянии 1 см (измеряется в
См×см-1 или См×м
-1
).Удельная электрическая проводимость раствора
электролита зависит от природы электролита, концентрации раствора и
температуры.
Молярная электрическая проводимость – мера электрической
проводимости всех ионов, образующихся при диссоциации 1 моля элек-
тролита при данной концентрации.
Молярная электрическая проводимость равна электрической прово-
димости такого объѐма (V,см
3
) раствора, в котором содержится 1 моль рас-
творѐнного электролита, причѐм электроды расположены на расстоянии 1
см друг от друга.
Из определения удельной и молярной электрических проводимостей
следует, что они связаны соотношением:
где С – концентрация, моль/дм
3
; λ – молярная электрическая прово-
димость, См×см
2
/моль; Χ – удельная электрическая проводимость, См/см.
Молярная электрическая проводимость слабых электролитов меньше, чем
сильных; так как даже при низких концентрациях степень диссоциации
78
слабых электролитов мала (α‹1). Следовательно, несмотря на то, что в объ-
ѐме раствора, заключѐнного между электродами, содержится 1 моль элек-
тролита, переносчиков электрического тока – ионов в данном объѐме
меньше, чем в растворе сильного электролита. Повышение молярной элек-
трической проводимости слабых электролитов при разбавлении растворов
связано с увеличением степени диссоциации.
Для слабых электролитов отношение молярной электропроводности
раствора при данном разбавлении (λ) к молярной электропроводности при
бесконечно большом разбавлении (λº) характеризует истинную степень
электролитической диссоциации. Степень диссоциации электролита в рас-
творе заданной концентрации можно рассчитать, измерив молярную элек-
трическую проводимость этого раствора и зная λº.
У слабых электролитов с разбавлением раствора увеличивается сте-
пень электролитической диссоциации и молярная электропроводность;
константа же диссоциации при неизменной температуре остаѐтся постоян-
ной величиной (закон разбавления Оствальда). Константа диссоциации
К
дис
, α, λ и концентрация (разбавление) подобных растворов связаны меж-
ду собою следующими уравнениями:
К
дис
=
К
дис
=
или
К
дис
=
,
где V=1/C – разбавление раствора, л/г-экв.
Для сильных электролитов, диссоциирующих полностью (α=1),
79
Уменьшение молярной электрической проводимости при переходе
от бесконечно разбавленного раствора к растворам конечных концентра-
ций у сильных электролитов связано только с уменьшением скоростей
движения ионов. Сильные электролиты не подчиняются закону разбавле-
ния.
Биоткани — это проводники II рода.
При прохождении постоянного тока через тело человека возникает
постоянное электрическое поле, т.е. человеческий организм становится
сложным электрическим проводником. Организм в целом, а также его раз-
личные ткани представляют собой сложный электролитический раствор.
Величина электропроводности зависит от содержания в тканях жидкости.
Жидкие среды организма: кровь, лимфа, моча, спинномозговая жидкость -
обладают наибольшей электропроводностью.
К хорошим проводникам также относятся внутренние органы и мышеч-
ная ткань, а к плохим - кость, жировая ткань. Большим сопротивлением
проводимости обладает кожа, особенно ее роговой слой. В коже ток про-
ходит в основном через протоки потовых и сальных желез, межклеточные
пространства эпидермиса.
3.7. Ионное произведение воды
Вода – слабый электролит, она диссоциирует в незначительной сте-
пени (при температуре 298 K на ионы распадается 1 молекула из 5,5×10
8
).
Однако образующиеся при диссоциации воды ионы играют исключитель-
но важную роль в биологических процессах. Поэтому необходимо уметь
количественно выражать меру диссоциации воды. Выражение для кон-
станты равновесия диссоциации воды:
(1.1)
При температуре 298 К эта величина равна 1,8×10
-16
моль/л. Так как
80
диссоциации воды мала, еѐ концентрацию можно считать постоянной и
рассчитать по формуле:
[Н
2
О] = m /Mr (1.2)
где: m – масса 1л воды, Mr – еѐ молярная масса. Подставив числовые зна-
чения этих величин в уравнение 1.2, получаем: 1000 г/л / 18 г/моль = 55,5
моль/л. Умножив обе части уравнения 1.1 на концентрацию воды, получа-
ем:
К
равн
×[Н
2
О] = [Н
+
][ОН
-
]
(1.3)
и, подставляя числовые значения в уравнение 1.3, получаем:
К =1,8×10
-16
моль/л×55,5 моль/л = 10
-14
моль
2
/л
2
,
где Кw – ионное произведение воды. С ростом температуры увели-
чивается число диссоциациировавших молекул воды и, следовательно,
увеличивается ионное произведение воды.
Если [Н
+
] = [ОН
-
], то раствор имеет нейтральную реакцию, если
преобладают ионы Н
+
, то раствор кислый, если ОН
-
– щелочной.
В 1909 г. Зѐренсен предложил использовать для выражения концен-
трации протонов водородный показатель – рН, равный десятичному лога-
рифму концентрации протонов, взятому с противоположным знаком:
pH = -lg [Н
+
]
Так как ионное произведение воды для данной температуры – вели-
чина постоянная, увеличение концентрации одного из ионов влечѐт сни-
жение концентрации другого.
Зная рН, легко вычислить рОН: рОН = 14 – рН и наоборот.
pH может принимать значения от 1 до 14. Среду со значением рН от
0 до 3 называют сильно кислой, 3-6 – кислой, 7 – нейтральной, 8-10 – слабо
щелочной, 11-14 – сильно щелочной.
Биологическое значение постоянства рН состоит в том, что фермен-
ты, контролирующие скорости протекания химических реакций в организ-
ме, будучи белками, очень чувствительны к колебаниям рН. Даже незначи-
тельный сдвиг реакции среды от оптимума для данного фермента приво-