Емкость адсорбента по холестерину

Тематические планы лекций, практических занятий, экзаменационные вопросы, примеры тестов тематические планы лекций по общей химии на 1 семестр ( 2-х часовые) Предмет и задачи химии. Химические дисциплины в системе медицинского образования

Величина потенциала, возникающего на границе металл/раствор, определяется по уравнению Нернста Zn2+/Zn= 0Zn2+/Zn+RT/zF  ln a(Zn2+),

Где Zn2+/Zn-потенциал, возникающий на границе металл /раствор;

0Zn2+/Zn- стандартный потенциал цинкового электрода ( справочные данные);

R-универсальная газовая постоянная, 8,31 Дж/моль. К;

Т- температура (К), влияющая на величину электродного потенциала;

z- число электронов в электродной реакции

F — число Фарадея, 96500 Кл/моль;

а(Zn2+) – активная концентрация ионов цинка, равная произведению коэффициента активности () на аналитическую концентрацию(с): а=.с. При больших разведениях (с=10-3 и меньше)=1;а=с.

Zn2+Zn= -0, 763+8,31.298/2.96500.ln0,001= — 0,852 В.

Ответ: потенциал цинкового электрода равен – 0,852 В.

Вычислите потенциал водородного электрода при 298 К, погруженного в раствор, содержащий в 1 л 5,85 г NaCl и 0,1 моль хлороводорода. Расчет произвести с учетом ионной силы раствора.

Вычисляем ионную силу раствора (I) по формуле:

C(HCl)=0,1 моль/л; С(NaCl)=m(NaCl)/M(NaCl).Vр-ра= 5,85г/ 58,5 г/моль.1л= 0,1 моль/л.

I=1/2 (С(H+).12+С(Cl-).12 + С(Na+).12 + С(Cl-).12)= 1/2(0,1.1+0,1.1+ 0,1.1+0,1.1)= 0,2 моль/л.

По величине (I), пользуясь справочником, находим коэффициент активности =0,7, и определяем активную концентрацию ионов водорода:

Определяем рН исследуемого раствора: рН= — lg0,07 = 1,15.

Потенциал водородного электрода рассчитывается по уравнению: 2н+н2= — 0,059 рН;

Ответ: потенциал водородного электрода в исследуемом растворе равен

Для измерения рН сока поджелудочной железы была составлена гальваническая цепь из водородного и хлорсеребряного (насыщенного) электродов. Измеренная при 25  С ЭДС составила 680 мВ. Вычислите рН сока поджелудочной железы и приведите схему гальванической цепи.

По справочнику определяем потенциал хлорсеребряного ( насыщенного) электрода при t=25С:

Вычисляем потенциал водородного электрода из уравнения:

Е= хлорсереб. —  водор., так как потенциал водородного всегда отрицательный и меньше хлорсеребрянного,  водор = хлорсереб – Е;

Из уравнения  водор = + 0,059.lg а2 (Н+) или  водор = 0,059 рН;рН= водор /0,059= — 0,458/0,059= 7,77

Запишем схему гальванической цепи:

Pt,Н2| сок поджелудочной железы|| KCl(нас.),AgCl|Ag.

Ответ: рН сока поджелудочной железы равен 7,77(в норме).

При уменьшении концентрации новокаина в растворе с 0,2 моль/л до 0,15 моль/л поверхностное натяжение возрос­ло с 6,9 • 10-2 Н/м до 7,1 • 10-2 Н/м, а у раствора кокаина с 6,5 • 10-2 Н/м до 7,0 • 10-2 Н/м. Сравните величины адсорбции двух веществ в данном интервале концентраций. Т= 293 К.

Адсорбцию на границе раздела жидкость — газ вычисляют с помощью уравнения Гиббса

где Г — величина адсорбции растворенного вещества, из­меряемая количеством этого вещества (моль), приходящегося на единицу площади поверхности адсорбен­та, моль/м2;

с — равновесная молярная концентрация растворенного ве­щества, моль/л, в узких интервалах измерений рас­считывается как средняя величина:

— поверхностная активность (понижение удельного по­верхностного натяжения, вызванное повышением кон­центрации растворенного вещества в поверхностном

слое); в узком диапазоне —

;∆σ=σ2-σ1, ∆с=с2-с1

R — газовая постоянная, Дж/моль  К.

Определяем величину адсорбции новокаина:

3) Определяем величину адсорбции кокаина:

Ответ: адсорбция кокаина при прочих равных условиях выше.

В 50 мл раствора с концентрацией уксусной кислоты 0,1 моль/л поместили адсорбент массой 2 г и взбалтывали смесь до дости­жения адсорбционного равновесия. После этого раствор отфильт­ровали. На титрование 10 мл фильтрата пошло 15 мл раствора титранта с концентрацией КОН, равной 0,05 моль/л. Определите величину адсорбции уксусной кислоты.

1) По результатам титрования находим равновесную концен­трацию уксусной кислоты:

2) Определяем адсорбцию по разности концентраций исход­ного и равновесного растворов уксусной кислоты (адсорбата):

где с0 и сравн. — начальная и равновесная концентрации адсорбата;

V—объем раствора, из которого ведется адсорбция;

Ответ: величина адсорбции уксусной кислоты составила. 6,25-10-4 моль/г.

Емкость адсорбента АДБ по холестерину составляет 0,7 мкмоль/г. Какая масса холестерина адсорбируется из плазмы крови, содержащей 4,8 мкмоль/мл холестерина, если а = 2 мкмоль/мл, М хол. = 386,6 г/моль? Как изменится величина адсорбции, если концентрация холестерина в плазме увеличится до 5,4 мкмоль/мл?

1) Величину адсорбции определяем по уравнению Ленгмюра, принимая, что предельная адсорбция

равна емкости адсорбента 0,7 мкмоль/г, или 0,7 •10-6 моль/г:

2) Массу холестерина, адсорбированного из плазмы, опреде­ляем по формуле

m(хол)1 =4,9∙10-7 моль ∙386,6 г/моль =189,4∙ 10-6 г =1,89∙10-4 г.

m(хол)2 =5,1∙10-7 моль ∙386,6 г/моль =1,97∙10-4 г.

Ответ: с увеличением концентрации холестерина величина адсорбции увеличивается; m(хол)1 =1,89∙10-4 г., m(хол)2 =1,97∙10-4 г.

Степень адсорбции пропионовой кислоты из водного раствора углем массой 2 г составила 60%. Определите массу пропи­оновой кислоты (г) в 1 л водного раствора до адсорбции, если удельная адсорбция равна 2,32 • 10-3 моль/г.

1) Величину адсорбции из раствора и степень адсорбции определяем по формулам:

Вычисляем массу пропионовой кислоты:

m(C2H6COOH)=c0(C2H6COOH)∙M(C2H6COOH)∙V р — ра

m(C2H6COOH)=7,73∙10-3моль/л∙74 г/моль∙1л=0,572 г.

Ответ: m (C2H6COOH) в 1 л раствора до адсорбции состави­ла 0,572 г.

Рассчитать рН ацетатного буферного раствора, приготовленного из 80 мл c молярной концентрацией эквивалента СН3СООН 0,1моль/л и 20 мл раствора СН3СООNa с молярной концентрацией эквивалента 0,1моль/л. Кд(СН3СООН) = 1,74  10-5.

Расчет рН буферных растворов производится по уравнению Гендерсона – Гассельбаха:

рН= р Кк-ты + lg(C(1/z соли)  V соли / C(1/z к-ты) Vк-ты), где рК=-lgКд.

рН= 4,76 +lg (20  10-3л  0,1 моль/л / 80  10-3 л  0,1 моль/л) = 4,16

Ответ: рН ацетатного буферного раствора 4,16

Вариант I

Ответить письменно на вопросы:

Ионная сила раствора. Зависимость коэффициента активности от ионной силы.

Электроды сравнения. Стандартный водородный электрод. Хлорсеребряный электрод. Измерение электродных потенциалов.

Поверхностные явления. Поверхностная энергия. Поверхностное натяжение, его зависимость от температуры.

Задача №1. Рассчитать емкость буферного раствора по кислоте, если при добавлении к 50 мл этого раствора 2 мл соляной кислоты с концентрацией 0,8 моль/л рН изменится от 7,3 до 7,0.

Задача №2 . Рассчитайте ЭДС концентрированного гальванического элемента состоящего из двух водородных электродов, первый из которых опущен в раствор рН 4, а второй – с рН 6.

Задача №3. Определите энергию Гиббса поверхности капель водяного тумана массой 3,5 г при 298 К, если поверхностное натяжение воды 71,97мДж/м2, плотность воды 0,998 г/см3 , дисперсность частиц равна 45мкм-1.

Задача №4. При уменьшении концентрации анальгина в растворе с 0,3 моль/л до 0,21 моль/л поверхностное натяжение возросло с 6,5  10-2 Н/м до 7,4  10-2 Н/м, а у раствора пенталгина с 6,2  10-2 Н/м до 7,2  10-2 Н/м. Сравните величины адсорбции двух веществ в данном интервале концентраций, при Т = 295 К.

Ответить письменно на вопросы:

Буферные системы и растворы. Механизм их действия. Буферная ёмкость.

Ионоселективные электроды. Стеклянный электрод. Другие виды ионоселективных электродов. Применение в фармации.

Теория мономолекулярного слоя Лэнгмюра. Уравнения изотерм адсорбции (Фрейндлих, Лэнгмюр).

Задача №1. Рассчитать концентрацию ионов водорода в фосфатном буферном растворе, содержащим 10 мл дигидрофосфата натрия с молярной концентрацией эквивалента 0,8 моль/л и 300 мл гидрофосфата натрия с молярной концентрацией эквивалента 0,5 моль/л, если Кд = 6,210-8.

Задача №2. ЭДС концентрационного гальванического элемента, состоящего из двух водородных электродов, один из которых опущен в раствор рН 9, равна 0,15 В. Рассчитайте активную концентрацию ионов водорода в жидкой фазе другого водородного электрода.

Задача №3 . Вычислите поверхностное натяжение воды при t=30С по следующим данным сталагмометрического исследования: число капель воды равно 28, число капель ацетона равно 91. Поверхностное натяжение ацетона при 30С равно 22,910-3 Н/м.

Задача №4. В 30 мл раствора с концентрацией некоторого вещества, равной 0,220 моль/л, поместили активированный уголь массой 1,5 г. Раствор с адсорбентом взбалтывали до установления адсорбционного равновесия, в результате чего концентрация вещества снизилась до 0,175 моль/л. Вычислите величину адсорбции и степень адсорбции (в %).

Ответить письменно на вопросы:

Адсорбция на границе т/г т/ж

Задача №1. Средний рН внеклеточной среды — 7,4, внутриклеточной – 6,9. Чему равно соотношение концентраций протонов внеклеточной и внутриклеточной среды?

Задача №2. Рассчитайте ЭДС гальванического элемента, состоящего из водородного электрода, с активной концентрацией ионов водорода в жидкой фазе 0, 15 моль/л и медного электрода, который опущен в раствор с активной концентрацией ионов меди Cu2+ 0,1 моль/л, если  Сu2+/Cu= 0,34 В.

Задача №3. Рассчитайте полную поверхностную энергию 5 г эмульсии бензола в воде с концентрацией 75% (масс.) и дисперсностью D = 2 мкм-1 при температуре 313 К. Плотность бензола при этой температуре  = 0,858 г/см3 , поверхностное натяжение  = 32,0 мДж/м2 , температурный коэффициент поверхностного натяжения бензола d / d  = -0,13 мДж/(м2 К).

Задача №4. Сравните величины адсорбции растворов лидокаина и дикаина при Т = 298 К. Если при уменьшении концентрации лидокаина в растворе с 0,3 моль/л до 0,15 моль/л поверхностное натяжение возросло с 5,9  10-2 Н/м до 7,3  10-2 Н/м, а у раствора дикаина с 6,2  10-2 Н/м до 7,0  10-2 Н/м.

Ответить письменно на вопросы:

Потенциометрический метод измерения рН. Потенциометрическое титрование. Применение в биологии и медицине.

Проводники второго рода. Молярная электропроводность. Закон Кольрауша.

Избыточная адсорбция. Уравнение изотермы адсорбции Гиббса.

Задача №1 . Рассчитать ёмкость буферного раствора по щёлочи, если при добавлении к 50 мл этого раствора 2 мл гидроксида калия с молярной концентрацией эквивалента 0,8 моль/л рН изменится от 7,3 до 7,45.

Задача №2. ЭДС гальванического элемента, состоящего из водородного электрода, который опущен в раствор рН 9, и медного электрода, равна

0,25 В. Рассчитайте активную концентрацию ионов меди Cu2+ в жидкой фазе медного электрода, если  Сu2+/Cu= 0,34 В.

Задача №3. Определите поверхностное натяжение бензола при 293, 313 и 343 К. Примите, что полная поверхностная энергия не зависит от температуры и для бензола равна 61,9 мДж/м2. Температурный коэффициент d / d  = -0,13 мДж/(м2 К ).

Задача №4. Рассчитайте величину адсорбции уксусной кислоты на твердом адсорбенте, если ее равновесная концентрация составила 0,22 моль . дм-3, а константы в уравнении Фрейндлиха равны:  = 1,50 моль/г, n = 0,75.

Ответить письменно на вопросы:

Коэффициент активности и зависимость его от общей концентрации электролитов. Привести примеры.

Задача №1. Рассчитать ёмкость буферного раствора по щёлочи, если при добавлении к 50 мл этого раствора 2 мл гидроксида калия с молярной концентрацией эквивалента 0,8 моль/л рН изменится от 7,3 до 7,45.

Задача №2. Рассчитайте ЭДС концентрированного гальванического элемента, состоящего из двух водородных электродов, первый из которых опущен в

раствор с рН 8, а второй – с рН 5.

Задача №3. Рассчитайте полную поверхностную энергию 10 г эмульсии хлороформа в воде с концентрацией 45% (масс.) и дисперсностью 5 мкм-1 при

температуре 293 К. Плотность хлороформа 1,498 г/см3 , межфазное поверхностное натяжение 27,3 10-3 Дж/м2 , температурный коэффициент поверхностного натяжения хлороформа d / d  = -0,15 мДж/(м2 К ).

Задача №4. Величина предельной адсорбции высших предельных спиртов составляет 7,6910-6 моль/м2. Определите длину молекулы пропанола и бутанола. Какова площадь поперечного сечения молекулы спиртов этого ряда? (плотность пропанола и бутанола равна соответственно 0,804 и 0,809 г/ мл).

1. Ершов Ю.А., Попков В.А., Берлянд А.С. и др. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. М., Высшая школа,2000 г; стр. 66 –

119; стр. 131-139; 450 – 490; стр. 423-449.

2. Мушкамбаров Н. Н. Физическая и коллоидная химия: Учеб. для фарм. ин-

тов и фак-тов: Курс лекций, М., 2002. стр. 115-134; стр. 134 –174;

Пузаков С.А. Сборник задач и упражнений по общей химии: Учеб. пособие /С.А. Пузаков, В.А. Попков и др. – М.: Высш. шк., 2004; стр. 67 – 76; 85 – 104; стр. 145 – 168; стр.192 — 200.

Ершов Ю.А.,Кононов А.М.,Пузаков С.А. и др. Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. М. Высш. шк. – 2001 г; стр. 84 – 98; стр. 122 – 161; стр. 166 – 169

Литвинова Т.Н. Задачи по общей химии с медико-биологической направленностью. – Ростов н/Д: «Феникс», 2001.

Ленский А.С. Введение в бионеорганическую и биофизическую химию. М.- 1989 г.

Контрольная работа № 3

Тема: Коллоидная химия

Множество формульных единиц (до нескольких тысяч), соединя­ясь вместе, образуют агрегат. Ионы, сообщающие поверхности агре­гата определенный заряд, называются потенциалопределяющими ионами. Потенциалопределяющие ионы удерживаются на поверхно­сти агрегата за счет межмолекулярных взаимодействий. Агрегат вме­сте со слоем потенциалопределяющих ионов принято называть яд­ром коллоидной частицы.

Противоионы имеют знак заряда, проти­воположный потенциалопределяющим ионам. На противоионы со стороны ядер коллоидных частиц действует электростатическое при­тяжение, В то же время противоионы могут принимать участие в тепловом движении как кинетически самостоятельные единицы. Таким образом, часть противоионов достаточно тесно связана с по­верхностью ядер, вместе с потенциалопределяющими ионами они образуют адсорбционный слой . Остальная часть противоионов обра­зует диффузный слой . Агрегат вместе с адсорбционным слоем обра­зует коллоидную частицу.

Знак заряда коллоидной частицы опреде­ляется знаком заряда потенциалопределяющих ионов, а величина за­ряда — толщиной диффузного слоя. Чем меньше диффузный слой, тем больше противоионов находится в адсорбционном слое и тем меньше заряд коллоидной частицы. Коллоидная частица и проти­воионы диффузного слоя образуют мицеллу. Мицелла электроней­тральна.

В общем виде строение мицеллы можно представить так:

|______________________| |______________________________________| |____________|

агрегат адсорбционный слой диффузный слой

Золи, образующиеся в результате обменной реакции, могут отли­чаться знаком заряда частиц дисперсной фазы. Например, золь иодида серебра можно получить по реакции

либо в условиях избытка нитрата серебра, либо иодида калия. Рас­смотрим оба случая.

Золь, полученный при избытке нитрата серебра, имеет положи­тельно заряженные частицы. После того, как образуются агрегаты AgI, в растворе останутся ионы К+, NO3- и Ag+. В соответствии с пра­вилом Панета—Фаянса кристаллическую решетку иодида серебра из присутствующих в растворе ионов могут достроить только ионы се­ребра. Они и сообщат поверхности агрегатов положительный заряд. Противоионами в рассматриваемом примере являются нитрат ионы. Схема строения мицеллы такого золя записывается следующим об­разом:

где т — число формульных единиц AgI в агрегате; п — число потенциалопределяющих ионов; х — число противоионов в составе диф­фузного слоя.

Золь, полученный при избытке иодида калия, имеет отрицатель­но заряженные частицы. После того, как образуются агрегаты AgI, в растворе останутся ионы К+, I- и NO3-. В соответствии с правилом Панета—Фаянса кристаллическую решетку иодида серебра из при­сутствующих в растворе ионов могут достроить только иодид -ионы (потенциалопределяющие ионы). Противоионами являются ионы калия. Схема строения мицеллы:

где т — число формульных единиц AgI в агрегате; п — число потенциалопределяющих ионов; x — число противоионов в составе диф­фузного слоя.

Перед решением задач необходимо выучить основные понятия:

2) седиментационная и агрегативная устойчивость;

3) коагуляция, порог коагуляции, коагулирующая способность электролита;

изоэлектрическое состояние и изоэлектрическая точка.

Разобрать следующие вопросы:

1) механизм возникновения электрического заряда коллоидных частиц;

4) механизм набухания, количественная оценка степени набуха­ния;

5) виды вязкости, уравнение Штаудингера и его модификация;

6) осмотическое давление растворов полимерных неэлектролитов, уравнение

Примеры решения типовых задач

Пороги коагуляции некоторого золя электролитами KNO3, MgCl2, NaBr равны соответственно 50,0; 0,8; 49,0 ммоль/л. Как относятся между собой величины коагулирующих способностей этих веществ? Укажите коагулирующие ионы. Каков знак заряда коллоидной частицы?

Порог коагуляции (спк) – это минимальное количество электролита, которое надо добавить к коллоидному раствору, чтобы вызвать явную (заметную на глаз) коагуляцию – помутнение раствора или изменение его окраски.

Порог коагуляции можно рассчитать по формуле:

спк = сэл. . Vэл./ V кол. р-ра + Vэл.,

где сэл. – исходная молярная концентрация эквивалента раствора электролита;

Vэл. – объём раствора электролита, добавленного к коллоидному раствору;

Vкол. р-ра – объем коллоидного раствора.

Величина, обратная порогу коагуляции, называется коагулирующим действием ():

 (KNO3) = 1/ 50 ммоль/л = 0,02 л/ммоль;

 (MgCl2) = 1/ 0,8 ммоль/л = 1,25 л/ммоль;

 (NaBr) = 1/ 49,0 ммоль/л = 0,0204 л/ммоль.

MgCl2 обладает наибольшим коагулирующим действием. Коагулирующее действие электролитов на коллоидные растворы с ионным стабилизатором подчиняется правилу Шульце – Гарди: коагуляцию коллоидных растворов вызывают ионы, знак заряда которых противоположен знаку заряда гранулы. Коагулирующее действие тем сильнее, чем выше заряд иона-коагулянта.

= f(z6) – коагулирующее действие иона-коагулянта пропорционально его заряду в шестой степени.

 (Na+) :  (К+) :  (Mg2+) = 0,0204 : 0,02 : 1,25 = 1 : 1 : 62,5.

так как анионы во всех данных электролитах однозарядны, то ионами-коагулянтами являются катионы, а следовательно, заряд коллоидной частицы – отрицательный:

Ответ: наибольшим коагулирующим действием обладают ионы Mg2+; заряд гранулы золя – отрицательный.

Изоэлектрическая точка (ИЭТ) миозина мышц равна 5. При каких значениях рН: 2, 4, 5 или 7 электрофоретическая подвиж­ность будет наибольшей? С чем это связано?

Решение. При рН 2 и при рН 4 происходит ионизация групп —NH3, причем, при рН 2 ионизация происходит в большей степени.

При рН 5 ионизация макромолекул отсутствует, электрофорети­ческая подвижность не наблюдается.

При рН 7 происходит ионизация макромолекул. Наибольшая электрофоретическая подвижность миозина наблюдается при рН 2, так как рН между значением ИЭТ и рН буферного раствора макси­мальна, число ионизированных групп максимально, частица белка имеет наибольший положительный заряд.

При рН = 6 инсулин при электрофорезе остается на старте. К какому электроду инсулин будет перемещаться при электрофорезе в растворе хлороводородной кислоты с концентрацией 0,1 моль/л?

источник