Основные свойства органических веществ

и происходит сжатие и сморщивание оболочки клетки, называемое

плазмолизом. Экзоосмос имеет место, если клетка оказывается в

гипертонической среде. Явление экзоосмоса наблюдается, напри-

мер, при посыпании ягод или фруктов сахаром, а овощей, мяса или

рыбы – солью. При этом происходит консервирование продуктов пи-

тания благодаря уничтожению микроорганизмов вследствие их

плазмолиза.

При приготовлении физиологических растворов необходимо

учитывать их осмотические свойства, поэтому их концентрацию вы-

ражают через осмолярную концентрацию (осмолярность).

Осмолярная концентрация – суммарное молярное количество

всех кинетически активных, т. е. способных к самостоятельному

движению частиц, содержащихся в 1 литре раствора, независимо от

их формы, размера и природы.

Осмолярная концентрация раствора связана с его молярной кон-

центрацией через изотонический коэффициент cосм= ic(X).

Любая жидкость при температуре ниже критической может на-

ходиться в трёх агрегатных состояниях: твёрдом, жидком и парооб-

разном. Между этими состояниями наблюдаются сложные фазовые

равновесия, которые включают обратимые взаимные превращения.

Положения этих фазовых равновесий зависит от температуры и

внешнего давления. Переходы жидкости в другие фазовые состоя-

ния (парообразное и твёрдое) характеризуются соответственно тем-

пературами кипения и плавления. Растворы замерзают при более

низкой температуре, чем чистый растворитель. Обозначив темпера-

туру замерзания растворителя через to, а раствора через t1, найдем

относительное  понижение  температуры замерзания  раствора

∆t

зам=tо–t1. На основании полученных экспериментальных данных

Рауль установил, что понижение температуры замерзания раствора

пропорционально его моляльной концентрации: 

∆t

зам = КСm,

где К –  криоскопическая постоянная растворителя; 

   Сm – моляльная  концентрация  раствора, моль/1000г растворите-

            ля. 

Криоскопическая константа (К) – величина, показывающая, на

сколько градусов одномоляльный раствор данного неэлектролита

замерзает ниже, чем чистый растворитель. Криоскопическая по-

стоянная зависит только от природы растворителя и не зависит от

природы растворенного вещества. Для воды К=1,86

0

С, для бензола

– 5,12°С, для нитробензола – 6,9°С и т. д. Метод, основанный на

измерении понижения температуры замерзания растворов, называ-

ют криоскопическим методом. Методом криоскопии можно опре-

делять молекулярные массы растворенных веществ неэлектроли-

тов. 

Из уравнения Рауля следует, что определение молярной массы

растворенного вещества (неэлектролита) сводится к определению t

зам.

Формула  ∆t = to – t

зам. р.

= К



Сm(В) = Кmв1000/Мв

mо,

где  to – температура замерзания чистого растворителя;

  t

зам. р.

–  температура замерзания раствора; 83

  Сm(В) – моляльность растворенного вещества;

  mв  –   масса растворенного вещества;

Мв – молярная масса растворенного вещества;

mо – масса растворителя;

К – криоскопическая постоянная (коэффициент для воды К= 1,86).

Она находит практическое применение для расчета антифризов,

т. е. жидкостей с пониженной точкой замерзания и применяемых в

системе охлаждения автомобилей и тракторов. Например, такой ан-

тифриз, как 55 %-ный раствор этиленгликоля в воде не замерзает да-

же при температуре –40°С.

Закон Рауля в виде уравнения справедлив только лишь для

растворов неэлектролитов. Однако свойства растворов изменяются

прямо пропорционально числу растворенных частиц. Если раство-

ряется электролит, то в результате диссоциации его на ионы общее

число частиц в растворе возрастает. В связи с этим в растворах элек-

тролитов понижение давления пара, понижение температуры замер-

зания и повышение температуры кипения больше, чем в растворах

неэлектролитов одной и той же моляльной концентрации. Для раз-

бавленных растворов электролитов уравнения  принимают вид

∆t

эам = i ∙ K ∙ Cm, где i – изотонический коэффициент Вант-Гоффа. Он

показывает, во сколько раз общее число частиц в растворе (ионов

и непродиссоциированных молекул) больше первоначального числа

молекул электролита, внесенного в раствор. Изотонический коэффи-

циент рассчитывают по формуле i = t

эксп/t

теор, где t

эксп – относительное

понижение температуры замерзания раствора, полученное экспери-

ментальным путем; t

теор – относительное понижение температуры

замерзания раствора, полученное расчетным путем.

Гидролизом соли называется взаимодействие ионов раство-

ренной соли с молекулами воды, сопровождающееся изменением рН

раствора. Гидролиз может происходить в том случае, когда при взаи-

модействии ионов соли с ионами воды образуются слабые электроли-

ты. Таким образом гидролизоваться могут соли, в состав которых вхо-

дят ионы слабой кислоты или катионы слабого основания, так как

только такие ионы могут образовывать малодиссоциирующие соеди-

нения. Гидролизу подвергаются соли, образованные: а) сильным

основанием и слабой кислотой, например, Nа2СО3; б) слабым основа-

нием и сильной кислотой, например, NН4С1; в) слабым основанием и

слабой кислотой, например, СН3СООNН4. Соли, образованные силь-

ной кислотой и сильным основанием, гидролизу не подвергаются,

например, NаС1.

Уравнения гидролиза пишутся аналогично другим ионным урав-

нениям. Формулы малодиссоциирующих, малорастворимых, а также

газообразных веществ пишутся в молекулярной форме, а формулы

сильных электролитов – в виде составляющих их ионов. Уравнения

гидролиза солей многоосновных кислот и многокислотных оснований

записываются по ступеням. 

Буферные растворы. Растворы, рН которых относительно мало

изменяется при добавлении небольших количеств кислоты или основа-

ния, называются буферными. Они обычно содержат слабую кислоту и

ее соль, например, СН3СООН + СН3СООК или слабое основание и его

соль, например, NH4OH + NH4C1. Рассмотрим процессы диссоциации

в растворе слабой кислоты и ее соли:

СН3СООН ↔ CH3COО

-

+ Н

+

;

CH3COONa  → CH3COO

-

+ Na

+

.

При добавлении кислоты в раствор ее ионы водорода связываются

в слабую кислоту

Н

+

+ СН3СОО

-

↔ CH3COOH.

При добавлении основания в раствор гидроксид-ион связывается в

слабый электролит (Н2О)

Н

+

+ ОН

-

↔Н2О.

Образование слабых электролитов при добавлении в буферный

раствор кислоты или основания и обусловливает устойчивость рН.

Константа диссоциации кислоты равна

Кд=([СН3СОО

-

][Н

+

])/[СН3СООН] или [СН3СОО

-

]

/[СН3СООН]=Кд/[Н

+

].

Логарифмируя это уравнение, получаем

pH=pKд +lg([СН3СОО

-

]

/[СН3СООН]). 87

Так как соль полностью диссоциирована, то [СН3СОО

-

] = Ссоли.

Поскольку доля диссоциированной кислоты мала, то можно при-

нять, что концентрация недиссоциированной кислоты примерно равна

исходной концентрации кислоты, т.е. Cкислоты:

[СН3СОО

-

]

/[СН3СООН] = асоли/акислоты=ссоли/скислоты.

Соответственно pH=pKд +lg(ссоли/скислоты).

Рассчитаем рН рассмотренного раствора, в котором 

ссоли = скислоты = 0,1 моль/л.

В этом случае рН = рКд = 4,75. 

Если в этот раствор добавить НСl концентрации 10

-2

моль/л, то из-

за реакции H

+

+ Cl

-

+ CH3COO

-↔CH3COOH + Cl

-

концентрация соли

уменьшится на 10

-2

моль/л, а концентрация кислоты увеличится на 10

-

2

моль/л. Согласно уравнению рН раствора будет равен 4,63. Как видно,

рН изменился незначительно (на 0,08 единицы). Если бы это количест-

во НСl добавить в дистиллированную воду, то ее рН изменился бы от 7

до 2 (на 5 единиц).

Буферирование играет важную роль в природе и технике. В орга-

низме человека рН меняется очень незначительно вследствие буфер-

ных свойств растворов во всех системах. Мало изменяется рН морской

воды (рН 8,0). При проведении многих технологических процессов рН

среды поддерживают постоянным с помощью буферных систем.

Таким образом, в воде происходит ее диссоциация (самоионизация)

с образованием ионов водорода и гидроксида. При постоянной темпе-

ратуре произведение активностей ионов водорода и гидроксида явля-

ется величиной постоянной. Важное значение для многих биоло-

гических и технологических процессов имеет водородный показатель

среды. Его можно рассчитать, а также определить с помощью инди-

каторов и приборов. Значение рН можно поддерживать на практически

постоянном уровне путем применения буферных смесей.

Ввиду особой важности гидролиза солей в регулировании биоло-

гических процессов следует четко отработать навыки написания урав-

нений гидролиза.

Коллоидные растворы

Система, в которой одно вещество раздроблено и распределено в

массе другого вещества, называется дисперсной системой.

Вещество, распределенное в виде отдельных частиц (твердых час-

тиц, капель жидкости, пузырьков газа и т. д.), называется дисперсной

фазой. Вещество, в котором распределена дисперсная фаза, – диспер-

сионной средой. Дисперсная фаза нерастворима в дисперсионной

среде и отделена от нее поверхностью раздела. Дисперсные систе-

мы различаются степенью дробления дисперсной фазы. Степень из-

мельчения (дробления) вещества называется степенью дисперсно-

сти. По степени дисперсности дисперсные системы разделяются на

три вида.

Дисперсные системы  (1 нм=10

-9

м).

1. Грубодисперсные (суспензии, эмульсии и т. д.) 100 нм

2. Коллоидные                                                              1–100 нм

3. Молекулярно-ионные (истинные растворы)             1 нм

В зависимости от агрегатного состояния дисперсной фазы и

дисперсионной среды грубодисперсные системы классифицируют

следующим образом:

Суспензии – это системы, состоящие из твердых частиц, взве-

шенных в жидкости. Частицы твердого вещества видны в микроскоп

и имеют размер 100–1000 нм. Суспензии (например, взвесь глины в

воде) не фильтруются через бумажные фильтры, не обладают осмо-

тическим давлением и являются седиментационно неустойчивыми,

частицы дисперсной фазы выпадают на дно сосуда под действием

тяжести.

Эмульсиями называются дисперсные системы, в которых дис-

персная фаза и дисперсионная среда – жидкие. Для получения

эмульсии необходимо взять две взаимно нерастворимые жидкости

(или ограниченно нерастворимые) и диспергировать одну в другой в

виде мелких капель. Например, эмульсия: масло в воде. Обычно одна

из фаз эмульсий – вода, Другой фазой может быть любая органиче-

ская жидкость, нерастворимая в воде: масло, бензол, бензин и т. п. 90

Для повышения устойчивости эмульсий вводят особые вещества,

называемые эмульгаторами. Эмульгатор, адсорбируясь на поверхно-

сти капель дисперсной фазы, образует пленки, препятствующие слия-

нию капель друг с другом. В качестве эмульгаторов в большинстве

случаев применяют соли высокомолекулярных жирных кислот –

мыла.

Пенами называют высококонцентрированные связные дисперс-

ные системы, в которых дисперсная фаза – газ, а дисперсионная сре-

да – жидкость, вытянутая в тонкие пленки. Если эти пленки способ-

ны отвердеть, то можно получить практически безгранично устой-

чивую твердую пену (пенобетоны, пенопласты, микропористая ре-

зина и т. д.).

Дымы и туманы представляют собой дисперсные системы с га-

зообразной дисперсионной средой. Дым – это твердые частицы,

распределенные в газе, а туман – весьма мелкие капельки жидкости,

также распределенные в газе. Устойчивые неоседающие дымы и ту-

маны имеют весьма мелкие размеры частиц дисперсной фазы. По-

этому их объединяют под общим названием аэрозоли независимо от

агрегатного состояния дисперсной фазы. 

Коллоидные системы представляют собой вид дисперсных сис-

тем с размером частиц дисперсной фазы от 1 до 100 нм. Диспер-

гирование (дробление) растворенного вещества в истинных растворах

происходит до молекул и ионов. В коллоидных системах частицы

дисперсной фазы представляют собой относительно крупные агрега-

ты, состоящие из сотен и тысяч молекул, ионов и атомов.

Жидкие коллоидно-дисперсные системы называются коллоид-

ными растворами или золями. От истинных растворов коллоид-

ные растворы отличаются рядом специфических свойств: они от-

носительно неустойчивые, частицы дисперсной фазы не проходят

через мембрану, обладают малой скоростью диффузии, способны

рассеивать свет.

Если направить пучок света через коллоидный раствор, то час-

тички растворенного вещества рассеивают свет, – в жидкости на-

блюдается светящийся конус (конус Тиндаля). Это свойство колло-

идных растворов отличает их от истинных, которые свет не рас-

сеивают.

Частица дисперсной фазы в коллоидном растворе называется

мицеллой. Мицелла в целом электронейтральна. В центре мицел-

лы находится ядро. Ядро мицеллы представляет собой совокуп-

ность кристаллически или аморфно упакованных молекул трудно-91

растворимого соединения. Ядро коллоидной частицы прочно адсор-

бирует на своей поверхности ионы определенного заряда электроли-

та-стабилизатора, которые называются потенциалопределяющими

ионами. Ионы противоположного знака, компенсирующие заряд час-

тицы, называются противоионами. Одна часть противоионов рас-

полагается за счет электростатического взаимодействия в адсорбци-

онном слое в непосредственной близости к ядру и удерживается час-

тицей при ее передвижении по раствору, а вторая часть противоио-

нов находится в диффузном слое и слабо связана с частицей. Ядро