Download
1 / 38

Гетерогенные реакции - PowerPoint PPT Presentation


  • 310 Views
  • Uploaded on

Кафедра биологической химии с курсами медицинской, фармакологической и токсикологической химии. Лекция №4 для студентов 1 курса, обучающихся по специальности 060609.65 - Медицинская кибернетика Лектор: ст.преподаватель Руковец Татьяна Анатольевна Красноярск, 2013. Гетерогенные реакции.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' Гетерогенные реакции' - koren


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

Кафедра биологической химии с курсами медицинской, фармакологической и токсикологической химии

  • Лекция №4 для студентов 1 курса, обучающихся по специальности 060609.65 - Медицинская кибернетика

  • Лектор: ст.преподаватель

  • Руковец Татьяна Анатольевна

  • Красноярск, 2013

Гетерогенные реакции


Цель лекции курсами медицинской, фармакологической и токсикологической химии

  • Дать представление о гетерогенных равновесиях (в т.ч. в человеческом организме)


План лекции курсами медицинской, фармакологической и токсикологической химии

  • Понятие гетерогенной реакции

  • Константа растворимости (Кs) и растворимость (S), их взаимосвязь

  • Условие выпадения осадка. Насколько оно достижимо в организме

  • Смещение гетерогенного равновесия(полнота осаждения или растворимости)

  • Применение гетерогенных реакций для коррекции патологических состояний и диагностики

  • Методы осаждения. Аргентометрия.


Понятие гетерогенной реакции курсами медицинской, фармакологической и токсикологической химии

  • Реакции, компоненты которых находятся в разных фазах(жидкой и твердой, например) называются гетерогенными.

     К числу таких реакций относятся процессы растворения в воде малорастворимого сильного электролита: Са(ОН)2, солей галогенидов Ag,Pb, сульфата бария, карбонатов Са и Mg, фосфатов Са, гидрокси и фтораппатитов и т.д.


Процесс растворения курсами медицинской, фармакологической и токсикологической химиитруднорастворимого электролита(в общем виде)

  • Для соли состава KtnAnm

    KtnAnm(т) nKtm+(р) + mAn-(р) (1)

Растворение

Кристаллизация(осаждение)


Состояние равновесия курсами медицинской, фармакологической и токсикологической химиихарактеризуется Кр

  • Кр ==

    Кр × = =

m

n

Ktm+

Ann–

const при данной tº(2)

KtnAnm

Кр зависит только от tº

n

m

Ann–

const (3)при данной tº

Ktm+

KtnAnm

Константа растворимости Кs


Константа курсами медицинской, фармакологической и токсикологической химиирастворимости (Кs)

  • - это произведение равновесных молярных концентраций ионов соли, взятых в степенях соответствующих стехиометрических коэффициентов


Растворимость курсами медицинской, фармакологической и токсикологической химии(S)

  • Очевидно, что в момент равновесия (1) мы имеем насыщенный раствор – это раствор, где концентрации ионов малорастворимого электролита максимальны.

  • KtnAnm(т) nKtm+(р) + mAnn-(р) (1)

  • Количественной характеристикой насыщенного раствора является растворимость (S)


S курсами медицинской, фармакологической и токсикологической химиихарактеризует свойство вещества растворяться при данной температуре

Чем меньше S, тем хуже растворяется вещество.

  • S – это максимальное количество вещества, которое может растворяться в 1 л раствора при данной температуре .

  • Фактически S– концентрация насыщенного раствора, выражаемая в моль/л или г/л

  • S = n/V, где n – количество растворенного вещества (моль)

    V – объем раствора (л)

    Сравним: растворимость сахара (сахарозы) - 211,5 г/100 мл

    растворимость АgCl – 0,00019 г/100 мл


Какова связь между курсами медицинской, фармакологической и токсикологической химииSи Ks?

  • Ks = [Ktm+]n·[Ann-]m = (nS)n·(mS)m = nn·mmSm+n(4)

  • Т.о. Ks(KtnAnm)равно произведению стехиометрических коэффициентов соли, взятых в одноименныхстепенях, на растворимостьSв степени суммы этих же стехиометрических коэффициентов


Связь между курсами медицинской, фармакологической и токсикологической химииS и Ks

  • Из (4) следует, что

    S=

  • Для бинарных солей типа АgCl, AgBr,

    BaSO4 (AB):

    KsАВ = 11 11  S2 , откуда S = Ks

m + n

Ks

mm·nn

#KsАВ – это табличная величина


3 курсами медицинской, фармакологической и токсикологической химии

3

Ks

1,110-12

22 11

4

Примеры

  • Чему равна молярная растворимостьCa3(PO4)2? Аg2 CrO4 ? AgCl ?

  • S (Ca3(PO4)2) = = =

    = 710-7моль/л

  • SAg2CrO4 = = =

    =0,6510 -4моль/л

5

Ks ((Ca3(PO4)2)

5

210 -29

33  22

274


Ks курсами медицинской, фармакологической и токсикологической химии

1,810-10

2

2

Примеры

  • S(AgCl) = = = 1,2510-5моль/л

  • Отсюда ясно, что хромат серебра Ag2CrO4лучше растворяется (или более растворим), чем хлорид серебра AgCl при 25ºС (≈ в 5,2 раза).

  • Поэтому при совместном нахождении ионов CrO42- и Cl- в растворе после добавления Ag+ - осадителя сначала выпадет осадок AgCl, а потом Ag2CrO4.


Менее растворимая соль осаждается легче (раньше)

  • Это обстоятельство используется в титриметрическом анализе в методе осаждения Мора (прямое титрование Ag+раствораСl-в присутствии индикатора K2CrO4).


Значение осаждается легче (раньше)Ks

  • По Ks можно судить о растворимости:чем меньшеKs, тем меньше растворимость (справедливо для соединений, имеющих одинаковую стехиометрию)

    Так, в ряду галогенидов серебраKsAgCl 1,8·10-10Растворимость уменьшается AgBr 5,3·10-13в ряду:

    AgI 8,3·10-17 AgCl > AgBr > AgI


Значение осаждается легче (раньше)КS(продолжение)

СаНРО4 2,7·10-7 Гидрофосфат кальция СаС2О42,6·10-9 иоксалат кальция более растворимы, чем галогениды серебра.Причем, СаНРО4 более растворим, чем СаС2О4

  • Ks характеризует положение равновесия гетерогенной реакции. Чем меньше Ks, тем сильнее смещено равновесие в сторону образования осадка.


Значение осаждается легче (раньше)Ks (продолжение)

  • Зная концентрации ионов в растворе и сравнивая их произведение (т.е. ионное произведение) ПИ – с Ks, можно судить о степени насыщенности раствора.

  • ПИ = Ks раствор насыщенныйПИ < Ks раствор ненасыщенныйПИ >Ks раствор пересыщенныйПересыщенные растворы нестабильны и легко переходят в насыщенные


Условие образования осадка осаждается легче (раньше)

  • Чтобы осадок выпал необходимо, чтобы

  • ПИ > Ks

  • Компоненты малорастворимого соединения находились в эквивалентных количествах(иначе может получиться коллоидный раствор)

    Таким образом, условие 1 являетсянеобходимым, но недостаточным для образования осадка.


Опасные ионы организма осаждается легче (раньше)

  • При физиологическом рН фосфаты кальция представлены солями:СаНРО4 и Са(Н2РО4)2Ks 2,7·10-7 и1,0·10-3 при 25 °С

  • Ks (СаНРО4) =СМ(Са2+) · СМ(НРО42-)= = 1·10-3· 0,8·10-3 = 8·10-7моль2/л2при 37 °СЕсли учесть, что Ks при 37°С >Ks при 25 °С, то ПИ(СаНРО4)≈ Ks(СаНРО4)


  • Следовательно, есть риск для образования осадка СаНРО4в плазме крови, и эта соль является опасной.Возможно в организме её раствор не является истинным, а является коллоидным.

  • Отсюда ясно, что необходим строгий контроль за постоянством ПИ(СаНРО4).Если появятся условия ↑[Ca2+], то надо ↓[НРО42-] и наоборот.


  • Можно также показать, что другая соль – дигидрофосфат кальция Са(Н2РО4)2 –не является опасной, так как условий для образования её осадка в крови нет (мы видим высокий порог растворимостиKs(Са(Н2РО4)2)=1·10-3 М3). ПИ(Са(Н2РО4)2) = 4·10-11М3« Ks(Са(Н2РО4)2)

  • Нетрудно убедиться, что не только гидрофосфат кальция СаНРО4 представляет опасность, но и оксалат кальция (Ks=2,6·10-9)


Образование неорганического вещества костной ткани

  • В костях, хрящах и зубах необходимо, чтобы фосфаты кальция задерживались, так как их ионы идут на минерализацию твердой ткани.

  • Минерализация – это конечный этап образования костной ткани (происходит в клетках костной ткани остеобластах)

  • Основным минералом здесь является гидроксиаппатит Са5(РО4)3ОН.Ks(Са5(РО4)3ОН)=1,6 ·10-58 (это очень низкий порог растворимости, который легко преодолеть и образовать осадок)


Образование костной ткани вещества костной ткани(уравнение)

Остеобласты (рН = 8,3), минерализация

  • 5Са2+ + 3НРО42- + 4ОН-Са5(РО4)3ОН + 3Н2О

  • Щелочность среды (рН = 8,3) и повышенная концентрация фосфат – ионов в остеобластах способствуют формированию гидроксифосфата кальция.

  • Кристаллизация Са5(РО4)3ОН происходит на белке коллагене

  • Хондроитинсульфаты в комплексе с коллагеном связывают катионы кальция и фосфат – анионы.

  • При увеличении концентрации ионов Са2+ в плазме крови происходит отложение кальция в костной ткани, при уменьшении концентрации ионов Са2+ в плазме наблюдается растворение минеральных компонентов костной ткани (костную ткань можно рассматривать как кальциевый буфер).

Остеокласты,

деминерализация


Укрепление зубной эмали вещества костной ткани

  • Из анионов костная ткань содержит также карбонат СО32- и фторид F-.

  • Фторид входит в состав зубной эмали в виде фторидфосфата кальция Са5(РО4)3F.

  • Замена OH-на F- повышает твердость и устойчивость зубной эмали к растворению.

  • Повышенная концентрация ионов Ca2+ в слюне является также фактором, защищающим зубы от разрушения.


Особенности процесса камнеобразования

В организме человека ионы Са2+ могут образовывать разные малорастворимые соединения, которые называют камнями.

Мочекаменная болезнь связана с образованием в мочевых органах камней различного состава вследствие нарушения обмена веществ.


Образование камнеобразованияуратныхкамней

  • При ↑ концентрации мочевой кислоты в моче образуются ее соли – ураты (рН мочи < 5)

  • Диета направлена на ощелачивание мочи (молочно-растительная)

  • Для растворения камней назначают цитраты калия или натрия

  • Мочевая кислота и ее соли – ураты плохо растворимы в воде, поэтому при нарушении обмена веществ возможно ее отложение в суставах (подагра)

МОЧЕВАЯ КИСЛОТА


Образование фосфатных камней камнеобразования

  • Малорастворимые фосфаты кальция образуются в щелочной моче (рН мочи > 7)

    Витлокит Ca3(PO4)2

    ГидроксиапатитCa5(PO4)3OH

  • Для растворения камней используют Трилон Б и кислые минеральные воды.

Ca5(PO4)3OH + 7Н+ → 3Н2РО4- + 5Са2+ + Н2О


Образование камнеобразованияоксалатных камней

Образование оксалатных камней

  • Малорастворимые оксалаты кальция образуются как в кислой, так и в щелочной моче.

    Вевеллит CaC2O4·H2O

    Веделлит CaC2O4·2H2O

  • Для растворения камней используют Трилон Б и щелочные минеральные воды.


Лечение камнеобразованияпочечнокаменной болезни

  • Принцип лечения – растворение камней за счет извлечения из них ионов кальция комплексообразователями: ЭДТА и ее солью (Трилон Б), лимонной кислотой и ее солями.

Лимонная кислота

C10H14O8N2Na2·2H2O

Трилон Б

В народной медицине для уменьшения отложения солей используют лимоны.


Метод аргентометрии камнеобразования(два варианта)

  • Метод Мора (прямое титрование)Определяют Cl-, Br-, Ag+

  • МетодФольгарда

  • Прямое титрование (определяют -SCN, Ag +, Hg2+)

  • Обратное титрование, или титрование по избытку (определяют Cl-, Br-, I- )


Осадитель, камнеобразования

титрант

Белый осадок

Красный осадок

Метод Мора

  • Основная реакция – осаждение анионов Cl- (Br-)катионами Ag+:Cl- + Ag+→ AgCl

Рабочие реактивы: AgNO3иNaCl

Индикатор – K2CrO4; в точке эквивалентности

CrO42- + 2 Ag+→ Ag2CrO4


Ограничения в методе Мора камнеобразования

  • рН растворов, где определяют ионы, должна быть в пределах 7 – 10.Кислая среда недопустима, т.к. Н+будут связывать хромат-ионы CrO42-(или, точнее, бихромат-ионы Cr2O72-)в слабую кислоту. Индикатор убирается из раствора.

  • Определению Сl-и Br- мешают катионы Fe2+, Zn2+, Al3+, поскольку, гидролизуясь, они создают кислую среду.

  • Мешает осаждениютакже NH3, т. к. будет связывать Ag+в растворимый комплекс [Ag(NН3)2]-, мешаютBa2+,Pb2+, дающие осадок с СrO42¯


Метод Фольгарда камнеобразования

  • Вариант прямого титрования можно использовать для определения Ag+или–SCN. Основная реакция: Ag+ + -SCN→ AgSCN

титрант

Родонид серебра белого цвета

Рабочие реактивы: AgNO3и KSCN (родонид калия)

Индикатор: железоаммиачные квасцы NH4Fe(SO4)2


Cl камнеобразования-

Ag+ Ag+

- SCN

Метод Фольгарда(продолжение)

  • В точке эквивалентности:

    Fe3+ + n –SCN→ [ Fe(SCN)n ] 3-n(5)

  • Для определения Cl-используют обратное титрование(титрование по остатку) с тем же индикатором - железоаммиачными квасцами NH4Fe(SO4)2

В растворе

Красный цвет

Cl-+ Ag+→ AgCl

Ag+избыток +–SCN→ AgSCN

титрант

➌реакция (5)


1 камнеобразования

z

z

z

Cэ(KSCN)· V(KSCN)

Cэ(AgNO3)

Расчеты при обратном титровании

  • m (Cl-) = M ( 1 Cl-) · n1 (Ag+) = M(1Cl-)· Cэ(Ag+)·Vл1

  • V1 = VΣ(AgNO3) – V2 (AgNO3)

  • V2 (AgNO3)=


Преимущества метода Фольгарда камнеобразования

  • Точнее устанавливается точка эквивалентности.

  • Осадительные реакции можно проводить и в кислой среде, и в нейтральной среде

  • Катионы, подвергающиеся гидролизу, а также аммиак, определению не мешают.


Вывод камнеобразования

  • Будущему врачу необходимо понимание закономерностей образования и растворения малорастворимых солей для профилактики и лечения различных заболеваний, вызываемых нарушениями минерального обмена в организме человека


Конец лекции камнеобразования

Спасибо за внимание