1 / 38

Гетерогенные реакции

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.

koren
Download Presentation

Гетерогенные реакции

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. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 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

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

  3. План лекции • 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.

  4. Понятие гетерогенной реакции • 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.

  5. Процесс растворениятруднорастворимого электролита(в общем виде) • Для соли состава KtnAnm KtnAnm(т) nKtm+(р) + mAn-(р) (1) Растворение Кристаллизация(осаждение)

  6. Состояние равновесия характеризуется 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

  7. Константа растворимости (Кs) • - это произведение равновесных молярных концентраций ионов соли, взятых в степенях соответствующих стехиометрических коэффициентов

  8. Растворимость (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)

  9. Sхарактеризует 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

  10. Какова связь между Sи 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

  11. Связь между S 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

  12. 3 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

  13. Ks 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.

  14. Менее растворимая соль осаждается легче (раньше) • Это обстоятельство используется в титриметрическом анализе в методе осаждения Мора (прямое титрование Ag+раствораСl-в присутствии индикатора K2CrO4).

  15. Значение 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

  16. Значение 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.

  17. Значение 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

  18. Условие образования осадка • 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.

  19. Опасные ионы организма • 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)

  20. 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.

  21. 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)

  22. 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)

  23. Образование 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

  24. Укрепление зубной эмали • 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.

  25. 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.

  26. Образование уратныхкамней • 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

  27. Образование фосфатных камней • 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

  28. Образование оксалатных 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.

  29. Лечение почечнокаменной 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.

  30. Метод аргентометрии(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- )

  31. Осадитель, 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

  32. Ограничения в методе Мора • 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¯

  33. Метод Фольгарда • 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

  34. Cl-  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)

  35. 1 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)=

  36. Преимущества метода Фольгарда • 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.

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

  38. Конец лекции Спасибо за внимание

More Related