Методические рекомендации
по проведению самостоятельной работы студентов
модуль № 3 «Поверхностные явления. Адсорбция. Коллоидные растворы. Высокомолекулярные соединения».
учебной дисциплины Химия
для специальности 31.05.01 «Лечебное дело»
курс Ӏ семестр Ӏ
Составитель Задорожная А.Н.
к.х.н., доцент
Рецензент Иванова Н.С.
к.х.н., доцент
Владивосток, 2016
1.Тема СРС: Поверхностные явления. Адсорбция. Коллоидные растворы. Высокомолекулярные соединения
2.Мотивация изучения темы: элементы учения о поверхностных явлениях и свойствах дисперсных систем необходимы для будущего специалиста, т.к. поверхностные явления играют важную роль и в жизнедеятельности человека: процессы дыхания, обеспечение клеток питательными веществами, вывод продуктов метаболизма, и в медицине: лечение ожогов, очистка крови. Со свойствами дисперсных систем связаны такие вопросы как приготовление лекарственных препаратов типа проторгол, колларгол; использование антикоагулянтов при лечении тромбоза, инфаркта миокарда. Поэтому знание закономерностей адсорбционных явлений и свойств дисперсных систем будет использовано студентами при изучении:
- биохимии: хроматографическое разделение БАВ, изучение строения белков, исследование свойств белков и ферментов;
- микробиологии, вирусологии: использование адсорбентов для приготовления антигенного диагностикума, в начальном акте фагоцитоза, бактериологии; антимикробноедействие лекарственных препаратов, содержащих ионы металлов высшей валентности, коагуляция белковых коллоидов патогенных микроорганизмов;
- нормальной физиологии: изучение вопросов обмена веществ и реологических свойств биожидкостей, использовании синтетических кровезаменяющих жидкостей.
3.Цели самостоятельной работы студентов:
1. сформировать представления о биологической, экологической и медицинской роли адсорбции;
2. ознакомиться с факторами формирования эффективно работающей системы «адсорбент – адсорбтив»;
3. научиться характеризовать свойства коллоидных растворов и растворов биополимеров и роль этих свойств в жизнедеятельности;
4. обосновывать влияние различных факторов на устойчивость коллоидных растворов и растворов ВМС;
3.1.Общая цель: изучение темы направлено на формирование компетенции ОПК-7 по ФГОС специальности.
Конкретные цели и задачи.
После изучения темы студент должен:
«знать» - физико-химические методы анализа в медицине (хроматографический), биологическую, экологическую и медицинскую роль адсорбции, роль коллоидных поверхностно-активных веществ в усвоении и переносе малополярных веществ в живом организме, строение мицелл золей, методы получения и очистки золей, типы устойчивости коллоидных систем, факторы, влияющие на коагуляцию золей, основные правила электролитной коагуляции (Щульце-Гарди, Дерягина-Ландау), основные свойства высокомолекулярных веществ.
«уметь» - решать типовые и ситуационные задачи;
«владеть» - навыками интерпретации рассчитанных значений с целью прогнозирования возможности осуществления и направление протекания химических процессов, способами повышения стабильности дисперсных систем.
4.Контрольные вопросы.
1. Адсорбция на подвижной границе раздела фаз:
-причина адсорбции, свободная энергия поверхности (Gs) и её связь с поверхностным натяжением;
-поверхностно-активные и поверхностно-инактивные вещества, правило Дюкло-Траубе;
- ориентация молекул в поверхностном слое и структура биомембран.
2. Адсорбция на подвижной границе раздела фаз:
- факторы, влияющие на адсорбционную способность: природа адсорбента и адсорбтива, природа растворителя, температура, концентрация адсорбтива;
- основы адсорбционной терапии.
3. Строение лиофобных золей:
- получение лиофобных золей: диспергационные и конденсационные методы;
- методы очистки золей: диализ, электродиализ, ультрафильтрация;
- физико-химические принципы функционирования искусственной почки.
Свойства лиофобных золей.
5. Устойчивость лиофобных золей:
- коагуляция, правила электролитной коагуляции;
- порог коагуляции;
- коллоидная защита и пептизация.
6. Растворы ВМС и их свойства:
- вязкость растворов ВМС, уравнение Штаудингера;
- осмотическое давление растворов ВМС; уравнение Галлера;
-онкотическое давление крови;
- мембранное равновесие Доннана и его роль;
- застудневание растворов ВМС;
- свойства студней: синерезис и тиксотропия.
Задания для самостоятельной работы студентов.
| Вопросы для самостоятельного изучения | Виды и содержание самостоятельной работы | ||||||||||||||||
| 1.Адсорбция на подвижной границе раздела фаз | Для закрепления и систематизации знаний: - работа с конспектом лекции № 7, - работа с обязательной и дополнительной литературой, интернет – ресурсами. Вариант теста №1 Термодинамическая обусловленность процессов сорбции заключается в: а) росте энтропийного фактора; б) уменьшении свободной энергии поверхности; в) уменьшении энтропийного фактора. Вариант теста №2 Величина предельной площади молекулы одноосновной жирной кислоты составляет 21∙10-20 м2. Число молекул, способных проникнуть через стенки сосудов с общей поверхностью 6300 м2 составляет: а) 1,323∙10-15; б) 3,0∙1022; в) 3,0∙10-22. Вариант теста № 3. Поверхностная активность уксусной кислоты по сравнению с поверхностной активностью масляной кислоты отличается в: а) 3,25 раза в сторону понижения; б) 6,5 раза в сторону повышения; в) 10,24 раза в сторону понижения. Для формирования умений: Задача №1 При осложненных формах желтухи в моче увеличивается содержание желчных кислот и их солей (до 0,01%). Для их определения в две пробы мочи (больного и здорового человека) насыпают серный порошок. В какой пробе и почему частички серы пойдут ко дну? Задача №2 Из сталагмометра при 200С вытекает 60 капель исследуемого раствора и 30 капель воды. Поверхностное натяжение воды при этой температуре равно 72,75 мДж/м2. Вычислите поверхностное натяжение раствора. Задача №3 Определите поверхностный избыток (кмоль/м2) и знак его для 20% - ного раствора NaOH при 200 С, зная, что поверхностное натяжение раствора щёлочи равно 85,8 · 10-3 Дж/м2 , а поверхностное натяжение воды - 72,75 · 10-3 Дж/м2 . Плотность раствора щелочи 1,219 г/см3 . | ||||||||||||||||
| 2.Адсорбция на неподвижной границе раздела фаз | Для закрепления и систематизации знаний:
- работа с конспектом лекции № 7;
- работа с обязательной и дополнительной литературой, интернет – ресурсами.
Вариант теста № 1
Удаление фенола из воды можно провести, используя адсорбент:
а) цеолит;
б) активированный уголь;
в) фермент декарбоксилазу.
Вариант теста № 2.
Причина влияния растворителя на адсорбцию вещества из раствора заключается в том, что:
а) растворитель повышает растворимость вещества и усиливает его адсорбцию;
б) растворитель – конкурент, накапливающийся на адсорбенте и уменьшающий адсорбцию вещества;
в) растворитель – конкурент, накапливающийся на адсорбенте и усиливающий адсорбцию вещества.
Вариант теста № 3.
Имеется раствор, содержащий BaCl2, KJ, SrBr2. Для заряда поверхности образовавшейся твёрдой фазы нужно добавить в небольшом количестве:
а)  для «+» заряда; AgNO3 для «-» заряда;
б) для «-» заряда; AgNO3 для «+» заряда;
в) и AgNO3 не способствуют заряду поверхности твёрдой фазы.
Вариант теста № 4.
Способность ионов к адсорбции зависит от их природы, заряда и радиуса, поэтому:
а) многозарядные ионы адсорбируются лучше, чем однозарядные;
б) при одинаковом заряде на адсорбцию влияют уменьшение массы и радиуса;
в) ионы большого радиуса сильнее поляризуются и меньше адсорбируются;
г) уменьшение гидратации ионов способствует уменьшению адсорбируемости.
Для формирования умений:
Задача № 1.
Экспериментально установлено, что величина максимальной адсорбции пропионовой кислоты на угле составляет
3,0·10-3 моль/г, K = 6,0·10-2 моль/л. Какая масса вещества адсорбировалась из раствора, в котором установилась равновесная концентрация 0,1 моль/л? Масса адсорбента равна 1 г.
Задача № 2
Рассчитайте величину предельной адсорбции жирных кислот, если известно что площадь поверхностного слоя, приходящаяся на одну молекулу для всего гомологического ряда, составляет 2,05 10-19 м2.
| ||||||||||||||||
| 3. Строение лиофобных золей. | Для закрепления и систематизации знаний: - работа с конспектом лекции № 8; - работа с обязательной и дополнительной литературой, интернет – ресурсами. Вариант теста №1 К коллоидным растворам относятся а) рибосомы в жидкой цитоплазме (l = 2·10-8 м); б) лимфа (l = 1·10-6 м); в) коллаген (l = 3·10-7 м). Вариант теста №2 Для лиофобных золей характерно а) уменьшением энтальпии за счет межмолекулярного взаимодействия на границе раздела дисперсионная фаза – дисперсная среда; б) плохая сольватируемость, микрогетерогенность, но относительная термодинамическая устойчивость; в) ультрамикрогетерогенность, высокая дисперсность и термодинамическая неустойчивость. Вариант теста №3 Конденсационный метод получения коллоидных систем заключается в а) механическом, физическом или физико-химическом измельчении крупных частиц; б) укрупнении частиц при агрегации молекул или ионов химическим или физическим способом; в) образовании малорастворимых в данной среде веществ. Вариант теста №4 Уравнение реакции получения коллоидного раствора конденсационным методом: а) 2AlCl3(в) + 3H2SO4(к) →Al2(SO4)3(в) + 6HCl(г); б) Al(OH)3(т)+ NaOH(в) → Na[Al(OH)4] (в); в) AlCl3(в) +3H2О(ж) →Al(OH)3(т)+3HCl(в); Для формирования умений: Задача №1 При достаточно медленном введении вещества(NH4)2S в разбавленный раствор вещества ZnCl2возможно образование гидрозоля вещества ZnS. Напишите формулу мицеллы и укажите знак заряда коллоидных частиц этого золя. Задача № 2 Какой объем раствора хлорида железа (III) с молярной концентрацией эквивалента 0,001 моль/л надо прибавить к 0,03 л раствора нитрата серебра с молярной концентрацией эквивалента 0,003 моль/л, чтобы частицы полученного золя перемещались к аноду? Напишите формулу мицеллы. | ||||||||||||||||
| 4.Свойства лиофобных золей | Для закрепления и систематизации знаний: - работа с конспектом лекции № 8; - работа с обязательной и дополнительной литературой, интернет – ресурсами. Вариант теста № 1. Явление, сопровождающее прохождение света через дисперсную систему: а) преломление, поглощение, отражение, рассеяние (опалесценция); б) флуоресценция, дисcолюция; в) опалесценция, флуоресценция, поляризация. Вариант теста № 2. Коллоидные системы состоят из частиц, которые: а) отражают свет; не проходят через бумажный фильтр; задерживаются ультрафильтрами (целлофан, пергамент); видны в оптический микроскоп; б) опалесцируют (рассеивают свет); проходят через бумажный фильтр, задерживаются ультрафильтрами, видны в электронный микроскоп (кратность106), наблюдаются в ультрамикроскоп; в) опалесцируют, проходят через бумажный фильтр и ультрафильтры, не видны в электронный микроскоп (кратность 106), устойчивы кинетически и термодинамически. Вариант теста № 3 Электрокинетический ξ -потенциал возникает на границе: а) агрегат – адсорбционный слой ионов; б) адсорбционный слой – диффузный слой; в) потенциалопределяющие ионы – диффузный слой. Вариант № 4 Заряд коллоидной частицы определяют методом: а) ультрафильтрации; б) электрофореза; в) седиментационным. | ||||||||||||||||
| 5.Устойчивость лиофобных золей | Для закрепления и систематизации знаний:
- работа с конспектом лекции № 8;
- работа с обязательной и дополнительной литературой, интернет – ресурсами.
Вариант теста №1
Седиментационная устойчивость золей зависит от:
а) формы частиц;
б) степени дисперсности частиц;
в) наличия сольватных оболочек.
Вариант теста №2
Кинетическая устойчивость золя не зависит от:
а) заряда частиц;
б) радиуса частиц;
в) плотности дисперсной фазы.
Вариант теста №3
Действие электролитов-коагулянтов вызывает:
а) сжатие диффузного слоя частиц;
б) увеличение электростатического заряда частиц;
в) упрочнение адсорбционно-сольватных оболочек.
Вариант теста №4
При взаимодействии избытка фосфата калия с хлоридом магния образовался золь, в наибольшей степени коагулирующий под действием ионов:
а) K+;
б) Mg2+;
в) Al3+.
Вариант теста №5
Строение мицеллы золя гидроксида железа, полученного действием HCI при диссолюционной пептизации:
а)  ;
б)  ;
в)  .
Для формирования умений:
Задача № 1
Для изучения явления коагуляции были взяты золь Fe(OH)3 и раствор сернокислого калия (C(1/2 К2SO4)=0,01 моль/л). Раствор электролита разбавили водой в отношении 1:1, 1:2, 1:4, 1:6, 1:7, 1:8, 1:15. В семь пробирок отмерили по 10 мл золя и добавили по 5 мл раствора К2SO4, разбавленного, как указано выше, взболтали и дали постоять. Вычислите порог коагуляции для К2SO4, используя данные:
|
Задача № 2
Для определения золотого числа желатины 0,1 мл 1%-ного раствора добавили к 9,9 мл красного золя золота и затем провели серию из десяти последовательных разбавлений исходного раствора 1: 2. В каждую пробирку добавили по 1 мл 10%-ного раствора хлорида натрия. В пробирках 1-5 изменений не наблюдалось; в пробирках 6-10 раствор приобрел голубой оттенок. Чему равно золотое число?