Как можно рассчитать изотонический коэффициент

Как можно рассчитать изотонический коэффициент

Кафедра физической и коллоидной химии ЮФУ

Материалы к лекциям для студентов химфака

Растворы электролитов. Теория электролитической диссоциации

(37)

Аналогичная поправка вносится в законы Рауля и изотонический коэффициент определяется следующим образом:

(38)

1. Электролиты в растворах распадаются на ионы – диссоциируют;

2. Диссоциация является обратимым равновесным процессом;

3. Силы взаимодействия ионов с молекулами растворителя и друг с другом малы (т.е. растворы являются идеальными).

(39)

Величина степени диссоциации зависит от природы растворителя и растворенного вещества, концентрации раствора и температуры. По величине степени диссоциации электролиты подразделяются на три группы: сильные ( α ≥ 0.7), средней силы (0.3 α α ≤ 0.3). К сильным электролитам относятся почти все соли (кроме Рb(СН₃СОО)₂, НgСl₂, СdСl₂), большинство неорганических кислот и щелочей; к слабым – все органические кислоты, вода, NН₄ОН, Н₂S и т.д. Электролитами средней силы являются некоторые неорганические кислоты: НF, НСN, Н₃PO₄.

Слабые электролиты. Константа диссоциации.

константа диссоциации выразится следующим соотношением:

(40)

Для бинарного (распадающегося на два иона) электролита выражение (40) можно переписать в следующем виде:

(41)

Поскольку концентрация каждого иона для бинарного электролита равна произведению степени диссоциации α на общую концентрацию электролита С, выражение (41) в этом случае можно записать следующим образом:

(42)

Для растворов слабых электролитов можно считать, что (1 – α ) приближённо равно 1. Тогда получаем:

(43) (44)

(45)

(46)

Соотношение (46) дает возможность, экспериментально определив изотонический коэффициент раствора, рассчитать степень диссоциации слабого электролита:

(47)

Copyright © С. И. Левченков, 2005.

Источник

Изотонический коэффициент в растворах электролитов и неэлектролитов

В данной статье будет рассмотрено понятие изотонического коэффициента Вант-Гоффа, его значение в неорганичекой химии. Будет названа его формула и перечислены различные составные данной величины, определяющей принципы действий каких-либо веществ при смешивании друг с другом и добавлении в растворы. А также упомянуты будут значение физического характера и воздействия факторов внешних условий на значение этой коэффициента.

Знакомство с понятием

Изотонический коэффициент, иногда называемый фактором Вант-Гоффа, является параметром безразмерной величины, который дает исчерпывающую характеристику поведения любых веществ в растворе. В численном выражении он равен значению некоторой составной свойства коллигативного раствора конкретного исследуемого соединения к явлению такой же коллигативной характеристики неэлектролитического раствора, имеющего ту же концентрацию и неизменные системные или иные параметры.

Такое понятие, как изотонический коэффициент, ввел в XIX веке Якоб Вант-Гофф, за что позже был удостоен Нобелевской премии по химии. Также этим ученым было введено в науку правило, названное его именем.

Суть коэффициента

Оба коллигативных параметра дают четкую характеристику данного параметра и четко определяют его смысл и суть. Зависят же эти характеристики от концентрации частичек вещества, которое было растворено, в самом растворе. Молекулы неэлектролитов, все по отдельности, образуют только по одной частичке в созданном растворе, а объясняется это тем, что процесс диссоциации неэлектролитов в растворе не происходит.

В тоже время влияние сольватации принуждает электролиты в р-ре целиком или частично распадаться на катионы и анионы, создавая в ходе этого процесса несколько частичек на единичную молекулу, подвергшуюся диссоциации. Из этого следует, что аддитивная величина или, иными словами, свойства коллигативного характера исследуемого р-ра, будут зависеть от количества содержащихся ионов всех типов в нем. Такие ионы будут частицами, что образовались в р-ре в результате протекания диссоциации изначально содержащихся молекул. Данный р-р представляется в виде смеси р-ров, составленных из каждого, отдельного типа частичек.

Примером тому служит р-р извести хлорной, содержащий 3 вида частиц – гипохлориты анионов, хлоридные анионы и катионы кальция. В общем понимании изотонический коэффициент Вант Гоффа позволяет нам узнать, на сколько же частичек находящихся в р-ре электролита, больше, чем в растворе неэлектролита, имеющего аналогичные показатели концентрации. Связан этот к-т со свойством вещества, распадающегося в р-ре, образовывать различного рода катионы и анионы, то есть он показывает степень происходящей диссоциации.

В случае, когда молекула или формульная единица заключает в себе n ионов либо атомов в р-рах с полярным типом связи, количество изначально взятых молекул будет равно N, в свою очередь α будет указывать уровень проявления диссоциации в соединении, и из этого понятно, что N·α. Таким образом, суммарная величина частичек в р-ре вычисляется по формуле – ((N – N·α) + N·α·n).

Нахождение в сильных электролитических растворах

Сильные электролиты в результате диссоциации распадаются практически на 100%, и из-за этого можно решить что, изотонический к-т будет равняться ионному количеству на одну формульную единицу или молекулу, но это не так. В реальности показатель будет меньше того, что был определен по формуле. Данное явление объясняется теорией сильных электролитов, созданной П. Дебаем совместно с Э. Хюккелем в 1923 году. Из этой теории следует, что движение ионов в р-ре будет затрудняться вследствие образования оболочки сольватации. К этому добавляем фактор взаимодействия ионов друг с другом, ведь разноименные частицы будут притягиваться, а одноименные – отталкиваться. Таким образом, взаимное притяжение создаст группы ионов, которые будут передвигаться в толще р-ра друг с другом. Группы таких ионов называются ассоциативными, или парными. В результате такого явления р-р начинает себя вести, словно он содержит меньшее количество частичек, чем есть на самом деле, что объясняется ограничением свободы их перемещения.

Физическая роль коэффициента

К-т Вант-Гоффа кроет в себе значение не только для химии. Физический смысл изотонического коэффициента заключен в учете увеличения количества частичек в р-ре электролитического характера по сравнению с р-ром неэлектролитической природы и аналогичного уровня концентрации.

Внешнее влияние на значение коэффициента

Изотонический коэффициент может изменяться под влиянием факторов различной природы внешнего характера. Например, ионное взаимодействие будет уменьшаться, если температуру раствора повысить (связано с возрастанием теплового движения частиц), или уменьшить концентрацию заряженных частиц путем разбавления р-ра (вследствие уменьшения шанса встречи пары частиц). Если мы будем экстраполировать уровень разбавления, приближая его к бесконечности, то увидим что к-т i пытается набрать свое максимальное значение, которое определяется при помощи формулы растворенных соединений.

Заключение

Итак, мы видим что данная безразмерная величина, представленная в виде изотонического к-та, является характеристикой растворов, а именно: объясняет суть того или иного поведения вещества в растворе, позволяет определять степень диссоциации растворов электролитической и неэлектролитической природы и делать расчет соотношения частичек (ионов) в подобных растворах в сравнении друг с другом.

Источник

Расчёты с применением изотонических эквивалентов по натрию хлориду

Для определения изотонических концентраций растворов различных веществ расчеты проводят, в основном, тремя методами :

1. Исходя из закона Вант– Гоффа и уравнения Менделеева– Клапейрона;

2. Криоскопическим методом ( с использованием закона Рауля);

3. С применением изотонических эквивалентов лекарственных веществ по натрию хлориду.

Метод расчёта изотонической концентрации, основанный на использовании закона Вант–Гоффа и уравнения

Менделеева– Клапейрона

По закону Вант–Гоффа растворённые вещества в разбавленных растворах неэлектролитов ведут себя аналогично газам, и поэтому к ним с достаточным приближением применимы газовые законы. Осмотическое давление разбавленных растворов подчиняется закону, установленному для давления газов.

Фактор изотонии можно вывести из уравнения Менделеева–Клапейрона:

PV= nRT где,

P– осмотическое давление плазмы крови, в атмосферах;

V– объём раствора, в л;

n– число грамм– молекул растворённого вещества;

R– газовая постоянная 0,082 атмл;

n= PVRT= 7,4 ´ 10,082 ´ 310= 0,29 г моль л

Следовательно, чтобы приготовить изотонический раствор любого неэлектролита следует взять 0,29 г моль вещества на один литр раствора, т.е.

m = 0,29 М, где:

m– количество вещества в граммах, необходимое для приготовления одного литра изотонического раствора;

M– молярная масса лекарственного вещества.

При расчёте изотонических концентраций электролитов в уравнение вводят поправочный множитель i, называемый изотоническим коэффициентом Вант– Гоффа. Тогда m=0,29М/i.

Величина изотонического коэффициента выражается уравнением:

i = 1+ a ( n– 1), где:

a– степень электролитической диссоциации;

n– число ионов, на которое диссоциирует одна молекула вещества.

Для неэлектролитов, например, глюкозы i= 1.

Для электролитов величина i зависит от природы вещества, степени электролитической диссоциации и количества образующихся ионов.

Для различных групп электролитов коэффициент i может быть рассчитан. Например, для бинарных электролитов с однозарядными ионами типа К + А – (a= 0,86, n = 2), i = 1+ 0,86(2–1)=1,86.

Пример. Рассчитать количество NaCl, для изготовления 1 л изотонического раствора. m =0,29´58,51,86 = 9,12 г на 1 литр.

Для бинарных двузарядных К 2+ А 2- ( МgSO₄, ZnSO₄, FeSO₄ и др.) n =2,

Для тринарных К 2+ А 1 (СаСl₂ ), К 1+ А 2- (Na₂ SO₄, Na ₂CO ₃) n=3, i= 2,5,

Для слабых электролитов (кислота борная, лимонная) i = 1,1.

Однако, расчёты i дают удовлетворительные результаты, совпадающие с экспериментальными данными для неэлектролитов и первой группы электролитов. В других случаях результаты получаются менее удовлетворительными в связи с зависимостью степени диссоциации от концентрации.

Чтобы определить количество вещества, которое необходимо для получения определённого объёма раствора, используют формулу:

m = 0,29 ´ MV 1000 i

m = _____________ = 2,91г

Иногда изотоничность растворов достигается с помощью введения других фармакологически индифферентных веществ. Это бывает в тех случаях, когда основное вещество не обеспечивает изотоничности раствора, тогда прибегают к помощи натрия хлорида, натрия сульфата или натрия нитрата и рассчитывают по формуле:

где М₂ – молекулярная масса дополнительного вещества;

i₂ – изотонический коэффициент дополнительного вещества;

m₁ – количество основного вещества, г;

i₁ – изотонический коэффициент основного вещества;

М₁ – молекулярная масса основного вещества.

Криоскопический метод

Основан на законе Рауля. Закон Рауля определяет зависимость температуры замерзания раствора от концентрации электролита в нем. Понижение точки замерзания разбавленного раствора прямо пропорционально количеству вещества, растворенному в данном количестве растворителя.

D t = KC, где:

D t – депрессия точки замерзания, 0 С;

K – константа криоскопии;

С – концентрация раствора.

Под депрессией понимают понижение температуры замерзания раствора вещества по сравнению с температурой замерзания чистого растворителя.

Концентрация раствора находится в прямой зависимости от осмотического давления. Таким образом, и D t (понижение температуры замерзания) будет находиться в прямой зависимости от осмотического давления.

D t– 1%

0,52° – C, отсюда С = 0,52*1D t (%)

Чтобы определить количество вещества, которое необходимо взять с целью получения изотонического раствора используют формулу:

m– количество вещества, необходимое для изотонирования в граммах;

V– объём раствора в мл;

При расчете многокомпонентных систем пользуются следующими формулами:

– при двух компонентах прописи:

;

– при числе компонентов в прописи более двух:

.

Расчёты с применением изотонических эквивалентов по натрию хлориду

Изотонический эквивалент лекарственного вещества по натрию хлориду показывает количество натрия хлорида, которое создаёт такое же осмотическое давление, как и 1,0 этого вещества в тех же условиях.

Для изотонирования глазных капель используются следующие вещества:
— натрия хлорид;
— натрия сульфат;
— борная кислота;

— глюкоза
— натрия нитрат.

Так как величина Е натрия хлорида соответствует 1,0 лекарственного вещества, а для получения 100 мл изотонического раствора требуется 0,9 г натрия хлорида, то количество лекарственного вещества (а), необходимое для получения 100 мл изотонического раствора, т.е. его масообъёмную концентрацию, находят по уравнению:

0,9 – а, отсюда а= 0,9Е ( % )

Расчёт количества вещества m (г) для получения определенного объема (Vмл) изотонического раствора проводят по формуле:

m = 0,9 V E 100

Пример. Рассчитать количество натрия бромида, необходимое для получения 300 мл изотонического раствора (Е_NaBr= 0,62),

m= 0,9*3000,62*100=4,35 г NaBr.

Расчёт количества дополнительно добавляемого вещества m (г) для получения V(мл) изотонического раствора, содержащего несколько лекарственных веществ проводят по уравнению:

m = K [ 0,009 V – ( m E ₁ + m E ₂ + m E _i ) где,

E₁, E₂, E_i – их изотонические эквиваленты по NaCl

K – коэффициент, равный для NaCl=1, Na₂SO₄=4,35, NaNO₃= 1,52, глюкозы=5,56 (частное от деления 1 на величины Е указанных веществ).

Пример. Рассчитать количество глюкозы, необходимое для изотонирования 100 мл раствора, содержащего 2 % кальция хлорида и 0,3 % димедрола. Е _CaCl2 = 0,36, Е (димедрола ) = 0,2, Е (глюкозы) = 0,18

m = 5,56 [0,009*100 – (2*0,36 + 0,3*0,2)] = 0,67 г глюкозы

Необходимо отметить, что в ряде случаев понятия изоосмотичности и изотоничности нельзя отождествлять, так как их изоосмотические растворы ведут себя по отношению к крови как гипотонические (антипирин, глицерин, новокаин, дикаин, аскорбиновая кислота и другие). Для получения изотонических концентраций этих веществ требуются большие концентрации веществ или добавки изотонирующих веществ.

Осмотическое давление раствора пропорционально общему количеству частиц, образующихся при растворении из 1 молекулы лекарственного вещества. Осмотическое давление выражается в миллиосмолях (мОсм).

Дополнительные требования

Изовязкость. Кровяная плазма человека обладает необходимой вязкостью (0,0015-0,0016 нс/м 2 ) за счёт присутствия в ней растворённых белков. Это требование выполняется введением в состав растворов ВМС.

Дата добавления: 2019-02-22 ; просмотров: 4388 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Растворы электролитов

Из рис. 1 видно, что при равных концентрациях растворов дав-ление насыщенного пара растворителя над раствором электролита (кривая 3) ниже, чем над раствором неэлектролита той же концентра-ции (кривая 2). Это объясняется тем, что диссоциацияэлектролита приводит к увеличению общего числа частиц растворенного вещества. Вследствие сольватации образовавшихся ионов умень-шается количество свободных молекул растворителя на поверхности раздела жидкость-пар. Таким образом, свойства, зависящие от общего числа находящихся в растворе частиц растворенного вещества (коллигативные свойства), проявляются в растворах электролитов в большей степени, чем в равных им по концентрации растворах неэлектролитов.

Если в результате диссоциации общее число частиц в растворе электролита возросло в i раз по сравнению с числом его молекул, то это должно быть учтено при расчете коллигативных свойств:

,	(7)
	(8)
	(9)

где i – изотоническийкоэффициент (коэффициентВант-Гоффа).

Изотонический коэффициент i связан со степенью диссоциации электролита a следующим соотношением:

,

(10)

где n – число ионов, на которые при диссоциации распадается электролит.

Пример 1. Рассчитать изотонический коэффициент Вант-Гоффа для АlСl₃, если «кажущаяся» степень диссоциации = 80%.

В растворе сильного электролита изотонический коэффициент рассчитывается по формуле:

i = 1 + ∙(n – 1).

Степень диссоциации выражается в долях единицы и равна 0,8. Для расчета n, т.е. числа ионов, на которые диссоциирует электролит, необходимо написать уравнение диссоциации:

По опытным величинам p, DT_кип. и DT_кр. можно определить значение i, что, в свою очередь, позволяет вычислить степень диссоциации электролита в растворе. При этом следует иметь в виду, что в случае сильных электролитов найденное таким образом значение выражает лишь «кажущуюся» степень диссоциации, поскольку в растворах сильные электролиты диссоциированы полностью. Наблюдаемое отличие «кажущейся» степени диссоци-ации от единицы связано с межионным взаимодействием в растворе.

Источник