Для повышения осмотического давления плазмы крови при глаукоме назначают 5
Осмотическим давлением называется сила, которая заставляет переходить растворитель (для крови — вода) через полупроницаемую мембрану из раствора с меньшей концентрацией в более концентрированный раствор. Осмотическое давление определяет транспорт воды из внеклеточной среды организма в клетки и наоборот. Оно обусловлено растворимыми в жидкой части крови осмотически активными веществами, к которым относятся ионы, белки, глюкоза, мочевина и др.
Осмотическое давление определяется криоскопическим методом, с помощью определения точки замерзания крови. Выражается оно в атмосферах (атм.) и миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.). Рассчитано, что осмотическое давление крови при температуре 37°С равно 7,6 атм. или 7,6 х 760 = 5776 мм рт. ст.
Для характеристики плазмы как внутренней среды организма особое значение имеет суммарная концентрация всех ионов и молекул, содержащихся в ней, или ее осмотическая концентрация. Физиологическое значение постоянства осмотической концентрации внутренней среды заключается в поддержании целостности мембраны клеток и обеспечении транспорта воды и растворенных веществ.
Осмотическая концентрация в современной биологии измеряется в осмолях (осм) или миллиосмолях(мосм) – тысячная доля осмоля.
Осмоль — концентрация одного моля неэлектролита (например, глюкозы, мочевины и др.), растворенного в литре воды.
Осмотическая концентрация неэлектролита меньше осмотической концентрации электролита, так как молекулы электролита диссоциируют на ионы, вследствие чего возрастает концентрация кинетически активных частиц, которыми и определяется величина осмотической концентрации.
Осмотическое давление, которое может развить раствор, содержащий 1 осмоль равно 22,4 атм. Поэтому осмотическое давление может быть выражено в атмосферах или миллиметрах ртутного столба.
Осмотическая концентрация плазмы (суммарная осмолярность) равна 285 – 310 мосм/л (в среднем 300 мосм/л или 0,3 осм/л), это один из самых жестких параметров внутренней среды, его постоянство поддерживается системой осморегуляции с участием гормонов и изменением поведения – возникновение чувства жажды и поиск воды.
Часть общего осмотического давления, обусловленная белками, называется коллоидно-осмотическим (онкотическим) давлением плазмы крови. Онкотическое давление равно 25 — 30 мм рт. ст. Основная физиологическая роль онкотического давления заключается в удержании воды во внутренней среде.
Увеличение осмотической концентрации внутренней среды приводит к переходу воды из клеток в межклеточную жидкость и кровь, клетки сморщиваются и их функции нарушаются. Уменьшениеосмотической концентрацииприводит к тому, что вода переходит в клетки, клетки набухают, их мембрана разрушается. Разрушение вследствие набухания клеток крови называется гемолиз. Гемолиз— разрушение оболочки самых многочисленных клеток крови — эритроцитов с выходом гемоглобина в плазму, которая окрашивается при этом в красный цвет и становится прозрачной (лаковая кровь). Гемолиз может быть вызван не только уменьшением осмотической концентрации крови. Различают следующие виды гемолиза:
1. Осмотический гемолиз— развивается при уменьшении осмотического давления. Происходит набухание, затем разрушение эритроцитов.
2. Химический гемолиз— происходит под влиянием веществ, разрушающих белково-липидную оболочку эритроцитов (эфир, хлороформ, алкоголь, бензол, желчные кислоты, сапонин и др.).
3. Механический гемолиз— возникает при сильных механических воздействиях на кровь, например, сильном встряхивании ампулы с кровью.
4. Термический гемолиз — обусловлен замораживанием и размораживанием крови.
5. Биологический гемолиз— развивается при переливании несовместимой крови, при укусах некоторых змей, под влиянием иммунных гемолизинов и т.д.
В этом разделе остановимся подробнее на механизме осмотического гемолиза. Для этого уточним такие понятия как изотонические, гипотонические и гипертонические растворы. Изотонические растворы имеют суммарную концентрацию ионов, не превышающую 285—310 мосм/л. Это может быть 0,85% раствор хлористого натрия (его часто называют «физиологическим» раствором, хотя это не полностью отражает ситуацию), 1,1% раствор хлористого калия, 1,3% раствор бикарбоната натрия, 5,5% раствор глюкозы и т.д. Гипотонические растворы имеют меньшую концентрацию ионов — менее 285 мосм/л. Гипертонические, наоборот, большую — выше 310 мосм/л. Эритроциты, как известно, в изотоническом растворе не изменяют свой объем. В гипертоническом растворе — уменьшают его, а гипотоническом — увеличивают свой объем пропорционально степени гипотонии, вплоть до разрыва эритроцита (гемолиза) (рис. 2).
Рис. 2. Состояние эритроцитов в растворе NaCl различной концентрации: в гипотоническом растворе — осмотический гемолиз, в гипертоническом — плазмолиз.
Явление осмотического гемолиза эритроцитов используется в клинической и научной практике с целью определения качественных характеристик эритроцитов (метод определения осмотической резистентности эритроцитов), устойчивости их мембран к разрушению в гипотоническом растворе.
Осмотическая резистентность снижается при наследственном сфероцитозе (болезнь Минковского-Шоффара), при котором вследствие дефекта белков цитоскелета эритроцита, его форма приближается к шарообразной, а устойчивость мембраны снижается, что приводит к клиническим проявлениям гемолитической анемии. К снижению осмотической резистентности также ведёт дефицит цинка, хроническая почечная недостаточность, отравление различными лекарствами (например, парацетамолом) и токсинами (свинец).
Источник
УЧЕНИЕ О РАСТВОРАХ.
РАСЧЕТНЫЕ ЗАДАЧИ
НА ПРИГОТОВЛЕНИЕ
РАСТВОРОВ РАЗЛИЧНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ.
I.
Цель занятия:
Приобрести
основы знаний для изучения электролитного
баланса организма человека в норме и
патологии. Научиться производить расчеты
и готовить растворы заданной концентрации,
используя индивидуальные вещества или
более концентрированные растворы.
Овладеть методами расчета содержания
ионов в растворах (в том числе применяемых
в медицине), используя различные способы
выражения концентраций.
II.
Исходный уровень знаний:
1.
Умение составлять формулы различных
классов неорганических соединений,
уравнения химических реакций;
2.
Иметь понятие о растворах и некоторых
способах выражения состава растворов.
(процентная концентрация, молярная
концентрация)
3.
Знать способы приготовления
растворов различных
концентраций.
III.После
изучения темы студент должен
знать:
—
понятие о химическом эквиваленте и
молярной массе эквивалента;
—
формулировку закона эквивалентов и его
математическое выражение;
—
понятие о растворах и способах выражения
их состава (массовая доля вещества,
молярная концентрация, молярная
концентрация эквивалента, моляльная
концентрация, титр, мольная доля).
уметь:
—
выполнять расчеты по уравнениям
химических реакций на основе закона
эквивалентов;
—
определять фактор эквивалентности и
молярную массу эквивалента;
—
производить расчеты по нахождению
концентрации растворенного вещества
и ионов в определенном объеме или массе
раствора или растворителя;
—
выполнять расчеты для приготовления
растворов заданной концентрации.
IV. Основные вопросы темы
Общее
понятие о растворах
. Роль растворов в жизнедеятельности
организма.Плотность
растворов, ее размерность.Способы
выражения концентрации
растворов:
массовая доля растворенного вещества,
молярная концентрация ,
моляльная концентрация ,
мольная доля, молярная концентрация
эквивалента, титр раствора.Общие
понятия о сильных и слабых электролитах.Химический
эквивалент. Эквиваленты солей, кислот,
оснований;Способы
пересчета одной концентрации в другую.Методы
расчета содержания ионов в растворах
сильных электролитов.
V. Вопросы и задания для самоподготовки
(обязательное
домашнее задание, выполняемое в отдельной
тетради)
Рассчитать
молярную концентрацию; молярную
концентрацию эквивалента, моляльную
концентрацию, титр и мольную долю в
40%.растворе серной кислоты (пл = 1.3)Рассчимтать
молярную концентрацию раствора, 2 л
которого содержат 4.25г LiCl.(Ответ: 0.05
моль/л)В воде массой 300 г растворили глицин массой 10 г. Укажите массовую долю (%) глицина в полученном растворе:
1)
1,2 2) 2,2 3) 3,2 4) 4,2
500
см3
водного раствора, содержащего 106 г
карбоната натрия, разбавили водой в
два раза. Молярная концентрация карбоната
натрия в полученном растворе
cоставила:
1) 1 моль/л 2) 0.7
моль/л 3) 2 моль/л 4) 0.5 моль/л
Смешали
350 мл раствора с концентрацией HCl 0.05М и
500 мл раствора с концентрацией HCl 250
ммоль/л. Найти молярную концентрацию
полученного раствора. (Ответ: См(HCl)
= 0.17 моль)Больному
капельно (Vкапельницы=250 мл) ежедневно
вводят физиологический раствор (0,9%
раствор NaCl). По сколько мг ионов Na+
и Cl-
было введено за 5 дней? (Ответ: m(Na+)=4423
мг; m(Cl-)=6816
мг)Для
повышения осмотического давления
плазмы крови при глаукоме назначают
5% раствора CH3COOK
по 10 мл внутривенно три раза в день.
Найти массу (в мг) введенного препарата
за 5-дневный курс лечения. (Ответ:7250 мг)Сколько
г NaCI
нужно добавить к 92 г 5% раствора NaCI,
чтобы w%(Na+ )
в конечном растворе составила 12 % ?Определить
w%
(Сu2+)
в растворе, полученном смешением 120г
7% CuSO4и 20г медного купороса. Определить w%
(O)
в конечном растворе. (6.06%, 81.49%)В
каком весовом соотношении нужно смешать
FeSO4·7Н2О
и 9 % раствор FeSO4,
чтобы 5 мл полученного раствора содержали
700 мг ионов (SO42-)
?.Сколько г FeSO4·7Н2О
нужно взять для приготовления конечного
раствора? (пл=1)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Источник
Осмотическое давление (обозначается π) — избыточное гидростатическое давление на раствор, отделённый от чистого растворителя полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия растворителя через мембрану (осмос). Это давление стремится уравнять концентрации обоих растворов вследствие встречной диффузии молекул растворённого вещества и растворителя.
Мера градиента осмотического давления, то есть различия водного потенциала двух растворов, разделённых полупроницаемой мембраной, называется тоничностью. Раствор, имеющий более высокое осмотическое давление по сравнению с другим раствором, называется гипертоническим, имеющий более низкое — гипотоническим.
Взаимодействие эритроцитов с растворами в зависимости от их осмотического давления.
Если же подобный раствор находится в замкнутом пространстве, например, в клетке крови, то осмотическое давление может привести к разрыву клеточной мембраны. Именно по этой причине лекарства, предназначенные для внутривенного введения, растворяют в изотоническом растворе, содержащем столько хлорида натрия (поваренной соли), сколько нужно, чтобы уравновесить создаваемое клеточной жидкостью осмотическое давление. Если бы вводимые лекарственные препараты были изготовлены на воде или очень сильно разбавленном (гипотоническом по отношению к цитоплазме) растворе, осмотическое давление, заставляя воду проникать в клетки крови, приводило бы к их разрыву. Если же ввести в кровь слишком концентрированный раствор хлорида натрия (3—10 %, гипертонические растворы), то вода из клеток будет выходить наружу, и они сожмутся. В случае растительных клеток происходит отрыв протопласта от клеточной оболочки, что называется плазмолизом. Обратный же процесс, происходящий при помещении сжавшихся клеток в более разбавленный раствор, — соответственно, деплазмолизом.
Величина осмотического давления, создаваемая раствором, зависит от количества, а не от химической природы растворенных в нём веществ (или ионов, если молекулы вещества диссоциируют), следовательно, осмотическое давление является коллигативным свойством раствора. Чем больше концентрация вещества в растворе, тем больше создаваемое им осмотическое давление. Это правило, носящее название закона осмотического давления, выражается простой формулой, очень похожей на уравнение состояния для идеального газа:
,
где i — изотонический коэффициент раствора; C — молярная концентрация раствора, выраженная через комбинацию основных единиц СИ, то есть, в моль/м³; R — универсальная газовая постоянная; T — термодинамическая температура раствора.
Это показывает также схожесть свойств частиц растворённого вещества в вязкой среде растворителя с частицами идеального газа в воздухе. Правомерность этой точки зрения подтверждают опыты Ж. Б. Перрена (1906): распределение частичек эмульсии смолы гуммигута в толще воды в общем подчинялось закону Больцмана.
Осмотическое давление, которое зависит от содержания в растворе белков, называется онкотическим (0,03—0,04 атм). При длительном голодании, болезни почек концентрация белков в крови уменьшается, онкотическое давление в крови снижается и возникают онкотические отёки: вода переходит из сосудов в ткани, где πОНК больше. При гнойных процессах πОНК в очаге воспаления возрастает в 2—3 раза, так как увеличивается число частиц из-за разрушения белков.
В организме осмотическое давление должно быть постоянным (около 7,7 атм). Поэтому для внутривенного введения обычно используются изотонические растворы (растворы, осмотическое давление которых равно πплазмы ≈ 7,7 атм. (0,9 % NaCl — физиологический раствор, 5 % раствор глюкозы). Гипертонические растворы, у которых π больше, чем πплазмы, применяются в медицине для очистки ран от гноя (10 % NaCl), для удаления аллергических отёков (10 % CaCl2, 20 % глюкоза), в качестве слабительных лекарств (Na2SO4∙10H2O, MgSO4∙7H2O).
Закон осмотического давления можно использовать для расчёта молекулярной массы данного вещества (при известных дополнительных данных).
Обоснование формулы Вант-Гоффа с термодинамических позиций[править | править код]
В растворе свободная энергия , где — молярная часть раствора, — его мольный объем. Появление члена эквивалентно внесению в свободную энергию внешнего давления. Для чистого растворителя . При равновесии для растворителя равно нулю. Таким образом,
откуда:
то есть получена формула Я. Вант-Гоффа ().
При её выведении высчитано, что — малая величина. Это позволяет разложить в ряд и далее применить соотношение Произведение в разбавленных растворах практически равно объему раствора.
Осмотическое давление коллоидных растворов[править | править код]
Для возникновения осмотического давления должны выполняться два условия:
- наличие полупроницаемой перегородки (мембраны);
- наличие по обе стороны мембраны растворов с разной концентрацией.
Мембрана проницаема для частичек (молекул) определенного размера, поэтому она может, например, выборочно пропускать сквозь свои поры молекулы воды, не пропуская молекулы этилового спирта. Для газовой смеси — водорода и азота — роль полупроницаемой мембраны может выполнять тонкая палладиевая фольга, сквозь которую свободно диффундирует водород, тогда как азот она практически не пропускает. с помощью такой мембраны можно разделять смесь водорода и азота на отдельные компоненты.
Простыми и давно известными примерами мембран, которые проницаемы для воды и непроницаемы для многих других растворенных в воде веществ, является кожа, пергамент, и другие ткани животного и растительного происхождения.
Пфеффер с помощью осмометра, в котором в качестве полупроницаемой мембраны использовался пористый фарфор, обработанный Cu2Fe(CN)6, исследовал осмотическое давление водных растворов тростникового сахара. На основе этих измерений Вант-Гофф в 1885 году предложил эмпирическое уравнение, которому подчиняется осмотическое давление разведенных растворов:
,
где c=n/V — концентрация растворенного вещества, моль/м3.
Это уравнение по форме совпадает с законом Бойля-Мариотта для идеальных газов. Поэтому осмотическое давление разведенных растворов можно определить как давление, которое бы создавала то же самое количество молекул растворенного вещества, если бы оно было в виде идеального газа и занимало при данной температуре объем, равный объему раствора.
Уравнение Вант-Гоффа можно несколько преобразовать, подставляя вместо концентрации :
,
где — массовая концентрация растворенного вещества; — его молекулярная масса.
В таком виде уравнение Вант-Гоффа широко применяется для определения молярной массы растворенного вещества. Осмотический метод применяют зачастую для определения молярных масс высокомолекулярных соединений (белков, полисахаридов и других). Для этого достаточно измерить осмотическое давление раствора с известной концентрацией.
Если вещество диссоциирует в данном растворе, то осмотическое давление будет большим, чем рассчитанное и нужно вводить изотонический коэффициент:
Уравнение Вант-Гоффа справедливо только для разведенных растворов, которые подчиняются закону Рауля. При повышенных концентрациях растворов в последнем уравнении должно быть заменено на активность или фугитивность
Роль осмоса в биологических системах[править | править код]
Явление осмоса и осмотическое давление играют огромную роль в биологических системах, которые содержат полупроницаемые перегородки в виде разных тканей, в том числе оболочек клеток. Постоянный осмос воды внутрь клеток создает избыточное гидростатическое давление, которое обеспечивает прочность и упругость тканей, которое называют тургором.
Если клетку, например, эритроцит, поместить в дистиллированную воду (или очень разбавленный раствор соли), то вода будет проникать внутрь клетки и клетка будет набухать. Процесс набухания может привести к разрыву оболочки эритроцита, если произойдет так называемый гемолиз.
Обратное явление наблюдается, если вместить клетку в концентрированный раствор соли: сквозь мембрану вода из клеток диффундирует в раствор соли. При этом протоплазма сбрасывает оболочку, клетка сморщивается, теряет тургор и стойкость, свойственные ей в нормальном состоянии. Это явление называется плазмолизом. При помещении плазмолизованных клеток в воду протоплазма опять набухает и в клетке восстанавливается тургор. Происходит при этом так называемый деплазмолиз: это можно наблюдать, помещая цветы, которые начинают вянуть, в воду. И только в изотоническом растворе, который имеет одинаковую концентрацию (вернее, одинаковое осмотическое давление с содержанием клетки), объем клетки остается неизменным.
Процессы усвоения еды, обмена веществ тесно связаны с разной проницаемостью тканей для воды и других растворенных в ней веществ.
Осмотическое давление отыгрывает роль механизма, который подает нутриенты клеткам; у высоких деревьев последние поднимаются на высоту нескольких десятков метров, что соответствует осмотическому давлению в несколько десятков атмосфер. Типовые клетки, сформировавшиеся с протоплазматических мешков, наполненных водными растворами разных веществ (клеточный сок), имеют определенное значение для давления, величина которого измеряется в пределах 0,4—2 МПа.
См. также[править | править код]
- Осмос
- Обратный осмос
- Осморегуляция
- Диффузионное давление
- Коллигативные свойства растворов
Литература[править | править код]
- Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики: Учебное пособие для вузов — М.: Высшая школа, 1989. — С. 113.
- Яцимирський В.К. — Фізична хімія
Источник
