Главная | Обратная связь

Розчини. Колігативні властивості розчинів.

Розчини мають величезне значення у природі, промисловості, медицині. Рослини засвоюють речовини у вигляді розчинів. Засвоєння їжі пов’язане з переводом поживних речовин у розчин. Усі природні води є розчинами. Розчинами є найважливіші фізіологічні рідини – плазма, кров. Спинномозкова рідина, лімфа. Більшість хімічних реакцій відбувається у розчинах.

Отже, розчини – це гомогенні (однорідні) системи, що складаються з двох і більше компонентів і продуктів їх взаємодії.

За агрегатним станом розчини бувають рідкі, тверді і газоподібні. Прикладом рідких розчинів можуть бути розчини солей у воді, прикладом твердих – сплав нікелю й міді (з яких виготовляють монети) або сплав срібла й золота, прикладом газоподібних – суміші газів, повітря. Найбільше значення мають рідкі, а особливо – водні, розчини.

Будь-який розчин складається з розчинених речовин і розчинника, хоч ці поняття до певної міри умовні. Наприклад, залежно від співвідношення кількостей спирту й води ця система може бути розчином спирту у воді або води у спирті. Як правило, розчинником вважають той компонент, який у розчині знаходиться у тому ж агрегатному стані, що й до розчинення.

Самим поширеним розчинником на нашій планеті є вода. Тіло середньої людини масою 70 кг містить приблизно 40 кгводи. У тварин і рослинних організмів вода складає від 50 до 90-95 %.

Внаслідок своїх аномальних властивостей вода – універсальний розчинник, чудово приладнаний для життєдіяльності.

Насамперед вода добре розчиняє іонні й більшість полярних сполук. Така властивість води пов’язана значною мірою з її високою діелектричною проникністю (ε = 78,5). Оскільки сили тяжіння між іонами, згідно закону Кулона, змінюються обернено пропорційно величині ε, тяжіння між іонами зменшується приблизно у 80 разів при розчиненні іонних сполук у воді. Внаслідок більшість іонних сполук дисоціюють і відрізняються високою розчинністю у воді.

Інший багато чисельний клас речовин, добре розчинних у воді, включає такі полярні органічні сполуки, як сахара, альдегіди, кетони, спирти. Їх розчинність у воді пояснюється здатністю молекул води до утворення полярних зв’язків з полярними функціональними групами цих речовин, наприклад, з гідроксильними групами спиртів і сахарів або з атомом оксигену карбонільної групи альдегідів і кетонів.

Вода є основним середовищем, у якому відбуваються процеси обміну речовин та перетворення енергії. Усі процеси травлення і засвоєння їжі людиною і тваринами відбуваються у водному середовищі. Надмірна втрата води організмом (до 10 — 20 %) може призвести до загибелі. Щоденна потреба дорослої людини у воді становить 2,5—4 дм3. Вода є одним з шести основних харчових елементів здорового харчування людини поряд з вуглеводнями, білками, жирами, вітамінами і мінералами.

Вміст води в більшості живих організмів становить 60—70%, а в деяких (наприклад, у медуз) — до 98%. Вода утворює основу внутрішнього середовища живих організмів (крові, лімфи, міжклітинної рідини). Вода має унікальні хімічні та фізичні властивості. Порівняно з іншими рідинами в неї відносно висока температура кипіння і випаровування.

Внаслідок високої полярності вода викликає гідроліз речовин.

Оскільки вода складає основну частину внутрішнього середовища організмів, то вона забезпечує процеси всмоктування, пересування поживних речовин і продуктів обміну. Необхідно відзначити, що вода є кінцевим продуктом біологічного окислення речовин, яке супроводжується виділенням великої кількості енергії – приблизно 21 – 29 кДж/моль .

Важливі й інші аномальні властивості води: високий поверхневий натяг, низька в’язкість, високі температури плавлення й кипіння й більш висока густина у рідкому стані, аніж у твердому.

Вода, Н₂0 — рідина без запаху, смаку і кольору; оксид водню. Молекула води утворюється з двох атомів гідрогену й атома оксигену. Кут між ними складає 104,5 ⁰. Таке розташування зумовлює молекулі води дипольний момент у 1,844 Дебая. При заміні атомів водню (протонів) на атоми дейтерію утворюється модифікація, яка називається важкою водою. Внаслідок асиметрії у розподілі електронів навколо атома оксигену центр негативного електричного заряду (неподіленої пари електронів) електронної хмари не співпадає з центром позитивного заряду атома оксигену. Це призводить до появи значного електричного дипольного моменту молекул води, який і визначає її полярні властивості й добру розчинність полярних і низьку розчинність неполярних речовин у воді.

Для води характерна наявність асоціатів – груп молекул, з’єднаних водневими зв’язками.

Залежно від спорідненості до води функціональні групи ділять на гідрофільні (що притягають воду), які легко сольватуються водою, гідрофобні (що відштовхують воду) й дифільні.

До гідрофільних груп відносяться полярні функціональні групи: гідроксильна –ОН, аміно – NH₂, тіольна – SH, карбоксильна – СООН. До гідрофобних – неполярні групи, наприклад вуглеводневі радікали: СН₃(СН₂)_п -, С₆Н₅ -. До дифільних відносять речовини (амінокислоти, білки, нуклеїнові кислоти), молекули яких містять як гідрофільні групи, так і гідрофобні.

Саме завдяки полярності сусідні молекули води можуть притягуватись одна до одної: сили електричної взаємодії виникають між негативним зарядом на атомі Оксигену однієї молекули та позитивним зарядом на атомі Гідрогену іншої. Такий тип зв'язку називають водневим. Він у 15-20 разів слабший за ковалентний.

Які функції води в клітині? Вода визначає внутрішньоклітинний тиск (тургор) та об'єм клітин. Вона здатна формувати водну оболонку навколо певних сполук (наприклад, білків), що запобігає їхній взаємодії між собою. Таку воду називають зв'язаною (структурованою). її частка становить 4 — 5% від загальної кількості води в організмі. Іншу частину води (95 — 96%), не зв'язану з іншими сполуками, називають вільною. Саме вільна вода є універсальним розчинником, кращим, ніж більшість інших рідин. Вода — кращий розчинник із числа загальновідомих рідин. У ній розчиняються всі необхідні для живих організмів сполуки (органічні й мінеральні речовини, гази тощо). Властивості води як розчинника зумовлені особливостями її внутрішньо-молекулярної структури. Якщо енергія тяжіння молекул води до молекул якої не-будь речовини більша, ніж енергія тяжіння між молекулами води, то речовина розчиняється. Вода як універсальний розчинник відіграє надзвичайно важливу роль у живих організмах, оскільки більшість біохімічних реакцій відбувається у водних розчинах. Надходять речовини у клітини та виводяться з них продукти життєдіяльності також переважно в розчиненому вигляді. Вода бере безпосередню участь у реакціях гідролізу (від грец. лізіс — розкладання) — розщеплення органічних сполук з приєднанням до місця розриву іонів молекули води (Н⁺та ОН^-). З водою пов'язана також регуляція тепловогорежиму організмів. їй притаманна велика теплоємність, тобто здатність поглинати тепло за незначних змін власної температури. Завдяки цьому вода запобігаєрізким змінам температури в клітинах і в організмі в цілому за значних її коливань у навколишньому середовищі. Під час випаровування води організми витрачають багато тепла. Так вони захищають себе від перегрівання. Завдяки високій теплопровідності, вода забезпечує рівномірний розподіл теплоти між тканинами організму, циркулюючи по порожнинах органів і тіла (порожнинна рідина, кров, лімфа тощо).Важливе біологічне значення для функціонування організмів має і те, що вода під впливом розчинених у ній речовин може змінювати свої властивості, зокрема температуру замерзання і кипіння. Так, із настанням зими у клітинах морозостійких рослин і холоднокровних тварин підвищується концентрація розчинних вуглеводів та інших сполук (наприклад, гліцерину). Це перешкоджає переходу води в організмах у кристалічний стан і таким чином запобігає їхній загибелі. На перебіг біохімічних реакцій у водних розчинах істотно впливає концентрація іонів гідрогену у воді. Її оцінюють за водневим показником — рН (значення від'ємного десяткового логарифму концентрації іонів гідрогену).Вода — джерело кисню, що виділяється при фотосинтезі. Вода — основне середовище, де відбуваються хімічні реакції. Вода сама безпосередньо бере участь у хімічних реакціях, що відбуваються в організмах. Вода практично не стискується, що дуже важливо для надання форми органам і тканинам. Вона може відігравати роль гідроскелета. Вода — основний засіб пересування речовин в організмі. Вода — середовище існування для багатьох організмів. Крім води в клітині є й інші неорганічні сполуки. Вони найчастіше містяться у вигляді солей, дисоційованих у розчині на іони, або у твердому стані (фосфорнокислий кальцій кісткової тканини, вапнякові або кремнієві панцирі губок, діатомових водоростей). Найбільш важливі для клітини катіони Калію, Натрію, Кальцію та аніони Хлору.