Электропроводность растворов и тканей организма. Вопросы для самоподготовки



Скачать 145.32 Kb.
Дата05.05.2013
Размер145.32 Kb.
ТипДокументы
З А Д А Н И Е N 16.

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ РАСТВОРОВ И ТКАНЕЙ ОРГАНИЗМА.

Вопросы для самоподготовки.

1).Что изучает электрохимия ?

Ответ : электрохимия - раздел химии, изучающий физико- химические

------ свойства ионных соединений в растворах, расплавах или твердом

состоянии, а также процессы, возникающие на границе двух фаз с участием

ионов и электронов. Электрохимические методы анализа - кондуктометрия,

потенциометрия, полярография нашли широкое применение в медико- биологи­ческих исследованиях.

2). Что такое электропроводность ?

Ответ : величина, характеризующая способность вещества проводить электри- ----- ческий ток, называется электрической проводимостью ( электро­проводностью). Электропроводность обусловлена носителями электрического тока - электронами ( в проводниках первого рода) и положительными и (или) отрицательными ионами ( в проводниках второго рода).

Согласно закону ОМА, сила тока в проводнике обратно пропорциональна его сопротивлению.

^ И где I - сила тока ( А )

I = ------- ^ И - разность потенциалов

R R - сопротивление ОМ.

Сопротивление одного проводника прямо пропорционально его длине и обрат­но пропорционально площади его поперечного сечения.

l R - сопротивление - ОМ

R = р ---- l - длина - м

S 2

s - площадь м

р- удельное сопротивление материала проводника Ом .м

3).Что такое удельная электропроводность, эквивалентная электропроводности, как их можно определить?

Ответ : удельной электрической проводимостью называется величина, измеря- ------ емая обратным значением его удельного сопротивления :

1 где р - удельное сопротивление, Ом . м

Х = ----- Х - удельная электрическая прово-

р -1 -1

димость Ом . м.

Электрическая проводимость раствора одного и того же вещества зависит от концентрации вещества в растворе. Поэтому для сравнения способности различных электролитов проводить электрический ток вместо удельной электрической проводимости используют молярную электрическую проводимость.

Молярной электрической проводимостью называется величина, измеряемая электрической проводимостью объёма раствора, содержащего один моль экви­валента вещества и заключенного между электродами, отстоящими друг от друга на расстоянии 1м.

Численно молярная электрическая проводимость равна :

Х Х - удельная электрическая

= --------- проводимость р-ра

v 1ООО с -1 -1

Ом . м

с - концентрация моль/л

- молярная электрическая v проводимость вещества

-1 2 -1

Ом . м . моль

Электрическая проводимость растворов увеличивается с возрастанием числа ионов и скоростью их движения при заданной напряженности электрического поля.
Удельная электрическая проводимость пропорциональна этим величинам и определяется соотношением :

Х = g С И

v где g - заряд моля ( К )

С - " частичная" концентрация ионов v кол-во частиц (шт)

( -------------------)

3 м

И - скорость движения ионов

2

при Е = 1 м / В.С

Частичная концентрация ионов С пропорциональная молярной концентрации v

С и степени ионизации электролита :

3 С = С . 1ООО где С - частичная концентрация ионов, м

v v

- степень ионизации электролита. С - молярная концентрация электр.

( моль/л)

Скорость движения ионов И зависит от напряженности электронного поля

( И = ИЕ ), температуры, вязкости рапствора, радиуса и заряда иона и меж­ионного взаимодействия.

Как видно из соотношения :

Х = g С И электрическая проводимость зависит от двух сложных v

параметров С и И . которые в свою очередь зависят от многих других параметов.

v

Таким образом зависимость сложная, но в общем, как для сильных так и для слабых электролитов с ростом разбавления удельная электрическая проводимость проходит через максимум.

А молярная электрическая проводимость с ростом разбавления стремится к макси­мальному значению называемому предельной электрической проводимостью.

4). От чего зависит " абсолютная" скорость движения ионов ?

Ответ : при прохождении электрического тока через раствор электролита ------ катионы перемещаются к катоду, а анионы к аноду. Скорость

движения " И " под действием электрического поля в жидкой среде с известным приближением может быть описана уравнением Стокса :

----------------------

Z e Е где Z - зарядовое число ( заряд)

i иона

И = ------------ ; е - заряд электрона, равный

6 11r К -19

i о i 1,6 . 1О кл

Е - напряженность поля равное

^ В

---- (--- )

l m

r - эффективный радиус иона (м)

i

- коэффициент вязкости раствора П . С

А

К - коэффициент взаимодействия i ионов ( зависит от кон-

центрации).

Анализ уравнения показывает, при небольшом напряжении электрического поля :

1) Что с ростом температуры проводимость как сильных, так и слабых электро­литов возратсает ( в среднем на 2% на один градус).

2) Что при небольшой напряженности электрического поля электрическая прово-

4 димость практически не зависит от напряженности ( при возрастании до 1О

-1

в . см, быстро растет достигая предыдущего значения при напряженности

-1

в несколько сотен- тысяч в см ).

+ -

Протоны Н и гидроксид- ионы ОН в электрическом поле обладают аномально большой скоростью упорядочного движения полярных растворителей.

Это можно, объяснить особенностью перемещения этих ионов в растворе.

В отличие от других ионов, которые физически перемещаются в пространстве,

+ -

ионы Н и ОН в водных растворах, перемещают своих двойников пол воздействи­ем элнектрического поля - так называемый эстафетный механизм :

Н Н Н Н

1 1 1 1

Н - О - Н О - Н ... О - Н ... О - Н <------

Подвижность катонов ( в полярных растворителях) во многом связана с про­цессами гидратации их. Анализ экспериментальных данных показывает, что скорости движения многозарядных ионов практически не отличаются от скоростей движения однозарядных. Это также объясняется большой степенью гидратации многозарядных ионов вследствие возрастания напряженности собственного поля с увеличением заряда. На основе уравнения Стокса можно

о

предсказать, что произведение электрической подвижности И , на коэф­фициент вязкости растворителя , является величиной постоянной ( закон Вальдена) и широко используется для расчета предельной молярной электрической проводимости ионов в различных раствопителях :

о

И = r ; l ( ,П ,r ) = сопst.

i o

= soпst.

o

Предполагая, что предельную удельную электричекую проводимость раствора можно представить в виде суммы двух слагаемых ( так как переносится как катионами так и анионами ).

Х = Х + Х

A K

Х Х

Х А к

= ------ = ------ + -------

1ООО С 1ООО С 1ООО С

Х Х

А к

------ = l ------ = l

1ООО С А 1ООО С к

= l + l

A k

Молярные подвижности различных ионов вычислены и сведены в таблицы, с по­мощью которых можно рассчитать предельные молярные электрические про­водимости растворов электролитов, состоящих из этих ионов.

6) Как вычислить подвижность иона ?

Ответ : из анализа закона Кольрауша видно, что предельная молярная

----- электрическая проводимость электролита определяется суммой

электрических подвижностей ионов, составляющих этот электролит.

8) Кондуктометрические методы анализа, их сущность, использование в медико-

- санитарной практике.

Ответ : Кондуктометрией называется физико- химический метод исследо-

----- вания различных систем, образованный на измерении их электри­ческой проводимости. Сущность всех кондуктометрических методов изучения

различных свойств проводников сводится к измерению их сопротивления или электрической проводимости.

Сопротивление обычно измеряют с помощью приборов - кондуктометров, используя кондуктометрические ячейки, представляющие собой стеклянные сосуды с вмонтированными в них пластиковыми электродами по определенной схеме ( схеме Кольраума). При измерении сопротивления применяют пере­менный ток, так как при использовании постоянного тока могут иметь место погрешности вследствие электролиза или поляризации электродов . Кондуктометрия находит применение в биохимических, физиологических, санитарно- гигиенических исследованиях.

Используется для определения общего содержания и состояния электро­литов в различных биологических объектах - плазме крови, желудочном со­ке, моче и т.д.

Кондуктометрическое титрование широко применяют для количественного определения кислот, оснований и солей в различных жидкостях. Кондуктометрия является одним из наиболее точных методов измерения констант диссоциации ( в том числе физиологически- важных электролитов, изоэлектрических точек аминокислот , пептидов и белков.

9) Рассмотреть процессы, протекающие на границе раздела фаз, содержащих заряженные частицы в состоянии химического равновесия.

Ответ : При соприкосновении двух химических или физических разнородных ------ материалов между ними возникает разность потенциалов.

(Это и понятно, так как любые разнородные системы обладают своим потенциалом ( энергетическим), а переход через границу

-затруднен или не возможен, по каким либо причинам.

Наибольший интерес в практическом плане представляют контакты проводни­ков ( 1-го и 11 -го рода)

металл(1) - металл(г)

металл(1) - раствор соли металла (1)

раствор электролита (1) - раствор электролита (11) и т.д.

Изменение потенциала при переходе через границу происходит быстро, поэтому говорят, что имеет место скачок потециала.

один 1 другой

1

проводник 1 проводник

1

контакт

(граница)

В районе контакта - на границе возникает двойной электрический

слой подобный заряженному конденсатору с определенной разностью между обкладками.

Главной причиной возникновения его является обмен заряженными части­цами, причем по одну сторону создается избыток носителей электри-

чества, по другую их недостаток.

1О). Что называется электродным потенциалом и какие факторы влияют на его величину ?

Как устроен стандартный водородный электрод ?

Ответ : Скачок потенциала, возникающий на границе фаз

----- проводник 1 рода - проводник 11 рода, называют электродным

потенциалом.

Скачок потенциала, возникающий на границе раздела двух провлдников

1 рода, называют контактным потенциалом.

Скачок потенциала, возникающий на грнанице раздела проводник 11 рода

- проводник 11 рода - называют диффузным потенциалом.

Отсюда : скачок потенциала, возникающий на границе раздела

металл - раствор его соли, называется электродным или окислительно

- восстановительным ( ОВ) потенциалом и при контакте металлической пластинки с водой, расположенные на поверхности катионы металла

гидратируются полярными молекулами воды. Выделяющаяся при этом энергия гидратации идет на разрыв связи ионов с кристаллической решеткой металла. Вследствие этого расположенные на поверхности катионы пере­ходят в водную фвзу.

Металлическая пластина при этом приобретает отрицательный заряд,

а близлежащий слой воды - положительный. Возникает двойной электри­ческий слой. Устанавливающаяся при этом разность потенциалов в двойном электрическом слое зависит от природы металла, растворителя и температуры.

Более сложная, но подобная картина, возникает, когда металл контакти­рует не с чистой водой, а с раствором соли этого металла ( положительный или отрицательный) в основном определеляется соотношением энергии сольва­тации иона металла молекулами растворителя и энергией связи иона в кристаллической решетке металла. Если энергия сольватации больше энергии связи в кристаллической решетке, то металл заряжается отрицательно, и наоборот.

Стандартным водородным электродом называется электрод, в котором давление газообразного водорода поддерживается равным 1О1 кГа, а актив­ность ионов водорода в растворе равна 1. Потенциал стандартного водород­ного электрода условно принят за нуль.

о

= О

Н

2

Следует напомнить здесь, что стандартным электродным или окислительно - о

восстановительным (ОП) потенциалом называют скачок потенциала на гра-

м 2+

нице раздела металл - раствор его соли с активностью ионов М, равной 1.

Водородлный электрод представляет собой покрытую платиновой чернью платиновую пластинку, насыщаемую газообразным водородом, которая опущена в водный раствор кислоты. Стандартный водородный электрод используется как электрод, относительно которого измеряются потенциалы всех остальных электродов, а также рН среды.

11) Как рассчитать относительную величину электродного потенциала ?

(Уравнение Нернста)

Ответ : Зависимость электродного потенциала от природы металла,

------ активности его ионов в растворе и температуры количественно

выражается уравнением, выведенным немецким физиком В.Нернстом

( 1864 - 1941). Для электродной реакции : ( процесс восстановления )

2+

М + 2е = М.

о RТ 2+

= + ----- lп а ( м )

м м Z F

о

где : - стандартный электрод

м

R - газовая постоянная дж

8,31 ----

о К моль

о

Т - температура К

Z - заряд иона

F - постоянная Фарадея Кл/моль

- потенциал электрода (в) м

2+

а (м ) активность иона

2+

При ( м ) = 1 следует, что о

=

м п

Коэффициент активности разбавленных растворов близок к единице и вместо активностей можно использовать концентрацию. Уравнение Нернста в этом случае имеет вид : RT 2+

= + --- ln С ( М )

m м ZF

12). Что называется стандартным окислительтно-восстановительным потенциалом?

Ответ: Стандартным окислительно-восстановительным потенциалом (ОВ) или

стандартным электродным потенциалом называют скачок потенциала

z+

на границе раздела металл-раствор его соли с активностью ионов М ,

равной 1.

Для многих металлов данные о их стандартных электродных или О-В потенциалов сведены в таблице и названы: "Стандартные окислительно-

о о

-восстановительные потенциалы" или "Ряд напряжений при t=25 С (298 К ),

z+

а = 1 ( стандартные условия )."

13). Что называется диффузионным потенциалом, мембранным? Какие факторы влияют на их величину и как их вычислить?

Ответ: Скачок потенциала, возникающий на границе раздела проводник II рода. ----- Проводник II рода - называют диффузионным потенциалом. Диффузионный

потенциал возникает вследствие различной в скоростях диффузии

катионов и анионов ( на границе контакта ). Обычно это мешающий

фактор при определении ЭДС каких-либо процессов. Для устранения

влияния диффузионного потенциала на ЭДС элемента используют солевой мостик. Между проводниками II-го рода помещается промежуточный кон­центрированный раствор электролита. Электролит подбирают так, чтобы коэффициенты диффузии катионов и анионов были близкими

( чаще всего КСI, NН NО ), и тогда диффузионный потенциал снижается

4 3

и им можно пренебречь при расчётах, если специально не изучают процессы диффузии.

14). На чём основаны потенциометрические методы анализа ? Приведите уравнения Нернста и Петерса, объясните смысл входящих в них величин.

Ответ: Потецниометрия - электрохимические методы анализа - это электрохими- ----- ческие методы анализа, основанные на измерении разности электрических

потенциалов, которая возникает между разнородными электродами, опущенными в раствор с определяемым веществом. Электрический потенциал возникает на электродах при прохождении на них окислительно-восстанови­тельной (электрохимической) реакции. Потенциал Е определяется по урав­нению Нернста, Нернста-Петерса. Измерения проводят двумя электродами, опущенными в раствор: индикаторный электрод, реагирующий на концентра­цию определяемых ионов, и стандартный электрод, относительно которого измеряется потенциал индикаторного ( электрод сравнения ).

Уравнение Нернста:

о RT z+

= + --- ln С ( М )

m m ZF

Уравнение Петерса: используется для определения разности потенциалов ------------------ окислительно-восстановительных систем: I-ый тип

О-В связан с передачей только электронов, II-ой тип - в которых О-В процесс связан не только с передачей электронов, но и протонов:

о RT a (oх)

I-ый тип : = + --- ln --------

ч ч ZF а (red)

+

о mRT a (oх) a (Н )

II-ой тип : = + ----- ln ---------------

ч ч ZF a ( red )

где: - окислительно-восстановительный потенциал ( в ) ;

ч

- стандартный О-В потенциал ( в ) ; ч

Z - число электронов, которая присоединяет частица окисленной формы ОХ, перехода в восстановленную форму Red ;

а (ОХ)- активность окисленной формы, моль/л ;

а (Red)- активность восстановленной формы, моль/л ;

m - число протонов, которое присоединяет частица окисленной формы,

переходя в восстановленную

m - число протонов, которое присоединяет частица окислительной формы,

переходя в восстановленную

а ( Н ) - активность ионов водорода, моль/л.

15) Значение знания теории электропроводности для врача.

Ответ : Живой организм с точки зрения электрохимии можно рассматривать

----- как систему, состоящую из клеток и межклеточного пространства,

заполненного раствором электролитов. В норме электрическая проводимость

клеток и межклеточной жидкости вполне определенные величины :

-3 -9 -1 -1

клеток 1О - 1О ом м

-3 -1 -1

межклеточной жидкости 1О ом м .

Изменение электрической проводимости тканей и клеток широко используют для диагностических целей, так как все процессы в организме можно свести и О-В и кислоты основным реакциям, а они в свою очередь влияют на электрическую проводимость органов и тканей и по состоянию электри­ческой проводимости можно судить о состоянии конкретных органов и тканей, а также организма в целом. Электрические методы анализа позволяют с большой точностью определять концентрации конкретных ионов веществ в органах и тканях ( клетках) и межклеточном пространстве, что может служить подтверждение диагностических достоинств данной области знания для изучения биообъектов ( и человека). Поэтому знания теоретических основ электропроводимости ( как раздела электрохимии ) очень важно для объективного понимания процессов происходящих в норме у человека, и при паталогических состояниях, могущие помочь врачу " правильно" и объективно ставить диагноз и следовательно помочь себе в своем нелегком пути " врачевания".

Обязательные для выполнения задания.

В А Р И А Н Т 1.

1) Вычислить молярную электродную проводимость серной кислоты, если удельная о

электрическая проводимость раствора с массовой долей Н SO 1О% при 25 С

-1 -1 2 4

составляет 42,6 ом м ; ( плотность раствора = 1,О66г/мл)

Решение : 1) Воспользуемся уравнением :

------- Х где - молярная электрическая прово-

= --------- 2

1ООО С димость м / ом . моль.

Х - удельная электрическая проводи-

-1 -1

мость ом . м

3

1ООО (л/м ) коэфф. пересчета СИ.

С - концентрация молярн. ( моль/л)

2) Зная массовую долю вещества и плотность вещества вычислим молярную кон­центрацию С.

% Р 1О 1О% . 1,О66г/моль . 1О

С = ------------- = ----------------------- = 1,О88 моль/л

Н SO М 98 г/моль

2 4 Н SO

2 4

-1 -1

42,6 ом м 2

3) Тогда = ----------------------- = О,О39 м / ом . моль

3

1ООО л/м . 1,О88 моль/л

Ответ : молярная электрическая проводимость раствора серной кислоты ----- о 2

при 25 С составляет О,О39 м / ом . моль

4) Определите потенциал цинкового электрода, помещенного в 2О% раствор его соли ZпSО плотность = 1 г/мл F = 1 ( коэффициент активности )

4 п

t = 6О С.

Решение : Воспользуемся уравнением Нернста в общем виде :

о RТ 2 +

= + ------ lп а ( м )

м м z F

так как F = 1 ( коэффициент активности), то

о RT 2 + )

= + ------- lп С ( м

м м z F

где : - искомая величина

м

o

- стандартный потенциал = m

= - О,764в

о

R = 8,31 дж/ К моль

о о о

Т = 6О + 273 Т = 333 К

F = 965ОО кг/моль z = 2.

w% р 1О 2О . 1О

С = ----------- =---------=

М 161

ZпSO ZпSO

4

= 1,24моль/л

дж о

8,31 -------- . 333 К

К . моль 20% . p . 10

м = - 0,764 в + -------------------------- ln -------------- . 1 =

2 . 96500 кл/моль М

-2 -1

м = - 0,764 в + 1,43 . 10 . ln 1,24 = 2,15 . 10

-3

м = - 0,764 в + 3,0745 . 10 = - 0,767 в

Ответ: - 0,767 в.

_

Похожие:

Электропроводность растворов и тканей организма. Вопросы для самоподготовки iconЗанятие 1: Физиологические функции живого организма. Вопросы для самоподготовки
Охватывает семь g-актиновых глобул, причем соседние его молекулы немного перекрываются между собой, так что образуется непрерывная...
Электропроводность растворов и тканей организма. Вопросы для самоподготовки iconПамятка «Отморожение. Помощь»
Отморожение – повреждение тканей под влиянием холода. Основная причина повреждения тканей – стойкие изменения в кровеносных сосудах,...
Электропроводность растворов и тканей организма. Вопросы для самоподготовки iconВопросы по нрб-99/2009 для самоподготовки
Допускается ли повышенное облучение для работников, ранее получивших дозу 200 мЗв?
Электропроводность растворов и тканей организма. Вопросы для самоподготовки icon«Физиология и этология животных» Специальность 111201. 65 Ветеринария
Физиология – наука о жизнедеятельности организма и отдельных его частей: клеток, тканей, органов, функциональных систем. Она раскрывает...
Электропроводность растворов и тканей организма. Вопросы для самоподготовки iconПриложение Бактериальные и вирусные заболевания
Такие микроорганизмы используют для питания и размножения вещества клеток и тканей человеческого организма, повреждая и разрушая...
Электропроводность растворов и тканей организма. Вопросы для самоподготовки iconМетодические рекомендации по подготовке и изучению курса пенза ииц пгу 2012
Юридическая техника” содержат планы для самостоятельной подготовки и изучению дисциплины, примерную тематику проведения практических...
Электропроводность растворов и тканей организма. Вопросы для самоподготовки iconЛабораторная работа № Приготовление растворов заданного количественного состава. Определение концентрации растворов титрованием
Дисперсные системы. Место растворов среди других дисперсных систем. Гомогенные и гетерогенные дисперсные системы. Истинные и коллоидные...
Электропроводность растворов и тканей организма. Вопросы для самоподготовки iconХимия и Химики №9 (2009)
Витамин c проявляет антиоксидантные (антиокислительные) свойства, участвует в регулировании обмена углеводов и свёртываемости крови,...
Электропроводность растворов и тканей организма. Вопросы для самоподготовки iconМатрица Жизни
Пути являются частью системы органов дыхания. В легких происходит обмен атмосферного воздуха и углекислого газа, выделяющегося из...
Электропроводность растворов и тканей организма. Вопросы для самоподготовки iconЛабораторная работа №2 Концентрация растворов
Цель работы: ознакомление с методами выражения и экспериментального определения концентрации растворов
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org