医用化学 第一章 溶液.ppt

1,第一章 溶液,第一节 溶液的组成标度,第二节 溶液的渗透压,第三节 胶体溶液,第四节 表面现象和表面活性剂（自学）,第五节 乳状液和气溶胶（自学）,2,溶液（Solution）溶液是由一种以上的物质组成的分散系统。(物质以分子、离子等状态分散在另一种物质中所形成的均匀而稳定的分散体系。),3,分散系统 一种或几种物质分散在另一种物质中所形成的系统称为分散系统，简称分散系。,分散系统,分散相：,被分散的物质,分散介质：,容纳分散相的物质,4,分散系的分类,5,第一节 溶液的组成标度,物质的量浓度质量浓度质量分数体积分数溶液的稀释,6,1.物质的量浓度(amount of substance concentration),定义:物质B的物质的量浓度：溶质B的物质的量 nB 除以溶液的体积V。用符号cB或c(B)表示,单位：molm-3(SI单位)，molL-1、mmolL-1、molL-1。,7,如：1L溶液中含有98gH2SO4，该溶液的浓度：,2,基本单元可以是原子、分子、离子以及其它粒子（或其特定组合）。,8,例如：,H2SO4,基本单元*,指每升含有硫酸,指每升含有铁离子56克,指每升含有氢氧化钠：340克,Fe3+,NaOH,9,例：100mL正常人的血清中含有10.0mgCa2+离子，计算 正常人血清中Ca2+离子的物质的量浓度？,解：已知 MCa2+=40g/mol CCa2+=nCa2+/V=mCa2+/M/V=0.010g/40.00.1=2.5010-3 mol/L,10,单位：kgm-3(SI单位)gL-1、mgL-1、gL-1（医学常用单位）,2.质量浓度（mass concentration）,物质B的质量浓度B表示：,质量浓度与物质的量浓度？,思考：,11,例：100ml生理盐水中含NaCl 0.9g，计算生理盐水的质量浓度和物质的量浓度。,解：NaCl=mNaCl-1 cNaCl=NaCl/MNaCl-1-1=0.15molL-1,12,3.质量分数（mass concentration）,物质B的质量分数B式中：B 量纲为一，即单位为1（小数，%表示）,13,例：市售浓硫酸：密度（）-1 B=98%。计算：C 1/2H2SO4和C H2SO4。,14,4.体积分数（volume fraction）,定义：在相同温度和压力下，溶质B的体积VB与混合物(或溶液)总体积V之比。用符号B表示,式中：B量纲为一，即单位为1（小数/%）,15,例：取 750ml 纯酒精加水配成 1000ml 医用消毒酒精溶液，计算此酒精溶液中酒精的体积分数。,解：已知：VB750ml,V=1000ml B=VB/V=750/1000=0.75(75%),16,5.溶液的稀释,公式法交叉法（自学）,原理：稀释前后溶液中溶质的量不变。c1V1=c2V2 1V1=2V2 1 V1=2 V2*1m1=2m2（m溶液的质量）,17,例：配制1000mL 1.0molL-1的HCl溶液，需质量分数为37%的浓盐酸（密度为1.19gmL-1）多少毫升？,解：该浓盐酸的浓度为c1 1L1.19gmL-137%c1=12.1mol L-1 36.5gmol-11L 设需该浓盐酸V1 mL：c1V1（浓）=c2V2（稀）V1=c2V2/c1=1.0 mol L-11000mL/12.1mol L-1=82.6mL,18,第二节 溶液的渗透压,19,第二节 溶液的渗透压,渗透现象和渗透压溶液渗透压与浓度、温度的关系渗透压在医学中的意义,20,实验现象：如蔗糖的扩散,扩散现象 溶剂：纯溶剂溶液 溶质：浓溶液稀溶液(自发过程),一、渗透现象和渗透压力,21,渗透：溶剂(水)分子通过半透膜，由纯溶剂进入溶液(或从稀溶液向浓溶液)的自发过程（净迁移）。,半透膜：只允许溶剂分子透过，而溶质分子不能透过(如膀胱膜、硫酸纸、玻璃纸及机体内的细胞膜、毛细管壁等)。,22,渗透装置,产生渗透现象必须具备的条件：,(1)半透膜的存在,(2)半透膜两侧的溶液浓度不相等,渗透平衡：单位时间内溶剂分子进出半透膜数目相等的状态。,纯水,渗透方向：溶剂（水）分子从纯溶剂向溶液渗透或从稀溶液向浓溶液中渗透。,23,欲使膜两侧液面的高度相等并保持不变，即：维持渗透平衡，必须在溶液液面上加一压力才能实现。,这时，溶液液面上所施加的压力就称为该溶液的渗透压力。,纯水,24,渗透压力（osmotic pressure）:恰能阻止渗透现象继续发生而达到动态平衡时的压强。,符号:单位：常用Pa或kPa*,25,式中:为溶液的渗透压力；T为热力学温度；cB为溶液的物质的量浓度；R为气体常数，8.314 kPaLmol-1K-1。,=cB RT,1886年荷兰物理化学家Vant Hoff通过实验得出难挥发非电解质稀溶液的渗透压力与溶液的浓度、温度的关系：,该式的意义：,在一定温度下，溶液的与cB成正比，而与溶质的本性无关。溶液的这种性质称为依数性。,二、溶液渗透压与浓度、温度的关系,26,例：将35.0g血红蛋白(Hb)溶于足量纯水中，配制成1.00L溶液，若此溶液在298K的渗透压是1.33kPa，计算Hb的摩尔质量。,解:,Hb的摩尔质量：,27,式中i校正因子 i是溶质的一个分子在溶液中能产生的粒子数 例如：0.3mol/LNaCl 1(i=2)0.3mol/LC6H12O6 2(i=1)则 12 2,对于难挥发性电解质稀溶液的渗透压,icBRT,28,三、渗透压力在医学上的意义,（一）渗透浓度(osmolarity）,渗透活性物质：溶液中产生渗透效应的溶质粒子(分子，离子)统称为渗透活性物质。,根据Vant Hoff定律，在一定温度下，对于任一稀薄溶液，与cB成正比。,因此可以用渗透活性物质的物质的量浓度来衡量溶液的渗透压大小。,29,渗透浓度(osmolarity）：,溶液中渗透活性物质的总浓度，渗透活性物质的物质的量除以溶液的体积。,符号：cos单位：mmol L-1,30,计算医院补液用的50.0gL-1葡萄糖溶液和9.00g L-1 NaCl溶液(生理盐水)的渗透浓度(以mmolL-1表示)。,解：,葡萄糖(C6H12O6)是非电解质,NaCl是电解质,31,（二）等渗、高渗和低渗溶液,渗透压相等的两种溶液称为等渗溶液；渗透压不等的两种溶液，则渗透压高的称为高渗溶液；渗透压低的称为低渗溶液。,医学上以是以人血浆的渗透浓度为标准来确定：渗透压在280320mmol/L范围内的溶液为等渗溶液大于320mmol/L的溶液为高渗溶液小于280mmol/L的溶液为低渗溶液,32,临床上大剂量输液中，常用 50.0gL-1的葡萄糖溶液、9.0gL-1生理盐水、12.5gL-1的NaHCO3溶液，为什么？,生理等渗溶液,在临床治疗中，当为病人大剂量补液时，要特别注意补液的浓度，否则可能导致机体内水分调节失常及细胞的变形和破坏。,思考,33,如人红细胞的形态与其所处的介质的渗透浓度有关，这可以从红细胞在不同浓度的溶液中的形态加以说明(见图2-4)。,红细胞在不同浓度NaCl溶液中的形态示意图,溶 血,血 栓,34,如给病人换药时，通常用与组织细胞液等渗的生理盐水冲洗伤口。配制的眼药水也必须与眼粘膜细胞的渗透压力相同。心、肾功能差者，输入大量等渗溶液易造成电解质潴留而出现水肿，可低渗输液。,大量输液时，应用等渗溶液是一个基本原则。在某种治疗上输入少量的高渗溶液是允许的。当高渗溶液注入体内，即可被体液稀释成等渗溶液。如：50%葡萄糖注射液注射时应采用小剂量，慢速度注射。,35,晶体渗透压:低分子晶体物质产生的渗透压力 如：电解质、葡萄糖、氨基酸等。,血浆中含量 渗透压 晶体物质 7.5 gL-1 766 kPa 胶体物质 70 gL-1 4 kPa,（三）晶体渗透压与胶体渗透压,胶体渗透压:高分子胶体物质产生的渗透压力。如：蛋白质、糖类、脂质等。,血浆总渗透压是这两种渗透压的总和。但是总渗透压绝大部分是由低分子晶体物质产生的。,36,二者的生理作用不同：,37,透析是一个溶解于血液的溶质透过半透膜扩散到另一种溶液中的过程。,透析,38,溶胶是由分散相高度分散到介质中所形成的多相分散系统。分散相粒子：胶粒是由许多分子、原子或离子聚集而成,一、溶胶,特点：多相、高分散和聚集不稳定性（亚稳定系统）。,按分散介质分类：,气溶胶：烟尘、云雾。液溶胶：泡沫、原油、Fe(OH)3溶胶 固溶胶：馒头、珍珠、合金。,第三节 胶体溶液,39,（二）溶胶的性质,1.光学性质：丁达尔（Tyndall）现象2.动力学性质：布朗运动（Brown Movement）3.电学性质：电泳和电渗,40,1.溶胶的光学性质Tyndall Effect,将真溶胶、溶胶置于暗处，当一束光照射在溶胶上，从光束的垂直方向观察，可以清晰地看到一条光带，称为Tyndall现象。,光反射,光透射,光散射,41,原因：溶胶的分散质粒子的直径在1100 nm之间，小于可见光的波长（400760 nm)，因此当光通过溶胶时发生明显的散射作用，产生 Tyndall 现象,42,Tyndall效应实际上已成为判别溶胶与分子溶液的最简便的方法。,43,树林中的丁达尔现象,44,2.溶胶的动力学性质,Brown 运动,由于介质分子的热运动不断地撞击着胶体粒子，使胶体粒子做不规则的折线运动，这种运动称Brown运动。,溶胶粒子的布朗运动,45,3、溶胶的电学性质,电泳(electrophonesis)在外电场的作用下，分散相粒子在分散介质中 作定向移动的现象。,根据电泳方向可判断胶粒带何种电荷：,Fe(OH)3溶胶向负极带正电；As2S3溶胶向正极带负电。,46,电渗(electroosmosis)在外电场作用下，分散介质的定向移动现象。,多孔隔膜,47,应用：蛋白质、氨基酸和核酸等物质的分离和鉴定方面有重要的应用。例如在临床检验中，应用电泳法分离血清中各种蛋白质，为疾病的诊断提供依据。,48,1.胶粒带电的原因(1)胶核界面的选择性吸附：,部分Fe(OH)3与HCl作用：,(三)溶胶胶团结构,胶粒中的胶核(原子、离子、或分子的聚集体)有吸附其它物质而降低其界面能的趋势。胶核常选择性的吸附组成与其相似的离子。例：制备Fe(OH)3溶胶，反应为:,FeO+,49,2.胶粒表面分子的离解：例：硅胶的胶核由许多 xSiO2 yH2O 分子组成，表层分子与H2O作用生成硅酸:,H2SiO3 HSiO3-+H+,HSiO3-SiO3 2-+H+,硅酸电离出的H+扩散到介质中去，SiO32-则留在胶核表面，结果使胶粒带负电荷。,50,2.胶团结构,Fe(OH)3m,胶粒,胶团,51,Fe(OH)3m,胶核,胶粒,胶团,吸附层和扩散层均为水合膜层。,吸附层,扩散层,扩散层外的介质称胶团间液。溶胶就是胶团和胶团间液构成的整体。,由吸附层和扩散层,nFeO+(n-x)Cl-x+,x Cl-,与胶粒带相反电荷的离子，称反离子。,构成的电性相反的两层结构称为扩散双电层。,52,+,+,用AgNO3和KI制备AgI 溶胶，AgNO3过量时，AgI胶团结构示意图及胶团结构的简式：,Ag+,Ag+,Ag+,Ag+,Ag+,Ag+,Ag+,Ag+,Ag+,K+,K+,NO3-,K+,NO3-,NO3-,NO3-,NO3-,NO3-,NO3-,NO3-,K+,K+,NO3-,NO3-,NO3-,NO3-,NO3-,NO3-,NO3-,K+,AgI溶胶形成,AgNO3+KIAgI+kNO3,53,AgIm nAg+(n-x)NO3-x+xNO3-,AgI溶胶的胶团结构式:,胶核,胶粒,胶团,吸附层,扩散层,注意:1.胶粒带电，胶团为电中性。2.胶粒带电的正负，取决于选择性吸附,54,AgIm nI-(n-x)K x-x K,同理，可以写出AgI溶胶的胶团结构式(KI过量):,55,（四）溶胶的相对稳定因素和聚沉,胶粒带电水化膜布朗运动,1.溶胶的相对稳定因素,56,2.溶胶的聚沉,定义：胶粒在一定条件下聚集成较大颗粒而沉淀的现象，称为聚沉。,（1）加入电解质反离子起主要作用,胶粒聚沉的方法,（2）加入带相反电荷的溶胶,（3）加热,57,举例：Fe(OH)3溶胶是带正电荷的胶体，加入K2SO4时起作用的主要是SO42-离子。,（1）加入电解质反离子起主要作用,扩散层的反离子更多进入吸附层 扩散层和吸附层变薄，稳定性下降。,58,电解质聚沉能力的大小用临界聚沉浓度表示 临界聚沉浓度：一定量溶胶在一定时间内完全聚沉所需电解质的最小浓度（mmolL-1）临界聚沉浓度愈小，电解质的聚沉能力愈强。一般规律：（1）反离子价，聚沉能力。（2）同价离子聚沉能力接近，但也有区别。,59,将胶粒带相反电荷的两种溶胶混合产生聚沉现象。,（2）加入带相反电荷的溶胶,聚沉,As2S3溶胶-,60,（3）加热,加热增加了粒子的运动速度和粒子间的碰撞机会，同时削弱了胶粒的溶剂化作用，使胶粒聚沉。如：煮沸As2S3溶胶，会有As2S3的黄色沉淀。,61,例：将体积为 0.08molL-1 KI 和0.1molL-1 AgNO3溶液混合制备AgI。现将同浓度等体积的MgSO4、K3Fe(CN)6及AlCl3三种电解质溶液分别滴加入上述溶胶中，试判断三种电解质对溶胶聚沉能力的大小顺序。,62,二、高分子化合物溶液,高分子溶液 定义：由摩尔质量在10000以上的许多高分子化合物(多糖、蛋白质、橡胶;塑料、合成纤维、有机玻璃等)溶于水或其它溶剂中所得的溶液称为高分子溶液。,与溶胶的本质区别：,分散相粒子能自动地分散到适宜的分散介质中形成均匀的溶液。即无相界面，是单相稳定系统。,63,表1 高分子化合物溶液与溶胶的性质比较,64,（一）高分子化合物溶液的盐析,高分子在电解质作用下从溶液中析出的作用称为高分子的盐析。,盐析的主要原因：高分子的稳定性主要来自高度的水化作用，当加入大量电解质时：中和高分子所带电荷；电解质离子使原来高分子的高度水化的水化膜变薄或消除，使其失去稳定性而沉淀析出。,65,（二）高分子化合物溶液对溶胶的保护作用,作用机理 高分子化合物分子将溶胶胶粒包裹起来，在胶粒表面形成保护膜，削弱了胶粒聚集的可能性。,在溶胶中加入一定量的高分子，能显著地 提高溶胶的稳定性，这种现象称为高分子对溶 胶的保护作用。,66,在生理过程中的意义 如微溶电解质MgCO3或Ca3(PO4)2等，在血液中的浓度比在体外纯水中的浓度高了近5倍，这是因为它们在血液中被蛋白质保护的缘故。当保护蛋白质减少时，这些溶胶状态的微溶就会因聚沉而形成结石。,67,高分子化合物溶液在适当条件下，黏度逐渐增多，最后失去流动性，形成具有网状结构，整个体现呈外观均匀、保持一定形态的弹性半固体。该体系称为凝胶。,凝胶的分类：刚性凝胶、弹性凝胶影响胶凝的主要因素：温度和浓度,形成凝胶的过程叫做胶凝,（三）凝 胶：,68,凝胶的性质,溶胀：有限溶涨、无限溶涨离浆：如人血清的分离，老年人皮肤变皱,